CC BY
29
6. Посевкин, A.A. Транспортные средства особо малого класса с изменяемой колеей [Текст] / A.A. Посевкин, М.А. Ткачев, А.Г. Семенов [и др. j; Под общ. ред. Ю.Г. Попова и А.Г. Семенова. — Сб. матер, межрегиональной научно-технич. конф. изобретателей и каталог гор. выставки изобретений "Инновационная политика и изобретатели (Россия — начало XXI века)". - СПбГПУ. - 28-29 апр. 2009. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. - С. 107-110.
7. Пат. № 2215510 РФ. Транспортное средство и способ его подъема по лестничным маршам [текст] / О.В. Бойко, А.Д. Элизов, A.A. Красиль-ников |и др.] // Бюл. "Изобретения...". — 2003. N° 31. - С. 377.
8. Пат. № 2304952 РФ. Транспортное средство,
преимущественно для перемещения человека по лестницам [Текст] / С.А. Бушеленков, A.A. Кра-сильников, А.Д. Самойлов |и др.] // Бюл. "Изобретения...". - 2007. № 24. - С. 142.
9. Пат. № 2312788 РФ. Шасси транспортного средства для движения, в частности, по лестницам [Текст] / С.А. Бушеленков, Д.М. Долгушев, A.A. Красильников |и др.] // Бюл. "Изобретения...". - 2007. № 35. - С. 441.
10. Пат. № 2381127 РФ. Способ оперативного изменения колеи самоходного колесного транспортного средства и самоходное колесное транспортное средство для его осуществления [Текст] / A.A. Посевкин, А.Г. Семенов, М.А. Ткачев [и др.] // Бюл. "Изобретения...". — 2010. N° 10.
УДК629.1 1 3
Ф.А. Кудряшев, A.A. Посевкин, А.Г. Семенов, А.Д. Элизов
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОЗДАНИЮ ГИБРИД-КОНЦЕПТОВ НА БАЗЕ АВТОМОБИЛЯ И ТРАНССКУТЕРА
Для всего мира, не исключая и Россию с ее большими запасами углеводородов, актуальны вопросы электроснабжения и экологии. Немаловажно также повышение конкурентоспособности отечественной продукции.
В порядке реальной помощи российскому автопрому изобретатели кафедры колесных и гусеничных машин (КГМ) СПбГПУ и Студенческого конструкторского бюро (СКВ) при кафедре предлагают доработать с минимальными конструктивными изменениями известный серийный автомобиль "Лада-Калина" ("При-
ора") до так называемого параллельного гибрида, позволяющего в Европейском городском ездовом цикле (NEDC) снизить расход топлива с 8 до 4—5 л/100 км за счет трогания с места, разгона и движения в городских "пробках" на электромоторе, а также использования рекуперации при торможении. Упомянутый Европейский ездовой цикл представлен графиком (рис. 1), отражающим (если укрупненно) следующее процентное распределение: разгон — 29, равномерное движение — 32, торможение — 26 и холостой ход — 13.
Время движения 1, с Рис. 1. Европейский ездовой цикл NEDC
ПО
Представляется, что реализацию первого из предлагаемых инновационных проектов целесообразно начать с изготовления опытного образца (гибрид-концепт) на базе автомобиля "Лада-Калина". Одно из благоприятных условий для этого — наличие такого автомобиля на кафедре КГМ, где он используется сейчас как учебное пособие (рис. 2).
Технически переделка предполагает установку дискового бесколлекторного электродвигателя с требуемыми параметрами, литий-ионной аккумуляторной батареи, системы управления и программного обеспечения.
Стоимость электромобиля или комплекта для переоборудования обычных автомобилей в серийном исполнении не будет слишком велика, а экономия топлива должна окупить затраты на переоборудование в рамках гарантийного срока по пробегу. Это подтверждается следующим несложным технико-экономическим обоснованием (расчет методом аналогии с использованием данных по электромобилю "Пингвин" — электромобилю-аналогу, первому объекту сравнения — и автомобилю "Ока" — второму объекту сравнения примерно с теми же массогабаритны-михарактеристиками, что и "Пингвин".
Электромобиль "Пингвин" при мощности 3 кВт, напряжении питания 48 В и аккумуляторной батарее емкостью 100 А-ч имел средний запас хода 60 км. Соответственно запас энергии составлял 4,8 кВт-ч. При условии заряжания батареи в ночное время суток (при "ночном" тарифе на электроэнергию 1,2 руб.ДкВт-ч) стоимость пробега (по электроэнергии) находится в пределах 10 руб./100 км.
Автомобиль "Ока" имеет расход топлива 5 л/100 км. При стоимости бензина 25 руб./л это соответствует стоимости пробега 125 руб./100 км.
Затраты на переоборудование такого автомобиля в электромобиль (электромотор, блок управления, зарядное устройство, аккумуляторы, педаль газа, амперметр и др.) составляют сумму порядка 85 тыс. руб.
При гарантийном пробеге 100 тыс. км затраты для "Оки" и электромобиля на базе "Оки" составят соответственно 125 и 10 тыс. руб.; тогда экономия для пользователя электромобиля, равная разности этих цифр, будет 115 тыс. руб.
Коллектив кафедры обладает требуемой квалификацией и налаженными связями со специализированными организациями и промышлен-
Машиностроение
Рис. 2. Базовый автомобиль ВАЗ-1119 "Лада-Калина"
ными предприятиями Северо-Западного региона, атакже с АвтоВАЗом, необходимыми для выполнения всех этих работ.
Имеется опыт создания собственными силами малогабаритного электромобиля и ходовых испытаний уникальных образцов электромобилей.
Коллектив в 2008—2009 годах проводил работы по восстановлению электромобиля "Пинг-вин-7" производства Федеративной республики Германия, который имеет стеклопластиковый кузов типа "купе", двухместный, закрепленный на стальной раме. В ходе восстановительных работ на машину был установлен современный бесколлекторный электродвигатель с функцией регенерации электроэнергии при торможении (рекуперация), солнечные батареи и Ы-Сс1 аккумуляторные батареи (рис. 3).
Рис. 3. Восстановленный электромобиль "Пингвин-7", оснащенный солнечными батареями, и группа его создателей
1 1 1
Рис. 5. Эксплуатация опытного образца электромобиля на базе автомобиля "Ока" с №-2п аккумуляторами при участии главного конструктора, технического директора лаборатории электродвижения кафедры КГМ СПбГПУ доцента А.Д. Элизова (слева) и бывшего начальника лаборатории компании "Ригель", и заведующего кафедрой СПбГФИ к.т.н.
И.Ф. Даниленко (крайний справа)
но отметить ходовые испытания (конец 90-х годов) гольф-электромобиля американского производства (рис. 4).
До этого пришлось в экспериментальном порядке оснащать никель-цинковыми аккумуляторами компании " Ригель" (взамен более дорогих "родных" никель-кадмиевых) электромобиль на базе автомобиля "Ока", поступивший с АвтоВАЗа (что потребовало проведения дополнительных испытаний). Машина не только была испытана, но и использовалась практически (рис. 5).
Ценные материалы для реализации предложения получены также при обмене опытом с финскими коллегами и изучении при этом электромобиля "Элькат" с целью участия в соревнованиях на минимальный расход электроэнергии при прохождении маршрута.
Параллельно проводились работы с конденсаторами — накопителями энергии емкостью 30 фарад (производство Псковского радиозавода) для рекуперации энергии торможения.
Совместно с сотрудниками электромеханического факультета проводились исследования способов управляемой передачи энергии с заряженного конденсатора на тяговый электродвигатель.
Кроме того, была выполнена работа (в рамках полученного гранта) по созданию гибрида (также на базе автомобиля "Ока"), закончившаяся разработкой простой схемы параллельного гибрида (рис. 6), которая представляет интерес и по сей день.
Разработан оригинальный электромотор-дифференциал для электромобиля, содержащий два соосных ротора в одном статоре. Позднее выяснилось, что подобная идея реализована в Южной Корее, но в коаксиальном исполнении.
При опытной эксплуатации машины отмечены положительные ее качества: малошум-ность; заявленное энергопотребление (80 км пробега на одном заряде батареи); продолжительность полного заряда (1,5 часа); соответствие современным российским условиям, а главное — "потрясающая" экономичность (для пробега 80 км требуется 9,3 рубля при текущих тарифах на электроэнергию).
В обоснование приобретенного коллективом опыта в части экспериментальных работ умест-
Рис. 6. Силовая установка для гибрида на базе автомобиля "Ока
Рис. 4. Американский электромобиль во время ознакомительного пробега у кафедры КГМ
4
Машиностроение,
В порядке развития "электромобильной" тематики и многовариантности возможных решений лаборатория электродвижения совместно с СКВ разработала и предложила для реализации концепцию трансформируемого многофункционального индивидуального транспортного средства особо малого класса (трансскутер) с гибридной силовой установкой (главным образом для инвалидов-опорников). В качестве базовой машины принят "сборный" трансскутер — из числа созданных лабораторией и серийных электроскутеров зарубежного производства. Использовались прежде всего авторские наработки и по другим опытным образцам трансскутеров, включая наиболее продвинутые концепты семейства "Кенгуру" и их силовые электромеханические уникальные приводы (также разработки лаборатории).
Рассмотрим подробнее предложение гибрид-концепта на базе трансскутера.
Из трех известных схем гибридных установок (последовательная, параллельная и комбинированная) наиболее перспективна последовательная (рис. 7). В трансскутере (рис. 8) карбюраторный двухтактный ДВС (1 цилиндр, 35 см"\ 750 Вт) через ременную передачу приводит в работу генератор (24 В, до 50 А). Вся механическая энергия преобразуется в электрическую, накапливается в буферном устройстве (блок аккумуляторных батарей плюс конденсатор с возможностью рекуперации и защиты батарей от перегрузок), а далее в электродвигателе (300 Вт) преобразуется обратно в механическую.
Старт и разгон — за счет конденсатора, при этом ДВС может находиться не только в работающем состоянии. Время включения ДВС определяется блоком управления в зависимости от степени заряда аккумулятора. Торможение — за счет генераторного режима мотора (с подзарядкой аккумулятора).
Точная методика определения шумовых характеристик глушителей для двухтактных двигателей малой мощности отсутствует. Фирма Bosch рекомендует выбирать объем глушителя равным 20 рабочим объемам ДВС (700 см"'). Объем переднего глушителя в комплекте с ДВС — 300 см". Роль центрального глушителя будет играть фильтрующий элемент на основе гопкалита (~ 250-300 см3), заднего — на основе актив-
Рис. 7. Блок-схема шасси трансскутера с гибридной силовой установкой
ного угля (« 250 см ). Общий объем глушителя 800-850 см"\ Оценка эффективности решения — после испытаний реальной установки.
Используемые на автомобилях каталитические нейтрализаторы на основе керамического фиброфетра чувствительны к наличию в выхлопных газах остатков рабочей смеси, что усложняет систему управления двигателем. К тому же они дорогие и для двигателей столь малого объема серийно не производятся. Эти факторы делают использование нейтрализаторов такого типа невозможным. Предложено использовать гопкалит и активный уголь, имеющиеся в свободной продаже в виде патронов к противогазам. Гопкалит (смесь двуокиси марганца с окисью меди) выполняет роль катализатора при окислении окиси углерода за счет кислорода воздуха до неядовитого углекислого газа. Нейтрализация углекислого газа, оксидов азота, паров бензина
Рис. 8. Внешний вид трансскутера
и углеводородов производится в угольном патроне (марка В). Можно использовать также универсальный защитный патрон ПЗУ-ПК с гоп-калитовой вставкой. Такой вариант вызывает массу вопросов, основной из которых — поведение активного угля и гопкалита под воздействием высокотемпературных газов (перспективные задачи).
Таким образом, предложения коллектива кафедры по созданию гибридного электромобиля на базе отечественного серийного автомобиля ВАЗ-119 "Лада-Калина", а также сопутствующий проект трансскутера с гибридной силовой установкой имеют достаточно убедительные " исторические корни" и реальные перспективы создания инновационного продукта в кратчайшие сроки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кудряшев, Ф.А. Разработка гибридного электромобиля на базе автомобиля ВАЗ-1119 "Калина" с учетом опыта восстановления электромобиля "Пингвин" [Текст] / Ф.А. Кудряшев, A.A. Посев-кин, А.Г. Семенов, А.Д. Элизов // Матер. Всеросс. науч.-техн. конф. "Проектирование колесных машин". МГТУ им. Н.Э. Баумана, 25—26 ноя. 2009. - М.: Изд-во МГТУ, 2010."- С. 218-222.
2. Кудряшев, Ф.А. Проект гибридного электромобиля на базе автомобиля ВАЗ-1119 "Калина" [Текст] / Ф.А. Кудряшев, A.A. Посевкин, А.Г. Семенов, А.Д. Элизов // Матер, науч.-техн. конф. "Авто-НН-2009". Нижний Новгород: Изд-во НГГТУ, 2009. - С. 117-118.
3. Посевкин, A.A. Концепт-трансскутер с гибридной силовой установкой [Текст] / A.A. Посевкин, А.Г. Семенов, А.Д. Элизов // Матер, науч.-техн. конф. "Авто-НН-2009". — Нижний Новгород: Изд-во НГГТУ, 2009. - С. 119-120.
4. Кудряшев, Ф.А. Проект гибридного электромобиля на базе автомобиля ВАЗ-1119 "Калина" с учетом опыта восстановления электромобиля "Пингвин" [Текст] / Ф.А. Кудряшев, A.A. Посевкин, А.Д. Элизов, А.Г. Семенов // Матер, между-нар. науч.-практ. конф. "XXXV111 Неделя Науки
СПбГПУ". - 30 ноября—5 декабря 2009. - СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2009. Т.111. — С. 71—72.
5. Посевкин, A.A. Электромобиль в городском цикле: влияние рекуперации энергии на дальность пробега [Текст] / A.A. Посевкин, А.Д. Элизов, А.Г. Семенов // Матер, научно-практ. конф. "Научные исследования и инновационная деятельность", 15—17 июня 2009 г. — СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2009. — С. 154—156.
6. Посевкин, A.A. Концепция трансскутера с гибридной силовой установкой [Текст] / АА Посевкин, АГ. Семенов, А.Д. Элизов // Матер, научно-практич. конф. "Научные исследования и инновационная деятельность". 15—17 июня 2009 г. — СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2009. — С. 156—158.
7. Кудряшев, Ф.А. Гибридный электромобиль на базе автомобиля ВАЗ-1119 "Калина" [Текст] / Ф.А. Кудряшев, A.A. Посевкин, А.Г. Семенов, А.Д. Элизов; Под общ. ред. Ю.Г. Попова и А.Г. Семенова. // Матер, межрегион, науч.-тех-нич. конф. изобретателей и каталог городской выставки изобретений "Инновационная политика и изобретатели (Россия — начало XXI века)". — СПбГПУ, апр. 2009 г. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2010,- С. 105-106.
