Білка в колесі

Володимир Санніков

Дванадцять років тому в лабораторіях компанії Michelin почалося створення екологічно чистого електричного колеса майбутнього, що вміщує в себе весь автомобіль, не рахуючи кузова і сидінь: двигун, трансмісію, підвіску, рульове управління і гальмівну систему

Авто з електричними мотор-колесами мають ряд вагомих переваг перед традиційними. У першу чергу це відсутність безлічі складних і важких передавальних механізмів між двигуном і колесом - зчеплення, трансмісії, приводних валів і диференціалів. По-друге, відмінна динаміка: компактні та легкі електричні мотори здатні розвивати обертовий момент аж до 700 Нм навіть на найнижчих оборотах. По-третє, кероване мотор-колесо робить автомобіль надзвичайно маневреним -адже всі колеса можуть обертатися з різною швидкістю і навіть у різних напрямках. Машина здатна розвертатися на 360 градусів, паркуватися в найскладніших умовах і миттєво адаптуватися до якості дорожнього покриття. По-четверте, значно спрощується конструкція найважливішої для електромобілів системи регенерації енергії гальмування. Ну і по-п'яте, ніщо не зможе зрівнятися з мотор-колесом у забезпеченні активної безпеки руху - Всі просунуті електромеханічні алгоритми типу ABS, ESP, Traction Control, Brake Assist і так далі запросто прошиваються в керуючий софт і впливають на кожне окреме колесо.

За перераховані переваги мотор-колесо розплачується настільки ж суттєвими недоліками. Головний з них - Маса механізмів, які розміщені всередину обода. Високооборотні електродвигуни мотор-коліс потребують знижує редукторі. Він повинен бути компактним і герметичним. Редуктор додає кілька кілограмів до загальної маси колеса. Для традиційних автомобілів зайву вагу в конструкції трансмісії не критичний. Але для коліс діє зовсім інший принцип. Велика безпружинна маса, або, кажучи простіше, важкі колеса, різко знижує комфорт і керованість, підвищує знос підвіски, передає на кузов вібрації. Оптимальна вага колеса для середньорозмірного автомобіля складає від 10 до 30 кг без урахування шини. Вписатися в ці жорсткі рамки мотор-колеса дуже непросто.

Нарешті, ремонт мотор-колеса представляє собою операцію, що вимагає високої кваліфікації. Перевзутися у звичайній шиномонтажної майстерні у його власника не вийде. А якщо пошкодження відбудеться далеко від сервісного центру? Запасне мотор-колесо в багажнику? Навряд чи це можливо, адже вартість такої запаски відіб'є всяке бажання купувати електромобіль.

Електронна дієта

Інженерам Michelin вдалося подолати два головних недуги мотор-коліс - розміри і вагу. За словами Патріка Олива, керівника підрозділу компанії з перспективних розробок, маса мотор-колеса Active Wheel другого покоління в зборі, встановленого на концепті Heuliez WILL, становить 42, а безпружинна маса - 35 кг. Для порівняння -- безпружинна маса переднього колеса хетчбека Renault Clio дорівнює 38 кг. Такого результату вдалося домогтися за рахунок граничної мініатюризації всіх елементів конструкції -- провідного електродвигуна, одноступінчатого понижуючого планетарного редуктора, електродвигуна управління підвіскою і поворотом коліс, пружин, гальмівного механізму і системи рідинного охолодження. Досить сказати, що вага ведучого мотора в модифікації системи для спорткара Venturi Volage становить всього 7 кг при максимальній потужності 75 к.с. і моменті, що крутить 58 Н • м, розвиваються в діапазоні від 0 до 8500 обертів на хвилину. Вся Залишився ва механіка всередині Active Wheel укладається в 11 кг. Основа Active Wheel -- легка алюмінієва рама, що простим жорстким важелем сполучена з підрамником кузова. З'єднання зроблено рухливим, щоб колесо могло повертатися. До внутрішньої поверхні рами кріпляться всі елементи Active Wheel, а сам обід закріплюється на плоскій дископодібної ступиці. Гальмівний механізм складається з диска, що обертається і супортів з електромагнітними актуатор. Ведучий електродвигун під час гальмування працює в режимі генератора, виробляючи електроенергію для живлення бортового акумулятора. Підвіска складається зі сталевої пружини і електричних амортизаторів. Моторчик, керуючий амортизаторами, відповідає також за поворот колеса. Завдяки великому куті повороту електромобіль значно маневрені звичайних авто.

Складним господарством Active Wheel управляє просунута електроніка. За словами інженерів Michelin, час відгуку електричної підвіски складає всього 0,003 с. Це на порядок швидше за реакцію стандартного гідравлічного амортизатора. Підвіска, характер якої може змінюватися за тисячні частки секунди, дозволяє більше не шукати компроміс між плавністю ходу і керованість. Більш того, простим перемиканням кнопки на сенсорному дисплеї приладової панелі можна вибрати один з декількох режимів жорсткості підвіски і гостроти рульового управління. Унікальна технологія Michelin дозволяє настроювати звички автомобіля під настрій водія. Хочеться підпалити покришки на швидкісній трасі - будь ласка, бажаєте повільно і комфортно прокататися по тісних вуличках - немає проблем.

Обслуговування, ремонт і заміна покришок на колесах Active Wheel, за запевненнями інженерів Michelin, не складе великої проблеми для власників. Обід колеса разом з покришкою зроблений знімним. Не з всім ясно, наскільки система Active Wheel буде стійка до впливу низьких температур, бруду і вологи. Але думається, що розробники коліс для місячного позашляховика не могли випустити з уваги такі важливі моменти експлуатації. Ймовірно, до часу появи серійних машин компанія створить спеціальну оснастку для автосервісів і шиномонтажного обладнання. За словами керівництва Michelin, чекати залишилося недовго. Серійне виробництво мотор-коліс почнеться в 2010 році в Китаї. Там же будуть збирати пакети літій-іонних елементів для електромобілів з технологією Active Wheel.

Аеродинаміка мінус металобрухт

Поява на Паризькому автосалоні новітнього концепту невеликий екзотичної автокомпанії з Монако не випадково. Ось уже сім років, з тих пір, як у Venturi з'явився новий господар, Гільда Пастор, компанія дивує публіку неймовірними розробками. Кредо Venturi -- екологічно чистий електропривод і епатажний дизайн, автором якого є знаменитий французький дизайнер зі славою бунтаря і хулігана Саша Лакіч. Першою його роботою став родстер Venturi Fetish, показаний в Парижі в 2002 році. Потім були створені фантастичний Astrolab, не схожий ні на що першим у світі автономний електромобіль Eclectic, що використовує енергію сонця і вітру, і, нарешті, Volage. Кращого способу продемонструвати унікальні якості Active Wheel, ніж оснастити диво-Volage колесами, було не придумати. Хайтек на межі реальності - ось що вийшло в результаті. Venturi Volage - це двомісний родстер споряджена маса 1075  кг, створений на модернізованому шасі концепту Fetish. Осно ва кузова - дуже легка і жорстка платформа з порожніх алюмінієвих панелей з стільникового структурою, облицьованих з двох сторін карбоновим волокном. Для кріплення мотор-коліс спереду і ззаду на платформі встановлені жорсткі підрамники з авіаційної сталі. Передній підрамник виконує ще одну важливу функцію - формує передню м'ятих зону безпеки. На задньому поміщається літійполімерний акумулятор французької компанії Zebra. Кузовні панелі відформованого з багатошарового карбонового листа. За словами творця Volage Саші Лакіча, дизайн родстера продиктований законами аеродинаміки і вирахуванням зайвого - Непотрібного двигуна, трансмісії, підвіски і ще цілої купи металобрухту.

развесовка автомобіля ідеальна - 45% маси на передній осі і 55% - на задній. Для повнопривідного автомобіля з чотирма ведучими та керованими колесами це дуже важливо. Потужність кожного мотор-колеса становить 75 конячок. Разом 300! До сотні з місця ця безшумна ракета розганяється всього за 4,9 с і розвиває максималку 150 км/ч. Розумна електроніка чуйно прислухається до роботи моторів, підвіски і миттєво коригує найменші відхилення від курсу, змушуючи кожне колесо обертатися зі своєю швидкістю. Щербатих бруківку Volage долає так, що сідоки можуть спокійно насолоджуватися гарячою кавою.

На підході до прилавка Через три роки в продажу з'являться перші екземпляри Volage ручної збірки. Venturi оцінює володіння фантастичним електромобілем в ? 300 000. Автолюбителі скромніше вже наступного року зможуть придбати серійний суперкомпакт Heuliez WILL з передніми мотор-колесами Michelin Active Wheel сумарною потужністю 81 л.с. і запасом ходу на одній зарядці літій-полімерної батареї від 150 до 400 км. Вартість автомобіля складе ? 20 000. Як бонус Heuliez надасть клієнтам широкосмуговий мобільний інтернет-доступ прямо в салон і купу корисних online-сервісів від корпорації Orange.

СХЕМА МОТОР-КОЛЕСА MICHELIN ACTIVE WHEEL

Два електродвигуна, електрична підвіска, гальмівні механізми з електромагнітними актуатора - все це розміщується всередині обода автомобільного колеса

Технічні характеристики

Venturi Volage

Двомісний повнопривідний родстер

Початок малосерійного виробництва: 2012 рік Передбачуваний обсяг випуску:

10 примірників на рік

Вартість: ? 297000

Силова установка: 4 електромотора з рідинним охолодженням по 55 кВт (75  л.с.)/58 Нм при оборотах вала від 0 до 8500, маса одного ведучого мотора 7 кг, маса мотор-колеса в зборі (з урахуванням підвіски, гальмівної системи і шини) 35 кг

ККД силової установки: 90%

Батарея: пакет літій-полімерних елементів ємністю 45 кВтг з рідинним охолодженням Zebra

Маса батареї: 350 кг

Кількість циклів заряду/розряду: 1500

Час заряду до 80% ємності: 4 години з застосуванням спеціального бустера потужністю 10 кВт, 8 годин при звичайному режимі

Шасі: герметизований алюмінієво-карбоновий сендвіч з внутрішньої стільникового структурою, передній і задній підрамники з авіаційної сталі

Кузов: карбон

Підвіска: електрична підвіска з керуючим електродвигуном Michelin Active Wheel, час відгуку 0,003 с

Гальмівна система: гальма дискові, з електромагнітними Актуатори та системою регенерації енергії гальмування

Розміри і маса

Маса кузова: 1075 кг

Довжина/ширина/висота: 3965 мм/1949 мм/1235 мм

Колісна база/колія: 2702 мм/1525 мм/1626 мм

Розмірність коліс п/з: Michelin 205 40 R18/Michelin 235 45 R18

Динаміка

Максимальна швидкість: 150 км/год

Розгін від 0 до 100 км/год: 4,9 с

Запас ходу на повній зарядці: 320 км (на швидкості 90 км/год)

Еволюція мотор-колеса: російські корені

Ідея електричного мотор-колеса народилася практично відразу ж після того, як з'явилися досить потужні і компактні електромотори.

Перші в історії патенти на подібні механізми були отримані в Америці Веллінгтоном Адамсом із Сент-Луїса в 1884 році і ще через шість років - Альбертом Парселл з Бостона. Але піонером у справі практичного застосування мотор-коліс став Фердинанд Порше. У 1900 році на Всесвітній виставці в Парижі був показаний його електромобіль Lohner-Porsche з передніми провідними електричними моторколесамі. У 1906 році патент на силову установку був проданий Daimler, і до початку Першої світової війни компанія випустила більше 300 електромобілів. Згодом ця технологія не одержала розвитку, і серйозно до неї повернулися лише після Другої світової війни в СРСР.

У рамках радянської місячної програми ленінградський ВНІІтрансмаш створив шасі для планетохода з використанням електричного мотор-колеса. У його герметичному модулі містилися редуктор, електромотор, гальма і необхідні датчики. Аналогічні проекти розроблялися NASA. Наприкінці 1970-х в Новосибірську був створений перший прототип колеса-мотора для автомобіля "жигулі". У 1979 році на Волзькому автозаводі такі колеса були зібрані в металі і тоді ж експонувалися на радянсько-американському симпозіумі з електромобіля.

У 1980-1990-х роках дослідження технології мотор-коліс з різним успіхом велися практично всіма великими автокомпаніями. Цікаво, що найбільших успіхів на цьому терені знову домоглися наші співвітчизники Олександр Пунтіков і Борис Маслов. У 1998 році вони запатентували оригінальну концепцію мотора, що симулює роботу людських м'язів (Adaptive motor), а в 2000 році створили в Америці технологічну компанію Wavecrest Laboratories. Ідея була успішно здійснена на практиці, і тепер мотор-колеса Пунтікова і Маслова використовуються в різних галузях промисловості. Інший росіянин, винахідник Володимир Шкондін, ще в початку 1990-х розробив мотор-колесо власної конструк ції і запатентував його в 28 країнах світу. Унікальний механізм складається всього з семи деталей. Варто відзначити ще одну цікаву ідею, яка народилася в Росії, - варіоколесо Н.В. Гуліа, М. Ференца і С.А. Юркова. Вчені запропонували вбудувати безступінчатий варіатор в маточину колеса спільно із заниженою передачею. При більш високій складності конструкції таке рішення мотор-колеса дає серйозний виграш у компактності, масі і ККД.

Список літератури

Популярна механіка № 4 (78) квітень 2009