Это Автомобиль!
Как все началось? Размышляя об автомобилях, которые я имел, видел или представлял вообще, я пришел в какой то момент к выводу, что нет автомобилей, которые действительно соответствовали бы моим ожиданиям и желаниям. Это не значит, что нет хороших автомобилей, или что я такой требовательный зануда, хотя последнее отрицать я не берусь. Просто все слишком стереотипно […]
Как все началось? Размышляя об автомобилях, которые я имел, видел или представлял вообще, я пришел в какой то момент к выводу, что нет автомобилей, которые действительно соответствовали бы моим ожиданиям и желаниям. Это не значит, что нет хороших автомобилей, или что я такой требовательный зануда, хотя последнее отрицать я не берусь. Просто все слишком стереотипно и подчинено банальным трендам моды и коммерческим императивам.
А ведь сам вопрос автомобилестроения как техническая задача имеет почти не ограниченное множество возможностей и фантазия изобретателя может выйти за пределы привычных решений. Сразу хочется сказать, что я не сторонник экзотических вариантов типа плавающих амфибий и летающих авто-самолетов. Конечно речь здесь пойдет не о том. К счастью я имею инженерное образование и вполне понимаю что возможно, а что не рационально. Поэтому «мой автомобиль» двигается только по дорогам общего пользования и иногда по внедорожной местности примерно как вполне обычный джип, но дальше есть варианты.
Во первых этот автомобиль должен быть электромобилем и нет, не потому что я, как сейчас модно исповедую экологическую повестку. Признаться я к ней почти равнодушен. Конечно, все понимают, что всем было бы лучше если бы автомобиль не обдавал тебя смрадом выхлопных газов, а в гараже нельзя было бы задохнуться от угарного газа. Необходимость решения этих банальных задач для меня вполне понятна и их заложить в задачу построения нового автомобиля конечно стоит, но на этом моя личная экологическая повестка заканчивается.
Почему все-таки электромобиль? И нет, не потому что мне нравится Tesla, она мне тоже нравится очень слабо, как и все что сейчас делают автопроизводители. Электромобиль для меня прежде всего технически более правильное решение. Здесь стоит погрузиться в размышления, которые кому то могут показаться очевидными, но некоторым помогут понять почему ДВС (двигатель внутреннего сгорания) это ужасно плохой силовой аграгат для автомобиля, по крайней мере частного, городского и вообще казуального, то есть не военного или специально предназначенного для движения вдали от цивилизации.
Аргументы для чайников
ДВС это очень сложный механический агрегат в сравнении с электродвигателем. У него огромное количество изнашивающихся элементов. Кроме того, что сами элементы двигателя изнашиваются, ДВС находится в режиме эксплуатации, экстремальном для материалов самого агрегата. Внутри ДВС ежесекундно происходят настоящие взрывы, которые дополнительно повреждают этот двигатель и даже весь автомобиль. Взрывы требуют особых материалов и сглаживания вибрации, кроме того взрывы порождают шум, борьба с которым также отдельная задача и имеет свой предел ограничения. ДВС принципиально не может работать бесшумно и снижение шума нельзя достигнуть ниже некоторого порога. Если бы использование ДВС было бы неизбежным и не имело бы альтернатив, то стоило бы смириться с данными обстоятельствами как с необходимым злом. Однако альтернатива есть. Это электродвигатель!
Сам электродвигатель тоже является механическим агрегатом с износом и с этим приходится смириться, однако в электродвигателе количество изнашиваемых деталей меньше на порядок! При сегодняшнем уровне технического развития и металловедения их можно сделать квази-вечными, то есть не изнашиваемыми на всем отрезке времени связанным с эксплуатацией автомобиля, то есть надежный ЭД не требует обслуживания и работает столько сколько «живет» автомобиль. Даже появление так называемых ДВС «миллиоников», делает срок службы ДВС сопоставимым со сроком эксплуатации самого автомобиля. Создать электрические моторы «мульти-миллионники» не представляется в таком случае большой сложности. Согласитесь, это существенное отличие ДВС, который при любой эксплуатации требует периодического ТО и даже замены некоторых элементов. Хорошо ли это для экономики, я здесь не берусь рассуждать, надеюсь автопроизводители найдут на чем зарабатывать деньги кроме замены фильтров, свечей и даже поршней.
Русская поговорка говорит, что с дури можно все сломать, поэтому мы понимаем, что «умелые руки» смогут уничтожить и электродвигатель и все равно это принципиально иная задача, проще говоря, если электродвигатель станет действительно таким как описано, чтобы его сломать нужно будет сильно постараться. Электродвигатель технически проще, дешевле, надежнее, более износостойкий и как ни странно это не в ущерб его техническим параметрам. Мы все привыкли к тому, что если где то есть плюс, то ожидай рядом минуса. И если это и относится как то к электрическим моторам, то точно не к их техническим параметрам.
Оказывается и в технических параметрах электродвигатель значительно лучше. Все связано с т.н. нагрузочными характеристиками и зависимостью крутящего момента от оборотов. Бензиновый или дизельный двигатель выдает вращение на вал в достаточно ограниченном диапазоне скоростей. Фактически обороты свыше 10000 об/мин это весьма экстремальные показатели и обычные автомобили в таком режиме вообще не работают, они работают до 3000-6000 оборотов в минуту. На низких оборотах ДВС «захлебывается», высокие обороты для него разрушительны. Электрический мотор работает от 0 до десятков тысяч оборотов нормально не изменяя существенно показатели крутящего момента. ЭД Если не может «захлебнуться» даже в режиме близком к 0 оборотов в минуту, ему просто не важно с какой скоростью вращаться.
Особенности нагрузочных характеристик и зависимости от оборотов требуют установки в автомобиль с ДВС коробки передач, специального редуктора, понижающего или повышающего обороты двигателя на выходе. При этом в момент переключения с одного передаточного числа на другое ДВС опять же испытывает перегрузки. Конечно есть попытки сделать плавным переключение, оно реализовано на коробках передач типа «вариатор», где увеличение или уменьшение выходных оборотов происходит не скачкообразно, а плавно через специальную цепь или ремень вместо шестерней. Однако такой тип коробки имеет свои минусы и оказался не очень востребованным на практике.
То есть мы видим что ДВС требует еще одного механического агрегата не уступающего по сложности ДВС и даже превышающего по некоторым параметрам сам двигатель. Что такое коробка передач? Это сложнейшее техническое средство с огромным числом изнашиваемых элементов, само подверженное поломке и необходимости технического обслуживания. Например в РФ даже нет производства выпускающего достаточно качественные автоматические коробки передач для автомобилей, т.к. это весьма сложная инженерная задача и отсутствие определенных минимальных объемов выпуска таких коробок делает производство не рентабельным в условиях российского рынка.
И это еще не все! Два сложнейших агрегата ДВС и коробка передач требует третьего агрегата — сцепления! Опять технически сложный изнашиваемый агрегат. Да он в составе коробки передач, но по сути, это функционально третье устройство в системе с использованием ДВС.
Понятно, что если бы была теоретическая возможность избавиться от такого количества технических проблем в построении автомобиля, стоило бы от них избавиться, но оказывается это еще не все! Есть еще приводы. Да, многие электромобили тоже используют приводы по привычке и как от них избавиться мы поговорим позже, но это тоже технически сложные сверх изнашиваемые агрегаты.
Любой инженерный ум испытывающий перспективу избавиться от всех этих сложных и неудобных агрегатов испытывает настоящий оргазм, не знаю как ум читателя, но мой точно. Если можно было бы создать автомобиль без этих сложностей и эксплуатационных проблем, он стал бы объективно лучше, вопрос лишь какой ценой. Даже если бы цена была высока ее имело бы смысл заплатить, но оказывается, что это будет просто, дешево и не имеет принципиальных ограничений в реализации.
Так родилась мысль описать электромобиль, который по-немецки можно было бы назвать без сомнений «das Auto». Здесь заканчиваются аргументы для чайников и начинаются новые.
Базовая концепция
Некоторое время назад, хотя сейчас тому уже лет 10, ходили слухи, что Apple собирается выпустить свой автомобиль. Я этой темой была весьма захвачен.
Мне казалось, что автомобиль Apple должен быть именно электромобилем, при этом простым и в то же время изящным по своему виду. Как известно Apple до сих пор в этом направлении ничего не сделала, хотя энтузиасты даже выкладывали различные рендеры на эту тему
Я считаю, что автомобиль, который я себе представляю должен быть именно как автомобиль Apple. Для Apple не характерен кричащий, эксклюзивный дизайн, он всегда прост, понятен, удобен и в то же самое время очень качественен, сделан с огромным вниманием к деталям и качеству продукта. То, что Apple исключили практически полностью пластик в своих продуктах, который так удобен и прост в обработке, говорит об особом внимании к ощущениям потребителя от пользования. Фактически подход к качеству продукта у Apple так же высок как у производителей люксовой продукции, но при этом, хотя продукция Apple и дорога, но она не позиционируется как люкс и в целом более доступна. В этом смысле Apple делает высочайшее качество, как бы общим стандартом, на который вынуждены равняться и другие производители. Было бы не плохо, чтобы в автомобилестроении появился бы какой-то схожий производитель, задающий высокий уровень как общий стандарт.
Сравнивая свою идею с Apple Car, я примерно пытаюсь дать понимание того вектора, который для меня интересен в развитии этой концепции. Я не хотел бы создавать концепцию, какого-то эксклюзивного автомобиля, имеющего самый быстрый разгон, или наилучшую проходимость или что-либо в этом духе. Мне хотелось бы, мой электромобиль был настолько удобным, понятным и красивым, чтобы решение о его приобретении было естественным для всех тех, кто небезразличны к использованию такой продукции как Apple, с ее характером и имиджем.
Конечно, я понимаю, что годами задавая высокие стандарты качества и особый подход к продукции, Apple так повлиял на рынок, что и другие производители начали делать годные вещи, порой не уступающие Apple. Именно поэтому я не хочу Apple ставить особняком как производителя, я скорей говорю об особом подходе Apple, который корнями уходит в специфические качества Стива Джобса.
Именно он создал сначала в рамках Apple, а потом как круги по воде, эта концепция начала проникать к другим производителям и даже на другие рынки. Кто ощущает и понимает данную тему, тот согласится, что в основе особого характера Apple лежит концепция Дзен, последователем которой и является Джобс.
Схожие «безумные» идеи
Как бы ни была безумна с первого взгляда мысль о создании концепции нового автомобиля, на самом деле эта форма творчества весьма распространена. В данном разделе я задаюсь вполне утилитарными вопросами, идеями создания удобного и комфортного автомобиля, хотя и не очень привычного с первого взгляда. В реальности же люди занимались и занимаются такими проектами, где утилитарность стоит далеко не на первом месте. При этом они даже реализуют свои идеи, и они становятся весьма известны.
Вот один из примеров такого творчества, в котором изобретатель их Англии создал автомобиль с огромным танковым двигателем Rolls Royce, фактически дав британский ответ американским Muscle Car’ам, с большим отрывом от последних.
Если покопаться в сети можно найти сотни или даже тысячи подобных кастомных проектов, некоторые из которых из эксперимента превратились в крупные бренды в сфере машиностроения. К таким брендам можно причислить Lombardini и Koenigsegg и многие другие, историю которых я могу не знать. Та же часть, которая остается в рамках исключительно экспериментальных проектов, показывает огромное разнообразие интересных подходов к созданию автомобилей.
Конечно, наша эпоха интереса к электромобилям, открывает дополнительные просторы для экспериментов и фантазий на тему автомобилестроения. В области электрического транспорта открываются по-настоящему новые возможности для инженерной выдумки. На эту тему я и пытаюсь порассуждать, не ставя себе конкретных целей построения серийного производства или даже создания экспериментального образца. Однако если к моим идеям будет у кого-то практический интерес, я с удовольствием поучаствую в реализации какой-то
Форма кузова
Одним из базовых рассуждений об электромобиле у меня бала тема формы его кузова. Я пришел к выводу что электромобиль должен иметь форму микроавтобуса с максимально возможной вертикальной передней и задней частями кузова.
Отсутствие капота
Основной смысл идеи с кузовом микроавтобусом заключается в том, что в рассматриваемом мной электромобиле можно избавиться от массивной капотной части, которая в обычных автомобилях скрывает под собой массивный двигатель внутреннего сгорания. Капотная часть является паразитной для функционального использования пространства автомобиля. Если при заданных геометрических размерах автомобиля в этой части находился бы салон, то пространство кузова можно было бы использовать более эффективно. Если посмотреть на реальный размер капотной части в сегодняшних автомобилях он составляет от 1,5 до 2 метров, что очень значительно при общей длине кузова до 4,5 – 5 метров. То есть при длине кузова 4,5 метра, капот занимает треть всей длины. При этом в этой части находится не полезное для использования пространство, а исключительно технический отсек. Это примерно так же как в вашем доме треть всей площади занимали технические помещения. Если существует возможность избавиться от такого нерационального использования пространства в автомобиле, это стоит попытаться сделать.
Далее мы рассмотри аргументы против предлагаемого кузова в виде микроавтобуса с максимально вертикальными передней и задней частями кузова.
Непривлекательность
Эстетическим доводом «против» является значительно меньшая привлекательность данного кузова. До сих пор микроавтобус не воспринимается большинством людей как интересный или тем более престижный автомобиль. Утилитарность такого кузова делает его более пригодным для коммерческих целей, как фургон для доставок, или рейсовые пассажирские перевозки, нежели для частного владения. И тем не менее, я считаю, что это лишь вопрос моды.
В подтверждение данного факта, я хочу сказать, что кузов «универсал», который сейчас называется SUV, «джип» или «кроссовер» тоже когда-то воспринимался только лишь как утилитарная машина для внедорожной местности. Этот факт автоматически делал автомобиль менее престижным. Однако широкая мода на загородную недвижимость и удобство данного кузова, естественным образом сделала SUV не только приемлемым, но и престижным, несмотря на то, что представительский класс по-прежнему в большей степени делается в кузовах «седан». То есть особенности культуры и местности проживания меняют моду на кузова автомобилей.
Еще раз хочется подчеркнуть, что удобство SUV и кроссоверов, зачастую перевешивает при выборе автомобиля, если даже эстетические предпочтения остаются на стороне седанов. Это так же, как происходит с одеждой. Несмотря на то, что модельная обувь и строгие костюмы по-прежнему являются привлекательными для всех, стремление к удобству делает такую обувь как кроссовки и кеды вполне приемлемой даже в формальной среде, а ношение худи и рюкзаков, благодаря своему удобству также перешло в разряд нормальной и даже формальной одежды.
Плохая аэродинмика
Техническим аргументом «против» является худшая аэродинамика в сравнении с седанами и даже внедорожниками. Этот довод звучит буквально всегда, когда я пытаюсь делиться идеей такого электромобиля. Я считаю, что и этот аргумент также не имеет принципиального значения. Во-первых, аэродинамика некоторых современных внедорожников ничем не лучше, чем у микроавтобуса с почти вертикальным лобовым стеклом. Вспомним тот же Mercedes G-Klasse или классические кузова Land Rover. Создатели этих кузовов едва ли задавались вопросом хорошей аэродинамики. Я не слышал, чтобы хоть кто-то отказывался от покупки такого автомобиля пеняя на его плохую аэродинамику.
Во-вторых, там, где необходимость и прагматический инженерный подход требует того, чтобы форма была не вполне аэродинамической, в тех же грузовых автомобилях или рейсовых автобусах, кузов выполняется в не аэродинамической форме. Конечно и в таких кузовах специалисты по мере возможностей, достигают приемлемых аэродинамических показателей, тем не менее до спорт-кара им в этом далеко.
Ну и в-третьих, если кузов даже с почти вертикальным лобовым стеклом будет выполнен инженерно правильно, возможно, его аэродинамика будет даже лучше некоторых седанов. Такие задачи можно ставить и решать, получая приемлемые показатели для заданной формы.
Тем не менее фактор отсутствия обтекаемости такого кузова кроме чисто технического негативного фактора имеет еще эмоционально-эстетическую неприемлемость. Мы как бы подсознательно наделяем все быстрое и движущееся аэродинамическими формами. Это касается даже животных. Мы видим эту аэродинамику в птицах и рыбах и даже в стремительных сухопутных животных таких как гепарды или антилопы. Когда кузов имеет форму кирпича, естественным образом возникает ощущение его инертности неподвижности, какой-то странности.
Меньшая безопасность
Еще одним доводом против такого кузова является меньшая пассивная безопасность в сравнении с кузовом, имеющим капотную часть. Фактически этот аргумент имеет отношение только к лобовым столкновениям, тем не менее он имеет под собой основания. Дело в том, что при лобовом столкновении массивная капотная часть и агрегаты, которые присутствуют под капотом, являются естественным амортизатором, уменьшающим повреждения внутри салона. Тем не менее этот аргумент имеет весьма ограниченное значение.
Во-первых, опасность бокового столкновения ничем не меньше, а в этом плане микроавтобус рассматриваемого нами типа ничем не хуже защищен чем седан или «джип». Во-вторых, наличие двигателя под капотом только частично сокращает опасность повреждения салона, так как сам двигатель тоже обладает возможность повредить салон при столкновении, хотя в современных машинах реализован механизм, при котором лобовое столкновение приводит к выдавливанию мотора вниз, а не в сторону салона.
При этом, как мы уже говорилось ранее, в тех случаях, когда инженерная необходимость того требует, а именно в микроавтобусах с ДВС, больших рейсовых автобусах или на грузовиках, отсутствие капотной части никого особо не останавливает. То есть можно сказать, что данный вопрос безопасности объективный, но его можно решать и в случае с кузовом микроавтобуса, как и с кузовом седана, просто потребуются какие-то специальные механизмы. В том числе, можно устанавливать в лобовой части специальные механические демпферы, которые будут аналогичны по действию с массивной капотной частью классического кузова.
Поэтому доводы «против» все-таки вполне весомы и могут оказать значительное влияние на реализацию такого проекта, вернее на то, чтобы данный кузов был принят большим числом людей. Тем не менее я считаю у идеи сделать кузов именно в таком формате много положительных причин и прагматический подход удобства и функциональности должен его оправдать.
Салон автомобиля
Здесь описаны те технические решения, которые хотелось бы иметь в нашем создаваемом воображением автомобиле. Салоны исторически всегда были более стереотипны и оставались неизменными во многих машинах даже после глубокой переработки внешнего дизайна. Это одновременно и верно, так как личные привычки пользователя автомобиля именно в салоне действительно более стереотипны, чем восприятие экстерьера. Тем не менее именно интерьер автомобиля это наиболее важная часть в смысле опыта эксплуатации и удобства пользования, поэтому здесь нужно думать прежде всего об удобстве и комфорте, а в этой сфере также множество решений, которые никто не мешает реализовать, тем более что они фактически уже реализованы на многих автомобилях в отдельных своих формах.
Поворотные съемные кресла
Про салон мысли следующие. По первых все кресла по задумке должны быть поворотными на 360 градусов и при этом еще и съемными. С нацеленностью на беспилотное вождение, а также использование машины в кемпингах, кресла должны занимать любое направление, а если они снимаются, то могут выноситься вне машины и использоваться как внешние кресла. Действительно странно, когда приезжают на 6–8 местной машине и берут еще с собой какие-то отдельно кресла. Зачем так вообще? Технические сложности и безопасность и все такое, это разрешимые вопросы. Можно сделать такое крепление кресел, чтобы оно было одновременно и надежным, и быстросъемным, конечно, желательно без болтов. Дело лишь в том, что никто этим не занимался и не стояло такой задачи. Если она будет, то вполне можно все сделать. Взять те же авиационные кресла. Они достаточно компактны и надежны, а их крепления довольно малые по размеру.
В пределе весь салон легко должен освобождаться от кресел превращаясь, во-первых, в пустое пространство, а во-вторых, количество посадочных мест в салоне должно легко регулироваться, то есть если не нужно 6-8 мест, но при этом нужно свободное пространство, эти кресла должны легко демонтироваться. Часть кресел, например 1 или 2 средних ряда могут иметь дополнительный функционал сворачивания до столов. То есть при складывании таких кресел, они могут превращаться в ровный стол, который находится между рядами. Такой функционал существует в некоторых машинах и не является чем-то сверх экзотическим. При этом при вынимании таких кресел они, очевидно, могут играть тех же столов вне автомобиля.
Шторы
Если кто-то знает кемпинговую тематику, он видел, что в соответствующих кемпинговых автомобилях, чтобы создать полное зашторивание салона используются достаточно экзотические и не очень удобные средства. Кто-то использует даже что-то совсем кустарное, хотя есть и специальные шторы как опции. Однако из самых сложных задач – зашторивание лобового стекла. Лобовое стекло массивно и при этом сложной форы и находится часто под очень острым углом к плоскости самого автомобиля. Все это усложняет нормальное крепление. Очевидно, что если лобовое стекло будет более простой формы, при этом максимально вертикально, то зашторивание реализовать будет проще. Это одна из причин, почему лобовое стекло примерно, как у грузовиков или больших автобусов должно быть реализовано максимально вертикально.
При наличии вертикального лобового стекла, с учетом того, что все остальные окна тоже вертикальны, можно реализовать полностью автоматическое, а не ручное зашторивание по всему контуру автомобиля. То есть блоки шторм могут закрывать все окна, при этом такой механизм можно сделать на приводах, так чтоб закрытие / открытие происходило от кнопки. Причем если на лобовом стекле зашторивание, которое должно происходить сверху, может выполнять еще и роль солнцезащитного козырька, вместо известных ручных козырьков. То есть водитель опускает штору до комфортного уровня и продолжает движение с ней. Как известно, солнцезащитные козырьки никогда нормально ничего не закрывают и требуют каких-то странных манипуляций, которые даже не все знают, чтобы закрыться от различных встречных косых лучшей солнца. Если бы была одна шторка, опускающаяся сверху вниз до заданной высоты, и при этом, закрывающая все окно или даже окна вообще, то это было бы просто великолепно. Еще раз повторюсь, что функция такого зашторивания главным образом востребована в кемпинге. Однако, не будем забывать и элемент удобства при езде для задних пассажиров. У меня на S-Klasse были шторки и задних боковых окон и заднего стекла, если бы шторки были двойными с возможностью блек-аут, это бы было просто отлично, и как это реализовать, тем более на окнах с простой геометрией, вполне понятно.
Ровный пол
Ровный пол реализуется даже на автомобилях с ДВС, при этом для автомобиля с электродвигателем и при этом мотор-колесами, сделать ровный пол не представляется сложным с технической точки зрения. Конечно, вопрос остается с креплением сидений, и это и есть единственный вопрос, который стоит решить. В остальном такое решение должно быть стандартным и не требующим каких-то уточнений. Пол с вынутыми задними креслами, должен представлять собой просто фургон. С учетом зашторивания на окнах до блек-аут, такой салон и может использоваться как фургон даже при наличии остекления, что является дополнительным удобством такого автомобиля. Кто не сталкивался с задачей перевозки какого-нибудь условного холодильника, который никак не поместить даже в джипе. Однако фургон дает возможность перевозки еще более экстремальных грузов даже без наличия прицепа. Например квадроцикла, или мотоцикла, чего-то что влезет в кузов 5-метрового фургона. Согласитесь, это очень удобно. И конечно для всего этого у такой машины должен быть точно ровный пол. И при этом даже крепления для кресел должны быть такими, что при снятии их, не должно оставаться никаких существенных технических отверстий или наоборот выпирающих частей. Как уже говорилось, некоторые исключения могут быть сделаны лишь для передних кресел, демонтаж которых выглядит, как достаточно специфическая, хотя и интересная задача.
Шасси автомобиля
Для меня интересно рассмотрение шасси электромобиля исключительно при использовании так называемых мотор-колес. В таком случае двигатели находятся непосредственно внутри колес, с одной стороны, не отнимая полезного пространства в кузове, а с другой стороны, давая множество других преимуществ. Использование такого технического решения возможно уже сейчас, но, быть может, оно имеет еще много технических сложностей внедрения. Тем не менее, именно в этом направлении, как я считаю, стоит работать вместо того, чтобы использовать обычные электромоторы с приводами на колеса.
При таком шасси массив аккумуляторов находятся в основе, управляющая механика и электроника, все силовые агрегаты в виде моторов не выходят за габариты колес. Для этой цели может быть несколько модифицирован колесный диск, шина при этом может остаться совершенно стандартной.
Уже сегодня мотор-колеса являются вполне распространенными рабочими механизмами и используется во многих местах с достаточно серьезными требованиями к эксплуатации, например, в некоторых пассажирских самолетах, мотор-колесо используется как движущая сила при маневрировании на взлетной полосе.
Использование же мотор-колес в мелком транспорте, таком как самокаты, давно уже стандартным. Никто не использует цепной или карданный привод, как раньше для передачи кручения от стационарного электромотора к колесу, а просто встраивают электродвигатель в само колесо. Очевидно, что это гораздо удобнее, надежнее и технически экономнее.
Далее хочется рассмотреть более подробно те преимущества, которые дает топология электромобиля с мотор-колесами.
Независимые 4 колеса
По моему мнению, одним из основных преимуществ топологии с 4 мотор-колесами являются 4 независимые движущих колеса. Это техническое решение может назваться полноценным независимым полным приводом. Дело в том, что в обычных полноприводных автомобилях с двигателем внутреннего сгорания, крутящий момент передается от одного двигателя и несмотря на то, что редукторы и мосты позволяют изменять кручение на разных колесах, достигнуть полной независимости вращения всех колос фактически невозможно. Для независимости вращения используются достаточно сложные технические решения типа блокировки дифференциала, изнашивающиеся редуктор и т.п. В случае с независимыми 4 моторами, решение независимого вращения колес достигается совершенно очевидным образом, путем независимого электронного управления каждым колесом в отдельности.
Почему это может быть полезно. Как известно, скорость вращения разных колес в разных положениях автомобиля, это вполне ясная техническая необходимость. Например, вращение колес внутри радиуса поворота должно быть медленнее, чем во внешнем радиусе. Существуют ситуации, когда скорость и момент вращения задних и передних колес должны отличаться для исключения заноса автомобиля. Также ситуации диагонального вывешивания автомобиля, требуют решения, которое механически решается с помощью блокировки дифференциала на автомобилях с ДВС. Понятно, что все эти ситуации, гораздо легче решить при независимом электронном управлении всеми 4 колесами в отдельности.
Однако, кроме этих очевидных и решаемых в рамках обычной механики задач, можно представить, какие возможности дает независимое управление всеми колесами в отдельности. Мы можем управлять не только скоростью и моментом на разных колесах в отдельности, но и направлением вращения. Когда это может быть нужно? Например, при гусеничном развороте, вращение на правом и левом крае автотранспорта происходит в разных направлениях. Далее, когда мы рассмотрим здесь поворотный механизм, будет понятно, что при таком взаимообратном вращении правой и левой сторон автомобиля, можно реализовать разворот электромобиля на месте.
Можно поразмышлять и найти еще множество различных методов использования, которые могут оказаться полезными при независимом управлении вращением всех 4 колес. Такая топология является весьма гибкой и богатой с точки зрения технических возможностей.
Поворотный механизм
В моем понимании поворотный механизм нового электромобиля должен быть тоже серьезно переосмыслен. Дело в том, что наличие поворотного механизма на задних колесах имеет весьма важное практическое значение. Данное решение не является совсем новым или очень сложным.
Уже сейчас есть автомобили, которые предполагают подруливание или даже полноценный поворотный механизм для задних колес. Это делается главным образом для уменьшения радиуса поворота на длинных автомобилях, в том числе на грузовиках.
Тем не менее, я выступаю именно за полноценный поворотный механизм на задних колесах, фактически дублирующий передний механизм поворота. В моем представлении электромобиль должен быть почти симметричным в вопросе разворота для задней и передней частей. При этом механический поворотный механизм с использованием механической передачи на рулевую рейку может быть сохранен только для передней пары колес. Для задних же колес может использоваться электромеханический принцип.
То есть передняя и задняя пара колес имеют электромеханические сервоприводы управляющие поворотными механизмами через две рулевые рейки, но на передние колеса может подключаться как механический привод от рулевого колеса, так и электронное управление, а на задних колесах, механизм ограничивается электронным управлением. Такое решение дает возможность не делать слишком сложную механику с передачей вращения от рулевого колеса к задним колесам, так как задний поворотный механизм является вторичным и не обязательным. Для передних же колес остается возможность механического управления для сохранения надежности и безопасности управления.
Дело в том, что с перспективой развития электромобилей к использованию автопилота, наличие заднего поворотного механизма сильно упрощает маневрирование компьютеру. Ведь особенность передних поворотных колес связана с тем, что человеку трудно наблюдать за маневрами в задней части автомобиля, так как он находится сам и смотрит вперед. Компьютеру же, который имеет камеры по всему периметру автомобиля гораздо лучше дать возможность осуществлять маневр любым удобным образом в том числе используя задние колеса как поворотные.
Кроме заднего поворотного механизма, топология с мотор-колесами, дает возможность реализовать радикально более крутой угол поворота колеса. Дело в том, что приводы на колеса не дают возможность разворачивать колеса слишком сильно. При этом, если все-таки реализовать большой угол поворота с приводами, слишком большой ход этих агрегатов будет приводить к громоздкости приводного механизма, и малой его надежности.
Угол поворота при использовании мотор-колеса практически ничем не ограничен, но технически нужно обеспечить поворот до 90 градусов.
В случае такого поворота, так называемая «параллельная парковка» превращается просто в движение автомобиля перпендикулярно своему основному вектору движения, то есть под прямым углом вбок. Переоценить удобство от возможности такого маневра просто невозможно. Поравнявшись с местом парковки, колеса разворачиваются на 90 градусов, и машина просто сдвигается вправо или влево вставая на парковочное место любого размера больше длины самого автомобиля. При таком маневре, почти невозможно задеть рядом стоящие автомобили. Такой маневр выглядит естественным, понятным и не требует никакой специальной подготовки. Если же этот маневр осуществляется автопилотом, он также значительно проще для вычисления компьютера и гораздо безопаснее.
Как уже говорилось ранее, решение с поворотными задними колесами не является новым, оно имеет просто малое распространение. Соответственно в имеющихся решениях уже были реализованы возможные варианты эксплуатации такого механизма. То есть, если автомобилем управляет даже человек использование заднего поворотного механизма не является чем-то совершенно непонятным. Основное управление автомобилем, безусловно, происходит по классической схеме, когда поворачиваются только передние колеса, а задние зафиксированы параллельно кузову.
В случае, когда необходимо так называемое «подруливание» для уменьшения радиуса поворота, это может происходить автоматически с помощью бортового компьютера, при этом может быть жестко или вручную задан максимальный угол подруливания задних колес, когда водитель пытается повернуть. То есть передние колеса поворачиваются на заданный рулевым колесом угол, а задние поворачиваются постепенно до максимального своего заданного угла, в некотором заданном пропорциональном соотношении с передним поворотом. В этом случае водитель никак не управляет сам вручную задним рулевым механизмом.
В случае же необходимости совершить специфический маневр с использованием заднего поворотного механизма, автомобиль останавливается и в состоянии покоя, режим поворота переключается. После такого переключения, поворот колес будет происходит в новом режиме. Можно ограничить некоторые режимы для использования в скоростных режимах для безопасности, так же как это происходит, например, при сильном увеличении клиренса у автомобилей с пневмоподвеской.
Можно представить несколько возможных режимов работы заднего механизма поворота:
- Классическая схема: поворачиваются только передние колеса (с подруливанием задних / без подруливания задних)
- Параллельная сдвиг: задние колеса поворачиваются параллельно передним
- Вращение: падние колеса поворачиваются зеркально передним
- Задний поворот: поворот осуществляется только задних колес (с подруливанием передних / без подруливания передних).
Автопилоту также можно задавать режим движения либо с использованием классического поворотного механизма, либо с использованием всех его возможностей. Такой выбор будет давать предсказуемость движения как для самого водителя, так и для окружающих участников.
Низкий симметричный центр тяжести
Приведенная топология электромобиля дает еще одно не очевидное преимущество. Так как основной вес электромобиля – это аккумуляторы, а также вторыми по весу являются электромоторы, и все эти элементы расположены внизу автомобиля, при этом симметрично продольной и перпендикулярной осям, автомобиль становится чрезвычайно устойчивым при вождении. Он не имеет перекоса веса назад, вперед, влево или вправо, центр тяжести такого автомобиля находится в центре, и при этом на высоте 20-30 см выше уровня дороги. Таких показателей весьма трудно добиться при наличии как двигателя внутреннего сгорания, так и при классических электромоторах, которые, как правило размещены сзади и вносят асимметрию в развесовку автомобиля.
Кастомный кузов
Кастомный кузов – это возможность легкой замены кузовной части с сохранением базового шасси. Владелец может менять не автомобили, а лишь кузова своего автомобиля.
Еще одним интересным свойством электромобиля рассматриваемой конструкции, является возможная вариативность кузова, вплоть до возможности использования сменного кузова. Фактические в рассматриваемой конструкции можно установить всю электронику и механику управления в блок шасси. При этом салон может быть частью сменной кузовной части.
Аналогом в этом отношении являются рамные внедорожники, у которых шасси связано с рамой, а не с кузовом, кузов в свою очередь крепится на раму и может сниматься с нее. Отсутствие массивных механических агрегатов, таких как двигатель, коробка передач и приводы, значительно упрощают монтаж / демонтаж кузова.
Если при этом в нашем электромобиле мы используем главным образом электронное управление, а не механическое, то есть кузов с шасси может соединяться достаточно просто через силовые и информационные электрические разъемы, давая возможность свободно с минимальными техническими сложностями снимать кузов.
Фактически на одном и том же шасси у владельца может быть несколько кузовов, которые ему необходимы. В том числе это могут быть даже классически седаны или пикапы. В самом салоне можно реализовать вариативность используемых кресел, создавая либо вместительный 6-8 местный салон, либо утилитарный 2-местый с большой багажной частью. Если кузов может меняться, владелец может обладать как бы несколькими автомобилями меняя при этом лишь верхнюю часть и часть салона. Это очень гибкая система
ДВС в комплекте
Несмотря на то, что тут обсуждается электромобиль, я считаю, что на нем просто необходимо установить также и двигатель внутреннего сгорания. Это может быть бензиновый, дизельный или даже газовый двигатель. Для меня электромобиль интересен не только и даже не столько как экологический транспорт, а скорее как более эффективное средство передвижения, засчет того, что электромоторы более эффективно используют энергию преобразуя ее во вращение.
Тем не менее вопрос с выработкой электроэнергии для зарядки аккумуляторов требует использования каких-то других источников энергии, а в силу того, что зарядные устройства находятся не везде, наличие собственной электростанции для подзарядки, является весьма разумным. То что изображено на фото, не лучший способ решить эту задачу.
Таким образом речь идет не столько о наличии двигателя внутри автомобиля, а зарядной или правильнее сказать «подзарядной» электростанции. Так как этот двигатель не должен обеспечивать движение автомобиля, он может быть значительно меньше, чем стандартный мотор устанавливаемый в автомобилях. Даже двигатель с объёмом 700 — 800 куб. см будет давать возможность установить на автомобиль генератор 10 кВт, что весьма серьезное решение для задачи подзарядки аккумуляторов.
Во-первых, данный двигатель будет занимать значительно меньше места, чем стандартный двигатель, он даже может быть демонтируем, как комплектный агрегат «электростанция», если его использование по каким-то причинам ненужно. То есть, проще говоря, всю электростанцию, смонтированную в электромобиле, можно вынуть и оставить, например в гараже, используя там как автономную или резервную электростанцию.
То есть такая электростанция может быть даже не стандартным элементом электромобиля, а опцией в комплектации, которая в свою очередь очень удобна в использовании. Чтобы понять, насколько это удобно, можно привести пример применения.
Допустим, что вы поехали за город при этом достаточно далеко. Вы зарядили свой электромобиль максимально в городе и выехали куда-нибудь на природу. Вы можете в процессе езды до места, чтобы не терять заряд включить электростанцию и вместо того, чтобы слишком активно тратить заряд до места прибытия, подзаряжать свой электромобиль всю дорогу. Тогда приехав на место, вы будете иметь гораздо меньше расход заряда, чем если бы вы не включали электростанцию. При этом, в дороге, работа электростанции будет гораздо меньше напрягать, чем если бы вы ее запускали на стоянке. Кроме того, в дороге можно обеспечить более надежное охлаждение для электростанции.
При поездках на природу люди часто берут автономные электростанции, которые, во-первых не могут быть слишком большим, так как просто не поместятся в автомобиль, во вторых они доставляют дискомфорт шумом и выхлопными газами. Вы же имея на борту свою собственную, достаточно мощную электростанцию, можете продолжать пользоваться электроприборами подключая их прямо к электромобилю, зная, что на обратной дороге или в случае сильного разряда аккумуляторов, вы всегда можете завести электростанцию и подзарядиться.
То есть, такая электростанция не заменяет и не отменяет необходимость заряжаться от специальных зарядных станций, она дает комфорт и безопасность при использовании электромобиля. При этом она может быть очень гармонично и компактно встроена в электромобиль, что будет минимально отнимать внутреннее пространство, в то же время давая большие удобства.
Внешнее оборудование
Как уже частично говорилось в данном разделе. В конструкции машины должны быть максимально предусмотрены технические решения позволяющие сделать такую машину управляющейся автопилотом. Даже если с точки зрения законодательства или функционала езды по дорогам общего пользования, машины с автопилотом — это не вопрос завтрашнего дня, тем не менее уже сейчас часть этих функций вполне применимы, и для них должно быть обеспечено максимально удобное применение.
Речь идет о том, что даже парковка на свободное место или автоматический выезд с парковки без участия человека, это вполне уже реальные вопросы для современных машин. Более того они частично реализуются, но являются некоторыми бонусами, а не принципиально новым функционалом. Однако, чтобы эти системы работали, машина, должна быть обеспечена прежде всего эффективными датчиками.
Человек в большей степени полагается на зрение и частично на слух при вождении автомобиля. Причем его внимание сфокусировано в большей степени в направлении движения автомобиля. Все это совершенно не обязательно для искусственных средств наблюдения и датчиков. Прежде всего на автомобилях используются ультразвуковые датчики парковки. Однако они достаточно слабые и «видят» примерно на расстояние одного-двух метров. Достаточно активно внедряются инфракрасные датчики, которые позволяют «увидеть» даже на неосвещенной дороге живые объекты, людей или животных. Однако самым продвинутым являются радио датчики в различном волновом диапазоне, которые позволяют видеть через различные среды и за счет выбора частоты сигнала получать различную картину окружающей среды.
Исходя из сказанного я считаю, что основным внешним оборудованием должны различные датчики среды, это фактически камеры в видимом, инфракрасном и радиодиапазонах, которые при этом размещены так, что «видят» без исключений весь периметр машины, при этом в бинокулярном, а не монокулярном формате, что позволяет адекватно оценивать расстояние и размер окружающих объектов. Это еще один аргумент в пользу правильной «кирпичеобразной» формы такого автомобиля. Такие датчики размещены должны быть во всех углах этого «параллелепипеда». Причем фары должны выполнять двоякую роль, как подсветку в видимом диапазоне, так в инфракрасном, радио и ультразвуковом. Такой автомобиль может двигаться автоматически в полной темноте ориентируясь на другие средства наблюдения. Датчики и фары в этом смысле должны быть практически симметричны спереди и сзади, в отличие от современных автомобилей, где основное освещение сделано только спереди. Безусловно, законы запрещают сильный белый свет сзади, который может ослеплять водителей, и он не потребуется, если наблюдение будет происходить в разных диапазонах. Поэтому исключая сильный белый свет, задняя часть автомобиля должна быть оборудована ровно теми же средствами наблюдения, что и передняя.
Кроме всего прочего, эти датчики дают полную и объективную картину любого ДТП, что может использоваться государственными органами для контроля и принятия решения о том или ином правонарушении. Данные о таких событиях могут передаваться на серверы соответствующих органов и решение будет приниматься без каких-либо «пояснений» и письменных заявлений. Конечно, такой автомобиль может взаимодействовать и с внешними системами наблюдения, то есть «видеть» дорожную обстановку не только с собственных камер, но и внешних камер предназначенных для подключения таких автомобилей. При этом проезд по сложной территории становится особенно безопасным, потому что наблюдатель находится не только внутри автомобиля, но и вне его, как бы давая необходимые команды для движения.
Опции автомобиля
Интересная маркетинговая и функциональная идея с опциями для такого автомобиля. Так как автомобиль является по сути конструктором то открывается большое поле для фантазий как сторонних разработчиков, так и при создании комплектации. Кроме уже описанной в соответствующем разделе, опции со сменными кузовами, а также установкой автономной электростанции, мне на ум приходят опции для кемпинга. Фактически это набор опций, связанных с дополнительной палаткой на крыше.
Палатка на крыше
Кому-то может показаться излишней такая опция при наличии функционального салона, в котором можно организовать достаточное пространство для сна. Тем не менее при поездке в достаточно большом составе 4 и более человек, может захотеться иметь отдельные пространства для сна. Более того, задачи этой палатки несколько шире. Внутри ее находятся сворачивающиеся тенты, которые могут накрывать пространство вокруг автомобиля сплошным зонтом с вылетом на 2 или даже более метра, то есть, мы получаем для отдыха закрытую от дождя площадь примерно 6х9 метров, почти целый дом. При этом на этих тентах и самой палатке сверху могут быть размещены солнечные батареи, которые тоже при такой площади, могут дать существенный подзаряд аккумуляторам, с учетом также того, что автомобиль может находиться под солнцем несколько дней. Кроме того, при размере палатке на крыше примерно 5х2 метра, она может быть весьма комфортным местом для сна, которое будет с большим желанием выбрано, нежели сон внутри машины. Сам рынок таких палаток и их особенности хорошо известны, в случае же с нашим автомобилем, есть возможность сделать ее весьма внушительных размеров и заложить в ней интересный функционал как для 2 человек, так например и для родителей + детей, то есть сон 4-5 человек в одной палатке. Конечно, такая палатка должна и может быть электрифицирована, утеплена, иметь все возможные варианты стен и штор, как плотных блек-аут, так и малопрозрачных или даже москитных сеток.
Загородный выезд
Поездка за город и применение такого автомобиля в условиях кемпинга, является одной из самых занимательных и применение такого автомобиля в этих целях имеет много интересных свойств.
Так как автомобиль предназначен для внедорожной езды, все особенности автомобиля предназначенного для езды по пересеченной местности у него есть. Подвеска, шасси, размер колес, клиренс для этого предназначены. Однако у этого автомобиля есть и нечто большее. Так как электрические моторы могут работать на любых оборотах бес существенного изменения величины момента, то никакие пониженные передачи для него не нужны. Все вождение происходит в одном режиме «D» (drive). Кроме того, независимые 4 двигателя на каждом колесе исключают необходимость блокировок и других экзотических механических решений.
Такой автомобиль проедет везде, где проедет внедорожник, а также проедет там, где внедорожник не проедет. Не нужно забывать также и о том, что выхлопная система и система забора воздуха в автомобиле с ДВС налагает свои ограничения по движению при пересечении брода. Если у автомобиля нет указанных проблем, то достаточная герметичность кузова позволяет преодолевать любой возможный брод. Этот автомобиль как электрическая подводная лодка, если нужно она может ехать по дну будучи полностью скрыта водой. Никакой гидроудар или «захлебывание» через воздушный фильтр такой машине не грозят. На практике брод пересекается не такой и глубокий, но сам факт того, что никакие специальные решения для этого не нужны, и для автомобиля это совершенно безопасно, делает такое «приключение» гораздо более реальным, чем на автомобиле с ДВС.
Когда же такой автомобиль добирается до места парковки в условия кемпинга или загородного отдыха, он подъезжает без характерного для ДВС шума и выхлопных газов. Таким образом в кемпингах вполне возможно вводить зоны, которые вообще исключают наличие выхлопных газов, а также экологически безопасны из-за отсутствия топлива и тех смазочных материалов, которые могут вытечь из ДВС. В электрических моторах хотя смазка и используется, но она абсолютно герметична и чаще всего мало текуча. Единственный шум, который сопровождает такой двигатель, это работа кондиционеров охлаждения. Охлаждение остается актуальной задачей как для салона, так и для аккумуляторного отсека, что является вопросом для дополнительной работы инженеров по понижению шумности таких систем. Дело в том, что на сегодняшних автомобилях инженеры не ставят задачу сильного понижения шума вентиляторов охлаждения, хотя даже сейчас мы иногда слышим их лучше, чем двигатель, особенно на парковке. Однако ДВС дает настолько более высокий шум при движении, что инженеры просто не очень заняты тем вопросом, что такой шум понизить.
Если же эта задача станет явной, как она стала явной для настольных компьютеров и ноутбуков, то и решение найдется достаточно быстро.
Итак, наш Автомобиль приехал в кемпинг. Весь его дизайн создан так, что он просто провоцирует на загородный отдых. Две большие боковые двери, открывающиеся через сдвиг, не занимают лишнего пространства на парковочном месте, но делают внутреннее пространство легко доступным. Через автомобиль можно пройти насквозь. Кресла снимаются и могут быть выставлены на улицу. Подвеска устроена так, что, максимально опустив ее, автомобиль почти касается днищем земли и становится как низкопольный автобус. В такой салон легко заходить и выходить из него, в отличие от ситуации с классическим внедорожниками, куда нужно залезать, вступая на ступеньки.
Если комплектация предполагает дополнительную опцию на крыше в виде специального тента, то вокруг автомобиля создается сплошная закрывающая от солнца и дождя палатка, под которой можно находиться при любой погоде. При этом на этом же тенте могут располагаться солнечные батареи, которые дают дополнительный заряд аккумуляторам и достаточное электричество для собственных нужд на стоянке. Это позволяет исключить без особой необходимости завод электростанции.
