Огромное разнообразие
На первый взгляд может показаться, что создать гибридомобиль не так уж и сложно. Подумаешь, добавить электромотор не очень большой мощности – и готово. Однако на самом деле не все так просто. Легко запутаться
Прежде всего необходимо отметить, что одной только электрической машиной не обойтись. Потребуются еще как минимум силовой преобразователь (инвертор), накопитель электрической энергии (высоковольтная аккумуляторная батарея или суперконденсатор) и, само собой разумеется, управляющий всем этим хозяйством бортовой компьютер с соответствующим программным обеспечением. А если дело касается более «серьезных» конструкций, то придется добавить вторую электрическую машину, зарядное устройство. При этом одни и те же электрические компоненты могут различаться между собой по устройству и, следовательно, параметрам (мощности, емкости, силе тока, габаритным размерам и т.д.). Более того, взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электромотора выполняется по-разному. Нельзя забывать, что и сам ДВС может быть бензиновым, газовым или дизелем.
Таким образом, получается, что количество различных вариантов гибридомобилей огромно, и чтобы во всем этом многообразии не запутаться, их надо как-то упорядочить. Это можно сделать несколькими путями. Согласно одной из удачных классификаций транспортные средства с гибридной силовой установкой подразделяют по возможностям электрической части силовой установки. Такой подход позволяет учесть не только сложность конструкции, но и параметры электрических компонентов.
Гибриды начального уровня (Mild Hybrid) перемещаться на электрической тяге не могут, они лишь запасают электроэнергию при торможении и отдают ее при разгоне; мощность электрической машины и емкость накопителя невелики. Full Hybrid – это уже полноценный гибридомобиль, дальность пробега которого с выключенным ДВС определяется только параметрами высоковольтного аккумулятора. К сожалению, это очень дорогой компонент, но если не поскупиться на него и добавить зарядное устройство, то получим Plug-in Hybrid (подзаряжаемый гибрид) – такое транспортное средство при условии небольших ежедневных пробегов может годами эксплуатироваться без применения ДВС. А далее идут уже «чистые» электромобили.
Автомобили, оснащенные системами старт/стоп, также стали относить к гибридомобилям, и для них даже придумали специальное название – микрогибрид (Micro Hybrid). В табеле о рангах они стоят на низшей ступени перед «мягкими» гибридомобилями.
Новаторская разработка
Обычно созданием гибридомобилей совместно занимаются автопроизводители и поставщики комплектующих изделий. В качестве примера рассмотрим сотрудничество компаний PSA Peugeot Citroёn и Bosch. Дружные усилия их специалистов привели к появлению кроссовера Peugeot 3008 HYbrid4. Это очень интересное транспортное средство.
Франко-немецкая новинка имеет ряд пока что непривычных технических решений. Во-первых, основным двигателем является 4-цилиндровый 2-литровый турбодизель 2.0 HDi, развивающий максимальную мощность 120 кВт/163 л.с. (крутящий момент 300 Н•м) и удовлетворяющий требованиям Euro 5. Он через 6-ступенчатую автоматическую коробку передач может приводить во вращение колеса передней оси. Во-вторых, компактная тяговая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами (диаметр 180 мм, длина 120 мм) является составной частью задней оси.
Какой-либо механической связи между осями нет, и взаимодействие между дизелем и электромотором осуществляется только через колеса и поверхность дороги. Кроссовер может передвигаться посредством усилий или только дизеля, или только электромотора, или их совместной работы. Таким образом, в зависимости от условий движения Peugeot 3008 HYbrid4 бывает и переднеприводным, и заднеприводным, и полноприводным.
Задний силовой модуль развивает мощность 27 кВт/37 л.с. и крутящий момент 200 Н•м. Он приходит на помощь дизелю при динамичном разгоне или преодолении плохих участков дорог, когда от транспортного средства требуются свойства внедорожника. А в условиях плотного городского движения с постоянными остановками возможно (и целесообразно) перемещение только на электротяге с нулевым загрязнением окружающей среды. Пробег в режиме электромобиля зависит от величины заряда никель-металлгидридной аккумуляторной батареи и может доходить до 4 км. При полном разряде высоковольтного аккумулятора в действие автоматически вступает ДВС.
Наличие двух двигателей потребовало разработки сложного алгоритма управления, обеспечивающего их взаимодействие. Предусмотрено четыре режима функционирования силовой установки. При выборе «Auto» водитель определяет только нажатие на педаль акселератора, а электроника сама координирует действия ДВС и электромотора таким образом, чтобы обеспечить сочетание минимального расхода топлива с получением максимального удовольствия от вождения. При необходимости полноприводный режим движения задается вручную, также водитель может выбрать спортивный или особо экономичный способ передвижения.
Как уже отмечалось, дизель и тяговая электрическая машина не имеют механической связи между собой, но тогда закономерно возникает вопрос, а как же осуществляется зарядка высоковольтной аккумуляторной батареи? Для этой цели служит вторая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами (диаметр 138 мм, длина 80 мм, максимальная мощность 8 кВт), которая находится в моторном отсеке (имеется в виду там, где установлен дизель). Она действует как высоковольтный стартер-генератор и среди прочего обеспечивает функционирование системы старт/стоп (забавно получается – согласно рассмотренной классификации кроссовер одновременно является и микрогибридом, и полноценным гибридомобилем). Однако главной его задачей является обеспечение электроэнергией тягового электромотора (при разряженной высоковольтной АКБ) и питание электросистемы и кондиционера. Генератор приводится во вращение дизелем через внушительную ременную передачу. Это еще одна необычная особенность франко-немецкой новинки.
Применение в Peugeot 3008 HYbrid4 двух электрических машин оказало влияние на устройство инвертора. Он двойной и обеспечивает передачу электрической энергии между ними и высоковольтной АКБ.
Согласно данным фирмы Bosch расход топлива нового гибридомобиля уменьшается на 35%. Правда, в пресс-материалах не сказано, по сравнению с чем. Судя по очень приличной величине экономии, имеется в виду обычный бензиновый вариант кроссовера. Там же указано, что для преодоления 100 км пути достаточно 3,8 л дизтоплива. Выбросы СО2 составляют 99 г/км. Но при этом кроссовер нельзя назвать вялым. Разгон до 100 км/ч занимает всего 8,5 с, а максимальная скорость равна 191 км/ч. Столь приличные параметры обеспечиваются благодаря тому, что максимальная мощность силовой установки достигает 147 кВт/200 л.с., а ее крутящий момент составляет впечатляющие 450 Н•м.
Помимо создания электрических компонентов рассматриваемого гибридомобиля, компания Bosch позаботилась и об измерительном и испытательном оборудовании для них. Нельзя не сказать, что для установки на Peugeot 3008 HYbrid4 тормозная система подверглась доработке. Теперь она стала рекуперативной. А для обеспечения высокого уровня активной безопасности транспортного средства внесены изменения и в систему динамической стабилизации.
Пора догонять лидеров
Российские достижения в области гибридных технологий транспортных средств весьма скромны. Все еще сказываются последствия разгрома отечественных научных и инженерных кадров в результате недальновидных либерально-демократических реформ последнего десятилетия прошлого века. Но кое-что уже есть.
К числу ведущих разработчиков рассматриваемой техники относится Российский электротехнический концерн (РУСЭЛПРОМ), в котором гибридными силовыми приводами транспортных средств занимается подразделение «РУСЭЛПРОМ-Электропривод». Среди реализуемых проектов находятся гибридные приводы городского автобуса и многоосного автомобиля повышенной грузоподъемности и проходимости (или, как теперь принято говорить, транспортного средства двойного назначения).
По части средств перевозки пассажиров партнерами концерна являются Ликинский автобусный завод, Белкоммунмаш (Белоруссия), корпорация «Богдан» (Украина). Для оснащения автобусов предпочтение отдали последовательной схеме, в которой отсутствует кинематическая связь между ДВС (естественно, что для тяжелой машины выбрали дизель) и ведущими колесами. Такой подход находится в русле мировых тенденций и позволяет обойтись без сцепления, коробки передач и карданного вала.
Комплект электрических компонентов привода включает тяговый асинхронный генератор (мотор-генератор) переменного тока, тяговый асинхронный двигатель, силовые преобразователи с микропроцессорной системой управления, буферный накопитель, контроллер верхнего уровня для управления потоками мощности и тягой (вместе с органами управления и отображения информации в кабине водителя), систему питания собственных нужд. Предпочтение асинхронным трехфазным электрическим машинам отдано потому, что они не имеют подвижных электрических контактов и, следовательно, отличаются высокой надежностью, большим сроком службы, простотой технического обслуживания и ремонта. В качестве силовых преобразователей использованы интеллектуальные интегральные модули трехфазного мостового преобразователя SKAI фирмы Semikron.
В заключение вновь зададимся вопросом: насколько сложны гибридомобили. На него можно ответить так: да они разные, начиная от простейших, если не сказать примитивных, и заканчивая особо мудреными наукоемкими конструкциями.
В статье использованы иллюстрации компании Bosch и концерна РУСЭЛПРОМ
