Авторские статьи

Экономичные грузовые автомобили будущего

Экономичные грузовые автомобили будущего

Сергей ВАСИЛЕНКОВ

Систематический рост цен на горюче-смазочные материалы, ужесточение экологических требований и необходимость повышать конкурентоспособность автомобильных грузоперевозок предопределяют непрерывный процесс совершенствования конструкции грузовиков, а также разработку принципиально новых транспортных машин. Рассмотрим несколько наиболее ярких представителей подобных разработок.

 


Semi
Компания Tesla Motors давно уже ассоциируется с внедрением в жизнь передовых разработок современности, настало время перейти от производства премиальных легковых автомобилей к коммерческому транспорту. Этот грузовик отличается от других смелых прототипов тем, что передвигается исключительно на электротяге. Такой подход до недавнего времени не находил отражения в сегменте тяжёлых грузовиков, поскольку они должны ежедневно преодолевать до тысячи километров с тяжёлым полуприцепом и времени на промежуточные зарядки батарей может попросту не быть. Тем не менее, Tesla удалось добиться показателей, которые позволяют осуществлять полноценную коммерческую деятельность.

 

Как уверяют разработчики, Semi на одной зарядке способен преодолеть до800 кмс грузом массой 36 тонн и средней скоростью 95 км/час. Специально для данного автомобиля планируется создавать сеть скоростных зарядных станций Megacharger, которые за 30 минут способны поднять уровень заряда батарей до 80%. Пока не совсем ясно, как такая интенсивная зарядка скажется на ресурсе аккумуляторов, но положительные сдвиги в этом направлении, безусловно, есть. Не меньшее внимание уделяется и аэродинамике, поскольку при значительной фронтальной площади и скорости движения на шоссе этот показатель имеет значительное влияние на удельный расход топлива. Грузовик имеет полукапотную компоновку, а для максимальной эффективности зазор между кабиной и полуприцепом закрывается выдвигающимися аэродинамическими панелями. Серийное производство новинки запланировано на 2019 год, при том что её экономичность позволяет снизить эксплуатационные расходы на 20%.

 


Nikola One
Этот прототип американской компании Nikola относится в 8 классу грузовых автомобилей. В качестве силовой установки предусмотрен двигатель на водородном топливе, при этом реализована так называемая схема с мотор-колёсами, суть которой заключается в том, что основной двигатель не имеет прямой связи с колёсами, а приводит в движение мощный генератор, вырабатывающий электричество для электромоторов, размещённых в колёсах. Подобная схема не нова и реализуется уже не одно десятилетие, в том числе и в советское время – на карьерных грузовиках «Белаз». Существенным недостатком такого решения было резкое возрастание расхода топлива при повышении нагрузки. Тем не менее, американские инженеры придерживаются классической концепции, исправить недостатки которой призвано использование рекуперативной энергии при торможении или движении накатом. Как заявляет производитель, запас хода на одной заправке должен составлять 1300-1900 км, а запуск в серийное производство намечен на 2020 год.


Сам автомобиль представляет собой оригинальную конструкцию, кабина которой выполнена в строгом соответствии с требованиями аэродинамики и имеет полукапотную компоновку, призванную удовлетворить как американских, так и европейских перевозчиков. И если длина базы, обусловленная наличием огромного спального отсека, заставляет сомневаться в получении допуска к эксплуатации в ряде европейских стран, где суммарная длина автопоезда строго лимитирована, то в перспективах более «приземлённой» модификации Nikola Two сомневаться не приходится. Дополнительным маркетинговым шагом, призванным компенсировать слабое развитие необходимой инфраструктуры, является то, что компания предлагает покупателям бесплатную заправку грузовиков в течение 72 месяцев.

 


Project Portal

Активно осваивает новую нишу и японский производитель Toyota, представивший широкой общественности грузовики Project Portal, которые уже сейчас проходят тестовые испытания. Автомобиль приводится в действие водородным двигателем, запитанным от специально разработанных топливных ячеек. Для экспериментальной эксплуатации уже выбран участок протяжённостью322 км, преодолеваемый грузовиками ежедневно. Несмотря на стремление к экономичности, силовая установка имеет мощность670 л.с., что позволяет перевозить до 37 тонн груза. Как отметил Боб Картер — вице-президент Toyota Motor North America, «Toyota способствует пропаганде и внедрению технологии топливных элементов, начиная с введения пассажирского автомобиля Mirai и создания системы топливных элементов для тяжелого Project Portal, тем самым продвигая концепцию нулевого уровня выбросов» (источник — avtomaniya.com). В дополнение к основному мотору, под капотом размещена и дополнительная аккумуляторная батарея мощностью 12 кВт/ч. Грузовик также относится к 8 классу и выполнен в традиционном для Северной Америки виде – классического капотного тягача.

 


Iveco Z Truck
Несмотря на обилие разработок, коммерческое использование грузовиков на водороде пока выглядит сомнительным ввиду того, что заправочная инфраструктура практически не развита. Именно поэтому конструкторы Iveco решили реализовать более распространённую схему питания двигателя – на сжатом биометане. Помимо этого, в моторе реализована система, позволяющая использовать энергию выхлопных газов для гибридной установки. По предварительным расчётам, Z Truck способен снизить себестоимость грузоперевозок на треть. Грузовик обладает отличными показателями аэродинамики, какие возможны для безкапотной кабины.

 

В ходе создания данной модели разработчиками были получены 29 патентов. При этом экономичность прорабатывалась на всех этапах, вплоть до применения покрышек с пониженным сопротивлением качению.

 


Starship

Ведутся разработки и в более традиционных направлениях, а именно – снижении собственной массы автопоезда, совершенствовании систем двигателя и трансмиссии, оттачивании аэродинамических показателей. Одним из подобных проектов является грузовик Starship от AirFlow и Shell. Главной концепцией, реализованной в нём, была демонстрация эффективности новых синтетических смазочных материалов и их влияние на повышение удельной эффективности работы двигателя.

 

Как заявила Сельда Гюнсель, вице-президент Shell, «данный проект позволяет продемонстрировать лидирующие позиции компании в сфере передовых разработок и энергоэффективности в такой динамично развивающейся отрасли, как грузоперевозки».
Грузовик выполнен в форме полукапотного трёхосного тягача, сходного по внешнему виду с Nikola One, но базируется на классической агрегатной базе, подвергнутой серьёзной модернизации.

 

Таким образом, представленные модели наглядно демонстрируют основные направления развития конструкции грузовых автомобилей: от футуристичных электро- и водородомобилей до усовершенствованных классических тягачей, построенных с учётом передовых достижений.

 

 

От турбокомпаунда до беспилотников

Для полноты картины следует отметить и ещё ряд перспективных разработок, которые повсеместно реализуются в грузовом автотранспорте. В первую очередь, это снижение количества осей – даже тяжёлые тягачи 8 класса строятся на двухосной платформе, а полуприцепы постепенно лишаются третьей, даже подкатной оси. Это связано со стремлением снизить сопротивление качению, однако проблема распределения массы и соблюдения норм весовой нагрузки не позволяет окончательно перейти на такую конструкцию.

 

Что касается двигателей, то здесь прослеживается тенденция по снижению числа цилиндров. На сегодняшний день уже никого не удивишь шестицилиндровым мотором под капотом магистрального тягача. Секрет такого подхода прост – чем меньше в моторе движущихся элементов, в частности – поршней, тем меньше внутренние потери, которые оказывают наибольшее влияние на показатель эффективности. Кроме того, отдельного внимания заслуживает и масса силовых установок, поэтому V-образные конструкции постепенно уходят в историю. Рядные «шестёрки» имеют и другое преимущество – они позволяют легко применять системы повышения эффективности и сокращения вредных выбросов. Речь, прежде всего, идёт о турбокомпаунде – системе, позволяющей использовать энергию выхлопных газов, преобразовывать её в крутящий момент и передавать его напрямую на маховик. В рамках внедрения норм Евро 6 турбокомпаунд должен стать столь же распространён, как и турбонаддув, поэтому и переход на рядные моторы осуществляется практически всеми автопроизводителями. Дополнительный прирост мощности обеспечивает и снижение массы поршней и шатунов за счёт использования более прочных сплавов, при сохранении жёсткости и термической стойкости удаётся уменьшить их высоту, что сокращает внутренние инерционные потери.

 

Помимо всего вышеперечисленного, развивается и использование природного газа. Такие двигатели способны обеспечить снижение затрат на эксплуатацию на 40-45% при незначительной потере мощности. Кроме того, сам метан фактически является возобновляемым источником топлива, поскольку может быть легко синтезирован из отходов сельскохозяйственного производства. Ранее подобные модификации строились на базе штатных двигателей с минимальными изменениями, что приводило к сокращению ресурса, значительным потерям мощности и невозможности работать на традиционном топливе. Сейчас же подобные моторы являются битопливными и рассчитаны, исходя из параметров сжигания газа.

 

Для повышения эффективности использования мощности моторов перерабатываются и трансмиссии, увеличивается количество ступеней, активно развивается внедрение вариаторов, позволяющих гибко подстраивать передаточное отношение, в зависимости от скорости и нагрузки. Автоматическая же коробка передач и вовсе стала обыденностью.

 

Снижается и масса самих грузовиков и полуприцепов. Кабиной с внешними панелями из пластика могут похвастаться даже бюджетные модели, более же продвинутые разработки имеют алюминиевую раму и силовые элементы из углепластика. Прорабатывается и компоновка кабин — если раньше главной задачей было обеспечение максимального простора в спальном отсеке, ввиду чего внешняя её форма становилась близка к кубу, то сейчас главенствующую роль играет аэродинамика, делающая форму максимально обтекаемой. Для того, чтобы обеспечить комфорт, при этом ряд панелей (например, заднюю стенку) делают сдвижными, что позволяет на стоянке существенно увеличить внутренний объём. Помимо этого, целям снижения аэродинамического сопротивления способствует и проработка компоновки грузовиков. Так, подобно легковым моделям, многие из них получают полностью гладкое днище, скрывающее мосты и карданы.

 

Ввиду того, что грузовой автотранспорт вместе с перевозимым грузом имеет массу в десятки тонн, активно используется рекуперативная энергия при замедлении или движении под уклон. Эти схемы внедряются с гибридными силовыми установками. Кроме того, при наличии аккумуляторных батарей уровень их заряда может компенсироваться солнечными панелями, размещёнными на полуприцепе.

 

Способствует повышению экономичности и повсеместное внедрение электронных систем, которые определяют оптимальные режимы двигателя и трансмиссии, вносят коррективы в скоростной режим и предотвращают потери, связанные с простоем. Верхом эволюции подобных разработок являются полностью беспилотные автомобили, способные самостоятельно принимать решения любого уровня.

 

Значительные размеры автопоездов предопределяют и определенные сложности с маневрированием, а также значительную величину, несмотря на все старания конструкторов, коэффициента аэродинамического сопротивления, а это приводит к увеличению расхода топлива. Ввиду чего особое внимание привлекает концепт Haishan Deng, способный менять свои размеры в зависимости от степени загрузки.

 

Таким образом, настоящее время является переломным моментом в истории грузовой автотехники, поскольку острая необходимость в повышении её эффективности ещё не нашла прямого отражения в том или ином направлении инженерной мысли. Благодаря этому мы становимся свидетелями параллельного совершенствования принципиально разных концепций, одна из которых и определит, как будет выглядеть грузовик будущего.



Опубликовано: 10.09.2018, Автор: Сергей ВАСИЛЕНКОВ
Категория: Подвижной состав



Обсудить публикацию

Комментариев еще нет, будьте первым!

Комментировать!
Добавить сообщение:

 Ваше имя


Смотрите также: Все статьи.