Новые виды транспорта

принципе могут быть сохранены с добавлением конвертора для получения

водорода из топлива.

Таким образом, в энергетическом блоке химическая энергия топлива

преобразуется в механическую в виде вращения вала, совершенно так же, как и

у теплового двигателя. Функцию сцепления выполняет выключатель,

подключающий электромотор к источнику энергии.

Таким образом, по желанию заказчика в двигательный отсек может быть

установлен любой преобразователь химической энергии топлива в механическую

– тепловой двигатель или новый энергетический блок. Далее все, как и в

обычном автомобиле, вал энергетического блока соединяется с коробкой

передач, в данном случае бесступенчатой. Такая коробка передач уже в

недалеком будущем заменит менее эффективные ступенчатые даже на обычных

автомобилях. В результате мы получаем электромобиль новой концепции в

максимальной степени унифицированный с обычным автомобилем.

Каковы же преимущества электромобиля новой концепции? По сравнению с

автомобилем это несравненно более высокая эффективность использования

топлива и экологическая безопасность. По сравнению со средним КПД

преобразования химической энергии в механическую – порядка 10...15% у

тепловых двигателей на автомобилях (не следует путать с КПД тепловых

двигателей на оптимальном режиме – 30% у бензиновых двигателей и 40% у

дизельных), этот КПД у топливных элементов с конвертором – 50%, а у

кислородно-водородных топливных элементов – 70%. Вредные выхлопы у

топливных элементов практически отсутствуют. Примерно такие же преимущества

у электромобилей новой концепции по сравнению с аккумуляторными

электромобилями, с той разницей, что вредные выбросы последних имеют место

не на самой машине, а на электростанциях.

По сравнению с наиболее передовыми конструкциями гибридных систем

электромобилей с топливными элементами и маховичными накопителями,

например, схемой предложенной и осуществленной фирмой "BMW", преимуществом

новой концепции является меньшие габаритно-массовые показатели и высший КПД

электромашины. Это обусловлено тем, что в новой концепции электромашина не

универсальная, обратимая, а узко специализированная, разгонная, загруженная

практически постоянной мощностью, почти на порядок меньше максимальной и

при высоких частотах вращения. Второе преимущество заключается в отсутствии

сложного дифференциального механизма с тремя фрикционными муфтами или

тормозами, переключающими режимы. Третье преимущество состоит в том, что

процесс регулирования частот вращения и моментов от супермаховика до

ведущих колес осуществляется не электроприводом, а механическим вариатором,

имеющим высший КПД. В особенности это касается процесса рекуперации энергии

при торможении, в результате которого кинетическая энергия машины переходит

в супермаховик. Ни по частотной полноте передачи этой энергии, ни по КПД

этого процесса, электротрансмиссия не идет ни в какое сравнение с

механическим вариатором. И последнее преимущество, о котором уже говорилось

– почти традиционная автомобильная схема и соизмеримые габаритно-массовые

показатели нового энергетического блока с существующими двигателями,

позволяют легко заменять один вид источника энергии на другой, получая при

этом как автомобиль (с обычной или гибридной схемой двигателя), так и

гибридный экономичный и динамичный электромобиль новой концепции.

На рис. 1.3 представлена схема городского электробуса новой концепции.

Эта схема предоставляет устройству большую гибкость, чем в изображенной на

рис. 1.2 структурной схеме.

[pic]

Рисунок 1.3. Схема городского электробуса новой концепции:

1– источник тока; 2 – электродвигатель; 3 – механизм реверса; 4 – коробка

отбора мощности; 5 – планетарный дисковый вариатор; 6, 7 – карданные

передачи; 8 – главная передача; 9 – коническая зубчатая передача;

10 – супермаховичный накопитель

Здесь блок супермаховичного накопителя 10, снабженный своим редуктором

9, расположен независимо от остальных агрегатов и мягко подвешен на раме

для уменьшения и без того небольших гироскопических усилий при

горизонтальном расположении супермаховика. С помощью коробки отбора

мощности 4 и карданных передач 7 этот блок может связываться с вариатором 5

как независимо, так и совместно с электродвигателем 2. Этот

электродвигатель может быть соединен с вариатором 5 и независимо от

супермаховика, и играть роль полноценного тягового двигателя, в основном,

на стационарных режимах движения. Несмотря на то, что электродвигатель 2 в

этом случае несколько увеличивается по мощности и массе, энергоемкость

супермаховичного накопителя может быть существенно снижена, реально до

0,5 кВт·ч. Это позволяет изготовлять супермаховик из такого стабильного и

сравнительно дешевого материала, как стальная углеродистая проволока. Выход

из строя (разрыв) супермаховика настолько безопасен, что тяжелого защитного

кожуха, существенно превышающего по массе сам маховик, и необходимого при

маховике из углепластиков, не требуется. Вариатор позволяет тяговому

электродвигателю работать в эффективном диапазоне крутящих моментов и

частот вращения, передавая только часть мощности, необходимой для движения

электробуса, что благоприятно для его работы.

Но как бы там ни было - электромобили пользуются спросом. Более того,

есть места, где они совершенно вне конкуренции. Скажем, поля для популярной

в мире игры в гольф. Инвентарь и обслуживающий персонал перемещают на

электромобилях упрощенной конструкции, порой без крыши, дверей, с

облегченным, часто укороченным, кузовом, без систем безопасности - всего

того, что заметно увеличивает массу автомобилей. Упрощенные машины хороши и

для перевозок в закрытых помещениях: на складах, в цехах, где вредные

выбросы нежелательны. Широко используют такие электромобили-тележки для

перевозки туристов на курортах, в национальных парках, но здесь им труднее

конкурировать с автомобилями.

Полноразмерные машины, предназначенные для движения по улицам городов,

приживаются с трудом, хотя не исключено, что в скором будущем ситуация

может измениться. А причину этому нужно искать... в климате американского

штата Калифорния.

Выхлопные газы автомобилей под воздействием солнечных лучей образуют

особо ядовитые вещества, так называемый смог. Для перенасыщенного машинами

солнечного штата это - проблема номер один. Поэтому калифорнийские нормы

токсичности выхлопа традиционно строже, чем в других штатах США, не говоря

уже о Европе. Теперь здесь принят закон о постепенной замене автомобилей

электромобилями: в 2003 году их должно быть - 10% от общего числа машин, а

в 2010-м - 15%.

Многие ведущие автомобильные фирмы работают над электромобилями, тем не

менее на выставках чаще увидишь машины малоизвестного происхождения. В

выборе двигателя мнения конструкторов расходятся: используют и моторы

постоянного тока, и переменного, например, асинхронный со специальными

преобразователями и сложной системой регулирования. Напряжение питания

также различно. Явное предпочтение отдают никель-кадмиевым батареям и

свинцовым, в которых используется не жидкий электролит, а гель. Иногда

применяют системы жидкостного охлаждения двигателей и поддержания теплового

режима аккумуляторов.

Самый популярный в мире электромобиль изготовляют... в Польше. Уже

выпущено более 200 тысяч штук. Электромобили "Мелекс" - упрощенного типа,

на 2, 4 и 6 мест, рассчитаны на индустрию спорта и развлечений (назовем

хотя бы тот же гольф), для складских работ, как цеховой транспорт. При

собственной массе около 880 кг полезная нагрузка - 320, а с прицепом -

более 900. Запас хода - 70 км. Максимальная скорость - до 23 км/ч - выдает

назначение машины.

Другая фирма из Восточной Германии "Транспорт-Системтехник" создала 10

прототипов такси. Пятиместная машина с пластмассовым кузовом весит всего

600 кг, развивает 80 км/ч, имеет запас хода 140 км. Батареи - никель-

металлогидридные. Конструкторам удалось сделать относительно просторную

внутри машину при длине всего 2,5 м. САКСИ (то есть такси из Саксонии)

обещают выпускать серийно через два года (рис.1.4).

Рисунок 1.4. САКСИ – такси из Саксонии.

В Японии автомобильная компания "Honda" финансирует проект создания

парка сдаваемых в прокат малогабаритных электрических и "гибридных" машин,

включающий новую технологию их эксплуатации. Осуществление этого проекта,

получившего название "Intelligent Community Vehicle System" ("Региональная

интеллектуальная транспортная система") - ICVS, по замыслу разработчиков,

позволит существенно снизить вредное воздействие транспорта на окружающую

среду, уменьшить вероятность заторов и улучшить условия парковки в зонах с

высокой интенсивностью движения.

City Pal представляет собой малогабаритный переднеприводной

электромобиль размерами 3210 х 1645 х 1645 мм с синхронным двигателем на

постоянных магнитах. Его максимальная скорость 110 километров в час, запас

хода на полностью заряженных аккумуляторах 130

километров. Несмотря на небольшие размеры, в электромобиле достаточно

просторный для водителя и пассажира салон и багажник большой вместимости.

City Pal оснащен кондиционером и современной навигационной системой. Кроме

того, в нем есть оборудование для автоматического (беспилотного) управления

и зарядки. Фото City Pal представлено на рис.1.5.

[pic]

Рисунок 1.5. Двухместный электромобиль City Pal.

Сверхминиатюрный одноместный мини-электромобиль Step Deck предназначен

для езды в густонаселенном городе. По всему периметру кузова машины снаружи

установлены подножки-бамперы. Благодаря такой конструкции Step Deck можно

парковать буквально вплотную к другим машинам в самых стесненных условиях.

Габаритные размеры мини-электромобиля 2400 х 1185 х 1690

мм. На стоянке, предназначенной для одного обычного легкового автомобиля,

можно разместить четыре такие машины. Комбинированная силовая установка с

приводом на заднюю ось состоит из четырехтактного ДВС объемом 49 см3 с

водяным охлаждением и синхронного электромотора с постоянными магнитами,

что позволяет развивать скорость до 60 километров в час (рис.1.6).

[pic]

Рисунок 1.6. Городской одноместный мини-электромобиль Step Deck.

Электромобили фирмы "Honda", задействованные в системе ICVS, взять

напрокат не так просто. Для этого сначала следует приобрести специальную

магнитную карточку IC. С ее помощью на терминалах ICVS можно выбрать

наиболее подходящий для конкретной поездки один из четырех видов экипажей,

оформить его аренду, вернуть экипаж на стоянку и оплатить прокат наличными

или с банковского счета. Помимо этого карточка IC используется для запуска

двигателя вместо обычных автомобильных ключей. Оформлением проката

электромобиля занимается сам клиент практически без участия служащих

терминала. Удобно и то, что не обязательно возвращать экипаж на ту же

стоянку, на которой его арендовали, можно оставить или поменять

электромобиль на любом другом терминале ICVS.

Контрольный центр ICVS получает всю оперативную информацию о месте

нахождения того или иного экипажа по специальной радиосвязи. В случае

необходимости оператор, используя внутреннюю радиосвязь и широкоугольные

лазерные радары, может в автоматическом режиме направить в нужное место до

четырех "беспилотных" экипажей. Для этого электромобили оснащены магнитными

и ультразвуковыми сенсорами, взаимодействующими с индукционными кабелями,

проложенными под покрытием терминала. Экипажи могут заезжать на стоянку,

выезжать с нее и парковаться по команде из контрольного центра также без

участия водителя. На терминалах ICVS предусмотрена автоматическая зарядка

аккумуляторных батарей всех электромобилей.

2.Легкие электротранспортные средства

Из всех разновидностей электромобилей наибольший интерес с практической

точки зрения представляют легкие электротранспортные средства (ЛЭТС) с

комбинированным электрическим и чаще всего мускульным приводом. По мнению

президента североамериканской компании "EV Global Motors" Ли

Якокка, в скором времени электророллер, электроскутер, электромопед, одно-

или двухместный мини-электромобиль, а чаще всего - электровелосипед будет

стоять в гараже каждого американца. Согласно прогнозу, в ближайшие 10 лет

ежегодный объем продаж индивидуального электротранспорта составит в мире 6-

10 миллиардов долларов.

Всемирный велобум, охвативший практически все развитые и развивающиеся

страны, в полной мере подтверждает предположение о том, что грядущее

столетие будет веком велосипеда. По прогнозу американских специалистов, уже

в первой четверти XXI века двухколесные педальные машины начнут вытеснять

автомобили и постепенно станут основным средством передвижения.

Обоснованность подобного прогноза подтверждает общая картина происходящего.

В США и Германии - безусловных мировых лидерах по количеству легковых

автомобилей на каждого жителя - ежегодно продается велосипедов больше, чем

автомобилей. Бесконечную вереницу велосипедистов можно наблюдать на дорогах

Дании, Голландии, Швеции и других стран Европы. В Японии практически каждый

второй житель регулярно ездит на велосипеде, а Токио в часы пик буквально

забит велосипедистами. Каждый день 500 миллионов человек ездят на

велосипеде на работу в Китае. Во многих европейских мегаполисах вводится

запрет на автомобильное движение в городских центрах и открываются

бесплатные пункты проката велосипедов.

Невиданная популярность велосипеда не случайна, во многом она связана с

негативными последствиями автомобилизации. Дело в том, что автомобиль,

завоевав практически всю планету, стал главным потребителем невосполнимых

природных ресурсов (нефти), загрязнителем земли, воды и воздуха и

"производителем" шума. В автомобильных авариях ежегодно погибает людей

больше, чем в иных кровопролитных войнах. Главная же опасность автомобиля,

как утверждают медики, в том, что он отучил нас самостоятельно двигаться.

Люди начинают понимать это и, чтобы бороться с гиподинамией, пересаживаются

на велосипед.

Велосипед был первым изобретением, позволившим человеку перемещаться

быстрее и дальше только за счет собственных мускулов. Но едва двухколесная

машина появилась на свет, изобретатели стали думать над тем, как увеличить

ее мощность и скорость. Начиная со второй половины прошлого века велосипед

пытались оснастить дополнительным источником энергии: паровой машиной,

электромотором, бензиновым и даже реактивным двигателем. Однако из-за

большого веса, громоздкости и целого ряда других недостатков ни один из них

на велосипеде не прижился. Тогда же, около ста лет назад, одновременно с

электромобилями были сконструированы и первые электровелосипеды. Но очень

скоро и те и другие, не выдержав конкуренции, уступили дорогу автомобилям,

а сами надолго были забыты.

Второе рождение электровелосипеда произошло буквально на наших глазах.

В 1994 году японская компания "Ямаха" начала выпуск нового велосипеда с

дополнительным электроприводом, а сейчас конструкторы фирмы разрабатывают

модели электровелосипедов уже третьего поколения. В прошлом году в одной

только Японии было продано 250 тысяч таких двухколесных "гибридов". Вслед

за "Ямахой" производством электровелосипедов одна за другой занялись

компании "Хонда", "Панасоник", "Саньо", "Мицубиси" и "Судзуки". Специалисты

прогнозируют, что через год-два на электровелосипедах будут ездить больше

миллиона японцев.

Сегодня электровелосипеды выпускают все крупные велостроительные

компании Азии, Америки и Европы. Власти Китая считают, что

электровелосипеды способны заменить десятки тысяч чадящих и тарахтящих

мотороллеров и мотоциклов и тем самым существенно улучшить транспортную

ситуацию. В Шанхае, например, уже открыто 15 центров зарядки велосипедных

аккумуляторов и более 100 пунктов их замены. Кроме того, планируется

построить сеть аварийных зарядных станций, где любой велосипедист сможет,

опустив в автомат монету и вставив вилку зарядного устройства в розетку

электрозарядной колонки, быстро зарядить аккумулятор.

Современный электровелосипед - вполне комфортное, экологически чистое

транспортное средство, требующее минимальных затрат на содержание и совсем

мало места в гараже и на стоянке. Что касается скоростных качеств

электровелосипеда, то на горизонтальном участке дороги его без особого

труда может обогнать обычный спортивно-туристский велосипед. И дело тут не

в низкой мощности мотора. Электровелосипед специально сконструирован так,

что электропривод вырабатывает ток только тогда, когда велосипедист жмет на

педали. Как только он перестает работать ногами или разгоняется до скорости

20-24 км/ч, мотор автоматически отключается. Хочешь ехать быстрее - крути

педали.

На так называемых "тихих" электровелосипедах, развивающих скорость до

24 км/ч, электропривод выполняет вспомогательную функцию - с ним

велосипедист затрачивает меньше усилий, что особенно важно в поездках на

большие расстояния, при встречном ветре или подъеме в гору. Мощность

электромотора не превышает 250 Вт - это величина, соизмеримая с мощностью,

которую может достаточно долго развивать сам велосипедист. На

электровелосипеде трогаются с места на одних педалях. Когда же скорость

достигает 2-3 км/ч, специальный датчик на вилке приводного колеса

автоматически включает мотор. Но есть электровелосипеды с более сложными

датчиками, они включают электромотор сразу после трогания с места.

В Швейцарии и некоторых штатах США выпускают более мощные "быстрые"

электровелосипеды, скорость которых не ограничивается 20-24 км/ч. На них

устанавливают электромоторы мощностью 400 Вт и более, работающие независимо

от педалей. Мощность двигателя и соответственно скорость регулируются

ручкой "газа". На "быстром" электровелосипеде электрический привод играет

основную роль, а мускульный - вспомогательную. Технические характеристики у

такой машины примерно такие же, как у легкого мопеда. Ездить на "быстром"

электровелосипеде можно только в защитном шлеме, с правами на управление

мопедом и номерным знаком (его выдают вместе со страховым полисом). Привод

электромотора передает усилие на переднее или заднее колесо велосипеда при

помощи шестеренчатого редуктора, цепной передачи или фрикционного ролика,

который прижимается к покрышке ведущего колеса (рис. 2.1).

[pic]

Рисунок 2.1. "Быстрый" электровелосипед американской компании «EV Global

Motors».

Вот уже несколько лет японские, тайваньские и немецкие фирмы выпускают

электровелосипеды с мотор-колесами мощностью 200-250 Вт, которые

встраиваются в ступицу. Идея мотор-колеса не нова, но до последнего времени

эта конструкция не находила широкого применения. Использование мотор-колеса

на электровелосипедах дало возможность отказаться от механической

трансмиссии, а значит, значительно повысить эффективность электропривода.

Специалисты считают, что управляемое бортовым микропроцессором мотор-колесо

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8