Концептуальный автопоезд International CatalIST

Свою инновацию компания Navistar Inc. разрабатывала согласно первому этапу проекта SuperTruck, финансируемого министерством энергетики США. International CatalIST – на данный момент последнее дитя программы «супергрузовик». Ранее свои разработки уже представили Peterbilt, Freightliner и Volvo (подробности в материале «Форсайт программы SuperTruck»).

Не экономя на пафосе

Предыдущие проекты прекрасно иллюстрировали, как комбинация из множества знакомых автомобильных технологий и инновационных автокомпонентов приводит к повышению аэродинамической эффективности и производительности. Тем паче, что по условиям проекта SuperTruck инновации в грузовике не должны носить революционный характер. И тут дизайнеры ограничены выбором только капотной схемы. Это предрешено не столько традицией, а тем что значительную экономию топлива на бескапотном кэбовере (кабина над двигателем) реализовать сложнее.

В основу концептуального тягача Catalist положен новый флагман International LT, который в своё время дополнил линейку серии International ProStar. На самом деле с ними роднит только ходовая часть. Но надо знать Navistar – это они 15 лет назад пересаживали весь коммунальный сектор с квадратно-уродливых «ошкошей» и «маков» на пристойно выглядящие капотники.

Во-первых, в угоду аэродинамике полностью стайлинг оперения и кабина выполнены в дизайнерском ключе стримлайн. И это главный камень преткновения, выбивающий у маркетологов идеологическую почву из-под ног. В угоду консервативному вкусу американских дальнобойщиков даже в обтекаемой мыльнице стилистам приходится оставлять намёк на полированный металл на облицовке радиатора. Это не добавило солидности, но хотя бы внесло нотку футуризма.

Кроме того, машина получила пакет из аэродинамических навесных элементов. Сюда входят два боковых обтекателя, сглаживающие воздушное сопротивление перед ведущими колёсами, резиновые законцовки боковых спойлеров, видеокамеры дистанционного наблюдения вместо традиционных зеркал заднего вида.

Стримлайн во главу угла

В совокупности отказ от угловатого стайлинга, присущего классическим полстелларам, и применение аэродинамических устройств помогло на этом стримлайне уменьшить лобовое сопротивление до значения Cx=0,58. Надо отметить недавно появившиеся дополнительные навесные аэродинамические элементы, популярность которых на полуприцепе только набирает обороты. Но даже их модернизация в этом концепте позволила дополнительно сократить расход топлива ещё на 1,3%. Но об этом чуть дальше.

Собрав и воплотив в проекте SuperTruck накопленный опыт, инженеры смогли на 30% уменьшить аэродинамическое сопротивление автопоезда в сравнении с серийным автопоездом в составе седельного тягача International ProStar 2009 года выпуска, а экономия топлива составила 50%.

Переводя это улучшение на понятный нам язык цифр, получается следующее: сегодняшний типичный автопоезд, который колесит по дорогам США, в среднем расходует 39 л / 100 км. Инновационный Catalist на трассе демонстрирует расход топлива на уровне 18 л / 100 км (13 миль на галлон), что на 10 л меньше, чем у серийного экономичного полстеллара. В совокупности Catalist достиг 104% улучшения грузовой эффективности прежде всего за счёт аэродинамики.

Экономия коснулась и осветительных приборов. Светодиодные лампы позволили уменьшить размер головной оптики, обеспечить лучшую аэродинамику и снизить энергопотребление на 80%.

Требования адаптации

Дин Опперманн – главный инженер по передовым технологиям Navistar Inc. знает о чём говорит: «Редко имеется возможность спроектировать автомобиль с нуля, а не ограничиваться унаследованными системами, которые уже находятся в производстве».

Под капотом седельного тягача установлен рядный 6-цилиндровый 12,4-литровый турбодизель Navistar N13 мощностью 475 л.с. с максимальным крутящим моментом 2508 Н∙м при 1050 мин^-1. В качестве альтернативы рассматривался лидер экономного рейтинга США 15-литровый двигатель Cummins ISX15 мощностью 565 л.с., которым комплектуют модели Prostar с новейшей автоматической трансмиссией с электронным управлением Eaton SmartAdvantage. Но тогда были бы нарушены условия проекта SuperTruck, поскольку ISX15 не устанавливали на машины 2009 модельного года.

Среди множества современных электронных компонентов обращает внимание адаптивный круиз-контроль Navistar, который заранее оценивает ландшафт маршрута, благодаря предустановленным электронным картам дорог и системе GPS. После этого контроллер заблаговременно подбирает самую эффективную с точки зрения расхода топлива передачу в КП, а также позволяет снизить издержки в системах.

Поскребли по сусекам

Navistar широко использовала кинетическую рекуперацию энергии с целью снижения нагрузки на двигатель. Воздушный компрессор, например, работает только при торможении или езде накатом. Муфта свободного хода компрессора включается только когда давление падает ниже 1 кПа. Но и тут нашлось место для ноу-хау. Благодаря системе GPS компьютер предиктивного круиз-контроля просчитывает маршрут на три мили вперёд (а это больше 4,5 км!) и сам оценивает предстоящую возможность для включения воздушного компрессора с целью пополнения ресиверов тормозной системы.

Настройка системы регенерации отходящего тепла выпускных газов WHR позволила снизить давление в системе на 1,0–1,7 кПа, что обеспечило более высокую (210–220 °С) температуру охлаждающей жидкости без локализованного кипения. Соответственно это снизило нагрузку на вентиляторы систем охлаждения. В лабораторных условиях инженеры наблюдали экономию топлива 1–2%, благодаря системе тепловой рекуперации. Термический КПД достиг 50,3%, в то время как базовый турбодизель позволяет вторично использовать не более 42,5% тепла.

Пришлось искать выигрыш и в электрике. Так, Дин Опперманн указывает на преимущества системы HVAC адаптированной для работы с 24-вольтной системой и применение АКБ В48VMGU напряжением 48 В. Прежняя 12-вольтная архитектура электрооборудования сдерживает применение энергосберегающих систем в тягачах. Свой вклад вносит и 15 кВт электрогенератор двигателя.

Ходовая матчасть

Шасси тягача было выбрано в колёсной формуле 6х2, а не 6х4, что позволяет уменьшить снаряжённую массу машины примерно на 400 кг, и получить дополнительную 2,5-процентную экономию топлива за счёт использования шин Michelin. Специалисты компании Michelin помогли подобрать правильный комплект колёс с низким сопротивлением качению и установить беспроводную систему мониторинга давления воздуха в шинах SmarTire. При этом шины ведущей оси по строению и конструкции отличаются от остальных.

Ещё одно новшество – регулируемая пневматическая подвеска, которая позволяет опускать тягач на 20–30 мм при движении на скорости свыше 50 миль в час (80 км / ч), тем самым снижая лобовое сопротивление. Дополнительную лепту в улучшение топливно-экономических показателей вносят декоративные колпаки колёс.

В гибридной передней подвеске Hendrickson и облегчённой задней подвеске со средним ведущим мостом Dana широко применены лёгкие композитные сплавы.

Применение полностью разгруженных мостов Dana с главной передачей 1,91:1 позволяет достичь скорости 105 км / ч на прямой передаче при частоте вращения коленвала 1050 об / мин. В этот момент двигатель выдаёт пиковую мощность и крутящий момент, и 75 л.с. мощности уходит на вращение валов в двигателе, КП и трансмиссии. При дальнейшем увеличении оборотов скоростная характеристика падает.

Прирост с прицепом

Инженерам удалось снизить массу на 1225 кг в тягаче и ещё 862 кг на полуприцепе. Однако установка дополнительных корректирующих элементов в совокупности дало снижение всего на 1588 кг. Не густо… но даже это дало прирост 10% эффективности полезной нагрузки.

Второй участник проекта Catalist, фирма Wabash National Corp., подготовила для концепта свой вариант 16,15-метрового (53 фута) полуприцепа, в котором активно использовали композитные материалы и алюминиевые сплавы. Полуприцеп был экипирован всеми известными аэродинамическими навесками: фронтальные отражатели, стабилизаторы, съёмные юбки, установленные по периметру нижней кромки трейлера, а также хвостовой узел AeroFin. Кстати, если установка навесных аэродинамических комплектов на тягаче позволила дополнительно снизить Cx на 2–3%, то 8–10% приходится лишь на один обтекатель AeroFin.

Среди этого набора была применена новейшая боковая «юбка» Ventrix DRS, состоящая из отдельных воздухоотражающих панелей, которые на фирме называют вентилируемыми. Как утверждают специалисты Wabash, подобная форма позволяет на 50% снизить динамическое сопротивление автопоезда, по сравнению с монолитными «юбками».

К проекту компания активно привлекла производителей резино-технических изделий. Под днищем полуприцепа закреплён собственный обтекатель, поскольку НИОКР показали, что завихрения и турбулентность накладывают дополнительный расход топлива в 1–1,5 л на 100 км пробега со скоростью 80 км / ч.

Сейчас начат второй раунд проекта SuperTruck. Но и он не станет последним. Программа исследований совпадает с федеральной программой регулирования выбросов парниковых газов большегрузов и грузовиков средней грузоподъёмности, которую объявило Агентство по охране окружающей среды и Национальная администрация безопасности дорожного движения. В рамках программы планируется ужесточение норм выбросов на грузовиках в 2021, 2024 и 2027 гг. А значит, американские компании находятся лишь в начале пути.