Экономия – наше всё

В начале июля ZF Friedrichshafen AG собрала международную автомобильную прессу на кольце Нюрбургринг с тем, чтобы показать, рассказать и дать потрогать новые разработки, подготовленные к ганноверскому автосалону IAA Commercial Vehicle'2008. Мейнстрим наших дней – топливная экономичность. Сегодня всё и вся направлено на топливную экономичность, пусть даже в ущерб всякой другой экономичности. Итак, какие технические изыски ZF принесла на алтарь топливной экономичности.

Чрезвычайно перспективное направление, сопряженное с потреблением цветных металлов – гибридные приводы. ZF разрабатывает оба вида гибридизации, т. е. параллельную и последовательную схемы. Параллельная схема применена в приводах легких грузовиков и микроавтобусов. Смысл параллельной схемы в подключении к трансмиссии двух силовых установок – двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Электромотор установлен между двигателем и АКП вместо гидротрансформатора, причем конструкторы постарались, чтобы размеры электромотора и гидротрансформатора совпали. Электромотор выполняет функции стартера для запуска ДВС, источника крутящего момента при трогании и разгоне автомобиля, моторного тормоза и генератора. Разумеется, что все эти функции можно реализовать только при участии бортового компьютера. Компания показала две несколько отличающихся друг от друга разработки, работающие по этим принципам, причем обе находятся в состоянии доводки.
Первая смонтирована на микроавтобусе MB Sprinter. Автобус трогается и разгоняется до 20 км/ч с помощью электромотора, причем совершенно бесшумно, затем запускает основной двигатель и отключается. Так как запуск не происходит мгновенно, то отчетливо чувствуется, как автобус подтормаживает, «тупит». При торможении электромотор выполняет функцию тормоза, попутно возвращая энергию в аккумулятор. Колесные рабочие тормоза срабатывают уже при окончательной остановке, износ колодок снижается на порядок, если не больше. При падении скорости автомобиля ниже 20 км/ч вновь включается в работу электромотор, а ДВС отключается.
К достоинствам гибридного привода относят то, что нужен менее мощный двигатель. Ведь он не участвует в трогании и разгоне – режимах, требующих значительного крутящего момента, а работает только в благоприятном режиме на номинальных оборотах. Личные ощущения подсказывают, что разгоняется Sprinter на слабом основном двигателе еле-еле, и идти на обгон на таком гибриде я бы не рискнул.
Второй гибрид – грузовичок MAN TGA. В нем была реализована неполная схема – дизель не отключался, так как от него приводился насос гидроусилителя руля. На грузовик был установлен не один электромотор, но и автоматическая коробка передач HyTronic с интегрированным электромотором. На текущей стадии испытаний дизель был штатный. Он не участвовал в трогании и начальном разгоне, работая в это время на холостых, переход с электрической тяги на дизельную проходил незаметно, и дальше грузовик вел себя как обычно. Функции торможения и рекуперации энергии в нем реализованы, как в «Спринтере».
В схему гибридного привода входит АКБ большой емкости. АКБ и электромотор увеличивают снаряженную массу автомобиля. Это утяжеление компенсируют, выбросив штатный АКБ и стартер, за счет применения основного двигателя меньшей мощности и соответственно массы. Насколько возрастет цена такого авто пока не определили, но подсчитали экономию топлива – до 36%.
Последовательную схему, когда ДВС приводит генератор, т. е. классический дизель-электрический привод, ZF предлагает для низкопольных городских автобусов. Почему именно городские автобусы? Работа этого вида транспорта характерна частыми остановками и разгонами – режим для дизеля неблагоприятный, требующий большого крутящего момента на низких оборотах, а значит, избыточной полной мощности. В форсированном режиме дизель много потребляет, топливо сгорает неполностью, происходит значительный выброс сажи и прочих химических соединений, быстрая деградация моторного масла, быстрый износ цилиндро-поршневой группы, нагрузка на систему охлаждения, риск перегрева и т. д. В общем, одни неприятности. В сочетании же с генератором дизель работает на постоянных оборотах, потребляя минимум топлива и минимально отравляя атмосферу. Для электромоторов характерен большой крутящий момент, т. е. дизель-электрический привод подходит для циклического режима как нельзя лучше. Дизель-электрический привод получил распространение на тяжелых транспортных средствах и строительных машинах – дизель-электровозах, карьерных самосвалах и экскаваторах практически как безальтернативный при таких габаритах и мощности. Для городского транспорта и строительной техники дизель-электрический привод не представлял интереса, пока цены на нефть не перешагнули некий психологический рубеж. Разбег цен, по-видимому, не остановить, альтернативные источники энергии, с одной стороны, и топливная экономичность – с другой, вдруг стали не перспективой завтрашнего дня, а злобой дня сегодняшнего. Расходы на содержание вышли на первый план, отодвигая цену покупки на второй. Обещание сэкономить на дальнейших расходах за счет топливной экономичности, большого межсервисного интервала, большого ресурса, безопасности и экологичности даже за счет увеличения цены даст производителю перевес в конкурентной борьбе.
ZF показывала свое решение гибридного привода для низкопольного автобуса пока в виде выставочного экспоната, до действующей модели дело пока не дошло. Экспонат – портальный ведущий мост AVE 130 для сочлененных автобусов. В схеме – дизель, генератор, скоростные асинхронные электромоторы с жидкостным охлаждением на колесных редукторах, цепи питания и управления и контрольная аппаратура. Батарея большой емкости питается как от дизеля, так и от электромоторов при торможении. Возможны альтернативные источники питания – от несущей электролинии или от сменных элементов питания. Электропривод также решает проблему размещения компрессора тормозной системы, компрессора кондиционера, насоса гидроусилителя руля. Их можно разместить не в моторном отсеке, а в удобном месте, хоть на крыше. Аккумуляторная батарея, – пожалуй, самый сложный и дорогой элемент в этой схеме. Его стоимость оценивается в 10 000 евро, примерно на столько и будет дороже автобус с гибридным приводом. Единственное, чем пытались утешить ответственные лица ZF, ресурс аккумулятора будет рассчитан на весь срок службы автобуса.
Мост AVE 130 по компоновке и размерам совпадает с механическим портальным мостом AV 132, который в сочетании с передними мостами RL 75 EC и RL 85 A и неведущим портальным мостом для средней оси AVN 132 компания ZF предлагает в качестве комплексного решения для низкопольных автобусов с традиционным механическим приводом, в том числе для сочлененных длиной до 25 м. Передний мост RL 85 A c зависимой подвеской рекомендуют для неблагоприятных дорожных условий, требующих повышенной жесткости и прочности. Зато мост RL 75 EC с независимой подвеской дает больше комфорта и больший угол поворота колес, а значит, маневренность. Портальный мост AV 130 позволяет строить автобус с низким полом по всей длине машины высотой до 405 мм даже за дверью позади моста.
Эти конструкции были созданы ZF в рамках концепции Bus Rapid Transit (BRT), которое можно интерпретировать как «быстрое автобусное сообщение». Суть концепции в максимальном наполнении автобуса и быстрой посадке и высадке пассажиров за счет низкого, ровного по всей длине автобуса пола. ZF посчитала, что за счет беспрепятственного перемещения пассажиров на выгрузке и загрузке экономится 16 секунд. Для крупных мегаполисов – Шанхая, Пекина, Сан-Паоло, Истамбула и др. это в итоге даст существенный выигрыш. Проверку концепции на жизнеспособность провели в Пекине на 16-километровом маршруте, соединяющем север города с югом. На маршруте 17 остановок, автобусы в час пик следуют с 3-минутным интервалом, так что каждая секунда на счету. Ежедневно автобусы перевозят по этому маршруту до 160 тыс. пассажиров.
Как видим, московская концепция «борьбы с зайцами» с вертушкой на единственном входе вошла в противоречие с современной западной мыслью. Да, Москва – не единственная столица мира.
ZF уделяет внимание и программному обеспечению автоматических коробок передач. Обычное программное обеспечение АКП содержит до 6 программных схем переключения передач. Когда автобус покидает парк, программа его АКП уже выставлена на весь день. Даже если на маршруте всего один подъем, то предустановленная программа Power mode будет работать целый день и соответственно большую часть времени на неоптимальной передаче с пересходом топлива. ZF предложила программное обеспечение TopoDyn, которое автоматически, на ходу выбирает оптимальную программу исходя из топографических особенностей маршрута. TopoDyn – самодостаточный пакет, не нуждается в дополнительных приспособлениях и системах, как GPS, может использоваться там, где GPS недоступен, у него нет фазы «самообучения».
На Нюрбургринг ZF предоставила для тестирования польский автобус Solaris Urbino, в оснащение которого входят АКП Ecomat 4 c программой TopoDyn, передний мост RL 75 EC и задний мост AV 132.
Развивающиеся рынки теперь представляют собой лакомый кусочек для западных компаний. В России у ZF есть большое подспорье – совместное предприятие с ОАО «КАМАЗ», чем в недрах компании очень гордятся. Для бразильского рынка ZF подготовила специальную новинку – АКП AS Tronic lite. Шестиступенчатая АКП с электронным контролем и гидравлическим переключением предназначена для легких городских и пригородных автобусов c маломощными двигателями. Предусмотрена возможность легкого и быстрого перехода на ручное управление. Блок переключения компактный, занимает меньше места, чем пневматический, и не нуждается в компрессоре. По мнению ZF, развивающиеся рынки на пути к технологическим стандартам развитых стран Запада, но недостаток финансовых ресурсов не позволяет их воспринять сразу. Представляя АКП AS Tronic lite компания дает развивающимся странам возможность продвигать автоматические трансмиссии в автобусные парки. Компания предполагает экологический эффект от внедрения AS Tronic lite: в сравнении с механической автоматическая КП снижает объем вредных выбросов в атмосферу на 5% и на 10–20% экономит топливо. Для опробирования АКП компания предоставила на тест-драйв бразильский автобус Marco Polo на шасси VW. Снаружи автобус выглядит очень прилично, но внутри... Настолько аскетичных аппаратов у нас уже не делают. Но к ходовым качествам никаких претензий.
ZF не забыла прорекламировать и свои серийные изделия, в частности семейство механических КП. Несколько автомобилей с механическими КП были выставлены на тест-драйв, и среди них наш «дакаровский» КамАЗ-4911. Русский «болид» произвел фурор, из желающих, чтоб на нем покатали (не самому прокатиться), выстроилась очередь.
Для грузовиков ZF предложила новые разработки – подвески шасси, кабины и рулевое управления. Концепция ZF заключается в согласовании работы всех этих компонентов и агрегатов трансмиссии через шину CAN. Для подвесок шасси тягачей и прицепов компания представила системы CDC (Continuous Damping Control) и PDC (Pneumatic Damping Control). В функции этих систем, главным элементом которых является амортизатор входят упреждающие действия при поперечном раскачивании автомобиля. Система CDC управляется электроникой и может монтироваться на современные грузовики. Система PDC не нуждается в электронном контроле и предназначена для полуприцепов и прицепов. На специально выделенном участке со «змейкой» публике демонстрировали разницу в поведении грузовика с системой CDC и без нее.
ZF предложила вниманию публики новую концепцию подвески кабины и модульного рулевого управления. Традиционно для кабин используется передняя подвеска. Компания разработала заднюю подвеску со сложной кинематикой. Таким образом впереди освободилось место для радиатора увеличенного размера, который потребуется для выполнения норм Euro 6. Размещение компонентов модульной системы рулевого управления Servoline рассчитано, чтобы освободить место в передней части моторного отсека.
Таким образом, ZF отвечая требованиям сегодняшнего дня, главным трендом которых является удорожание ресурсов (в первую очередь нефти), подготовила ряд технических решений, призванных значительно увеличить топливную эффективность автомобиля. Сюда входят и гибридные приводы, и программное обеспечение, и компоновочные решения, и более совершенные агрегаты.