![](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/00f.jpg)
УАЗа «Карго» с гибридным приводом НИИАЭ
НИИ автоэлектроники (ФГУП НИИАЭ) начал работать над созданием гибридных автомобилей в 2000 году. Тогда партнёром института выступил ВАЗ: на базе «десятки» стали строить так называемый «средний» гибрид, с электрической машиной, расположенной между двигателем и коробкой передач, дополнительными АКБ и конденсаторным накопителем.
Вчерне сделали силовую установку, обкатали на стенде, но до постройки ходового макета дело не дошло – Минавтопром (тогда он существовал в ранге Госкомитета) обрезал финансирование, и в 2004 году работы остановились. Но наработки-то остались, и грех было не использовать их в смежных проектах. НИИАЭ разработал гамму маломощных электромоторов, для управления которыми применили решения, похожие на автомобильные. Эти моторчики сейчас выпускаются серийно и используются для водяных насосов. А потом…
Потом, в 2009 году, в должность руководителя автомобильного департамента Минпромторга вступил Алексей Рахманов. Он приехал в НИИАЭ посмотреть на свои «владения» (институт, равно как и НАМИ, находится в структуре Минпромторга), ему рассказали о гибридном приводе, он заинтересовался и предложил написать ТЗ на продолжение работ. Так появился ВИП – важнейший инвестиционный проект, подразумевающий работу по внедрению гибридных приводов в автомобили сразу трёх заводов – ВАЗа, ГАЗа и УАЗа. Впоследствии ГАЗ по ряду причин отошёл НАМИ, там сделали свой вариант привода, НИИАЭ стал работать с моторами «Калины» и УАЗа «Карго» (ЗМЗ 409.10). Вот о последнем варианте и пойдёт речь.
![](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/01f.jpg)
Чисто российская концепция
Концепция гибридного привода НИИАЭ такова: обеспечить режим «старт/ стоп» и «подкрутку» двигателя, движение на чистой электротяге не подразумевается. Но это уже не паллиативный «мягкий» гибрид, которым именуют просто систему «старт/ стоп» на штатном стартере. Нет, это полноценный гибридный привод с силовой машиной, внедрённой между двигателем и трансмиссией.
Сама электрическая машина в двигательном режиме выдаёт 20 кВт, а в генераторном – 8,5 кВт. Весит она около 50 кг, но на развесовке это не сильно сказывается, поскольку масса расположена в базе. В техническом задании было жёсткое ограничение по стоимости всего комплекта оборудования, поэтому электрическую машину сделали самой простой, бесконтактной, где статор и ротор не имеют постоянных магнитов и даже подшипников. По сути, там только алюминиевый корпус, шифтованное железо и обмотки. Себестоимость такого электродвигателя – около 8 тыс. руб. Для сравнения: сходный по отдаче вентильный мотор на постоянных магнитах стоит больше 20 тыс. из-за того, что магниты нынче дороги.
![Электрическая машина на испытательном стенде в НИИАЭ](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/02f.jpg)
Электропривод питается от трёх обыкновенных стартерных батарей, дающих в сумме напряжение в 36 В (42 вольта в пике). Их выбрали тоже по соображениям экономии: установленные на «Калине» тяговые «Оптимы» заметно превысили оговоренный бюджет, и для УАЗа решили сделать самый простой вариант. Эти АКБ тоже весят немало, примерно 50 кг. Итого минимум 100 кг система отнимает от грузоподъёмности УАЗа. А параллельно аккумуляторам смонтирован суперконденсатор на 40 фарад производства троицкой фирмы «Элтон». Он нужен для облегчения холодного старта: испытания при –40° показали четырёхкратный запас по оборотам, при минимуме 150 об/мин для пуска получили 600. При нормальной же температуре стартер-генераторное устройство запускает мотор за 0,2–0,4 с, что в 3–4 раза быстрее, чем при пуске штатным стартером. Это закономерно: штатный генератор УАЗа выдаёт максимум 2 кВт, а тут – все 20, напряжение-то повышено! Значит, кроме выигрыша в качестве запуска можно «навесить» множество дополнительных энергопотребителей. Например, мощный преобразователь бортового напряжения в 220 В.
Естественно, заводские стартер и генератор с мотора сняли за ненадобностью, а это тоже фактор экономии, причём как стоимости, так и массы. А вот штатную АКБ оставили на всякий случай как резервную. Если дойдёт до серийного производства, её ёмкость можно будет уменьшить до символических 10–15 А.ч.
Система управления собрана на мощных полевых транзисторах и располагается в том же ящике в кузове, что и АКБ. А вот конденсатор поставили по правому борту, где обычно располагают аккумуляторы. Разумеется, его прикрыли крышечкой от непогоды.
![Суперконденсатор расположен там, где мы привыкли видеть АКБ](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/03.jpg)
Работает система следующим образом. При полной остановке машины более чем на одну секунду мотор глушится. Если, конечно, отпущена педаль сцепления и нажата педаль тормоза либо «затянут» ручник. Для запуска достаточно выжать сцепление – двигатель оживает мгновенно, мягко и плавно, как будто и не выключался вовсе, а только понизил обороты. Ещё одним условием работы «старт/ стопа» является прогретость ДВС, ведь при частом глушении он будет выходить на оптимальный режим работы дольше, соответственно увеличатся износ и расход топлива. Температурной границей выбраны 80°. В будущем планируют сделать ещё и подогрев катализатора, дабы в полной мере соответствовать Euro 4. Не забудем и про ограничение по напряжению: если оно упадёт ниже значения, при котором гарантирован успешный запуск, «старт/ стоп» не включится.
На панели приборов появились две новые кнопки – «Старт/ стоп» и «Подкрутка». Включая первый режим, владелец кроме прочего активирует электрическую машину в качестве двигателя, помогающего ДВС выйти на повышенные обороты. Дело в том, что на низких оборотах КПД двигателя внутреннего сгорания очень мал, топлива соответственно сжигается много и неэффективно, с большим выбросом вредных веществ. Если сразу сообщить мотору обороты чуть больше холостых, то и показатели расхода и токсичности улучшатся. Так что электродвигатель работает первые три-четыре секунды после запуска, потом отключается, выполнив свою миссию, доведя обороты коленвала, как минимум, до 1000. Но если хочется продлить «подкрутку» на 8–10 с (например, для более динамичного старта или трогания под большой нагрузкой), как раз и нужно нажать вторую кнопочку; 10–12 с – это всё, на что хватает энергии, запасённой в АКБ и конденсаторе, так что «подкрутка» не может использоваться часто, надо дать возможность системе подзарядиться.
![](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/06.jpg)
Гибридная экономика
В теории этот вариант гибридного привода выглядит прекрасно: изящно и рационально. «Старт/ стоп» сам по себе даёт экономию в 8–9%, что компенсирует «негатив», вызванный дополнительной массой. Кроме того, такой вариант «старт/ стопа» гораздо удобнее «мягкого» гибрида, у которого время запуска не сокращается. А что до компоновочных недостатков, так он, по сути, один: ящик с аккумуляторами и инвертором в кузове уменьшает объём литров на 70–80. Это не очень много.
Но при внимательном рассмотрении проявляются недостатки совсем иного свойства. Например, в режиме генератора электромотор сильно шумит. Да что там шумит – он воет! В движении это ещё не так заметно, там шумы маскируются, а на стоянке – хоть уши закрывай. И эта проблема не имеет окончательно-радикального решения, такая конструкция будет подвывать при любой степени доводки, можно только этот шум вписать в пределы приличия, чем сейчас создатели и занимаются. Кстати, в предыдущей итерации система шумела меньше, так как генератор включался на 1200 об/мин. Но как показали испытания, при таком позднем включении энергии заряда не хватает, и порог сместили вниз, на 800 об/мин. Сейчас энергии хватает, но за счёт комфорта.
![В кузове Cargo соорудили фанерный ящик, разделённый на два сектора. В правом расположились три свинцовых аккумулятора (обычных, стартерных), слева – блок преобразователя и системы управления. Это временное решение, только для того, чтобы обеспечить лёгкий доступ к компонентам. На серийной машине всё это можно будет расположить более компактно, возможно, даже без ущерба для грузового объёма. Например, между поперечинами рамы, под кузовом](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/07.jpg)
![В кузове Cargo соорудили фанерный ящик, разделённый на два сектора. В правом расположились три свинцовых аккумулятора (обычных, стартерных), слева – блок преобразователя и системы управления. Это временное решение, только для того, чтобы обеспечить лёгкий доступ к компонентам. На серийной машине всё это можно будет расположить более компактно, возможно, даже без ущерба для грузового объёма. Например, между поперечинами рамы, под кузовом](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/08f.jpg)
Напомним, что экономия топлива достигается только при активированном «старт/стопе». Но самое главное, что данная схема подразумевает рекуперацию энергии торможения! Значит, экономия может быть более значительной, нужно только правильно рассчитать алгоритм взаимодействия всех элементов системы в режиме торможения. Это работа на ближайшее время, на стенде в общих чертах рекуперация уже отработана, теперь предстоит её перенос на «живую» машину.
Есть одна любопытная идея: выровнять с помощью электродвигателя тяговую характеристику ДВС. На разных оборотах и в разных положениях коленвала в пределах одного рабочего хода отдача у двигателя различная, бывают моменты, когда она становится даже отрицательной! Вот в такие периоды разумно подключать электромотор. И выключать его, когда тяга ДВС максимальная. Это ювелирная работа, но её уже начали в сотрудничестве с МАДИ.
Ещё хотят сделать оригинальную панель индикации, на которой будут отображаться все «гибридные» параметры – уровень энергии в батареях и конденсаторе, предполагаемое время полного заряда и т. п. Скорее всего такой дисплей будет опциональным, его сложно вписать в заданные ценовые рамки.
![Медные шины преобразователя сделаны с многократным запасом](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/04f.jpg)
Бизнес на гибридах
Интересно сравнить работу НИИАЭ с концепцией, принятой за основу в НАМИ для двигателя УМЗ 3,0. Там, как уже говорилось, используют более эффективную, но и более дорогую электрическую машину на постоянных магнитах. Кроме того, напряжение питания там повышено до 120 В, а это уже небезопасно (хотя тоже работает на эффективность). Система управления – на IGBT-транзисторах. В целом «намишники» сделали ощутимо более дорогой вариант гибрида, и в производство пойти у него шансов меньше, чем у работы НИИАЭ, даже несмотря на лучшие показатели.
К сожалению, внедрение такого рода гибридов будет тормозиться рядом естественных причин. И дело даже не в повышенной стоимости бензо-электрических автомобилей и косности покупателей. Российская промышленность элементарно не сможет удовлетворить спрос на суперконденсаторы. «Элтон» производит их мелкими сериями, да и то не в Троицке, а на другом предприятии, ОАО «Энергия» – в городе Елец. Собранный на заказ конденсатор стоит не меньше литий-ионной АКБ. При таком раскладе бизнеса на гибридах не сделать.
Есть информация о том, что акционеры «Элтона» задумываются о строительстве большого завода, который сможет покрыть всю потребность рынка в суперконденсаторах. Помните, что ими будет оснащаться «Ё-мобиль»? Если Ё-проект пойдёт по плану, это и будет основанием для инвестиций в новое производство. Пока же, как сообщил пресс-секретарь «Элтона» Владимир Зеленцов, решение о строительстве завода не принято.
![Так устанавливают преобразователь на автомобиль сейчас. Деревянный подиум, отсутствие крышки – всё ради того, чтобы можно было быстро что-то поправить, машина-то испытательная!](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/05f.jpg)
Какова может быть ёмкость рынка, если не брать в расчёт «Ё-мобиль»? Как ни странно, довольно большая, три наших основных автозавода готовы отдать под гибриды 5% своей производственной программы. По словам заместителя директора НИИАЭ Андрея Чернова, это в пересчёте на конденсаторные элементы (из которых и собираются батареи конденсаторов) составляет 2,5 млн. штук. Такого производства сейчас в России нет.
И последнее: нет полной ясности с дальнейшим финансированием разработки. Все гранты распределяются на конкурсной основе, и несмотря на то, что инвестпроект имеет трёхлетний период, он разбит на годовые отрезки. И каждый год проводится новый конкурс! Смешно, но в конкурсах соревнуются в основном НАМИ и НИИАЭ, первый грант получил НАМИ, второй – институт автоэлектроники. Речь, в принципе, идёт о небольших суммах, в 2010 году было 160 млн. руб., в 2011-м – 120 млн. Этими деньгами исполнитель оплачивает всё: от работы субподрядчиков (ЗМЗ, «Элкар»/ «Итэлма», «Элтон», НАМИ, Сафоновский электромашиностроительный завод) до закупки испытательного оборудования. А поскольку цикл разработки больше одного года, то требуется стратегическое планирование. Но при этом неизвестно, кто победит в тендере на следующий год! Может статься, что работа НИИАЭ в 2012 году вообще останется без финансирования. И, заметьте, на совершенно законных основаниях. Что поделаешь – рынок.
Для того чтобы закончить работу, НИИАЭ потребуется около двух лет. К 2013 году в России уже вовсю будет действовать экологический стандарт Euro 4, соответственно нужно будет думать о переходе на Euro 5. Гибридизация – один из вариантов «вписывания» автомобилей в эти жёсткие нормы. И совершенно правильно, что одним из пионеров этого дела стал грузовой УАЗ «Карго», это менее массовая продукция, чем та же «Калина», и репутационные риски от внедрения гибридного привода меньше. К тому же коммерческая техника потому и зовётся коммерческой, что используется для зарабатывания денег. Стартер-генераторное устройство способно увеличить экономичность автомобиля, а это эквивалентно дополнительному заработку.
![](/article/20756-uaza-kargo-s-gibridnym-privodom-niiae-gruzovik-s-podkrutkoy/Images/09f.jpg)