Идея применения электромотора, интегрированного прямо в колесо, давно привлекает разработчиков гибридов и электромобилей. Электрические мотор-колеса наделяют машину невиданными возможностями и преимуществами.
Содержание статьи
Устройство и премущества мотор-колеса
Во-первых, отпадает необходимость в трансмиссии – сцеплении, коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это существенно снижает вес, а снижение веса – это дополнительная экономия топлива и снижение вредных выбросов. Кроме того, уменьшается стоимость автомобиля и снижаются затраты на его обслуживание и ремонт. Конструкция существенно упрощается, а, как известно, чем проще – тем надежнее. Отсутствие узлов трансмиссии освобождает больше полезного объема для размещения пассажиров и груза и позволяет конструкторам и дизайнерам шире проявить фантазию.
Во-вторых, машина получает отличную динамику: компактные и легкие электродвигатели развивают максимальный крутящий момент сразу же, как только на них подается питание. Значения крутящего момента могут достигать 700 Н*м.
В-третьих, управляемое мотор-колесо делает автомобиль чрезвычайно маневренным – ведь все колеса могут вращаться с разной скоростью и даже в разных направлениях. Машина способна разворачиваться на 360 градусов, парковаться в самых сложных условиях и мгновенно адаптироваться к качеству дорожного покрытия.
В-четвертых, значительно упрощается конструкция важнейшей для электромобилей системы регенерации энергии торможения.
В-пятых, ничто не сможет сравниться с мотор-колесом в обеспечении активной безопасности движения – любые алгоритмы систем ABS, ESP, Traction Control, Brake Assist и других легко программируются в блоке управления и могут воздействовать на каждое колесо индивидуально.
Недостатки мотор-колеса
Но на пути массового внедрения мотор-колес стоит и несколько нерешенных пока проблем. Главная из них – масса механизмов, помещаемых внутрь обода. Высокооборотные электродвигатели нуждаются в понижающем редукторе. Он должен быть компактным и герметичным. Редуктор добавляет несколько килограммов к общей массе колеса. Большая неподрессоренная масса, или, говоря проще, тяжелые колеса, резко снижают комфорт и управляемость, повышают износ подвески, передают на кузов больше вибраций. Оптимальный вес колеса для среднеразмерного автомобиля составляет от 10 до 30 кг без учета шины. Вписаться в эти жесткие рамки мотор-колесу очень непросто.
Практические разработки Michelin
Французская компания Michelin, всемирно известная не только своими разработками в области шин, но и исследованиями по созданию экономичного и экологически чистого транспорта, уже пятнадцать лет занимается разработкой инновационных мотор-колес для электромобилей. Мотор-колеса «Michelin active wheel» совмещают в одном узле тяговый электродвигатель, элементы управления и подвески и тормозной системы. Они могут применяться как в переднеприводном, так и в заднеприводном варианте, в зависимости от условий эксплуатации.
И все это при общем весе 35 килограмм, что не превышает вес обычного колеса легкового автомобиля! Ключевое место в этой технологии моторизированного колеса занимает миниатюрный электродвигатель. Разработанный Michelin, на сегодняшний день он является самым компактным на рынке. Беспрецедентное соотношение его мощности к массе предоставляет уникальную возможность для уменьшения неподрессоренной массы ходовой части автомобиля. Подобные попытки предпринимались и другими производителями, например Mitsubishi и Siemens, но они так и не дошли до серийного производства.
Мотор-колесо от Protean Electric
Несмотря на всю заманчивость идеи мотор-колеса, автопроизводители несколько лет назад отказались от нее из-за технических трудностей и недостатков. Но нашлись энтузиасты в лице американской компании Protean Electric, которая находится в полушаге от создания практической конструкции. Ее система под названием Protean Drive успешно прошла испытания на автомобилях Mercedes-Benz SLS AMG Coupe, Volvo C30, пикапе Ford F-150 и фургоне Vaxhaull Vivaro. В декабре 2012 года авторитетный американский журнал Car and Driver внес Protean Drive в десятку самых многообещающих технологий 2013 года. При ее разработке было получено 23 патента. Производственный образец компания продемонстрировала в апреле 2013 года, а полномасштабное производство планируется развернуть в 2014 году на вновь построенном заводе в Китае.
Protean Drive предназначена для использования в гибридных автомобилях и электромобилях. Причем она легко может быть адаптирована к уже выпускаемым моделям или для переоборудования автомобилей с ДВС в гибридные. С ее помощью можно реализовать передний, задний или полный привод. В комплект Protean Drive входит мотор, инвертор и блок управления с программным обеспечением. Все перечисленное легко помещается внутри обычного колеса размером от 18 до 24 дюйма. Благодаря прямому приводу отпадает необходимость в коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это ведет к уменьшению потерь на трение при передаче крутящего момента, позволяя сохранять энергию батареи и увеличить пробег без подзарядки. Protean Drive позволяет улучшить топливную экономичность более чем на 30%, в зависимости от размера батареи и режима движения.
Существенное снижение количества деталей приводит к значительному снижению стоимости, веса и повышению надежности. Высвобождаемое пространство «развязывает руки» дизайнерам и конструкторам, которым становится легче воплотить все свои творческие и технические замыслы. Каждое мотор-колесо может управляться контроллером независимо от остальных, что обеспечивает гораздо лучшую управляемость по сравнению с традиционными системами привода ведущих колес. Кроме того, мотор-колесо позволяет гораздо проще и эффективнее реализовать работу систем безопасности автомобиля – антипробуксовочной (traction control), контроля начала движения (launch control) и распределения крутящего момента (torque vectoring). К недостаткам следует отнести увеличение неподрессоренных масс и более слабое ускорение по сравнению с обычными автомобилями.
Мотор-колесо от Protean Electric на сегодняшний день имеет самые высокие показатели удельной мощности (110 л.с.) и крутящего момента (800 Нм) среди всех существующих электроприводных систем. И это при весе всего в 31 килограмм! Protean Drive также превосходит другие конструкции по возможностям рекуперации – до 85% энергии торможения используется для подзаряда батареи. Это позволяет увеличить пробег до 30%, уменьшить размеры батареи и снизить ее стоимость.
