Устройство Автомобиля Будущего



устройство автомобиля будущего

Обзор лучших компьютеризованных автомобилей будущего по версии ZOOM.CNews

В настоящее время список электронных устройств, стандартно присутствующих в автомобиле, не ограничен одной лишь автомагнитолой. В современном автомобиле можно найти телевизор, бортовой компьютер, навигатор, видеорегистратор, устройства помощи при парковке, сигнализацию и многое, многое другое. Такое значительное разнообразие вполне логично требует некоторой унификации – особенно с учётом развития современных технологий, позволяющих объединять функциональность нескольких гаджетов в одном.

К объединению подталкивает и прогресс иной, не-автомобильной, электроники, в последнее время значительно изменивший основу быта человека. Миниатюризация и развитие коммуникационных технологий позволили смартфонам и планшетным компьютерам взять существенную долю функций, ранее свойственных персональным компьютерам. Доступ в интернет, имеющийся сейчас почти в любой точке обжитого цивилизованным человеком пространства, позволил связать воедино информационные потоки самых различных устройств: от мейнфреймов до кофеварок.

Таким образом, в настоящее время основной технической задачей автопроизводителей и производителей электроники стало превращение всей электроники автомобиля в единый комплекс с широким разнообразием функций и включение этого комплекса в общую информационную инфраструктуру – наравне с компьютерами, «умными» телевизорами, смартфонами, ноутбуками и роботами-пылесосами. Фактически, автомобиль должен не только средством передвижения, а удобным, функциональным и эффективным гаджетом.

Автомобиль – приложение смартфона

Самое простое решение, которое уже внедряется практически повсеместно – это возможность управления электроникой автомобиля с помощью смартфона и добавления смартфона в привычный список устройств для автомобиля.

К примеру, компания Ford разработала технологию KeyFree Bluetooth, позволяющую автономно вводить пароли через канал Bluetooth. Технологией KeyFree Bluetooth можно оснастить любое устройство – включая и автомобиль. Тогда вместо ключа и блока управления сигнализацией владельцу машины достаточно будет иметь лишь смартфон с соответствующим приложением.

Компания Nissan с 2010 года выпускающая электромобиль Leaf с самого начала озаботилась существованием приложения для iOS, позволяющего с помощью смартфона iPhone получать информацию о работе различных систем, контролировать уровень заряда, управлять климатом в салоне… В настоящее время соответствующие приложения доступны также для платформ Android и Blackberry.

Весьма успешны разработки на тему интеграции смартфонов и автомобилей у концерна Mercedes-Benz. Компания обещает что автомобили классов SL, S и CL с года будут комплектоваться бортовыми компьютерами с второй версией системы MBRace. Система MBRace 2 не только позволит интегрировать смартфоны с электроникой автомобиля, но и подключаться к интернету, напрямую (с компьютера) работая с социальными сетями, поисковиком Google и службой поиска местных заведений сферы обслуживания Yelp. C помощью смартфона и соответствующей утилиты, владелец автомобиля Mercedes-Benz с системой MBRace 2 сможет контролировать режим работы узлов машины, уровень топлива, состояние охранной системы. Будущие обновления MBRace 2 расширят список возможностей системы, например позволят владельцу с помощью смартфона подключаться к центрам техобслуживания Mercedes-Benz для резервации даты диагностики или ремонта. Причём, информация о типе неисправности мгновенно будет передаваться в техцентр бортовым компьютером.

Но не только знаменитые автогиганты озабочены вопросом интеграции смартфотов и машин. Китайский автопроизводитель BYD разработал новую модель седана Su Rui, которая может дистанционно управляться специальным пультом управления, напоминающим геймпад приставки. Дистанционное управление работает в радиусе 10 метров от машины, позволяя руководить движением Su Rui на скорости до 2 километров в час. Поскольку основой электронной «начинки» автомобиля является бортовой компьютер с сенсорным дисплеем и соотвтствующим интерфейсом, китайцы уже в ближайшее время обещают доработать систему дистанционного управления, отвязав её от уникального пульта и позволив взять его функции обычному смартфону на Android.

Кстати, найти формы симбиоза со смартфоном автопроизводители хотят не только в отношении автомобилей. Весьма популярный в Европе транспорт – велосипеды и скутеры – тоже охвачены данной тенденцией. К примеру, компания Audi разработала электрический велосипед e-bike, который использует смартфон в качестве бортового компьютера. Электроника велосипеда настроена на работу в пяти режимах: чисто педальный режим Pure, режим помощи мотора Pedelec, режим движения от мотора с ограничением по скорости (не выше 50 километров в час), и режимы Power Wheelie и Balanced Wheelie – предназначеные для экстремальной езды с выполнением трюков. Всеми режимами можно управлять со смартфона, также с помощью смартфона можно управлять светодиодами велосипеда, регулировать высоту и угол седла и так далее…

Менее известная, чем Audi калифорнийская компания Lit Motors разработала электроскутер закрытого типа Lit C-1, который имеет мощнейшую базу для интеграции со смартфонами – благодаря чему сами конструкторы называют его «iPhone на колёсах». Узнать истинность такого «титула» можно будет уже в году, когда Lit C-1 появится в продаже.

Экологичные двигатели: автомобили будущего в настоящем

Данный курс ориентирован в основном на самостоятельную работу старших школьников в рамках дополнительного образования технической направленности. Однако при определенных условиях его с успехом могут использовать в своей практике преподаватели математики, физики.

Создание современных экологичных видов транспорта — одна из основных задач нашего времени. Она не менее важна, чем полеты в космос, энергосберегающие технологии и беспилотная авиация.

Целью обучающего курса по теме Экологичные двигатели: автомобили будущего — в настоящем : является способствование интеллектуальному развитию детей в рамках дополнительного образования.

Задачами обучающего курса по теме Экологичные двигатели: автомобили будущего — в настоящем являются развитие интереса к инженерным и рабочим профессиям, находящим применение в различных отраслях народного хозяйства.

В состав курса входят следующие модули:

  1. Вводная часть: история, развитие, интересные факты
  2. Автомобильный двигатель: история и принципы устройства
  3. Классификация двигателей, в том числе – двигателей-гибридов
  4. Принципы действия двигателей. Схемы взаимодействия электромотора и ДВС
  5. Экономика экологичного автомобиля
  6. Экологичные двигатели в России: сегодня и завтра
  7. Концепт-кары
  8. Проектная практическая работа

Модуль включает мультимедийные технологии обучения и интерактивные практики.

  • Вводная часть: история, развитие, интересные факты.
  • История механических приспособлений для движения.
  • История стремления человека к скорости и комфорту.
  • Ретроспектива открытий и изобретений.
  • Личности в истории автомеханики.
  • Современное состояние технологий по теме курса.
  • Разнообразие двигателей и их влияние на окружающую среду.
  • Интересные факты из прошлого и современности.
  • Основы автомобильного дизайна.
  • История автомобилестроения.
  • Современный рынок автомобилей.
  • Статистические данные.

Модуль 2. Автомобильный двигатель: история и принципы устройства

  • Основы автомеханики.
  • Основы устройства автомобиля: составляющие элементы и принципы приведения в движение.
  • Принципы работы двигателей.
  • Различие в принципах работы двигателей.
  • Различные виды обеспечения энергии.
  • Принцип работы ДВС.
  • Интерактивная игра-конструктор для приобретения наглядных знаний о внутреннем устройстве современного автомобиля.

Модуль 3. Классификация двигателей, в том числе – двигателей-гибридов

    Различные типы двигателей: принципы работы, топливо, продукты переработки, преимущества и недостатки. Дизельные двигатели. Принцип действия гибридного двигателя. Электромобили. Водородные двигатели: история развития, принципы приведения в действие, преимущества и недостатки, перспективы развития. Двигатели, работающие на газовом топливе, на биотопливе и метаноле. Авторские разработки: достоинства и недостатки.

Модуль 4. Принципы действия двигателей. Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

  • Тонкости работы силовых агрегатов.
  • Как работает гибридный двигатель?
  • Единицы измерения силы.
  • КПД двигателей.
  • Различные приводы.
  • Сочетание механической и электрической энергии.
  • Творческая работа с учетом знаний и навыков, полученных по курсу общеобразовательной школы.

Модуль 5. Экономика экологичного автомобиля

    Общие закономерности для создания и развития сферы экологических двигателей. Сравнительные цифры о стоимости и расходах для различных автомобилей с гибридными двигателями. Экономика экологически чистых двигателей: за и против. Проектные исследования по вопросам массового внедрения и использования экологичных двигателей в мире. Креативная, творческая работа по созданию эвристических проектов.

Модуль 6. Экологичные двигатели в России: сегодня и завтра

  • Актуальное положение в сфере экологичных двигателей в стране и в мире.
  • Ученические исследования вопроса через открытые источники.
  • Создание презентаций.
  • Отечественные примеры проектов по созданию экологичных автомобилей. Ё-мобиль.

Модуль 7. Перспективы и фантазии. Концепт-кары

  • Возможности развития экологичных двигателей в стране и в мире.
  • Уже созданные концепт-кары с гибридными двигателями и электрическими моторами.
  • Иллюстративный материал.
  • Творческая работа учащихся по анализу и прогнозам развития этой отрасли.

Модуль 8. Проектная практическая работа

    Практическая работа по закреплению знаний и умений, освоенных при обучении по теме. Тестирование. Проектная работа по созданию простейших двигателей, способных производить энергию из возобновляемых ресурсов. Теоретически-творческая работа по проектированию экологичных двигателей. Творческая проектная работа по созданию дизайна автомобиля с альтернативным двигателем.

Данный курс рассчитан на мальчиков старших классов, со средним уровнем технической подготовки, у которых должен сформироваться устойчивый интерес к специальностям, имеющим отношение к рассматриваемой теме. Навыки, получаемые при выполнении практических упражнений, могут оказаться полезными при обучении различным рабочим специальностям.

Электрический автомобиль

Электрический автомобиль, хотим мы этого или нет, является безусловным и неотвратимым будущим автомобилестроения, при этом будущим ближайшим. Многие производители по всему миру вкладывают значительные средства в разработку электромобилей, чему способствует неуклонный рост цен на нефтепродукты, необходимость снижения вредных выбросов от автомобиля, а также разработки устройств хранения энергии, технологий энергопотребления.

В настоящее время крупнейшими рынками электрических автомобилей являются США, Япония, Китай и ряд европейских стран (Франция, Нидерланды, Норвегия, Германия, Великобритания). Из производителей электрокаров выделяются компании Nissan (Leaf), Mitsubishi (I MiEV), Toyota (RAV4EV), Honda (FitEV), Ford (Focus Electric), Tesla (Roadster и Model S), Renault (Fluence Z.E. и ZOE), BMW (Active C), Volvo (C30 Electric). Наша страна пока находится в стороне и от производства и от потребления электромобилей, за исключением разработок отдельных энтузиастов (известная Lada Ellada не в счет, она построена на импортных комплектующих).

Под термином «электрический автомобиль» или «электромобиль» понимается транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электрическими двигателями. При этом питание электромотора может осуществляться от аккумуляторной батареи, солнечной батареи или топливных элементов. Наибольшее распространение получила конструкция электромобиля с питанием от аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея требует регулярной зарядки, которая может осуществляться от внешних источников тока, путем рекуперации энергии торможения, а также от генератора на борту электромобиля. Генератор приводится от двигателя внутреннего сгорания. но такая схема, по сути, электромобилем уже не является, а относится к одной из разновидностей гибридного автомобиля.

Работа по созданию электрических автомобилей ведется в двух направлениях - разработка новых моделей и адаптация серийных автомобилей. Последнее направление более предпочтительное, т.к. менее затратное. Выпускаемые электромобили в зависимости от предназначения можно разделить на три группы:

  • городские электромобили (максимальная скорость до 100 км/ч )
  • шоссейные электромобили (максимальная скорость свыше 100 км/ч )
  • спортивные электромобили (максимальная скорость свыше 200 км/ч ).

Устройство электрического автомобиля

В отличие от автомобиля с двигателем внутреннего сгорания электромобиль имеет более простую конструкцию, включающую минимальное количество движущихся частей, а значит более надежную.

Основными конструктивными элементами электрического автомобиля являются: аккумуляторная батарея, электродвигатель, трансмиссия, бортовое зарядное устройство, инвертор, преобразователь постоянного тока, электронная система управления.

Тяговая аккумуляторная батарея обеспечивает питание электродвигателя. На электромобиле, в основном, используются литий-ионная аккумуляторная батарея, которая состоит из ряда соединенных последовательно модулей. На выходе аккумуляторной батареи снимается напряжение постоянного тока порядка 300В. Емкость батареи должна соответствовать мощности электродвигателя.

Одним из основных элементов электромобиля является электродвигатель. который служит для создания необходимого для движения крутящего момента. В качестве тягового электродвигателя используют трехфазные синхронные (асинхронные) электрические машины переменного тока мощностью от 15 до 200 и более кВт. В сравнении с ДВС электродвигатель имеет высокую эффективность и меньшие потери энергии. КПД электродвигателя составляет 90% против 25% у ДВС.

Основными преимуществами электродвигателя являются:

  • реализация максимального крутящего момента во всем диапазоне скоростей
  • возможность работы в двух направлениях без дополнительных устройств
  • простота конструкции, воздушное охлаждение
  • возможность работы в режиме генератора.

В ряде конструкций электромобилей используется несколько электродвигателей, которые приводят отдельные колеса, что значительно повышают тяговую мощность транспортного средства. Электродвигатель может быть помещен непосредственно в колесо автомобиля, сокращая до минимума трансмиссию. Но такая схема электромобиля увеличивает неподрессоренные массы и ухудшает управляемость.

Трансмиссия электромобиля достаточно проста и на большинстве моделей представлена одноступенчатым зубчатым редуктором. Бортовое зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети. Инвертор преобразует высокое напряжение постоянного тока аккумуляторной батареи в трехфазное напряжение переменного тока, необходимое для питания электродвигателя.

Преобразователь постоянного тока обеспечивает зарядку дополнительной двенадцативольтовой аккумуляторной батареи, которая используется для питания различных потребителей электроэнергии (электроусилитель рулевого управления. электрический отопитель салона, кондиционер, система освещения. стеклоочистители. аудиосистема и др.)

Электронная система управления выполняет в электрическом автомобиле несколько функций, направленных на обеспечение безопасности, энергосбережение и комфорт пассажиров:

  • управление высоким напряжением
  • регулирование тяги
  • обеспечение оптимального режима движения
  • управление плавным ускорением
  • оценка заряда аккумуляторной батареи
  • управление рекуперативным торможением
  • контроль использования энергии.

Конструктивно система объединяет ряд входных датчиков, блок управления и исполнительные устройства различных систем электромобиля. Входные датчики оценивают положение педали газа, педали тормоза, селектора переключения передач, давление в тормозной системе, степень заряда аккумуляторной батареи. На основании сигналов датчиков блок управления обеспечивает оптимальное для конкретных условий движение электромобиля. Основные параметры работы электромобиля (потребление энергии, восстановление энергии, остаточный заряд аккумуляторной батареи) визуально отображаются на панели приборов.

Эксплуатация электромобиля

Несмотря на внешнее сходство и аналогичные органы управления, эксплуатация электромобиля существенным образом отличается от эксплуатации автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Именно эксплуатационные проблемы сдерживают массовое использование электромобиля, среди которых:

  • высокая стоимость
  • ограниченная автономность
  • значительное время заряда аккумуляторов.

Высокую стоимость автомобиля во многом определяет цена аккумуляторной батареи. Несмотря на отличные эксплуатационные характеристики, литий-ионная аккумуляторная батарея очень дорогая в производстве и помимо этого имеет ограниченный ресурс (5-7 лет). Это заставляет разрабатывать новые источники тока (топливные элементы ), способы хранения энергии (суперконденсаторы, маховики ), совершенствовать конструкцию тяговых аккумуляторных батарей (литий-полимерные аккумуляторы ).

Текущие расходы на содержание электрического автомобиля значительно ниже (в 3-4 раза) расходов на содержание автомобиля с ДВС и зависят, в основном, от стоимости электроэнергии. Эксплуатация электромобиля экономически выгодна в странах, где производство электроэнергии в меньшей степени зависит от ископаемого топлива.

Одна из самых серьезных проблем эксплуатации электромобиля его невысокая степень автономности. Величина пробега электромобиля без подзарядки зависит от многих факторов: емкости аккумуляторной батареи, характера и условий движения, стиля вождения, степени использования вспомогательных систем. В настоящее время средняя дальность использования электромобиля составляет порядка 150 км при скорости движения 70 км/ч. При движении с большей скоростью, пробег резко уменьшается, например, при скорости 130 км/ч (нормальная шоссейная скорость) он составляет уже 70 км. Именно поэтому электромобиль в большинстве своем позиционируется как транспортное средство для городских поездок.

Современные технологии позволяют увеличить степень автономности электромобиля до 300 и более км, среди которых следует отметить систему рекуперативного торможения (возвращает до 30% затрачиваемой энергии), аккумуляторы повышенной емкости, электронная оптимизация процессов движения.

Неотъемлемым атрибутом эксплуатации электромобиля является необходимость периодической зарядки аккумуляторной батареи. которая занимает много времени. Решение данной проблемы реализуется по нескольким направлениям:

  • нормальная зарядка аккумуляторной батареи (осуществляется от бытовой электрической сети мощностью 3-3,5 кВт, предполагает установку на электромобиле специального зарядного устройства, продолжительность до полной зарядки батареи составляет 8 часов)
  • ускоренная зарядка аккумуляторной батареи (производится на специальных станциях мощностью до 50 кВт, продолжительность зарядки до 80% емкости батареи составляет 30 минут)
  • замена разряженной аккумуляторной батареи на заряженную батарею (выполняется автоматически на специальных обменных станциях).

Реализация указанных направлений требует развития инфраструктуры (зарядных и обменных станций, мест парковки), стандартизации технических решений, разработки правил для поставщиков услуг.

Источники: http://zoom.cnews.ru/publication/item/42020, http://www.spa.msu.ru/page_432.html, http://systemsauto.ru/engine/electric-car.html






Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением

Сумма: код подтверждения