Копаемся в начинке Jaguar I-Pace: как устроен первый «нормальный» электромобиль?

Великобритания, 2013 год. Вездесущие шпионы-фотографы сообщили в СМИ об испытаниях очень странного автомобиля — Land Rover Defender актуального поколения, но с электрической силовой установкой. Понятное дело, до конвейера эта модель не доедет, но зачем же британцам понадобился такой спорный прототип? Ответ на этот вопрос был дан в ноябре 2016 года, когда компания JLR показала миру предсерийный концепт электрического Jaguar I-Pace. На «Дэфе» британцы тестировали силовую установку будущего электро-Jag’a. Сейчас это уже полноценный серийный автомобиль, который можно официально приобрести и на территории ТС. Спросите, почему мы считаем «ай-пейс» первым нормальным электрокаром? Потому что он создан не для понтов и демонстрации окружающим, что вы «не такой как все», а для нормальной эксплуатации здесь и сейчас. По сути, у I-Pace пока нет конкурентов. Только не говорите нам про Tesla!

Сегодня на рынке хватает электромобилей. Каждый уважающий себя автопроизводитель уже либо выпускает EV-модель, либо анонсировал оную. Но практически все электрокары представляют собой некий набор компромиссов. Возьмем, к примеру, всеми любимую Tesla. Имеется неплохой запас хода, отличная динамика и продвинутые автономные системы. Но в нагрузку мы получаем ужасный салон 10-летней давности, неоправданно высокую цену и отсутствие ощущения машины. Ты словно ездишь на гаджете (который разрабатывали 10 лет назад).

В случае с более доступными электрокарами типа Nissan Leaf или BMW i3 мы получаем непозволительно малый запас хода, преимущественно уродливый внешний вид и навязывание экофилософии, которая уже начинает раздражать. Эксперты резонно не считают электромобили экологически чистыми. Такой транспорт лишь позволяет перенести место выбросов вредных веществ из одного места в другое. Панде в Тибете от этого ни холодно ни жарко — атмосфера засоряется в любом случае, так что опустим этот вопрос. Получается, что если даже у вас есть большие деньги и вы хотите нормальный электрокар, похожий на современный автомобиль, выбрать вам не из чего. Либо убогий салон, либо дизайн как у микроволновки будущего, либо запас хода как у самоката Xiaomi.

Первым электромобилем без серьезных «но» на нашем рынке стал Jaguar I-Pace. Если не считать BMW i3 — это вообще первый электрокар, который можно официально купить и обслуживать в Беларуси. Onliner еще со времен первых Tesla в Минске подробно описывает электромобили и ищет ответы на все вопросы, связанные с новым типом транспортных средств. Давайте разберем по винтикам и этого британского «электрохищника». В статье вы не только узнаете, что из себя представляет I-Pace, но и в целом поближе познакомитесь с устройством электрокара. Наберитесь терпения, букв сегодня будет немало.

Флагман «Образа жизни»

Компания Jaguar последовала примеру LR и разделила весь свой модельный ряд на три семейства: «Спорт», «Образ жизни» и «Роскошь». I-Pace, как и два остальных кроссовера Jaguar, относится к «Образу жизни». Электрический SUV, видимо из-за цены, позиционируется как флагман семейства.

Стоит модель в России 5,8 млн рублей (87,5 тыс. долларов). Примерно как Tesla Model 3.

По размерам «ай-пейс» схож с кроссоверами С-SUV, поэтому ни о каком «ответе» Tesla Model X речи не идет. Новинка Jaguar, как и Audi e-tron, представляет собой компактный SUV, с которым в будущем, возможно, сразится Tesla Model Y (на базе Model 3). Но из-за малого количества EV-моделей электрокары трудно классифицировать, поэтому обычно их сравнивают по цене, а не типу кузова. Получается, человек, выбирающий I-Pace, может посматривать в сторону Tesla Model 3. Для того чтобы определиться, достаточно изучить салоны обеих машин хотя бы по фотографиям.

Основа

В основе I-Pace лежит так называемая «скейтборд»-платформа. На осях расположены силовые блоки двигателя и высоковольтная часть. В колесной базе нашлось место для 605-килограммовой литий-ионной батареи емкостью 90 кВт·ч. Подвеска — единственное, что напоминает здесь об автомобилях с ДВС. Спереди применяются двойные поперечные рычаги. Сзади — фирменная «ягуаровская» многорычажка Integral Link.

В опциях есть пневмоподвеска, которая мало того что делает электрокар более комфортным, но и позволяет увеличить клиренс до 20 см. С Discovery в проходимости «ай-пейс» не потягается, зато даст фору любому другому электромобилю. А еще этот Jaguar — первый на рынке EV-SUV, который может преодолевать брод глубиной 50 см. В таких режимах вся высоковольтная часть находится под водой, и инженерам пришлось попотеть, чтобы герметично защитить все это электродобро. В арсенале Jaguar присутствует даже «внедорожный круиз-контроль». Не позорит Электроник фамильные ценности концерна!

Есть ли у электрокара коробка передач?

Новинка доступна только в полноприводном варианте и по умолчанию оснащена двумя абсолютно одинаковыми моторами — по одному на оси. Это синхронные электродвигатели с постоянными магнитами. О них мы поговорим чуть позже, а сейчас развеем распространенный миф. Часто говорят, что у электрокаров нет трансмиссии или (чаще) что трансмиссия «бесступенчатая».

Каждый мотор весит 78 кг и имеет размеры 35×50 см. Это очень компактные размеры относительно мощности.

На I-Pace все же есть одна передача. Если бы ступеней было две (как на гоночных прототипах «ай-пейс»), то устройство называлось бы коробкой передач (во множественном числе). Но у нас передача одна, поэтому грамотнее называть это редуктором. Электродвигатель крутится с гораздо большим количеством оборотов, нежели колеса машины. Следовательно, редуктор имеет передачу с понижающим передаточным числом, что позволяет ему уравнять обороты.

Как устроен электромотор?

Все мы примерно представляем процессы, которые происходят в ДВС. А вот электромобили с батей в гараже еще вряд ли кто-нибудь разбирал. Но уже, кажется, пора вникать, как там что устроено. Благо в электрокарах все намного проще, чем в случае с бензиновыми или дизельными машинами, а многое вовсе продублировано. Вот разберем, например, электромотор. Перенесемся в 9-й класс школы прямиком на урок физики. Тема урока — «Закон электромагнитной индукции».

Помните, как учитель демонстрировал катушку и магнит, на примере которых нам объясняли действие этого закона? Если подать ток на обмотку медной проволоки, на ней возникнет электромагнитное поле. И если рядом находится магнит (неважно, постоянный или электромагнит), он начнет взаимодействовать с катушкой. Магнит будет крутиться, то есть совершать некую физическую работу. Это и есть принцип работы электромотора. Есть и обратный процесс: если мы физически заставим магнит крутиться, то зафиксируем возникновение излишков тока на обмотке. Кто первый сказал слово «рекуперация»? Все правильно, она родимая! По сути, таков принцип работы стартера и генератора в вашей машине. Так вот электромотор во всех электрокарах умеет переключаться из режима стартера в режим генератора.

Суммарная отдача электродвигателей в I-Pace — 400 л. с. и 700 Н·м. КПД — почти 100%. Трущихся частей здесь нет, и минимальные потери идут разве что на подшипники. Для сравнения, лучшие представители ДВС (это современные дизели, от которых все поголовно отказываются) выдают КПД в 45—48%.

Основные части электромотора — это статор и ротор. Статор представляет собой полый корпус с обмоткой из медной проволоки, которая намотана в три фазы (двигатель I-Pace работает на трехфазном токе переменного типа). Внутри на оси крутится ротор с постоянными магнитами. Вот и все! Подали ток на обмотку статора, и он вращает ротор, который через редуктор передает крутящий момент на колесо. Проще простого.

При распространении электрокаров из обихода автолюбителей исчезнет страшное словосочетание «ресурс двигателя». Ведь мы имеем дело с двумя элементами, которые даже не соприкасаются друг с другом (статор и ротор имеют между собой воздушную прослойку). Здесь практически нет никакого нагревания, здесь нечего смазывать и нечего обслуживать. Через несколько сотен тысяч километров, возможно, придется профилактически поменять подшипники. Троллейбусы, выпущенные в СССР, до сих пор катаются с родными электромоторами. Регламент профилактического обслуживания такого агрегата составляет раз в 2 млн км. Электродвигатель имеет два состояния — либо он работает, либо не работает. Сломаться там нечему. Больше вопросов к программному обеспечению и ресурсу батареи.

Чем отличаются синхронные электродвигатели от асинхронных?

На I-Pace, как и на большинство других электрокаров, устанавливаются синхронные электромоторы. Асинхронные используются только в Tesla Model S и Х (у Model 3 синхронные). В чем же разница между этими двумя силовыми агрегатами, которые уже у всех на слуху? Разница примерно такая же, как между дизельными и бензиновыми моторами — принцип работы одинаковый, но некоторые процессы отличаются.

Синхронный двигатель. Он так называется потому, что электромагнитное поле, которое создается и вращается на статоре, имеет такую же скорость, как и у ротора. Они словно находятся в виртуальном «зацепе». Инвертор подает ток на обмотку, приводя в движение электромагнитное поле, и с такой же скоростью начинает вращаться ротор, передающий момент на колеса (как мы помним, через редуктор с понижающим передаточным числом).

Асинхронный двигатель. Здесь же ротор пытается как бы «догнать» вращающееся электромагнитное поле. Получается, ротор вращается с некоторой задержкой, и если его обороты сравняются с оборотами электромагнитного поля, то крутящий момент обнулится. В асинхронных двигателях происходит постоянное управление процессом, чтобы электромагнитное поле всегда обгоняло вращение ротора.

Синхронные электромоторы дороже в производстве. В таких агрегатах на роторе используются постоянные магниты из редких (и очень дорогих) металлов. Эти двигатели мощные и компактные, и КПД с точки зрения размера и веса у них выше. Асинхронные электромоторы ставят туда, где нужно сэкономить на производстве и где есть место для установки более габаритных агрегатов. Jaguar — машина небольшая, поэтому выбор пал на «синхроны».

«Ай-пейс» имеет межсервисный интервал в 34 тыс. км либо раз в два года. Первые ТО — это контрольные проверки, обновление ПО, периодическая замена охлаждающей жидкости, фильтров.

У I-Pace нет самоблокирующегося или принудительно блокируемого дифференциала, нет углового редуктора, который с промежуточной шестерней достаточно чувствителен к высокому крутящему моменту (редуктор здесь планетарного типа). В общем, инженеры постарались обойтись без экспериментов, чтобы сохранить высокую надежность машины. Владельцы «ай-пейса» будут здороваться друг с другом в городе даже вечером!

Один из приводов колес проходит прямо сквозь двигатель. Получается ось в оси. Здесь используется обычный дифференциал открытого типа. Из одной части мотора привод уходит на одно колесо, а из другой части дифференциала сквозь вал двигателя привод направляется на противоположное колесо. Все находится на одной оси. Инженерам Jaguar не потребовалось делать соосную конструкцию, вынося куда-нибудь мотор с трансмиссией, а потом делать угловой редуктор. Это сохранило много места.

Зачем машине трансформатор (инвертор)?

Все электромобили оснащены инвертором, который преобразует постоянный ток в переменный и обратно. Вкратце проясним. Двигатель работает на переменном токе, а для хранения электричества в аккумуляторе нужен постоянный. Если мы нажимаем на газ, на бортовой компьютер посылается сигнал, что нужно взять у аккумулятора постоянный ток, отправить его на инвертор, преобразовать в переменный и подать на катушки статора. Мгновенно начинается вращение электромагнитного поля вместе с ротором. Происходит разгон. Чем сильнее мы жмем на педаль — тем больше тока подается на медную обмотку и тем выше обороты ротора и, соответственно, колес.

Рекуперация

Можно ошибочно подумать, что когда мы отпускаем газ, ток с катушек уходит, а ротор электродвигателя вращается и возвращает ток обратно аккумулятору. На деле все сложнее. Ток с катушек не уходит, потому что для работы всего процесса необходимо электромагнитное поле. Инвертор подает ток на обмотку мотора, даже если мы отпустили газ. Во время езды накатом ротор вращается с определенной скоростью, потому что его крутят колеса. И в этот момент инвертор искусственно замедляет вращение электромагнитного поля в статоре. Возникает так называемая обратная электромагнитная сила, которая будет пытаться остановить ротор (поэтому машина замедляется), но при этом на обмотках появится избыточный ток. Вот эту разницу инвертор снимает с обмотки и перенаправляет обратно в батарею в виде постоянного тока. Если запутались, просто запомните: отпустил педаль газа на ходу — автомобиль стал заряжаться. Рекуперация есть у всех электрокаров, и принцип ее работы не отличается.

В I-Pace два уровня рекуперации: «мягкий» и максимальный. Наловчившись, на последнем можно постоянно ездить «в одну педаль». Если в таком режиме отпустить педаль газа, то отрицательное ускорение достигнет 0,7 G! «Мягкий» режим схож с машинами с ДВС. В этом случае автомобиль более понятен и не вызывает «чужих» ассоциаций. Если не ездили на электрокарах, первое время лучше кататься именно в таком режиме.

Любопытно, что у Jaguar стоп-сигналы не привязаны к левой педали, а настроены на определенные отрицательные ускорения самой машины. Более того, если вы нажимаете педаль тормоза, это еще не значит, что будут задействованы колодки. Рекуперация здесь хитрая. Педалью тормоза создается дополнительная часть отрицательного усилия магнитного поля на обмотке, поэтому колодки «курят», даже если вы слегка притормозили ногой. Примечательно, что это сделано не столько для увеличения запаса хода (в аккумулятор поступит не намного больше тока), сколько для сохранения колодок. Они здесь почти не расходуются.

Запас хода у I-Pace — 470 км. Реальная цифра составит километров 350, что тоже много. Зимой поездки дальше, чем на 200 км, лучше не планировать. Машина сугубо городская.

Самый алюминиевый Jaguar

Конструкция этого электрокара на 94% состоит из алюминия. Центр тяжести очень низкий — треть массы находится на высоте оси. Развесовка по осям как у спорткара — 50:50. Причем это не те «50 на 50», что у машин с ДВС. Ведь у электромобиля нет «гири» в виде ДВС за передней осью. Центр тяжести у I-Pace не «гуляет» при динамичной езде. Получается, самый тяжелый элемент модели находится под водителем, и это обеспечивает идеальную управляемость. Полный привод работает без каких-либо ограничений. Здесь нет раздаточной коробки, нет карданного вала и каждый мост «сам себе хозяин». Просто рай для любителей трек-дней.

Имеется у I-Pace и система Torque Vectoring By Braking, знакомая по другим моделям Jaguar. Она «прикусывает» внутренние колеса в поворотах, чтобы машина быстрее совершила маневр. Если вы уже ездили на других электромобилях, то «ай-пейс» вряд ли вас удивит. Но если это первый EV в вашей жизни, то готовьтесь к приятным сюрпризам. Доступная с первых секунд полка крутящего момента буквально телепортирует электрокар из одной точки в другую. До сотни машина разгоняется за 4,8 секунды, но поражает другое — эластичность. Цифру 80 на спидометре I-Pace изменит на 120 быстрее многих бензиновых спорткаров.

Не в вакууме

Несмотря на относительную тишину подкапотного пространства, в электрическом Jaguar не ощущаешь себя изолированным. Аэродинамические шумы дополняются высокочастотным воем электрической силовой установки. При желании водитель может включить звук бензиновой машины, и тогда нажатие на педаль газа будет сопровождаться имитацией V8 в колонках акустической системы. Британцы делали I-Pace по лекалам современных автомобилей, поэтому когда ты передвигаешься на этом электрокаре, ты все еще чувствуешь себя в 2019 году, просто в машине с нетрадиционной установкой. Радует, что из Jaguar на «батарейках» не сделали странное подобие автомобиля, как в случае с BMW i3, а построили полноценную модель.

Салон

Внутри все очень напоминает другие модели JLR. Вот 2-этажная центральная консоль, как у Velar. Узнаю знакомую по другим «британцам» мультимедийную систему и цифровой «климат». Да и кругляши-клавиши 2-зонного климат-контроля уже видел. Правда, этой шайбой теперь можно не только включать подогрев кресел, но и активировать вентиляцию (нужно потянуть шайбу на себя). Лично мне не нравится запутанное меню нынешней мультимедийной системы JLR. Есть очень спорные решения, да и картинка порой тормозит («спасибо» одному-единственному процессору, отвечающему за всю эту электронику).

В комплекте — «шнур бесконечности»

Задний багажник имеет внушительный объем для таких габаритных размеров, а вот передний до безобразия мал (особенно если сравнивать с Tesla). Последний подойдет разве что для хранения зарядного провода. В комплекте с машиной идет шнур для зарядки от бытовой розетки, которая полностью заряжает аккумулятор примерно за вечность.

Придется докупать станцию фирмы Schneider Electric, с которой сотрудничает Jaguar. Зарядный Wallbox стоит пару тысяч долларов. Такая станция отдает трехфазный ток, но встроенная в I-Pace зарядка принимает лишь одну фазу. Получается, машина может «заливать» в себя только 7 кВт. Полностью разряженную батарею придется заряжать до 100% на протяжении 12 часов (не зря такую зарядку называют «ночной»). На общественных станциях «ай-пейс» можно заряжать шнурком CCS, когда помимо одной фазы переменного тока «льется» до 1000 вольт постоянного (слот для этой зарядки закрывается отдельной заглушкой ниже основного выхода). CCS пополняет заряд с нуля до 80% за 40 минут. Уже можно жить! Отметим, что у Tesla бортовая зарядка имеет три фазы. Учитесь, JLR.

Можно брать!

Электромобиль I-Pace не воспринимается как новомодный девайс с намеком на будущее. Это сегодняшний электрокар для сегодняшних людей. Здесь все максимально приближено к классическим машинам, поэтому владельцу не придется «переучиваться». Главное — найти место для зарядки по ночам. Производитель рекомендует подключать автомобиль к электричеству каждую ночь независимо от пробега. Литий-ионные батареи, напомним, не обладают эффектом памяти. Можно настроить утреннее время отбытия, и машина подготовится к старту, прогрев салон и аккумулятор. Зимой очень актуально!

Гарантия на батарею составляет 8 лет или 160 тыс. км пробега. За это время потеря емкости, по информации завода, составит не более 30%.

Новинка не произвела никакой революции и просто стала очередной моделью в линейке британского премиум-производителя. Если не считать слегка смещенный вперед салон и, как следствие, нетипичный для Jaguar силуэт кузова, то I-Pace вообще не выделяется на дороге. Многие наверняка воспримут этот автомобиль просто как очередной кроссовер Jaguar. Тем более за новинками этого бренда мало кто следит из «простых» людей.

Но если брать именно сегмент электрокаров, то данную модель можно назвать наиболее приспособленной для белорусских реалий. Во-первых, это уже полноценная машина, которую можно эксплуатировать каждый день. Во-вторых, наличие официального сервисного центра в своей стране — важный фактор, когда вы платите под сотню тысяч долларов по курсу за некое электронное устройство. В общем, делаем ставку, что минимум пять «ай-пейсов» будет продано в Беларуси до конца года. В России, кстати, уже сейчас заказано 50 штук. Будущее потихоньку наступает.

Выражаем благодарность автоцентру «Атлант-М Британия» за организацию поездки в Москву.

Автомобильная электроника

Содержание

Volkswagen заявила об острой нехватке чипов для автомобилей

В середине декабря 2020 года Volkswagen предупредила о нарушении цепочки поставок электронных запчастей для автомобилей. Немецкий автопроизводитель сообщил, что столкнулся с замедлением увеличения производства из-за масштабного дефицита поставок, который вызван нехваткой полупроводниковых компонентов для автомобильной электроники. Это связано с восстановлением мировых автомобильных рынков после спада продаж во время пандемии коронавируса COVID-19.

В Volkswagen заявили, что производители полупроводников переориентировали производство на бытовую электронику во время наихудшего спада продаж из-за пандемии.

В заявлении компании говорится:

Предполагается, что нехватка полупроводников окажет влияние на производство на заводах в Китае, Европе, а также Северной Америке в первом квартале 2021 года. Корректировка производства окажет влияние на выпуск моделей Volkswagen, Audi, Skoda и Seat на базе платформы MQB VW Group. Завод Volkswagen в немецком городе Вольфсбург входит в число заводов группы, наиболее пострадавших от дефицита.

Руководитель отдела закупок Volkswagen Мурат Аксель отметил, что компания делает все возможное, чтобы свести к минимуму потери производства и гарантировать, что нормальные поставки клиентам можно будет возобновить как можно быстрее.

Резкий спад продажи автомобилей начал наблюдаться во время первой волны ограничений на фоне распространения COVID-19. Продажи автомобилей в Европе за первые 11 месяцев 2020 года сократились на 25,5% по сравнению с тем же периодом в 2019 году. [1]

На электронику приходится 40% расходов на производство автомобиля (Deloitte)

В конце апреля 2020 года Deloitte опубликовала результаты исследования полупроводникового рынка. Одним из направлений этой работы стало изучение ситуации в сегменте автомобильных чипов и электроники.

По оценкам экспертов, в 2020 году на электронику приходится примерно 40% расходов на производство транспортных средств против 27% в 2010 году и 18% в 2000-м. При этом суммарная стоимость полупроводниковых компонентов (микроконтроллеры, сенсоры, камеры, модули памяти и т. п.), используемых в одной машине, в 2020 году достигла $475 против $150 в начале XXI века.

Растущему внедрению электроники и чипов в автомобилях способствуют масштабная электрификация (гибриды плюс чистые электромобили) силовых установок и создание более продвинутых систем автономного движения, а также расширение коммуникационных возможностей машин за счет связи технологий V2X и 5G.

Системы беспилотного управления уровня 2.0 и 2.5 используют в среднем около шести датчиков. К ним относятся ультразвуковые сенсоры, радары и камеры кругового обзора. Для реализации третьего уровня, то есть с пробочным автопилотом, как, например, на Audi A8, необходимы порядка 13 датчиков; четвертого — 29, а максимального пятого — 32 датчика. В их числе тепловые камеры, оптические дальномеры и лазерные инерциальные навигационные системы.

Кроме того, растущее использование электроники в автомобилях связано с совершенствованием информационно-развлекательных систем и технологий безопасности. В первую очередь это касается так называемых подключенных машин (Connected Car), которые получают новые функции по беспроводной интернет-связи и обмениваются данными через облачные сервисы, указано в отчете.

Аналитики также приводят статистику, согласно которой в 2004 году менее 20% автомобилей в мире оснащались системой стабилизации и около 1% — датчиками давления в шинах. К 2017-му ситуация кардинально изменилась и показатели стали следующие: 100% и более 80% соответственно. Доля авто с подушками безопасности за это время выросла с 20% до 90%, с датчиками контроля «слепых» зон в зеркалах — с 0% до 40%.

К 2020 году автомобили имеют гораздо более сложные системы на борту. К ним относятся адаптивный круиз-контроль, автоматически затемняющиеся зеркала, развлекательные системы и бесключевой доступ. Кроме того, более распространенными стали функции, позволяющие экономить топливо: деактивация цилиндров, системы старт-стоп, а также гибридные или полностью электрические силовые установки, отмечают исследователи.

Еще один фактор, влияющий на увеличение количества чипов и электронных систем в автомобилях, связан с безопасностью. Все чаще можно слышать, что машины могут подвергаться хакерским взломам. Автопроизводители знают об этом, поэтому стремятся защищать свои продукты при помощи более совершенных программных и аппаратных систем. Ситуация осложняется отсутствием единой политики в этом направлении и стандартов кибербезопасности, считают в Deloitte.

В 2020 году на рынке автомобильных полупроводниковых решений появился новый лидер благодаря закрытию в апреле сделки по слиянию Infineon Technologies и Cypress Semiconductor. В 2018 году Infineon продала чипы для автомобильной электроники на сумму $4,2 млрд, что соответствует 9,9% в общем объеме рынка. Это второй показатель после NXP, которая заработала $4,5 млрд (10,8%).

Cypress заняла 14-е место в этом рейтинге с годовыми доходами в $808 млн и рыночной долей в размере 1,9%. Таким образом, сложив доли Infineon и Cypress, получается 11,8%, что превосходит результат Infineon. [2]

2017: Объем рынка автомобильных чипов — $35,7 млрд (Digitimes Research)

29 марта 2018 года аналитическая компания Digitimes Research обнародовала результаты исследования глобального рынка автомобильных полупроводниковых решений. Их продажи в 2017 году выросли до $35,7 млрд c $32,2 млрд годом ранее.

По данным экспертов, большая часть продаж чипов, используемых в автомобилях в 2017 году, пришлась на продукцию четырех компаний: NXP Semiconductors (Голландия), Renesas Electronics (Япония), Infineon Technologies (Германия) и STMicroelectronics (Франция). Они сделали акцент на нескольких сегментах, таких как автомобильные коммуникации и сенсоры, а также системы электропитания.

В категории решений для коммуникаций аналитики отмечают сотрудничество NXP Semiconductors и STMicroelectronics, которые совместными усилиями развивают технологии V2X (vehicle-to-everything) на базе выделенных сетей малого радиуса действия (Dedicated Short-Range Communications, DSRC). Концепция V2X предполагает сетевое взаимодействие транспортного средства с чем-либо — с другими машинами, объектами дорожной инфраструктуры или пешеходами.

В сегменте датчиков производители сделали акцент на радарные сенсоры с частотой 77 ГГц, чтобы расширять возможности систем помощи водителям ADAS (Advanced Driver Assistance Systems).

Что касается энергетических систем, то постепенный отказ автопроизводителей от двигателей внутреннего сгорания в пользу электромоторов будет сопровождаться увеличением выходной мощности и сложности систем питания. Это, в свою очередь, приведет к переменам в области полупроводниковых материалов и архитектур чипсетов, говорится в исследовании Digitimes Research.

По прогнозам аналитиков, в 2018 году объем мирового рынка микросхем, предназначенных для автомобильной электроники, вырастет до $40 млрд, то есть на 11% относительно 2017-го. [3]

Устройство современного электромобиля

На форуме не мало статей об электромобилях: их достоинствах, недостатках, будущем и прошлом. Однако, если среднестатистическому автолюбителю задать в лоб вопрос — а как устроен современный электрокар и какие компоненты входят в состав конструкции, то гражданин вряд ли сможет дать внятные объяснения. Электродвижок, аккумуляторная батарея, аппаратура там всякая, да и всё на этом. Ах, да, ещё и экология — чистый он, потому как питается от розетки.

А вот такой вопрос к примеру: есть ли на борту электрокара коробка передач? Сомнительно, что человек никогда не ездивший на электрическом автомобиле сможет дать чёткий правильный ответ. Итак, в теме я хочу в подробностях рассказать об устройстве современного электрокара, дабы пользователи у которых нет его в распоряжении, имели хотя бы поверхностное представление, как устроено это четырёхколёсное, экологически чистое достижение технического прогресса.

Содержание:

• Что такое электромобиль?
• Внутреннее устройство электромобиля.
• Особенности кузова электрического автомобиля.
• «Сердце» электрокара — что оно из себя представляет?
• Нужна ли трансмиссия электромобилю?
• Дополнительные узлы.
• Аккумуляторная батарея электрокара и способы её подзарядки.
• Что входит в задачи контроллера?
• Как в электромобиле работает печка?
• Общий принцип работы электрокаров.
• Перспективы электромобилей.

Что такое электромобиль?

Внешний вид, кузов и салон электромобиля, а также грузоподъёмность, ничем не отличаются от традиционных средств передвижения оборудованных двигателями внутреннего сгорания. Но в то же время, именно то место, где покоится ДВС у обычной машины, у электрокара преобразовано в значительной степени. Электрический силовой агрегат оказался настолько совершенен, что у инженеров появилась великолепная возможность упростить конструкцию до предела, отказавшись от большого количества традиционных узлов и агрегатов. Что и говорить, затрат на обслуживание и ремонт транспортного средства у обладателей электрокаров существенно поубавилось. Кроме того, такие автомобили стали предельно надёжными в эксплуатации, да и разница в ценах на бензин и электричество — просто вселенская!

Внутреннее устройство электромобиля

Как уже было сказано выше, электрокар по сравнению с ДВС-никами устроен намного проще и имеет минимальное количество движущихся элементов. Так, для запуска электрического мотора не требуется стартер, а на трансмиссию уже не возложены такие серьёзные обязанности как у авто с ДВС. Причина этого в общем-то проста: электродвигатель предлагает высокий показатель тяги начиная с самого момента запуска.

Совершенство электромоторов даёт их обладателям ещё несколько преимуществ:

• нет требуется система охлаждения;
• не нужна и выхлопная система, а значит не будет шума и вредных выбросов в атмосферу.

Каждый уважающий себя автогигант и не только, выделяет на разработку электромобилей огромные средства, прекрасно понимая, что за ними будущее и от этого никуда не деться. Так почему бы не начать всё как можно раньше?

Основные компоненты у большинства электромобилей такие:

• электрический силовой агрегат (может быть один, а может и несколько);
• аккумуляторная батарея;
• упрощённая трансмиссия (ступенчатая либо бесступенчатая);
• тяговый инвертор;
• интегрированное зарядное устройство;
• электронный контроллер управления компонентами системы.

Особенности кузова электрического автомобиля

Как должен выглядеть современный электромобиль? Очень интересный вопрос, на который кстати, имеется множество ответов. Дизайнеры, как правило, стараются выделить «электрички» из общего потока однотипных транспортных средств оснащённых ДВС, придавая своим творениям футуристический, смелый и даже диковинный образ. Этим стилисты хотят подчеркнуть то обстоятельство, что их разработка тесно связана с будущим. Но в то же время, имеет место и масса электрокаров, которые внешне можно легко спутать с традиционными машинами, к которым все привыкли с детства. Кроме того, производитель, дабы снизить затраты на производство своей продукции, часто идёт более рациональным путём: кузов не требующий глобальных переделок, просто берётся от «старшего брата» с двигателем внутреннего сгорания, поэтому внешне, обе модификации практически идентичны.

При создании электромобиля с нуля, особое внимание уделяется аэродинамическим свойствам его кузова и делается это по той причине, что автомобиль с низким сопротивлением воздушным массам, как и в случае с обыкновенными авто, будет затрачивать меньше энергии. Однако в случае с электрической машиной, это намного важнее, так как современные электрокары не могут на данный момент похвастать внушительным пробегом на одном заряде. Есть конечно и исключения, но их не много и всё равно они грандиозно проигрывают автомобилям с ДВС.

Вот пример: всенародно любимый Форд Фокус работающий на бензине, сподобился проехать на полном баке 1789 километров, в то время как элитный электрокар Tesla Model S, может протянуть на полном заряде всего 500 километров. А знаете, сколько пройдёт электрическая вариация Ford Focus Electric? 185 километров, всего-навсего! Как думаете, для кого показатель аэродинамического сопротивление окажется критичней? Думается, после таких технических характеристик, всем, итак, понятно, почему разработчики борются за каждый лишний километр пробега электромобиля любыми способами.

«Сердце» электрокара — что оно из себя представляет?

К электрическому силовому агрегату устанавливаемому на электромобили, инженеры предъявляют особые требования, причём они достаточно жёсткие. Не первом месте у разработчиков стоит мощность мотора, варьирующаяся от нескольких десятков, до нескольких сотен кВт. Производители ставят на свои электрифицированные средства передвижения разные типы электродвигателей, отличающиеся устройством, принципом запитки и управления. Это могут быть электродвигатели постоянного и переменного тока, асинхронные и синхронные, коллекторные и бесщёточные.

Но, какой бы электрический мотор не установили конструкторы на своё детище, его характеристики, надёжность и простота эксплуатации весомо перебивают возможности ДВС.

Преимуществ тут целый набор:

1. Если брать по коэффициенту полезного действия, то тут у электромотора бесспорное превосходство над двигателем внутреннего сгорания: КПД электрического агрегата — 90-95%, КПД традиционных ДВС — 22-60%.

2. Максимальный крутящий момент доступен практически с первых секунд запуска электрического силового агрегата и кроме того, он держится на максимуме при любых оборотах.

3. Электродвигатели, которые устанавливаются на среднестатистический электромобиль, не нуждаются в принудительном охлаждении.

4. Электромотор может функционировать как генератор (в режиме рекуперации).

5. Электрический двигатель практически не нуждается в обслуживании.

Нужна ли электромобилю трансмиссия?

Это очень интересный вопрос, на котором был сделан акцент ещё в начале статьи, ведь несведущие юзеры действительно не знают, есть ли на электрокарах коробка передач, вернее они думают, что по традиции точно есть. Так вот, коробка передач в электрической машине в привычном понимании практически не используется, её место занимает простенький редуктор с одной ступенью. Он преобразует высокие обороты электромотора в более низкие, которые требуются для передачи на ведущие колёса транспортного средства.

Очень эффективным решением является мотор-колесо, когда весь электродвижок дислоцируется непосредственно в ступице колеса. Поэтому, сами понимаете, потребность в трансмиссии здесь просто отпадает сама собой. Однако у такой компоновки имеет место и недостаток: по причине увеличения неподрессоренной массы на колёсах, даёт о себе знать ухудшение управляемости авто. Подробнее о мотор-колёсах для электромобиля писалось в этой теме, так что, данная разработка без сомнений имеет перспективы, но, к сожалению, развивается всё это мероприятие довольно медленно.

Конечно, бывают случаи, когда коробка передач всё-таки присутствует на электрифицированном автомобиле, но здесь речь идёт о «домашних» переделках: типа ВАЗовская классика и иже с ней с электродвигателем под капотом. Естественно, это не электромобиль с чистого листа, а всего лишь переделанный ДВС-ник. Подробнее от таких технических манёврах можно узнать из этой статьи.

Дополнительные узлы

Электронная составляющая современных электрокаров развита по полной программе, ведь на ней лежит большая ответственность. Она должна обеспечивать слаженную работу всех датчиков и систем, эффективно отслеживать заряд аккумуляторной батареи, дабы электрокар просто не остановился в самый неподходящий момент прямо посредине дороги, да много чего ещё делает умная и сложная электроника.

Основное, что здесь отличает электрокар от обычной машины — зарядное устройство, предназначенное для того, чтобы была возможность заряжать «электричку» от бытовой розетки. Естественно, как и у обычных авто, на борту электрических имеются осветительные приборы и как правило, максимально энергоэффективные, сами понимаете, для электрокара экономия электроэнергии, одна из первостепенных задач, ведь каждый километр пробега на вес золота. Комфорт в салоне обеспечивает такое же оборудование, как и в стандартных машинах: электропакет, кондиционер, электрический усилитель рулевого управления, аудиосистема и т. д.

Также на электрической машине может быть установлено такое интересное приспособление, как имитатор звука работы двигателя внутреннего сгорания. Изобретение скажем так действительно полезное, ведь электромобили настолько тихие при движении, особенно на низких скоростях, что пешеход может их легко не заметить, создав тем самым аварийную ситуацию.

Аккумуляторная батарея электрокара и способы её подзарядки

На современных электромобилях широко используются высокоэффективные литий-ионные аккумуляторы, которые предлагают своим обладателям срок службы до десятка лет. В то же время, у этих изделий имеются и существенные недостатки: тяговая Li-ion батарея является самым капризным и дорогостоящим компонентом любого электрокара.

Однако литий-ионные АКБ не единственная разновидность электронакопителей наилучшим образом подходящих для электрокара: в настоящее время ведутся работы по внедрению литий-полимерных аккумуляторов и суперконденсаторов. Многие лидеры мирового автопрома грозятся в ближайшее время поставить такую продукцию на поток и тогда, электрокары ещё больше приблизятся к техническому совершенству.

В зависимости от ёмкости батареи установленной на машине, на её полную подзарядку может потребоваться 8-12 часов, но процесс можно ускорить в значительной степени, правда с ущербом для накопителя. Есть специальные зарядные комплексы, позволяющие «заправить» агрегат на 80% всего за 30 минут. В некоторых странах можно воспользоваться специальными «обменными пунктами», на которых севший аккумулятор можно легко поменять на заряженный такого же типа.

Разработчики идут на разные ухищрения, чтобы увеличить пробег машины на одном заряде и одним из таких фокусов, является использование солнечных панелей, позволяющих хоть и немного, но подзаряжать электромобиль во время движения.

Что входит в задачи контроллера?

Электроника преобразовывает постоянное высокое напряжение, отдаваемое электробатареей, в требуемое в определённый момент. На контроллер возложены обязанности по энергосбережению, обеспечению комфорта при движении, также данный элемент следит за безопасностью водителя и пассажиров.

Конкретно, устройство предлагает такие функции:

• управление высокими токами и напряжением;
• регулировка тяги и динамики;
• обеспечение оптимального расхода электроэнергии;
• мониторинг состояния аккумуляторной батареи;
• управление рекуперацией торможения;
• зарядка обыкновенного аккумулятора на 12 V (обычная батарейка также присутствует на борту электромобиля).

Как в электромобиле работает печка?

Зимой с электромобилем дела обстоят не так, как с его оппонентами оборудованными двигателями внутреннего сгорания, но в любом случае, у печки электрокара принцип работы прост: её спирали нагреваются за счёт электроэнергии аккумулятора. Несмотря на то, что в последнее время в сети всё чаще встречается информация об инновационных разработках касающихся подачи тепла и его источников, принцип обогрева внутреннего пространства электрокара, остаётся вполне традиционным.

Акцент на энергосбережении вынуждает разработчиков делать обогрев салона максимально эффективным: температура внутреннего пространства доходит до комнатного показателя или даже выше, всего за несколько минут. Особое внимание уделено подогреву рулевого обода и посадочных мест, не отбирающего много энергии у АКБ.

Но, как ни крути, а печка электрокара может забрать у накопителя весьма солидную долю заряда, что естественным образом повлияет на сокращение пробега на одном заряде. Если взять за пример такой популярный электрический автомобиль как Ниссан Лиф, то, как показывает опыт эксплуатации большого количества обладателей этой машины, в летнее время на одном заряде можно вытянуть 150 километров, однако если за бортом температура хотя бы -2 градуса, от 150-километрового пробега не остаётся и следа — можно рассчитывать максимум на 90-110 км. Но и это ещё не всё: когда столбик термометра опускается до температуры -15, то преодолеваемая дистанция становится просто смехотворной — 40-80 километров, это во зависимости от поддерживаемой температуры и стиля езды.

Из всего выше сказанного можно сделать вполне логический вывод: зима — самое худшее время года для езды на электрокаре и если в нём нет такой острой необходимости, то зимой лучше отдать предпочтение общественному транспорту.

Общий принцип работы электрокаров

В общем, подавляющее количество современных электромобилей имеют довольно простое устройство, а отличия между ними наблюдаются лишь в отдельных моментах организации функционирования оборудования.

Для того, чтобы электрокар мог ездить, в его распоряжении должно быть не так уж и много:

• электрический силовой агрегат;
• аккумуляторная батарея;
• контроллер.

От электронакопителя ток подаётся на контроллер, коммутируется в тот, который нужен в конкретный момент и далее направляется к электродвигателю. Регулировка количеством поставляемой на мотор энергии осуществляется посредством педели газа — при воздействии на неё, будет формироваться соответствующий сигнал. Сопоставляя эти данные с данными других систем и датчиков, контроллер регулирует мощность поставляемую на силовой агрегат.

Перспективы электромобилей

Конечно, у электрокаров имеется большое количество неоспоримых преимуществ над ДВС-никами и если бы не критическая зависимость от источников питания и завязанный на это запас хода (естественно, куда более скромный по сравнению с бензиновыми и дизельными оппонентами), то вполне вероятно, ДВС не занимали бы лидирующие позиции в автопроме целое столетие. Электрическую тягу на транспортных средствах начали использовать ещё за 50 лет до того, как придумали двигатели работающие на горючем и кстати, первые рекорды скорости были установлены именно электромобилями.

Что касается России, то электромобили у нас всё ещё воспринимаются рядовыми гражданами в штыки: стоят они для добропорядочного человека непомерно дорого, да и «заправлять» по большому счёту их просто негде, кроме как у себя дома, томясь многочасовым ожиданием. Но в то же время, российские производители уже взяли прицел на мировой тренд, предложив общественности такие разработки как «Ока электро», «Лада Ellada» и «Лада Веста EV».

Могут ли они предложить своим владельцам что-то наподобие американской Теслы или хотя бы Ниссан Лиф на худой конец? Навряд ли! Отечественные разработки являются скорее суррогатами, нежели альтернативами зарубежных электромобилей. Причём предпочтение отечественному производителю, мало кто отдаёт — все берут прорекламированную продукцию, а не изделие от АвтоВАЗа, которые и с двигателями внутреннего сгорания, явно не конкуренты оппонентам из зарубежья. Кроме того, в отечественных разработках используются импортные детали, без которых на данный момент просто не возможно обойтись российскому автопрому, решившему поддержать «электромобильный» ход.

Заключение

Однозначно, электромобиль перед классическим исполнением транспортных средств остаётся в выигрыше практически во всём. Очевидно, будущее как раз именно за ним, ну а пробелы с высокой себестоимостью и несовершенством аккумуляторных батарей, со временем неизбежно сойдут на нет, нужно только подождать и всё будет как нужно, как было в случае с тем же ДВС.

http://auto.onliner.by/2019/01/22/jaguar-132
Источник Источник Источник http://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0
Источник Источник Источник http://natoke.ru/articles/224-ustroistvo-sovremennogo-elektromobilja.html