В ДОРОГУ, ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ!

Представьте: около подъезда нас ждет миниатюрный автомобиль приятной современной формы. Давайте проделаем на нем небольшое путешествие. Дверь не распахивается, как обычно, а мягко откатывается назад, освобождая широкий проем для посадки. Установленные на шарнирах сиденья выдвигаются наружу, мы садимся в них прямо с тротуара, и они легко занимают прежнее положение.

Можно ехать. Но смотрите: в кабине нет привычных для всех органов управления и приборов — их заменяют один рычажок да несколько кнопок. Водитель слегка отклоняет рычажок — и автомобиль плавно и бесшумно трогается с места.

Вырвавшись на широкий проспект, наш экипаж не уступает в скорости своим соседям — обычным автомобилям. Хотя у нас не слышно привычного рокота двигателя, не чувствуется запаха бензина и выхлопных газов… Вы уже догадались — это миниатюрный электромобиль, который для многих еще только фантазия.

Интересно, что вообще-то электромобиль почти ровесник бензиновому. При рождении, в конце прошлого века, он развивался подчас даже более быстрыми темпами, чем другие виды автомобилей. Достаточно сказать, что именно электромобиль в 1899 году впервые преодолел 100-километровый рубеж скорости, достигнув небывалой по тем временам цифры: 106 км/ч. Но слишком уж велики были основные недостатки такой машины: большая масса, малый запас хода даже при невысокой средней скорости. Появился другой, серьезный и сильный соперник — автомобиль с бензиновым двигателем. Об электромобиле надолго забыли.

Вспомнили о нем только в 60-х годах, когда остро встала, особенно в капиталистических странах, так называемая «проблема транспорта крупных городов»: отравление улицы ядовитыми выхлопными газами автомобилей, уже не вмещающихся на проезжей части — так много их стало.

Понадобилось новое, бесшумное и компактное, транспортное средство специально для городов, которое не выделяло бы в атмосферу населенных пунктов вредные газы. Таким средством призван стать электромобиль.

В нашей стране многие конструкторы в течение последних лет работают над созданием различного рода электромобилей для города. Самодеятельные автомобилестроители способны оказать в этом большом деле неоценимую по мощь: их электромобили могут воплотить в себе оригинальные решения, стать испытательной лабораторией для ученых.

Рис. 1. Схема городского электромобиля (вид сбоку спереди).

Электромобиль предоставляет большие возможности для технического творчества, а его разработка и постройка не связаны с большими трудностями и расходами. Машина может быть выполнена на основе стандартного электрооборудования и узлов от обычных автомобилей. Ее отличает предельная простота в изготовлении и в эксплуатации. Размеры же электромобиля могут быть небольшими: ведь аккумуляторную батарею легко расположить под сиденьями, а электродвигатель компактнее бензинового.

Вот один из возможных вариантов довольно простого и миниатюрного электромобиля. Он пригоден для поездок по городу в течение нескольких часов без промежуточных подзарядок батарей и рассчитан на среднюю семью, состоящую из двух взрослых и одного-двух детей, то есть число мест соответствует формуле «2 + 2».

В электромобиле нет сложных агрегатов, даже привод от электродвигателя на ведущие колеса можно упростить. Передняя и задняя оси, подвеска, тормоза, колеса, рулевая колонка используются от обычных автомобилей или мотоколясок. Для управления же служат две педали; одна связана с реостатом и изменяет скорость движения, вторая — педаль тормоза.

Аккумуляторные батареи можно использовать стандартные, свинцовокислотные, напряжением 6 или 12 В. Такие батареи недороги, надежны и просты в обращении, но имеют два весьма существенных недостатка — большую массу и невысокую энергоемкость (то есть энергию, снимаемую с единицы собственной массы, в среднем 18—25 Вт•ч/кг). Весьма перспективны железоникелевые батареи, которые имеют по сравнению со свинцовыми значительно больший срок службы и меньшую массу, их удельная энергоемкость составляет 23—30 Вт•ч/кг. Другие типы специальных аккумуляторов, обладающих высокой энергоемкостью при малой массе, пока еще не вышли Из стадии экспериментов. Почти все электромобили, выпускаемые даже в заводских условиях, ныне снабжаются свинцовыми батареями.

Аккумуляторные батареи — сердце электромобиля и в то же время самое слабое его место. Ведь все характеристики электромобиля — запас хода, динамика, скорость, вес — зависят прежде всего от них. Из-за малой же энергоемкости каждой батареи приходится увеличивать их количество, что, в свою очередь, ведет к повышению веса машины и снижению запаса хода, скорости и динамики.

Поэтому необходимо достичь минимальной массы всех узлов и кузова электромобиля. У существующих моделей общая масса батарей составляет 50—70% от полной массы электромобиля.

Рис. 2. Общая компоновка узлов электромобиля:

1 — аккумулятор, 2 — передняя подвеска.

Конечно, повышения запаса хода можно добиться и промежуточными подзарядками батарей, на кратковременных остановках присоединяясь к обычной сети, однако этот путь не совсем удобен. И конструкторы нашли возможность подзарядки батарей даже не на остановках, а прямо в пути. Ведь при городском движении машина часто тормозит, едет накатом или под уклон. В этом случае электродвигатель может служить генератором, вырабатывающим ток для подзарядки батарей. Этот принцип называется рекуперацией энергии, а чтобы вовремя производить автоматическое переключение на разрядку или подзарядку батарей, служат специальные электронные тиристорные системы управления, которые также способствуют более рациональному расходу электроэнергий.

На нашем электромобиле под передними сиденьями установлено в один или два ряда 6 или 12 аккумуляторных батарей: их количество зависит от типа, характеристик, массы и габаритов. Возможна установка еще 4 дополнительных батарей в пространстве между задними колесами, однако при этом соответственно сократится емкость багажного отделения. При средней массе одной батареи около 30 кг их общий вес составит около 360 кг. Все батареи необходимо устанавливать на выдвижных поддонах, по 3—4 штуки на каждом, чтобы можно было регулярно производить их осмотр и обслуживание. Полная зарядка ведется в ночное время в течение 8—9 часов от обычной сети через подзарядное устройство.

В качестве мотора предлагается использовать два тяговых сериесных электродвигателя постоянного тока мощностью по 3—5 кВт. Оба электродвигателя устанавливаются на подрамнике непосредственно за батареями, поперечно, на одной оси. Каждый из них через ременную или цепную передачу вращает свое колесо. В зависимости от мощности электродвигателей, расчетной скорости электромобиля и диаметра его ведущих колес соответственно изменяется передаточное отношение.

Задняя подвеска независимая, оригинальной конструкции, с использованием стандартных пружин и гидроамортизаторов от «Запорожца». Колеса крепятся на продольных рычагах коробчатого сечения, качающихся на оси, общей с осью электродвигателей. Цепные приводы заключены в кожухи рычагов. Для этой цели могут быть использованы также и рычаги задней подвески «Запорожца» или другого автомобиля, но при соответствующем изменении их конструкции.

Передняя подвеска и рулевое управление могут быть применены от автомобиля ЗАЗ-965 без всяких изменений, однако в таком виде передняя подвеска с двумя поперечными торсионами будет создавать помеху для ног водителя и установки педалей. Правда, можно отнести вперед всю систему подвески, но при этом увеличится и длина электромобиля. Поэтому предлагается разнесение торсионов подвески: верхний торсион располагается несколько выше и соединяется с нижним при помощи рамы С-образной формы. Эта рама с внутренней стороны огибает переднюю панель кузова и выполняет также роль каркаса безопасности или специального буфера, защищающего водителя и пассажиров при аварии. Концы рычагов от торсионов соединены поворотными стойками; на них действуют тяги рулевой трапеции, которые также перенесены наверх. Целесообразно предусмотреть безопасную конструкцию рулевой колонки — например, телескопического типа.

В качестве системы управления электромобилем можно применить простой реостат барабанного типа: движок его связывается с педалью управления. Торможение может выполняться при помощи реверсирования тягового электродвигателя, однако в целях повышения безопасности электромобиль необходимо снабдить и обычной системой торможения. Реостатная система управления самая простая и дешевая, но при ее использовании появляются значительные потери энергии, особенно при разгонах электромобиля. Поэтому перспективными системами управления считаются безреостатные, на полупроводниковых управляемых вентилях (тиристорах) с импульсным методом регулирования тягового электродвигателя. Такие системы снижают потери энергии, улучшают характеристики электродвигателя, а также обеспечивают рекуперирование электроэнергии. Благодаря созданию мощных полупроводниковых вентильных выпрямителей появилась возможность преобразования постоянного тока от аккумуляторных батарей в переменный ток необходимой частоты. Это позволяет использовать более надежные электродвигатели переменного тока, которые отличаются от электродвигателей постоянного тока значительно уменьшенными массой и габаритами, а это весьма важно для электромобиля. Подробнее ознакомиться с этими новыми системами можно по книге О. Ставрова «Электромобили» (М., «Транспорт», 1968).

Кузов может быть выклеен из стеклопластика и иметь высокие и широкие боковые окна, переднее ветровое стекло увеличенных размеров, особенно в нижней части. Это дает водителю большой обзор, что важно в стесненных условиях городского потока. На щитке крепятся необходимые приборы и указатели, а с наружной его стороны за продольной прозрачной накладкой можно установить 2 или 4 фары. Продолговатые подфарники и указатели поворотов устанавливаются спереди на боковых скруглениях кузова с тем расчетом, чтобы их было видно как спереди, так и сбоку. Сзади также крепятся указатели поворотов и стоп-сигнал.

Боковые двери электромобиля можно сделать обычными, открывающимися на петлях, но довольно заманчивой может быть новая конструкция сдвижных дверей, как в купе вагонов. Это позволит намного сократить занимаемое электромобилем место на стоянке, из него можно будет свободно выйти, даже если расстояние между стоящими рядом машинами не превышает 25—30 см. Сиденья выполняются упрощенно: ведь городские поездки непродолжительны, и человек не почувствует усталости, как во время дальних путешествий. Но при конструировании основания передних сидений необходимо учесть требования безопасности к ним: при любых нагрузках во время возможной аварии сиденья не должны сдвигаться со своего места. Необходимо предусмотреть также применение ремней безопасности.

Задние, детские места выполняются объединенными или раздельными, они несколько меньше и располагаются на возвышении, под полом которого находится электрическая часть машины.

Задние сиденья могут быть складными или съемными, что позволяет эту часть машины использовать и для перевозки багажа. С этой же целью задняя стенка электромобиля поднимается, как у грузопассажирских легковых автомобилей. Кроме того, заднее или одно боковое стекло можно сделать открывающимся внутрь: это позволит складывать покупки в электромобиль непосредственно с улицы, не открывая дверей.

На электромобиле можно установить колеса небольшого диаметра от мотоколясок, размером 5,20—10. Но в связи со значительной массой электромобиля и применением стандартных подвесок целесообразнее использовать колеса от «Запорожца» или «Жигулей».

Итак, наш электромобиль спроектирован. Вот его основные параметры, пока лишь расчетные. В зависимости от типов используемого электрооборудования электромобиль при средней скорости 32—40 км/ч должен иметь запас хода 60—70 км и максимальную скорость 65—70 км/ч. Длина электромобиля 2,5—2,7 м, ширина 1,5—1,6 м, высота 1,5 м. Собственная масса с аккумуляторными батареями в зависимости от их количества от 600 до 800 кг, нагрузка 350 кг. Теоретическое время разгона электромобиля с места до скорости 60 км/ч 10—12 с, что считается вполне приемлемым для современного городского движения.

Мы предложили вам общую схему устройства легкового электромобиля для города; вариантов же конструкции и схемы может быть неограниченное количество. Первоначально можно сделать опытный самый простой вариант электромобиля, а затем, постепенно дополняя и модернизируя его, прийти к наиболее оптимальному варианту. Итак, впереди неизведанная дорога поисков, на которой самодеятельные конструкторы могут отыскать интересные решения. А перспективы огромные: создание специальных легких и энергоемких аккумуляторных батарей, легких и мощных электродвигателей минимальных размеров, которые можно было бы располагать прямо в колесах, создание новых электронных систем управления электромобилем, применение переменного тока и удобных подзарядных устройств, использование лишь одного рычажка для управления скоростью и направлением движения машины, как у электромобиля будущего, описанного в самом начале, создание прочного и легкого шасси, удобного кузова современной формы.

В добрый путь, электромобиль!

Е. КОЧНЕВ, инженер

КОММЕНТАРИЙ СПЕЦИАЛИСТА

Проблемы электромобилей затрагивались на страницах «Моделиста-конструктора» еще в то время, когда («большое автомобилестроение» и не занималось ими. Тогда электромобили казались занятными машинами-игрушками. За последние годы сложилась новая ситуация. Электромобили становятся все более необходимыми. Поэтому ряд институтов и заводов исследует, строит и испытывает электромобили, налаживается выпуск их опытных партий.

Следует ли из этого, что самодеятельным конструкторам теперь нечего делать в области электромобилей? Нам кажется, напротив, именно теперь есть возможность изучить, использовать и развить накопленный специалистами опыт. Белее того — попытаться решить не решенные ими проблемы.

А таких проблем немало. Здесь и облегчение конструкции механизмов и кузова электромобиля для уменьшения его массы, несмотря на наличие ка нем тяжелых аккумуляторов и других электроагрегатов. И защита людей от поражения током — ведь его напряжение может (в зависимости от характера и числа аккумуляторов, схемы их соединения) достигать 200—300 В. Устройство отопления кузова, конструкция легкосьемных аккумуляторных контейнеров и многое другое.

Статья Е. Кочнева дает самодеятельным конструкторам необходимые идеи постройки электромобиля. В дальнейшем мы постараемся ознакомить читателей с современными отечественными и зарубежными электромобилями: экспериментальными, серийными и… любительскими. А такие уже есть!

Ю. ДОЛМАТОВСКИЙ, кандидат технических наук, зав. лабораторией Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта