Михаил Медведев - 10 автомобилей, которые перевернули мир
Проблем же предстояло решить множество. И первой из них являлся выбор принципиальной схемы работы гибрида. Подобные силовые установки делятся на два основных типа «серийные» и «параллельные». В первом случае ДВС используется лишь для того, чтобы подзаряжать аккумуляторы, которые в свою очередь питают электромотор, приводящий машину в движение. Такая система сравнительно проста конструктивно, но не слишком эффективна с точки зрения экономичности.
Параллельный гибрид работает принципиально иначе. Здесь двигатель внутреннего сгорания и электромотор вместе вращают колеса автомобиля, то есть работают параллельно друг с другом. Минус такой схемы в том, что ДВС постоянно находится в работе, а значит и экономия топлива вновь получается не слишком впечатляющей. Вот почему инженеры Toyota усовершенствовали принципиальную схему параллельного гибрида, предложив систему с разрывом потока мощности. Поскольку двигатель внутреннего сгорания или попросту ДВС наиболее эффективен в зоне 40–60 % от максимальной мощности, то можно избавится от потерь, скажем, при трогании с места, возложив эту задачу лишь на электромотор. Благодаря компьютеру, который постоянно отслеживает нагрузкубензинового двигателя, автомобиль самостоятельно подключает оптимальный в данной конкретной ситуации источник питания. Скажем, при интенсивном разгоне задействован и ДВС, и электромотор, а при медленной езде в пробках только электрический двигатель.
Избрав в качестве главного аргумента для привлечения покупателей невероятную для автомобиля этого класса экономичность, японские инженеры рассчитали, что теоретически новый гибрид сможет добиться фантастически низкого расхода топлива – в районе 3 л на 100 км пробега. Но то в теории – на деле же все оказалось гораздо сложней.
Начать с того, что Toyota, как выяснилось, не выпускает основных компонентов для гибридного автомобиля – ни аккумуляторов, ни электромоторов, ни электрических инверторов – преобразователей тока. Вот почему заказ на разработку никельметалгидридных батарей поручили фирме Panasonic. Множество вопросов вызывало и собственно разделение нагрузки между ДВС и электромотором. В какой пропорции распределить мощность бензинового двигателя между генератором и ведущими колесами? Насколько мощный электромотор необходим для того, чтобы сдвинуть машину с места? Как наконец соединить в единый организм столь разные по сути силовые агрегаты? Напервомэтапе роль связующего элемента между бензиновым и электрическим двигателем доверили клиноременному вариатору, на тот момент считавшемуся самым эффективным и экономичным типом трансмиссии. Наэтом успехи исчерпывались. К обозначенному дедлайну ничего толком не было готово. И хуже всего – представленные Panasonic аккумуляторы не отвечали требованиям разработчиков ни по емкости, ни по габаритам. Так что довольно скоро стало ясно – к Токийскому автосалону подготовить полностью работоспособный прототип не удастся.
Но раз расписывать все преимущества будущего гибрида придется на бумаге, необходимо было сделать так, чтобы концепт-кар хотя бы выглядел привлекательно. Среди многочисленных дизайн-студий Toyota, разбросанных по всему миру, провели творческий конкурс на лучший экстерьер будущего гибрида. Победителем стала работаИрвина Луи из калифорнийского центра стиля, справившегося со всей работой за две с половиной недели!
Сложно сказать, повлиял ли симпатичный седан небесно-голубого цвета на мнение посетителей, но на открывшейся 27 октября 1995 г. Токийской выставке невиданная доселе ToyotaPrius произвела эффект разорвавшейся бомбы. Пусть под изящными обводами аэродинамического кузова вместо никельметалгидридных аккумуляторов прятался обычный конденсатор, все равно от посетителей на стенде не было отбоя, журналисты расталкивали друг друга, пытаясь задать вопросы, а конкуренты лишь озадаченно пожимали плечами. Еще бы, ведь перспективная разработка Toyota, по словам создателей, на 1 л бензина могла преодолеть 30 км! С переводе с латыни Prius означает «тот, кто пришел первым» и гибридная машина действительно обещала то, чего не мог обеспечить ни один другой автомобиль мира. Конечно, даже неспециалисты понимали – концептуальному Prius еще далеко до серийного выпуска. Однако руководство Toyota прилюдно пообещало начать производство гибрида уже в 1998-м. Ну а слова представителей одной из крупнейших автомобильных корпораций мира редко когда расходятся с делом. И действительно не прошло и месяца с момента шумной премьеры Prius-прототипа на автошоу в Токио, как на полигоне Toyota уже начались дорожные испытания гибрида.
Правда, первые тесты закончились оглушительным провалом – машина даже не тронулась с места. Более того, инженерам не удалось запустить двигатель – сбой программного обеспечения. Вообще Prius больше чем какой-либо автомобиль до него зависел от надежности компьютерных технологий. Ведь электронике предстояло решать все важнейшие задачи, связанные с работой гибридной силовой установки: когда подключать бензиновый двигатель, сколько энергии перебрасывать на подзарядку аккумуляторов, как настроить сочетание работы двух моторов на максимально экономичное движение. Разумеется, даже незначительная ошибка «мозгов» приводила к тому, что машина попросту глохла, а управляющий компьютер в буквальном смысле требовал перезагрузки.
К февралю Prius удалось-таки заставить передвигаться самостоятельно, хотя электроника время от времени глючила. Но и этого весьма, надо сказать, скромного прогресса оказалось достаточным для руководства Toyota, чтобы «обрадовать» группу разработчиков сенсационной новостью – запуск серийной версии гибрида переносится на год вперед и должен состояться не позднее осени 1997-го! Учиямада принял вызов. Чтобы подбодрить подчиненных, он вспомнил историю о конструкторах, которые в заключительные месяцы Второй мировой войны в условиях жесточайшего цейтнота создали первый японский реактивный истребитель, призванный отражать атаки американских бомбардировщиков. Реактивный перехватчик Mitsubishi J8M не смог внести перелом в ход военных действий, но, по выражению Учиямады, стал символом того, что при желании человек может решать задачу любой сложности в кратчайшие сроки.
Не будем забывать, руководство Toyota бросило на создание Prius едва ли не все финансовые и людские ресурсы. Теперь над проектом G21 трудились около 1000 сотрудников – порядка 60 % всего штата отдела перспективных разработок!
С каждым днем Prius становился все ближе иближе к реальности. Panasonic закончил работу над новыми, более компактными и емкими аккумуляторами – 240 напоминающих плитки шоколада 1,2-вольтовых «батереек» теперь удовлетворяли требованиям разработчиков Toyota. Другие проблемы решались по мере поступления. Чтобы отследить причину частых компьютерных сбоев в системе управления гибридной силовой установки, пришлось создать ее виртуальную модель. Благодаря компьютерному симулятору удалось понять причины конфликтов софта и устранить их. Следующим глюком стала неприятная особенность работы никельметаллгидридных аккумуляторов – при падении заряда батареи ниже 30 % резко падала энергоотдача и при этом значительно снижался ресурс батареи. Пришлось создать контролирующую систему, которая не допускала бы как падения уровня заряда аккумулятора, так и его перезарядку. Потом выяснилось, что электрооборудование гибридного привода очень требовательно к вопросам охлаждения. В электромобиле батареи и электромотор обычно устанавливаются под днищем, где во время движения им обеспечен постоянный приток охлаждающего воздуха. В компоновочной схеме Prius электромотор находился рядом с ДВС, создающим дополнительные тепловые нагрузки. При этом перегрев грозил возгоранием, так что в тестовых прототипах один из инженеров всегда следил за температурой аккумулятора через ноутбук, дабы не допустить пожара. Не любили аккумуляторы и эксплуатацию при минусовых температурах. В ходе испытаний выяснилось, что как только температура воздуха падала ниже минус 14 °C, вероятность критической ошибки в системе компьютерного управления значительно увеличивалась. Эту проблему удалось решить, создав для электромотора, инвертора и аккумулятора персональную климатическую систему.
