Ю. ДОЛМАТОВСКИЙ, кандидат технических наук, член межведомственной комиссии по электромобилямО причинах всеобщего интереса к электромобилям в последние годы нет необходимости говорить много. Давно уже ясно, что нужны меры против загрязнения воздушного бассейна городов. Мировой парк автомобилей превысил 250 миллионов машин и ежегодно возрастает еще на 10—15 миллионов. Выбрасываемые в атмосферу продукты работы автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) составляют немалую долю среди загрязняющих ее веществ. ДВС поглощают большое количество кислорода атмосферы, шумны. Известны разные способы решения проблемы, но все они, ныне достаточно изученные, дают либо половинчатое, либо чрезвычайно дорогостоящее решение. Наиболее радикальным и вместе с тем реальным способом признается до сих пор замена автомобилей аккумуляторными электромобилями. Как только речь заходит об электромобиле, возникает вопрос: почему он сошел со сцены? Ведь уже в конце XIX века были известны все те качества, которые сегодня привлекают специалистов, и электромобили успешно эксплуатировались наравне с бензиновыми автомобилями. Назначением раннего автомобиля были почти исключительно городские, прогулочные поездки со скоростью не более 50 км/час ив радиусе действия 1015 километров. Для езды на среднем пассажирском автомобиле было достаточно двигателя мощностью около 5 кВт (мы будем исчислять мощность «поэлектрически», в киловаттах) и запаса энергии порядка 10 кВт-ч. В таких условиях электромобиль, располагая аккумуляторной батареей массой (весом) около полутонны, мог успешно соперничать с автомобилями. Затем в течение десятка лет благодаря прогрессу в конструкции машин и их двигателей скорость «безлошадного экипажа» почти удвоилась, ему стали доступны дальние поездки. Двигатели развивали (мощность до 50 мВт, а запас энергии на автомобиле составлял 150 кВт-ч. Аккумуляторному электромобилю для достижения «автомобильных» показателей требовалась батарея массой в несколько тонн. И этот разрыв между потребностями и возможностями все увеличивался. Итак. электромобили существовали, пока автомобиль (с любым источником энергии) был городским, и вышли из употребления, как только он стал универсальным. За последние 10—15 лет перспективы использования электромобилей значительно улучшились. Еще недавно главным аргументом у оппонентов электромобиля были именно ссылки на историю его падения и на органические недостатки аккумуляторов. Действительно, показатели распространенных видов аккумуляторов улучшились за полвека не более чем в полтора раза, а динамические показатели автомобиля и его двигателя — снова удвоились. Так что разрыв стал еще больше. Но оппоненты не учли изменений во времени. Именно в 60—70-х годах резкое увеличение автомобильного парка привело к изменению взглядов на универсальность автомобиля. А отмеченный выше интерес к электромобилям вызвал развертывание исследовательских и опытно-конструкторских работ над отставшими в своем развитии источниками тока. О современных взглядах на универсальность автомобиля тоже много говорить не нужно. Напомним лишь, что становится очевидной неизбежность его дальнейшей специализации. Как считают эксперты многих стран, легковые машины индивидуального пользования станут специфически загородными, а все остальные—такси, служебные идругие — специфически городскими. Это утверждение, предопределяющее ограничение для легковых автомобилей в городах, вызывает подчас бурный протест автомобилистов-любителей. Но они должны отдать себе отчет в том, что без этой меры движение автомобилей в городах рано или поздно окажется практически парализованным. Следовательно, существуют объективные условия для перевода части автомобилей, а именно городских, в том числе легковых, на электротягу, несмотря на все еще малую энергоемкость аккумуляторов. Другими словами, электромобиль рассматривается специалистами не как замена автомобиля, а как специфически городская транспортная машина. Такая постановка вопроса наиболее рациональна и эффективна. Обеспечиваются чистота воздушного бассейна и снижение уровня шума именно там, где это особенно нужно, и снимается с повестки дня вопрос о переводе на электротягу большей части легковых машин, нереальный в обозримом будущем. Он нереален не только из-за того, что электромобиль не способен конкурировать с современным легковым автомобилем. Предположим, что технические задачи удалось бы решить. Но для зарядки аккумуляторов мирового парка автомобилей (считая все их электромобилями), даже без учета его ожидаемого удвоения к 2000 году, потребуется примерно 6 триллионов (тысяч миллиардов) кВт-ч электроэнергии! Напомним, что выработка всех электростанций мира (идущая сейчас, главным образом, на обеспечение промышленных предприятий, железнодорожного транспорта, освещение жилищ и улиц) в полтора раза меньше. Для питания же только городских электромобилей потребуется самое большее половина этой выработки. Причем речь идет о том, чтобы заряжать аккумуляторные батареи в основном ночью, когда потребление электроэнергии спадает. Компромиссом является так называемый «гибридный» электромобиль, с ДВС (работающим в постоянном, а следовательно, малотоксичном режиме), генератором, электротрансмиссией и небольшой батареей, подзаряжаемой самим ДВС и обеспечивающей необходимый запас энергии. Думается, что такой ком ­ промисс мог бы быть оправдан в случае «тотального» перевода автомобилей наэлектротягу, хотя надо иметь в виду, что гибридный электромобиль намного сложнее и дороже как автомобиля, так и «чистого» электромобиля. В Советском Союзе и за рубежом разработаны и испытываются несколько типов электромобилей. Конструкторам их пришлось решать ряд сложных задач: в частности, облегчения ходовой части и кузова машины для компенсации большой массы аккумуляторов; крепления батарей, которое обеспечивало бы легкость их смены; защиты персонала от поражения током; отопления кузова. По-видимому, оптимальное решение заключается в сочетании достижений автомобильной техники и электротехники при разумной оглядке на специфику городской эксплуатации. Тут тоже требуется оговорка. «Сочетание» не следует понимать буквально: берем автомобиль, заменяем ДВС и бензобак электродвигателем и аккумуляторной батареей. К ходовой части и кузову автомобиля, рассчитанным на большие нагрузки при движении с высокой скоростью и по различным дорогам, добавляется масса электросиловой установки. Электромобиль получается очень тяжелым, доступ к аккумуляторной батарее для обслуживания — неудобным, размещение ее подчас ущемляет внутренние размеры кузова, не исключены значительные переделки несущей системы и подвески, замена колес и шин. В конечном счете, конструкция становится сложной и не отвечает всем требованиям. Новейшие электромобили представляют собой самостоятельные конструкции, хотя в них и применены готовые автомобильные узлы и агрегаты. Насчитывается несколько типов экспериментальных и мелкосерийных городских электромобилей: развозные фургоны разной грузоподъемности, коммунальные машины, легковые прокатные, автобусы, такси. Принцип устройства всякого из них, на первый взгляд, несложен: батарея, Двигатель, элементарный регулятор оборотов, передача усилия на ведущие колеса. Такая система возможна, но функционирует неэффективно, вызывает большой расход тока и, соответственно, быстрое истощение аккумуляторов, рывки при разгоне. Поэтому в систему управления включен ряд элементов, обеспечивающих сочетание разных режимов движения машины с оптимальным режимом работы батареи и двигателя. Наиболее проста система с сериесным двигателем постоянного тока. Однако для нее типична сравнительно высокая скорость вращения вала (порядка 3000 об/мин при максимальной мощности). В сочетании, например, с обычными автомобильными главной передачей и колесами такая характеристика не согласуется с заданной «городской» динамикой электромобиля и требует, по крайней мере, двухступенчатой коробки передач. Низшая ее ступень предназначена для преодоления крутых подъемов — она позволяет избежать большого расхода тока. Заманчива схема, предложенная фирмой «Эдванс Вийкл Системе» (Англия). Там двигатель, связанный с автоматиче- П арижские элект станциязарядки батарей от сети (слева); устройство новка сменных комплектов аккумуляторов (справа).электромобиля; устаскои гидродинамической трансмиссией, р аботает на более или менее постоянн омрежиме , а все регулированиепро ­ исходит за счет трансмиссии. Т ем самым упрощается электрическая часть машины и максимально используются агрегаты массового производства. П рав ­ да, э лектромобильвцеломусложняетсяи утяжеляется. Н ередко высказываются соображенияв пользу установки на машине двух двигателей сприводом от них на отдельные колеса, а также двух или четырех мо ­ тор-колес, то есть колес со встроенным и двигателями. В первом случае отпадает необходимостьв дифференциале (что вряд ли окупает «лишние» э лектро ­ м отори привод), во втором — в озможно любое расположение двигателя, поскольку унего нет механической связи сколесами , становятся ненужнымиэле ­ менты этой связи. М отор - к олесо , н есом ­ ненно, прогрессивный агрегат. И оно, как известно, с успехомприменяется на большегрузных автомобилях, снабженных электроприводом («За рулем » , 1 971 , № 8). На легких же автомобилях пока не удалось рационально скомпоновать его. В чем тут трудность? Д еловтом , что частота вращения колес автомобиля вгородских условиях не превышает 500 об / м ин . А электродвигатель тем компактнее, ч ембыстроходнее . М еждуними осью колеса приходится устанавливать планетарный или иной редуктор . Констр укцияусложняется , растет неподрессоренная масса. В расположении двигателя иведущих колес электромобилей , к акиавтомоби ­ лей, существует несколько направлений. Наиболее распространенная «классическая» компоновка: двигатель — о колопередней оси, под полом, на заднемегоконцередуктор , от которого усилие пе ­ р едаетсякарданным валом кобычномуз аднему мосту. А ккумуляторныеконтей ­ неры располагаются слева и справа. В иных, н апримерзападногерманских , к он ­ струкциях применены «заднемоторная» («Фольксваген» и «Мессершмитт-бёльков-блом») и «переднеприводная» ( « М ерседес - Б енц » ) схемы ( с м . вкладку). Их преимуществовтом , что аккумуля ­ т орыможно собрать в один блок, вдвиг аемыйсодной стороны электромобиляи выдвигаемый сдругой . П одавляющее большинство современ ­ ных электромобилейснабжено свинцовокислотными аккумуляторами , н есмотря на то, что у них мала удельная энерго ­ емкость. О ни , о днако , сравнительно де ­ шевы и долговечны, просты вобслужи ­ вании. Рассчитывают, что внедалеком буд ущем появятся надежныеидоступные для применения на автотранспорте ни ­ кель-цинковые батареи . Блоки управления, к ак правило, б ез ­ реостатные, на тиристорах с импульсным методом регулирования двигателя. Такая система дает умеренные потери энергии , х орошо согласуется схаракте ­ ристикой электродвигателя, применима для рекуперирования электроэнергии. Имеется возможность преобразования постоянного тока от аккумуляторныхба ­ т арейвпеременный ток необходимой частоты. На некоторых • э лектромобилях (в частности, на отечественных образцах, построенных ВНИИэлектромеханики ) установлено зарядное устройство, о беспечи ­ вающее подзарядку батарей непосредственно от городскойтрехфазнойэлек ­ тросети вускоренном , импульсном ре ­ ж име . Водитель может осуществить подз арядку , н апример , во времяобеденно ­ го перерыва. К акотмечено выше, специфична кон ­ с трукцияиагрегатов ходовой части и кузова электромобиля : чтобы компенси ­ровать массу аккумуляторов, агрегаты делаютоблегченными . Е ще И. Яковлев, в концеXIX века строивший электромо ­ били («За рулем » , 1974, № 5), п рибегалк этому приему, делая кузов ираму особо легкими . У электромобиля « М еосер шмитт» кузов из стеклопластика, а ра ­ м а — в виде «сандвича» из двух стекло пластиковых панелейсложнойформы , со вспененнымполиуретаноммежду ними. У отечественного электромобиля моде ­ ли А — 9 25 . 0 1 , с озданногонашимиНИИ автотранспорта и электротранспорта (см. вкладку), р ама представляет собойпространственнуюферму из тонкостен ­ ных профилей , облицовка кузова — из дюралюминия . Все это делаетсяврас ­ чете, что электромобиль эксплуатируется на городскихдорогахисмалымиско ­ ростями. У электромобиляА — 9 25 . 0 1зад ­ няя подвеска пружинная , а не рессор ­ ная: п ередние концы рессор препятствовали бы размещению аккумуляторных контейнеров или вынуждали кудлине ­ нию рамы. З авершается стадия начальных экспе ­ риментов с современными электромобил ямии осуществляется постепенный пе ­ р еходк выпуску их опытных партий и даже к мелкосерийному производству. В США , Англии, Италии, ПНР, Японии ужеможно купить (правда, н едешево ) маленький пассажирский электромобиль и развозной фургон. В ФРГ иСША проводится в достаточно широкихмасшта ­ бах опытная эксплуатация электроавто ­ бусов ифургонов . В ближайшеевремя начнется опытная эксплуатация подоб ­ ных машиниу нас в стране. О пытную партию электромобилей строит апшерон ский завод Министерства автомобильного транспортаРСФСР . Эти мероприятиядолжны подготовить следующую стад ию — к р / п ное производство электро ­ мобилей.Щ'ШШЯ-***$ ^гсононмьLUф I•*#"+Опытный электромобиль, изготовленный на базе «Запорожца». Эта маш ина , к аки предыдущая, являются лабораториями на колесах, а не промышленными образцами. Опытная машина, спроектированная винститутахНИИАТи ВНИИэлент ротранспорта . Самостоятельная конс трукция . Ее устройство — на вкладке."!22S-I9..Один из сопетсних экспериментальных электромобилей для внутригородс ких перевозок. Запас хода — 40 ки ­ лометров. Момент подзарядки батарей от городской электросети во время стоянки.