Изобретая колесо: знакомимся с новыми технологиями компании Continental

Наконец-то ожидания сотен тысяч покупателей материализовались: первые седаны Tesla Model 3 переданы клиентам. И это своего рода Рубикон, после которого всем стало ясно, что массовый перевод автомобилей на электротягу — это не какое-то далекое будущее. Два—три года — и все ведущие фирмы будут вынуждены предлагать свои «электрички». Компании, которые занимаются поставкой автокомпонентов, уже сегодня стараются заглянуть в будущее и предложить автоконцернам технологии, которые помогут догнать Теслу. Вот и фирма Continental уже ввязалась в эту гонку и спешит предложить свои наработки в сфере электрических технологий и беспилотного вождения.

Про шины Continental мы пишем регулярно — они не раз побеждали в наших сравнительных тестах. Но немногие знают, что шинный сектор составляет лишь 26% от всего бизнеса немецкого концерна Continental AG. Все остальное — это автокомпоненты, начиная от приводных ремней и заканчивая электронными системами безопасности и активными подвесками. А последние пять лет компания все больше внимания уделяет технологиям, используемым на гибридных и полностью электрических автомобилях.

Колесо будущего

Пересмотреть конструкцию автомобильного колеса инженеры решили опять же в угоду электромобилям. Во-первых, ради снижения сопротивления качению. Чем уже покрышка и колесо, на котором она сбортирована, тем меньше потери энергии при качении. Но просто уменьшить ширину нельзя: это повлечет за собой уменьшение динамического пятна контакта шины с дорогой и негативно отразится на безопасности. Одним из выходов является использование узких колес большего диаметра — в этом случае пятно контакта вытягивается в длину, что позволяет реализовать и тормозную, и тяговую силу. Дизайнеры проектируют автомобили с учетом больших колес, есть уже и серийные машины — к примеру, BMW i3 c передними шинами размерности 155/70 R19 (задние немногим шире — 175/60 R19). И тут возникает вторая проблема: традиционные тормозные диски и суппорта в узких колесах не помещаются. Более того, в них и нет особой нужды, ведь большинство рабочих торможений гибриды и электромобили совершают за счет рекуперативного торможения двигателем. Это значит, что малоиспользуемые чугунные тормозные диски висят бесполезной (неподрессоренной!) массой, да к тому же начинают ржаветь, что может отразиться на эффективности торможения в аварийной ситуации. В компании Continental изобрели разборное колесо с облегченным тормозным диском. Точнее сказать, кольцом из сплава, основу которого составляет высокопрочный алюминий. Кольцо крепится непосредственно к спицам диска по наружной кромке, суппорт охватывает кольцо изнутри — и маленькие колодки, работая на большом плече относительно центра колеса, обеспечивают достаточный тормозной момент.

Больший диаметр тормозного диска требует меньших тормозных усилий, что позволяет использовать компактные тормозные суппорты

На каком автомобиле мы увидим такие колеса? Создатели пока ответить не могут. Испытания проводились на BMW i3, но о серийных поставках на конвейер говорить пока рано. Может, что-то подобное будет использовано на принципиально новом заднеприводном электромобиле марки Volkswagen, который обещают запустить в серию в 2020 году?

Обучение автопилота

Еще одно перспективное направление деятельности компании Continental — автопилоты. Опять же необходимо вспомнить о Тесле, которая уже предлагает на своих машинах полностью автономное вождение. Другие фирмы пока осторожничают — руль можно отпускать лишь на короткое время. Но на Контидроме я прокатился на Пассате, который не требует положить руки на руль. Он способен двигаться в автономном режиме продолжительное время с заданной водителем скоростью, перестраиваться, опережать более медленные машины, полностью контролируя дорожную ситуацию при помощи камер, радаров и лидаров. Последние работают с лазерным излучением и позволяют с высокой точностью определять не только положение объектов, но и их скорость, размеры независимо от материалов.

Впрочем, «железо» — это лишь полдела. Очень важно прописать правильный софт, обучить систему анализировать ситуации на дороге и принимать оптимальные решения. Для этого компания аккумулирует терабайты информации: автомобили, оснащенные камерами, колесят по улицам городов, по автобанам и ведут видеосъемку, которую затем кусками используют для работы автопилота. По сути, это как синтезатор речи: из отдельных звуков и слов нарезаются фразы. Так и автопилот: он будет анализировать ситуацию, выискивая подобную в заготовленных «нарезках», и принимать типовое решение. Уже сейчас Volkswagen Passat, в случае если водитель ведет себя неадекватно (уснул, ему стало плохо), без паники притормаживает, перестраивается на обочину, останавливается и включает аварийную сигнализацию. А что будет, если сама система откажет — к примеру, выйдет из строя камера и машина «ослепнет» в режиме автопилота? Тогда сработает защита, и автомобиль плавно остановится на своей полосе с «аварийкой». Понятно, что ситуаций на дороге сотни, тысячи и, чтобы все просчитать, нужно очень точно прописать софт автопилота. Ведь недаром в компании Tesla половина всего инженерного состава — это программисты!

Еще одна разработка фирмы Continental — светографические панели обивки, которые могут менять дизайн и цвет. В будущем в такие панели могут быть «зашиты» сигналы аварийного сближения или другие предупреждения

Общаясь с континенталевскими спецами на тему систем аварийного торможения, я выяснил, что современные системы уже реагируют на конкретные образы, на движущегося человека, имеющего характерные контуры. Именно поэтому в процессе наших экспериментов на Дмитровском полигоне автомобили не видели искусственных препятствий, но исправно тормозили перед реальным человеком. Любопытно, что камеры систем безопасности, установленные под лобовым стеклом современных машин, имеют разрешение всего 1,3—2,5 мегапикселя. Но пока больше и не надо, ведь эти камеры не для того, чтобы снимать качественное видео. Кстати, а почему бы и не снимать, ведь на автомобили премиум-класса такие камеры устанавливаются уже повсеместно и в случае аварии запись событий, происходивших в течении последних 30-40 секунд, в «черном ящике» помогла бы выявить причины аварии. Это пригодилось бы и производителям автомобилей, и полиции, и страховым фирмам. Технически проблем нет, и компания Continental хоть завтра может предложить такую опцию, но все упирается в законодательство, охраняющее право на личную жизнь. В большинстве европейских стран видеофиксаторы запрещены. Равно как и запись изображения со штатных автомобильных видеокамер.

Установленная на рулевой колонке 8-мегапиксельная камера анализирует направление взгляда и если водитель больше, чем надо, отвлекается от дороги, звучит предупреждение

Но скорее всего, законодательство будет меняться. Иначе как в будущем доказывать, что это автомобиль в режиме автопилота совершил аварию, а не водитель ее спровоцировал? Кстати, за водителем тоже нужен глаз да глаз. Электронный видеоглаз, который, фиксируя направление взгляда, будет призывать к внимательности за рулем. Сейчас усталость человека на серийных автомобилях фиксируется по характеру подруливаний и других управляющих действий. Continental же разработал систему с видеокамерой, установленной за рулем: чуть дольше задержал взгляд на экране навигации или климат-контроля — раздается призыв из динамиков «Не отвлекаться!».

Кстати, анализ направления взгляда актуален и для наружных камер автомобиля. Сейчас инженеры работают над тем, чтобы система аварийного торможения анализировала не только возможные траектории перемещения пешеходов, но и направление их взгляда: одно дело, если человек, подходя к проезжей части, смотрит на приближающийся автомобиль, и совсем другое, если его взгляд направлен на ножки прелестной девушки, идущей по другой стороне улицы…

Электрификация: полная и на 48 вольт

Поставщики комплектующих сегодня на распутье: традиционные ДВС со сложными системами питания и нейтрализации отработавших газов приносили стабильный доход, но при нынешнем курсе на электрификацию все это уходит на второй план. А на первый выходят аккумуляторы, электродвигатели, высокоскоростные зарядные модули. Bosch, Delphi, Continental наперебой предлагают производителям машин свои решения. И наиболее ценными являются готовые комплексные разработки, требующие минимальных затрат для установки на автомобильные шасси. Такой разработкой можно считать компактный силовой агрегат EMR3 (Electric Machine Reducer). Это синхронный электродвигатель мощностью 100 кВт с интегрированным контроллером, преобразователем напряжения и одноступенчатым редуктором. Габариты блока (40x50x32 см) соизмеримы с багажом, который можно брать в салон самолета, а масса составляет 75 кг. Такой модуль с минимальными затратами может быть установлен как на переднеприводный, так и на заднеприводный автомобиль. А может использоваться как дополнительный двигатель в паре с бензиновой силовой установкой на гибридных машинах. Причем компания Continental уже имеет опыт постановки электродвигателей на конвейер — для электромобилей Renault Zoe. Однако основным рынком сбыта для EMR3 видят не Европу, а Китай, где будет налажено серийное производство этих модулей уже в 2019 году.

Компактный модуль, состоящий из инвертора, электромотора мощностью 100 кВт и понижающего редуктора с передаточным отношением 9:1 готов к установке на любую ось автомобиля. Для более тяжелых машин предусмотрена однотипная силовая установка мощностью 150-250 кВт. Также компания Continental готова предложить технологию AllCharge, позволяющую заряжать электромобиль от станций с напряжением 800 вольт и мощностью 350 кВт: за пять минут запас хода можно пополнить на 150 км!

Но в компании Continental признают, что мгновенный переход на чистую электротягу невозможен, и предлагают ряд любопытных решений в области электрификации автомобилей с традиционными ДВС. Достаточно простым и в то же время эффективным является использование мотор-генераторов напряжением 48 вольт. Вспоминая школьный курс физики, а именно то, что электрическая мощность есть произведение напряжения на силу тока, понятно, что увеличение напряжения в четыре раза дает четырехкратное увеличение мощности бортовых потребителей. Система довольно простая: по сути, вместо обычного генератора устанавливается более мощный (6 кВт, 48 вольт). Привод — ремнем от коленвала двигателя. При торможении электромотор работает в режиме рекуперации, подзаряжая литий-ионную батарею, а в режиме интенсивного разгона помогает мотору дополнительным тяговым моментом. Но главное, что для запуска мотора не нужен традиционный стартер: 48-вольтовый мотор-генератор прекрасно справляется с запуском двигателя. В том числе и в режиме старт-стоп. У меня была возможность в этом убедиться, прокатившись на двух автомобилях. Первый — серийный Renault Scenic со 110-сильным турбодизелем. Действительно, автомобиль очень мягко заводится, неплохо ускоряется, дизельных ноток в работе мотора практически не слышно. Да, это не полноценный гибрид, который способен двигаться 30—40 км на электротяге. И от розетки его не зарядить. Но эффективность, согласно данным производителя, впечатляющая: средний расход дизтоплива составляет всего 3,5 л/100 км, а выбросы CO₂ — 92 г/100 км. Напомню, речь о полноценном компактвэне, а не о хэтчбеке А-класса.

• Дизельный Renault Scenic стал первым серийным автомобилем, на борту которого установлена система Hybrid Assist. В ее основе 48-вольтовый генератор, заряжающий при торможении литий-ионный аккумулятор. При интесивных разгонах или при запуске ДВС генератор переходит в тяговый режим работы электромотора. Такая система позволяет снизить расход топлива на 21%
• Более мощному 48-вольтовому генератору уже недостаточно воздушного охлаждения — на фотографии хорошо видны патрубки подвода жидкости из контура охлаждения двигателя

Второй автомобиль — экспериментальный Volkswagen Golf с двухлитровым турбодизелем. После дизельгейта доверие к этим моторам сильно подорвано — сейчас в Германии активно обсуждают ограничения на въезд дизельных машин в крупные города. И все из-за повышенной концентрации окислов азота в выхлопных газах: в реальной эксплуатации содержание NO_x значительно выше, чем в лабораторных циклах. В условиях, когда многие отворачиваются от дизельных машин марки Volkswagen, а сам концерн вынужден выплачивать огромные отступные в качестве компенсации (в США — 15 млрд долларов!), компания Continental решила подставить плечо своему давнему партнеру и соседу (штаб-квартиры компаний разделяет около 50 км). Взяли двухлитровый дизельный Golf и напичкали его технологиями, которые позволили снизить содержание NO_x сразу на 60%! И не на стенде, а на реальной дороге. Для испытаний на фаркопе тестового автомобиля установлен мобильный газоанализатор, собирающий все газы из выхлопной трубы. Вместе с окислами азота удалось снизить и выбросы углекислого газа. Делаю круг по полигону в штатном режиме движения — и на экране высвечиваются цифры 72 г/100 км CO₂. Достойный результат. Достичь таких показателей помогли все тот же 48-вольтовый мотор-генератор и каталитический нейтрализатор с электрообогревом. «И кое-что еще», — улыбаются инженеры, но на просьбу открыть капот отвечают отказом. Всех ноу-хау они открывать не спешат. Оно и понятно — конкуренты не дремлют и стремятся пропихнуть свои наработки в этой сфере. Кто окажется успешнее? Об этом мы узнаем через пару лет, когда увидим под капотами новых моделей 48-вольтовые генераторы с маркировкой Continental. А может, Bosch или Delphi…