Автолюбителю

Легковые автомобили

Учебное пособие для средней школы

7.4. Что нас ожидает в будущем?

Пластмасса в кузовах автомобилей. Прогнозирование развития техники дело сложное и рискованное. Вспомним, например, что в 50-х гг. считалось, что эпоха обычных двигателей внутреннего сгорания проходит и наступает время газотурбинных двигателей, что через 10...20 лет на автомобилях будут применяться главным образом газовые турбины. И вот сроки эти давно прошли, а «воз и ныне там», а автомобилестроители неожиданно проявили интерес к роторным двигателям, о которых в те годы мало кто знал.

Так что же, так ничего и нельзя сказать о том, какими будут легковые автомобили в ближайшем будущем? Можно. С уверенностью можно сказать, что в ближайшие 10...15 лет легковые автомобили не будут парить над землей, летать, плавать и шагать, а будут двигаться на колесах но дорогам с твердым и достаточно гладким покрытием со скоростями примерно такими же, как и сегодня. И тем не менее в них появится много нового.

Изменения коснутся одного из основных элементов легкового автомобиля— кузова. В нем станет больше пластмассовых деталей. Накоплен уже достаточно большой опыт применения этих материалов в кузовных конструкциях. Так, в начале 60-х гг. были созданы различные типы специальных автомобилей с пластмассовыми кабинами, кузовами, оперением и другими элементами, а в середине 60-х гг. уже началось их мелкосерийное производство на заводе им. И. А. Лихачева, Брянском и Минском автозаводах

Широкое применение пластмасс в кузовах легковых автомобилей позволит существенно снизить их массу, обеспечить выпуск многочисленных модификаций, повысить коррозионную стойкость, значительно снизить трудоемкость изготовления, получить много других положительных эффектов. Так, например, кузов нового «Москвича» модели 2139 (семиместный универсал) впервые в практике отечественного легкового автомобилестроения будет иметь пластмассовый кузов, состоящий из металлического каркаса с навешенными на него пластмассовыми облицовочными панелями.

Новое предприятие — Ассоциация делового содружества «Автокам» предполагает развернуть производство новых для отечественного рынка легковых автомобилей «Автокам-Рейнджер» с колесной формулой 4Х 4 и с пластмассовыми кузовами нескольких типов (на 7 и 9 мест, туристский вариант, пикап и Др.). В качестве материала этих кузовов будет использоваться стеклопластик, состоящий из стеклянных волокон и полиэфирной смолы в соотношении примерно 1:1. Удельная прочность стеклопластика (отношение прочности к плотности) значительно превышает этот показатель у кузовной стали, и поэтому пластмассовый кузов будет в 2 раза легче стального.

Многие зарубежные автомобильные фирмы («Пежо», «Вольво», «Фиат» и др.) разработали перспективные легковые автомобили с кузовами каркасно-панельного  типа   с   пластмассовыми   навесными   панелями   (рис.   7.2).

Электромобили. В дальнейшем увеличится выпуск легковых электромобилей— машин с автономными электротяговыми установками, использующих электрохимические источники тока — аккумуляторы, топливные элементы и т. д. Идея использования таких установок не нова, первые разработки относятся еще к концу прошлого столетия. В первые годы развития автомобилей большинство из них были электромобилями. Так, в США в 1899 г. было выпущено около полутора тысяч электромобилей и лишь около тысячи автомобилей. Однако в дальнейшем картина резко изменилась, но об электромобилях не забыли.

При получении и использовании электроэнергии, необходимой для движения электромобиля, суммарное отрицательное влияние на окружающую среду в 7 раз меньше, чем при работе автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Кроме того, замена ДВС электротяговой установкой упрощает конструкцию автомобиля, поскольку отпадает необходимость в системах охлаждения, смазки, зажигания, пуска. Электродвигатель необязательно размещать в моторном отсеке, его можно расположить, например, около ведущих колес — это так называемые электромоторколеса, тогда не будет нужна и механическая трансмиссия (сцепление, коробка передач и т.д.). При использовании электромоторколес автомобиль легко сделать полноприводным. Однако на пути широкого применения таких конструкций имеются немалые трудности, поскольку пока еще нет легких, компактных и дешевых электродвигателей, обладающих необходимым для автомобилей скоростным и силовым диапазоном.

Сегодняшние электродвигатели либо являются скоростными и не обеспечивают возможности получения большого крутящего момента, необходимого при движении с малой скоростью в тяжелых условиях, либо являются высокомоментными, и тогда они не обеспечивают возможность движения с большими скоростями. И в том и в другом случае электродвигатель надо дополнять ступенчатым редуктором (коробкой передач), а это усложняет конструкцию электромобиля.

Есть у электромобилей и другие недостатки. Они связаны главным образом с отсутствием компактных и емких источников электроэнергии. По максимальной скорости и динамике разгона электромобили существенно уступают автомобилям. Стоят они также значительно дороже. Сегодня еще единственным доступным источником энергии служат свинцовые аккумуляторные  батареи,  не отвечающие  большинству требований  эксплуатации.

Все больше увеличивается интерес и к использованию на электромобилях топливных элементов — важнейшей части электрохимического генератора, обеспечивающих преобразование химической энергии в электрическую. Идея создания топливных элементов была высказана еще в начале XIX в. английским физиком У. Р. Гровом. однако ее практическое применение осуществлено лишь в 60-х гг. нашего столетия почти одновременно в СССР, США, Франции и Англии.

Основу топливного элемента составляют два электрода, разделенные твердым или жидким электролитом. Топливо и окислитель подаются в полости, граничащие с электродами; на поверхности раздела электролит— электрод в присутствии катализатора происходят реакции окисления и восстановления. В результате образуются положительные и отрицательные ионы, выделяется (поглощается) тепло. Освободившиеся при реакции окисления топлива электроны создают на аноде избыточный отрицательный заряд,  а  на  катоде  в  результате  реакции  восстановления — избыточный положительный  заряд.   При  замыкании   внешней  цепи  в  ней  появляется электрический ток.

Практическое применение уже получили топливные элементы, в которых в качестве топлива, окислителя и электролита используются соответственно водород, кислород и щелочь. Удельная мощность их составляет до 280 Вт/кг, срок службы — несколько тысяч часов. Недостаток этих элементов — сложность хранения водорода на электромобиле.

Заслуживают внимания успехи в области создания топливных элементов и со специальным электролитом, позволяющим использовать углеводородное топливо. Они становятся весьма перспективными источниками тока для электромобилей.

В настоящее время имеются принципиальные возможности и доказана целесообразность создания легкового электромобиля пока только для городского использования. Силовая установка такого транспортного средства должна состоять из пусковой (разгонной) аккумуляторной батареи и блока низкотемпературных топливных элементов на жидком топливе и кислороде воздуха в качестве окислителя.

Электроника на автомобиле. К числу важнейших факторов, определяющих уровень современных автомобилей, относится степень их оснащенности электронными устройствами. Применение электронных систем идет в следующих направлениях:

электронные устройства для замены ими традиционных узлов автомобильного электрооборудования (регуляторы напряжения, управление световой и звуковой сигнализацией, регуляторы системы отопления, тахометры, спидометры и т. д.);

электронные устройства, и в том числе с использованием ЭВМ, для непрерывного контроля и выдачи текущей информации об эксплуатационных показателях автомобиля (например, текущий расход топлива, целесообразность включения той или иной передачи, оптимальный режим движения и т.д.); к этой же категории относятся системы диагностирования состояния агрегатов;

электронная аппаратура управления зажиганием, топливоподачей и устройствами, обеспечивающими снижение токсичности отработавших газов двигателя;

электронные устройства для систем управления агрегатами трансмиссии, тормозными системами и другими элементами.

Применение электронной аппаратуры в системах управления агрегатами автомобиля заслуживает особого внимания, так как создает возможность улучшения их показателей и влечет за собой изменение конструкции самих агрегатов. Современная автомобильная электронная система управления фактически является комплексом собственно электронной аппаратуры и управляемых ею исполнительных устройств.

Любой автоматический или полуавтоматический агрегат автомобиля содержит силовой исполнительный механизм и систему управления им. В зависимости от наличия того или иного источника энергии исполнительные механизмы выполняются с пневматическим, гидравлическим, электромеханическим или электромагнитным приводом.

При   использовании   для   управления   исполнительными   механизмами электронных систем автоматики связующими элементами между выходными цепями их электронных блоков и исполнительными устройствами является командная электромагнитная или электромеханическая аппаратура управления различного рода.

Наиболее широкое применение в автомобилях находят исполнительные механизмы с гидравлическим приводом, типичным примером которых являются гидроцилиндры включения фрикционов гидромеханических передач. Управление этими цилиндрами осуществляется с помощью клапанов или золотниковых устройств, на которые в случае применения электронной системы управления воздействуют командные приводные электромагниты.

Исполнительные механизмы с электромеханическим или электромагнитным приводом применяются в основном для воздействия на такие агрегаты, управление которыми не требует создания больших усилий в приводе (например, для управления приводом сцепления, для переключения передач в коробке и т.д.). На рисунке 7.3 показан электромагнит следящего действия для привода дроссельной заслонки карбюратора. Якорь такого электромагнита может занимать различное устойчивое положение при перемещении в зависимости от силы тока, проходящего через обмотку. Аналогичного типа электромагниты разработаны и для привода других элементов (сцепления, коробки передач и др.).

Электронные системы управления, создаваемые на базе микропроцессоров, могут реализовывать различные алгоритмы управления вследствие соответствующего изменения записи команд в элементах памяти системы. Особенно перспективным является применение в системах управления агрегатами автомобилей однокристальных ЭВМ.

Электронная система управления, например, коробкой передач позволяет увеличить скорость переключения передач, что приводит к улучшению динамичности автомобиля, резко уменьшает усилие, необходимое для переключения (меньше утомляется водитель); предотвращаются ошибочные действия водителя, могущие привести к поломкам (например, включение передачи заднего хода при движении автомобиля вперед на большой скорости); уменьшается износ деталей коробки передач.

Одной из основных особенностей развития электронных систем управления коробками передач является использование в качестве критерия оптимальности параметров, характеризующих топливную экономичность автомобиля. Известно, что при обычной конструкции коробки передач моменты переключения выбираются водителем субъективно и весьма часто движение автомобиля происходит на неоптимальных с точки зрения топливной экономичности режимах. Автоматическое электронное управление коробкой передач может дать 10%-ную и более экономию топлива.

Система ночного видения. Известно, что вождение автомобиля ночью составляет примерно 28% общего времени движения и в это время происходит около половины числа несчастных случаев при дорожно-транспортных происшествиях. Поэтому разработка устройств, обеспечивающих водителю нормальные условия видимости обстановки ночью, в тумане, при сильном снегопаде и большой запыленности воздуха, является весьма актуальной.

После того как в ряде стран рассекретили сведения по военной технике ночного видения, развернулись работы по созданию системы ночного видения для гражданских автомобилей. Эффективность такой системы очень велика: она обнаруживает пешехода, одетого в темную одежду, ночью на расстоянии до 450 м, в то время как водитель с нормальным зрением может увидеть его при ближнем свете главных фар на расстоянии лишь 80 м, а при дальнем свете— 160 м.

Прибор, дающий изображение с помощью инфракрасного излучения, работает на принципе восприятия и регистрации изменения температуры объектов, находящихся на дороге перед автомобилем, оснащенным системой Ночного л:дения. Элементами изображения могут быть транспортные средства, 4юди и животные, деревья, столбы. Отображающая система настолько чувствительна, что может регистрировать разность температур в 0,1 °С. Эта система не генерирует сигналы и поэтому не может «ослеплять» встречные машины, снабженные такими же устройствами. Получаемая на экране прибора картинка не зависит от того, включены или нет фары автомобиля.

Системы ночного видения первого поколения способны генерировать изображение в черно-белом цвете, причем «горячие» объекты представляются черными (или, наоборот, белыми). Однако в устройствах второго поколения изображение будет цветным, что позволит распознавать дорожные знаки и сигналы светофоров.

Экран системы ночного видения размером примерно 150X250 мм располагается на панели приборов, напротив водителя, рядом со спидометром и другими приборами. Водитель не должен все время смотреть на этот экран. Он пользуется им так, как пользуются зеркалом заднего вида, поглядывая на него при движении почью или в тумане, когда возникает опасность наезда на машины, людей и животных.

Наиболее важной и дорогостоящей частью системы ночного видения является датчик, который устанавливается в передней части автомобиля. Его размеры близки размерам звукового сигнала. В настоящее время ведутся работы по совершенствованию компонентов системы с целью уменьшения  их  габаритов  и  шума  при  работе,  снижения уровня  потребляемой

энергии.

Опыт эксплуатации системы ночного видения показал, что водитель может использовать ее на протяжении до 35% общего времени вождения автомобиля, в то время как такие все шире применяемые способы повышения безопасности, как надувные подушки и антиблокировочные тормозные устройства, работают сравнительно редко, лишь в случаях фронтального столкновения или экстренного торможения. Такие системы весьма перспективны для пожилых автомобилистов и людей с дефектами зрения — весьма большой и все увеличивающейся категории водителей.

Кроме перечисленных, в ближайшие годы наиболее вероятны следующие направления совершенствования автомобилей: постепенный переход на полноприводные машины со всеми управляемыми колесами; внедрение управляемых систем подрессоривания; отработка и постепенное внедрение двигателей с керамическими элементами (детали, образующие камеру сгорания), что позволит отказаться от системы охлаждения со всеми вытекающими из этого положительными моментами (уменьшение массы двигателя, упрощение обслуживания), и т. д.