GM AUTOnomy: Радикальный шаг

Свежий, гибкий и футуристический, концепт GM AUTOnomy заставляет заново взглянуть на конструирование, приведение в движение и управление автомобилем.

“Бесполезно сейчас гадать о технологиях, которые позже докажут свою эффективность. Время для воображения, время для мечты. Возможным кажется все”.

E.P.Ingersoll, редактор The Horseless Age (Безлошадный век) писал эти слова больше сотни лет тому назад. Его страстная устремленность произрастала из убеждения в том, что – благодаря череде инноваций - будущее моторных экипажей наделено вечной молодостью. И хотя журнал вскоре после стал называться Automotive Industries (Автомобильная промышленность), брошенный им автомобилестроителям призыв к смелой мечте выдержал испытание временем.

На последней Североамериканской международной автомобильной выставке в Детройте General Motors представила AUTOnomy, радикальный концептуальный автомобиль, который отвечает призыву Ingersoll'а к смелой мечте. Питание от топливных элементов (ТЭ), управление “по проводам”, 42-вольтовое электрооборудование, съемные и заменяемые кузова - и мотор-колеса в роли движителя; платформа-“скейтборд” попирает все условности. Зато концепт подходит к самым острым проблемам современного автомобилестроения с точки зрения наиболее обещающих технологий завтрашнего дня.

“Автомобиль вырос из постановки двух вопросов, - говорит Larry Burns, вице-президент GM по НИОКР и планированию. – Во-первых, мы спросили себя, что бы мы сделали, изобрети мы автомобиль сейчас, а не сотню лет назад? Если бы мы знали коренные проблемы нашего сегодня и располагали современными технологиями, насколько иным оказался бы автомобиль?

Во-вторых, мы задались вопросом: как снять экологический драматизм автомобильной цивилизации и обернуть его экологическим успехом? Какой нужен подход?”.

GM дает ответ в виде AUTOnomy – и набора взаимодействующих технологий, которые заставляют его действовать. Одни из технологий слишком далеки от массового производства, время других скоро придет. Несколько недель, проведенные с командой создателей AUTOnomy (и потенциальными поставщиками), позволяют понять людей GM с их радикальным видением перспективы.

Вера в топливные элементы

Без работоспособных ТЭ концепт AUTOnomy мертв. Его плоское шасси и возможность замены кузовов целиком зависят от размещения ТЭ и запаса водорода меж двух осей и боковых планок. Иными словами, GM полагается – как никогда – на эту незагрязняющую технологию.

Как рассказывает Byron McCormick, исполнительный директор отдела технологии и коммерциализации ТЭ, “Мы сотрудничаем с гигантской технологической сетью, охватывающей больше трех сотен поставщиков по топливным элементам. Мы затратили немыслимое время на фундаментальные физические и химические представления о том, что там происходит. За последние три года удельная мощность и вес ТЭ улучшились в десяток раз, и мы уже в той точке траектории, где становится ясно, что нам удастся упаковать эту технологию”.
McCormick признает, что при нынешней удельной мощности ТЭ еще слишком громоздки для AUTOnomy с его 15-сантиметровым шасси. Но судя по темпам эволюции ТЭ, к концу десятилетия там удастся разместить и 50 -, и 100- и даже 150-кВаттные топливные элементы.

Он также говорит, что прогресс идет настолько буйно, что пакета ТЭ 10-летнего будущего нет еще даже на чертежных досках. Совершенствование приведет к радикальным изменениям в способах подачи водорода и воздуха в систему, удаления воды и получения электроэнергии – при драматическом сокращении габаритов и стоимости. А что касается перехода от единичного изготовления пакетов ТЭ к серийному выпуску, то McCormick размышляет о новом явлении компании “вроде Intel”, которая наладила бы их массовое производство - при резком снижении затрат.

Ключ к запасанию водорода – в безопасности

Как считает Christopher Borroni-Bird, программный менеджер концепта GM AUTOnomy, запасание водорода – самый большой вопрос для проекта. “Ключ – в безопасности, - говорит он. – По этой причине мы имеем в виду не только сжиженный или сжатый водрод, но и особые гидридные системы”.

Гидридная система запасания – либо механическая, с металлгидридными ячейками, либо химическая, скажем, натрийборгидрид. Из этих двух металлгидриды – более отработанная технология и вероятный выбор GM.

По словам Ned'а Stetson’а, старшего исследователя в Troy, MI- Energy Conversion Devices (устройства преобразования энергии), “технология гидридов уже здесь. Мы сейчас работаем над поддерживающими системами. Все настолько сосредоточились на совершенствовании материалов, что инженерная сторона дела упущена из виду”.

При плотности запасаемой энергии на 25-50% выше, чем у сжиженного водорода, и примерно вдвое, - чем сжатого, гидридные “емкости” подходят для серийных автомобилей. Гидридному “баку” можно, кроме того, придать плоскую, сплющенную форму, что вполне соответствует условиям GM. Напротив, баллон для сжатого водорода – это толстостенный цилиндр, а для сжиженного водорода лучше всего подходит сферическая емкость.

Другая часть водородного уравнения – инфраструктура. В зависимости от того, какой способ запасания водорода на борту принят, нужна та или иная поддерживающая инфраструктура. Необходима, следовательно, стандартизация, регламентация – и государственная поддержка. Сжатый или сжиженный водород не требуют такой сложной инфраструктуры, но они опаснее. Металлгидриды безопасны, но они выделяют тепло при дозаправке, так что идеальным решением для них стали бы гидридные “заправочные станции” - с хранилищами, подобными автомобильным бензозаправкам. Их можно было бы устроить в виде теплообменников, так что емкости, отдающие водород, поглощают тепло, выделяемое заправляющимся баком.
Автомобилестроители уже обратились к правительству с призывом установить правила игры и отрегулировать налоговую политику, чтобы поддержать развитие водородной экономики.

“По проводам”: зрелая техника

Другой критический для концепта AUTOnomy пункт – техника управления “по проводам”. Отказ от механических приводов на деле разъединяет шасси и кузов и заменяет жесткие связи электрическими разъемами. Рулевое управление, приводы от педалей подачи топлива и тормозной свободно прокладываются от одной точки к другой. Это-то и позволяет играть заменой кузовов на одном и том же шасси.

Как утверждает Filippo Zingariello, вице-президент отдела приводов “по проводам” компании SKF, “Такая техника управления вполне вызрела. Мы уже располагаем 15-летней практикой сотрудничества с Airbus и Boeing в том, что касается полета “по проводам”, и теперь легко перенесем накопленный опыт. Годы практики в авиастроении позволяют нам находить подходы к автомобилестроению и решать любые задачи”.

Техника “по проводам” тем более упрощается, что ТЭ на шасси AUTOnomy питают 42-вольтовое электрооборудование; это сокращает вес и габариты электромоторов и проводки. Удачно и то, что кузова AUTOnomy “защелкиваются” на шасси как ноут-бук в своем стационарном доке, и механические соединения служат одновременно и электрическими контактами. Правда, и Burns, и Borroni-Bird признают, что техника “включи и играй” нуждается еще в доводке.

Одно из болезненных затруднений – в нормах и правилах, которые пока ничего не говорят о дублировании электроприводов в рулевом управлении и тормозах. По мнению Zingariello, можно показать, что надежность приводов “по проводам” даже выше, чем гидромеханических систем; дело просто за переформулированием правил.

SKF уже продемонстрировала, что с размещением трудностей нет. Система рулевого управления “по проводам” легче и компактней, чем рулевая колонка с реечным механизмом, а электротормоз занимает то же место, что и обычная тормозная скоба. С системной точки зрения, техника “по проводам” даже дешевле, поскольку, например, не нужно перестраивать автомобиль с лево- на праворулевое управление. Кроме того, сильно облегчается сборка, так как каждая из систем, по существу, просто втыкается в розетку. Настройка рулевого управления и тормозов на “обратную связь” также упрощается, поскольку это ощущение создается электромотором, а его нетрудно отрегулировать на индивидуальный вкус.

Одно шасси на всех

Суть AUTOnomy – в плоском шасси. Как отмечает Burns, , при всей его необычности, это в сущности конструкция “кузов на раме”, общепринятая для грузовиков А Borroni-Bird добавляет, что шасси конструируется – для баланса вес/издержки - независимо от материалов, хотя по соображениям эффективности он предпочитает комбинацию алюминий-композиты.

Как говорит Robert Durand, директор технологического развития в группе структурных решений компании Dana, работоспособная конструкция видится как “сэндвич”, где для достижения жесткости и прочности сочетаются пластики и металлокомпозиты. “Многое зависит от того, как GM собирается монтировать детали и узлы, - считает Durand. – Это необычный подход, и здесь требуется жесткость и наибольшее пространство внутри рамы. Применимы алюминиевые сплавы, но нужно смотреть, где именно и как, - по соображениям обработки. Можно применять литье, можно применять выдавливание, но штамповка не готова и соединение деталей ставит немало вопросов. И все же, уверен, мы справимся”.

Не вполне готовы такие компоненты шасси AUTOnomy, как мотор-колеса, которые, как признает Borroni-Bird, могут так и не пойти. Как он говорит, “Они хороши своей гибкостью. Но без кардинальных изменений они остаются слишком тяжелыми. А концепт прекрасно катается и с единственным тяговым двигателем в приводе передних колес”.

Scott Bailey, директор отделения инжиниринга компании Delphi энергия и шасси, рассказывает, что прежде его группа экспериментировала с мотор-колесами, и признает, что неподрессоренные массы – отдельная проблема. По поводу попыток GM применить такие модули на всех четырех углах Bailey предвидит серьезные трудности.

“Возможность их применения зависит от типов кузовов, которые ставятся на шасси, и от развесовки, - говорит Bailey. – Но даже если они неодинаковы, многие компоненты все же удастся унифицировать. Ради компактности, я бы предпочел схему с двойными рычагами и попытался объединить первичные детали подвески. С рулевым управлением и тормозами, работающими “по проводам”, на каждое колесо нужен единственный исполнительный механизм, но двойной функции. А самый крупный выигрыш в том, что делаются “угловые” модули – и просто ставятся на место”.

Неограниченная свобода дизайна

Одна из причин, по которой платформа AUTOnomy выставляется без кузова, в том, что он практически не имеет значения. Все, что угодно, - от спортивного родстера до седана или минивэна, - ставится на стандартное шасси; нужны только шесть крепежных узлов, которые совпадают с шестью фиксирующими отверстиями. Borroni-Bird расуждает в связи с этим о перспективах совершенно нового бизнеса, вырастающего на платформе AUTOnomy.

“Это шасси привлекательно тем, - говорит он, - что оно позволяет ставить на него разные кузова и создавать, тем самым, новый стилистический брэнд, в свою очередь настраивая шасси под характер брэнда. Разные брэнды на одном и том же шасси дают огромную экономию на масштабе – при том, что открывается возможность модернизации шасси и установки на него все новых и новых кузовов. Выходя на новые рынки, мы могли бы отгружать туда шасси, с легкостью приспосабливая их к местным вкусам, не говоря уже об экологическом значении AUTOnomy”. Он продолжает рассуждать о том, что GM мог бы попросту наладить поставку шасси, а уже местные предприятия конструировали бы кузова из доступных материалов. Компании вроде ASC или Magna могли бы строить в высшей степени персонифицированные кузова – на индивидуальный заказ.

Han Hendriks, директор дизайна в Johnson Controls Design Studio Europe, считает, что вне зависимости от того, где создается кузов, стилистические ограничения на выполнение заказа клиента устранены. Как он говорит, “Руль и педали на протяжении века формировали интерьер автомобиля. На всех машинах принята одна и та же конфигурация – и тем более они похожи друг на друга. А теперь дизайнер свободен в построении такого интерьера, какой ему вздумается. Руль не обязателен, его может заменить джойстик – или мышь. Так что конфигурация интерьера пересматривается заново, открываются невиданные возможности сотрудничества с заказчиком – вплоть до персонализации особенностей управления автомобилем и его поведения на дороге”.

Borroni-Bird добавляет, что возможность изменения парадигмы открывается раз в столетие. “Если мы не извлечем из новой концепции все ее преимущества, трудно будет убедить людей в том, что это стоит покупать. Так что мы не можем ограничиться тем, что сделаем этот автомобиль доступным; он должен стать лучше. Мы стремимся удержать (или даже понизить) цены и в тоже время предложить неслыханную ранее функциональность. Тогда возникнет обширный рынок, - ради которого мы и занимаемся AUTOnomy.

Полагаю, речь идет о массовой замене автомобилей, какими мы привыкли их видеть. Если AUTOnomy лучше, он возьмет верх”. - Larry Burns