СТУДЕНТЫ, ГИБРИДЫ И БУДУЩЕЕ: ГОНОЧНЫЙ ПРОТОТИП МАДИ |
|
В мае в
США на гоночном овале New Hampshire Motor Speedway можно было увидеть три
десятка причудливых спортивных машин. Похожие на уменьшенные в размерах болиды «Формулы-1», они ездили практически бесшумно. Все машины были гибридами,
построенными студентами для участия в конкурсе Formula Hybrid. Между собой
состязались команды из США, Канады и… России
 |
Самый масштабный инженерный конкурс - серия Formula SAE - ведет историю с середины 1970-х, когда американские студенты стали соревноваться друг с другом на самодельных дешевых багги. Однако настоящий успех пришел к мероприятию в начале 1980-х, когда на свет появился кольцевой аналог конкурса - Formula SAE. Спустя годы соревнования стали проводиться на нескольких континентах, в том числе в Старом Свете: с 1998 года - в Великобритании, с 2006-го - в Германии. Сейчас в конкурсе участвует более 300 команд. Первым российским институтом, выступившим в соревновании, стал МАДИ: дебют пришелся на 2006 год. Сегодня в соревнованиях участвует еще пара российских вузов, еще несколько институтов собираются создать свои студенческие команды
|
 |
Команда МАДИ в США
В состав команды входят 12 студентов и два аспиранта, но лишь пять участников побывали на конкурсе в Америке. Слева направо: Мишра Абишек, студент 3-го курса, защита технической презентации; Евгений Ерещенко, студент 3-го курса, сварка и покраска автомобиля, защита бизнес-презентации; Лариса Арутюнова, аспирантка, разрабатка электросхемы гибрида, создание стеклопластикового корпуса, поиск спонсоров и многое другое; Сергей Феофанов, аспирант, капитан команды, организационная работа; Дмитрий Добрынин, студент 3-го курса, проектирование и сборка автомобиля, разработка системы защиты пилота
|
 |
Гибриды из Калифорнии получили высокие оценки на конкурсе. Машина Калифорнийского политехнического института с оригинальными наклонными колесами
|
 |
Болид Университета Сан-Диего
|
 |
С огромным отрывом в конкурсе победила команда Техасского университета агрокультуры и машиностроения: она заработала 981 баллов из 1000 возможных. Вторая команда получила только 758 баллов
|
|
|
В
студенческие годы я завидовал своим сверстникам-«автомобилистам», учившимся в
ведущих зарубежных вузах. Практически в каждом из них была своя
студенческая инженерная команда. В свободное от учебы время наши ровесники
конструировали и строили машины, а затем выступали на них в студенческих
соревнованиях, закрепляя теоретические знания на практике. Но главное –
спортивный азарт, возникавший в условиях острой конкурентной борьбы между
ровесниками со всего мира, мотивировал студентов действительно хорошо
разобраться в тонкостях проекта. В итоге по уровню знаний выходцы из
команд заметно опережали своих сверстников, и по окончании вуза для многих из
них были открыты двери практически в любую автомобильную компанию.
В России такого не было. Поэтому, узнав, что команда Московского автомобильно-дорожного института (МАДИ) построила гибрид и вывезла его на соревнования в США, я порадовался за ребят и предложил встретиться.
Команда третьего набора
«Все по-взрослому», - улыбаюсь я про себя, когда студенты МАДИ встречают меня в своем КБ. Небольшая комната на десятом этаже нового корпуса ин-ститута напоминает скромный офис небольшой компании - столы, компьютеры, папки с документами... Здесь команда Students Engineering Group MADI Hybrid пребывает уже полтора года.
Студенты первыми в стране построили конкурсный гибрид, но их команда возникла не на пустом месте. Согласно рассказам ребят, в 2005 году преподаватель МАДИ Сергей Викторович Сафроненков по приглашению друга побывал в Великобритании, на студенческом состязании в классе Formula Student. Он поразился масштабу мероприятия, насладился духом студенческого соревнования, пообщался с коллегами из других вузов и по возвращении в Москву предложил руководству МАДИ организовать собственную инженерную команду. На следующий год первая в России студенческая команда выкатила на немецкий конкурс Formula Student свою первую «формулу», а год спустя команда представила новый, заметно улучшенный автомобиль. Ребята, с которыми я общаюсь, - команда третьего набора. В 2008 году при поддержке кафедры «Электротехника и электрооборудование» студенты начали работать над проектом гибрида для участия в новом студенческом соревновании Formula Hybrid.
Гибридная кулинария
Сперва все выглядело просто. По задумке организаторов, студентам надо было лишь переделать имевшийся в их распоряжении болид класса Formula Student в гибрид. Однако проработка проекта показала, что по конструкции и компоновке гибрид сильно отличается от классического болида. В итоге студенты МАДИ, как и большинство их конкурентов, решили стоить машину с чистого листа. Процесс работы над проектом начался с математического моделирования. На его основе определяются главные параметры автомобиля, его силовой установки. Дальше надо проектировать конструкцию, выбирать между различными техническими решениями - аккумуляторы или суперконденсаторы, электромотор постоянного тока или переменного?.. Каждое решение требует инженерной проработки. Команды должны обосновать конструкцию перед компетентным жюри - ведущими конструкторами крупнейших автомобильных концернов. Не менее важна экономическая составляющая. Студентам следует вообразить, будто некий заказчик объявил тендер на постройку тысячи гоночных машин. На международном форуме каждая команда стремится доказать, почему наи-более выгодно сотрудничать именно с ней.
Из-за ограниченности во времени и отсутствия опыта в деле создания гибридов команда МАДИ сделала ставку на простые, надежные решения. Строить гибрид решили на основе параллельной схемы. Трансмиссия машины напоминает схему автомобиля Toyota Prius, но в сильно упрощенном виде. Так, бензиновый мотор во время езды работает постоянно, на малой скорости и в режиме рекуперации ДВС переходит на холостые обороты, а колеса приводятся от электромотора. В других режимах включается муфта свободного хода, и мотор, работая с высоким КПД, передает крутящий момент на колеса. Это повышает эффективность работы бензинового двигателя.
Установленный на автомобиль электромотор постоянного тока не требует дополнительных инверторов и преобразователей и при этом более прост в управлении. Правда, разработка системы управления таким мотором оказалась непростой задачей: команда обратилась за помощью к молодым ученым из Института механики МГУ.
Химическим источником энергии на гибриде стали суперконденсаторы. «Удельное количество запасаемой энергии у суперконденсаторов ниже, чем у аккумуляторов, - обосновывает выбор Сергей Феофанов, капитан команды, - но они легко выдерживают высокие токи заряда-разряда (до 1500 А), что крайне важно при разгоне и на режиме рекуперации. Кроме того, суперконденсаторы на 90% состоят из перерабатываемого сырья - судьи обращают внимание на такие достоинства».
В том, что выбор конструкции гибрида был удачен, студенты убедились на своем первом международном соревновании в Италии в октябре 2008 года. На конкурсе, где оценивались технические проекты и бизнес-презентации, студенты МАДИ завоевали первое место. Позади остались пять команд из Бельгии, Испании, Швейцарии и Италии.
О сложностях перелета в Америку
Но главным конкурсом был американский. Он ежегодно проводится в начале мая на гоночном треке штата Нью-Гемпшир. Чем меньше дней оставалось до конкурса, тем активней становилась жизнь членов команды - в институт приходили утром, а возвращались домой ночью. На этом этапе проект оставили студенты, которые воспринимали его как забаву, - в команде остались самые упорные.
В практике студенческих соревнований администрация университетов не полностью финансирует проекты. Примерно половину необходимой для постройки автомобиля суммы студенты должны найти сами, смолоду привыкая к мысли, что для успеха дела недостаточно быть гениальными инженерами, надо еще быть хорошими менеджерами, уметь приложить к делу маркетинговый подход.
В России, где о знаменитом в мире студенческом конкурсе мало кто знает, собрать необходимую сумму оказалось непросто. Чтобы все получилось, многие детали приходилось покупать на свои деньги, залезать в долги. Но престижность института в автомобильной индустрии работала на ребят. Компания Yamaha Motor предложила студентам скутер под разборку - от него гибридный автомобиль получил бензиновый мотор и вариатор, фирма «ЭСМА» из города Троицк предоставила команде значительную скидку на покупку суперконденсаторов, команду поддержал десяток спонсоров.
В апреле гибрид МАДИ, названный Dragonfly («Стрекоза»), был готов. Внешне машина, конечно, не шедевр. Причина, видимо, в том, что специалистов по автомобильному дизайну в МАДИ не готовят. Но зато многими техническими и технологическими решениями студенты могут по праву гордиться: это шаг вперед по сравнению с их предшественниками.
Когда началась подготовка к вылету, выяснилось, что отправка машины на соревнование не менее сложная задача, чем ее изготовление. В справочнике, в соответствии с которым таможня присваивает номер каждому виду перевозимой через границу продукции, не нашлось кода на ходовой макет. Это и не автомобиль - в ГИБДД не зарегистрируешь, и не модель - человек может ездить на нем с приличной скоростью. Но студенты были настойчивы, и таможенники в конце концов пошли им на встречу.
Уже в США студенты узнали, что они единственная команда с другого материка, которая смогла привезти свой ходовой макет. Командам из Швейцарии, Китая и Индии справиться с той же таможенной проблемой не удалось.
Наши в Штатах
Соревнование Formula Hybrid проводится три дня: первый день - теоретический, студенты защищают технические проекты и бизнес-презентации. Второй посвящен ходовым испытаниям моделей, и наконец, в третий день проводится главное соревнование - endurance event («испытание на выносливость»). В ходе его пилоты должны проехать 22 км. При этом учитываются как средняя скорость, так и топливная экономичность.
В первый день россияне получили восьмое место среди 32 команд - высокий результат для команды-новичка. Но на соревнования второго и третьего дня выйти, к сожалению, не удалось. Почему-то сломался стартер, и завести бензиновый двигатель оказалось невозможно. Кроме того, из-за таможенных формальностей не удалось захватить с собой специализированный инструмент для блокировки муфты и надевания ремня вариатора. Студенты не сдавались, пытаясь сделать инструмент своими силами, но починить автомобиль вовремя не удалось. В итоге - только 14-е место из 32, - первые среди команд, столкнувшихся с техническими проблемами.
В этом году команду покинут ребята, окончившие институт, но оставшиеся в строю настроены оптимистиче-ски. За время работы над проектом они набрались опыта и знаний и теперь уверены, что новый автомобиль будет еще лучше.
По сравнению с зарубежными сверстниками ребятам приходится сложновато: им хочется, чтобы институт поддерживал их немного больше, хочется внимания со стороны автомобильных фирм. Ведь чтобы старательно и совершенно бесплатно отстаивать честь института, нужна какая-то мотивация. Тем не менее в других российских вузах тоже появляются свои инженерные команды, а это значит, что процесс запущен. Еще несколько лет, и профессия инженера может снова обрести былую популярность…
Видео к статье: ссылка
Август 2009
Автор: Николай Корзинов
|
|
|
|
 |
Два двигателя гибрида связаны по параллельной схеме: момент на ведущие колеса поступает как от электромотора (мощность – 22 кВт), так и от бензинового двигателя (8 кВт)
|
 |
|
|
|
Как работает "Стрекоза"
Гибрид МАДИ выполнен по параллельной схеме. На режимах разгона с места и движения с невысокой скоростью колеса вращает электромотор (8), а при выходе на скорость ему начинает помогать бензиновый двигатель (7). Передача крутящего момента от ДВС и электромотора на ведущую ось осуществляется через цепную передачу и дифференциал (12). Причем ДВС передает крутящий момент через вариатор (10) и муфту свободного хода (11). Последняя нужна для отсоединения бензинового силового агрегата от колес при электрическом разгоне и рекуперации. Режим рекуперации включается при нажатии на педаль тормоза: срабатывает датчик включения рекуперации (2) и через блок управления электродвигателем (9) переводит его в генераторный режим. От энергии вращающихся колес при этом начинают заряжаться суперконденсаторы (6). Уровень их заряда контролируется при помощи датчика заряда (1). Степень рекуператорного торможения можно регулировать с помощью потенциометра (5). При помощи еще одного потенциометра, встроенного в педаль газа, регулируются обороты электродвигателя.
Работой бензинового двигателя заведует блок управления (4), контролировать показатели его работы позволяет набор датчиков (3). Передаточное число цепной передачи электромотора (1:6) подобрано так, чтобы в момент старта получить максимальный крутящий момент на колесах, который можно реализовать без пробуксовки.
|
|
|
|
|
|
Хроника студенческих сражений
Не многие пожилые американские инженеры могут похвастаться тем, что участвовали в студенческом инженерном конкурсе. Знаменитое соревнование Formula SAE появилось на свет лишь в конце 1970-х. Его предшественницей стала студенческая внедорожная гонка Mini Baja, в которой в середине 1970-х участвовало несколько американских институтов. Студенты из подручных средств мастерили внедорожные автомобильчики, которые по условиям конкурса приводились в движение одинаковыми восьмисильными моторчиками производства Briggs & Stratton и должны были стоить не более $450. В 1976 году этот конкурс стал называться SAE Mini Baja: его взяла под свое крыло Американская ассоциация автомобильных инженеров SAE. Внедорожное соревнование проводится до сих пор, но по популярности сейчас проигрывает главному соревнованию – Formula SAE.
Изначально эта гонка называлась SAE Mini-Indy. Ее инициатором стал Курт Маршек из Хьюстонского университета. В журнале Popular Mechanics он наткнулся на статью о маленьком самодельном автомобиле, выполненном в стиле гоночного болида, с деревянным кузовом и пятисильным мотором Briggs & Stratton. Почему бы под эгидой SAE не проводить еще одно студенческое соревнование – кольцевое? Первый подобный конкурс прошел в 1981 году, в нем приняли участие четыре университета. Но с тех пор соревнование стала ежегодным, а число участников перевалило за сотню. Аналогичные состязания стали проводиться и в других странах: в 2001 году аналог конкурса появился в Австралии, в 2003-м – в Японии, в 2004-м – в Бразилии. Но, пожалуй, самым популярным стало европейское соревнование Formula Student: в 1998 году конкурс дебютировал в Великобритании, в 2005-м пришел в Италию, а с 2006 года – в Германию. Успех студенческих соревнований объясняется просто: преподаватели технических вузов обратили внимание, что участие в командах заметно повышает мотивацию студентов приобретать новые знания, а специалисты автомобильных компаний изначально воспринимали состязание как кузницу трудовых кадров.
Последним пополнением в классе популярных соревнований стал конкурс перспективных проектов Formula Hybrid, максимально соответствующий духу времени. Соревнование, стартовавшее в 2007 году, пока не столь популярно, как американская Formula SAE или европейская Formula Student. Но участие в этом классе считается наиболее престижным.
|
|
|
|
|
|
|
Гибридный автомобиль «Стрекоза»
Общая длина: 2740 мм // Колесная база: 1670 мм // Масса без пилота: 324 кг // Разгон до 100 км/ч: 5,5 с
Кузов: сварная конструкция из бесшовных труб со стеклопластиковым корпусом
Химический источник энергии: экологически безопасные суперконденсаторы «ЭСМА» (60 штук), соединенные последовательно, емкостью 7200 фарад каждый
Электродвигатель: постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, максимальная мощность – 22 кВт, максимальный крутящий момент 60 Н•м Бензиновый двигатель: четырехтактный, объемом 125 см3 от скутера Yamaha Cygnus RS, максимальная мощность – 8 кВт при 8000 об/мин, максимальный крутящий момент 8,4 Н•м при 6000 об/мин
|
|
Зарегистрируйтесь сейчас и получите 100 баллов себе на счет!
А разместив ссылку на этот материал Вы получите дополнительные баллы за каждый переход по ней.
Подробнее об условиях акции читайте в правилах.
|
|
| ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ |
РУЛЬ-КОМАНДИР
Осязаемые подсказки
Следить за дорогой, за пешеходами, за знаками и другими автомобилями, поглядывать на панел...
05/05/12  19
|
|
ИГРА СТОИТ СВЕЧ
Зажигание
Пророчества
о скорой кончине двигателя внутреннего
сгорания по достоверности мало чем
о...
17/04/12 21
|
|
ГИРОКАР - В СЕРИЮ?
Гибрид
Калифорнийская
компания Lit Motors обещает уже в 2014 году
запустить в серийное производ...
19/03/12 34
|
|
РОСКОШЬ В СНЕГУ
23 VIP-пассажира
Абсурдный и инновационный, скоростной и комфортный автобус-электромобиль великолепно проше...
16/03/12 34
|
|
|
ReadMe
|
|
|
|
МАГАЗИН ПМ
4
