Широкое распространение эксперименты с электромобилями получили после Второй мировой, когда американские автомобильные конструкторы заинтересовались альтернативными источниками энергии.
1964 – Chevrolet Electrovair
Первые опыты с электромобилями начал проводить вездесущий концерн General Motors. Мы уже рассказывали, что GM стал пионером в области применения газотурбинного наддува на серийных автомобилях, но кроме установки турбокомпрессора в многострадальный Corvair инженеры концерна в кооперации с Массачусетским технологическим институтом в 1964 году сконструировали на его базе электромобиль.
Идея создания экологически чистого автомобиля пришла в головы создателей после первых государственных актов об ограничении загрязнения воздуха вредными выбросами. Заднемоторный седан был выбран не случайно: именно его компоновка виделась создателям более удобной. К тому же Корвэйр имел несущий кузов, в котором разместить аккумуляторные батареи было гораздо проще, чем в мощной раме. Кстати, сами батареи емкостью 40 кВт⋅ч – космические: такие же серебряно-цинковые аккумуляторы применялись на луноходах Rover экспедиций «Аполлонов» в 70-е годы.
Chevrolet Corvair
Пакеты из батарей разместили спереди и сзади, а выбор элементов был обоснован хорошими показателями выдаваемого тока, что позволило оставить динамические характеристики потяжелевшего автомобиля на уровне бензинового собрата. При этом стоит учесть, что такие батареи имели массу недостатков: например, после 100 циклов зарядки-разрядки проявлялась потеря емкости, к тому же они были требовательны к условиям зарядки и попросту дороги.
Задние колеса в движение приводил синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока производства фирмы Delco, снабженный масляным охлаждением и развивавший мощность в 115 л.с., который к тому же был способен раскрутиться до 13 000 об/мин! Кстати, система управления на машине была продвинутой: вместо реостатно-контакторной системы (РКСУ) на электромеханических элементах применили более современную тиристорно-импульсную (ТИСУ) на полупроводниках. Более сложная ТИСУ позволяла достичь плавного разгона без рывков и толчков, характерной для реостатной системы, но требовала высококвалифицированных специалистов для своего обслуживания. Так, в систему управления входили инвертор и модулятор для управления частотами и импульсами, в определенной последовательности воспринимавшимися электродвигателем. В момент трогания с места частота импульсов повышалась и стабилизировалась на 1 000 Гц, а управление на ходу осуществлялось с помощью широтно-импульсной модуляции.
Имелись, конечно, и системы предохранителей и блокировки. Для переключения в режим заднего хода, например, скорость автомобиля не должна была превышать 1,5 мили в час. При этом управление электромобиля не отличалось от обычной машины с автоматической трансмиссией. На месте замка зажигания разместили тумблер запуска системы, а селектор трансмиссии включал в себя три позиции, характерные для традиционного «автомата»: «драйв», «назад» и «нейтраль». Для старта Electrovair нужно было перевести рычаг в позицию «драйв» и выжать педаль газа. Среди отличий от обычного Корвэйра – расположенные на панели приборов электромобиля амперметр и вольтметр.
Chevrolet Electrovair II
В 1966 году появился Electrovair II, получивший ряд усовершенствований и ставший развитием предыдущего седана. За основу взяли четырёхдверный седан Corvair второго поколения, отличавшийся от предшественника обводами кузова. Электрическая схема и тяговый электродвигатель не изменились, а усовершенствования в основном коснулись системы управления. Тиристорно-импульсная система управления осталась той же, что на раннем прототипе, но были применены новые микросхемы, а электроника получила масляное охлаждение, благодаря чему удалось сделать систему более компактной и легкой, что позволило разместить комплект серебряно-цинковых батарей, увеличенной до 50 кВт⋅ч емкости. В результате снизилось общее энергопотребление, увеличился запас хода и повысилась надежность системы в целом.
Официальный запас хода обоих Electrovair в корпорации никогда не афишировали, но по некоторым данным пробег машины на одной подзарядке мог составить от 40 до 70 миль, а время зарядки составляло около 6 часов, при этом машина могла разгоняться до максимальной скорости в 120 км/ч, а разгон до 100 км/ч не превышал 16 секунд.
Оба седана были построены GM исключительно в исследовательских целях, правда, по данным некоторых источников, машины строились для обкатки электропривода электромобиля Moon Rover, предназначенного для лунной программы NASA, но, скорее всего, это не более чем красивая легенда. Серийного производства электромобиля не предполагалось, а в ходе испытаний выявились те же недостатки, что характерны и для электромобилей наших дней: недостаточный в сравнении с ДВС запас хода, а также время зарядки батарей, которые и поставили крест на этом амбициозном проекте.
Любопытно, но после завершения испытаний Electrovair инженеры GM пошли еще дальше и сделали фургончик Chevrolet Electrovan: первый в мире автомобиль c электродвигателем, который запитывался от топливных элементов. Впрочем, это тема для отдельной статьи, и о нем мы расскажем подробнее позднее.
Chevrolet Electrovair II
1978 – EVA AMC Pacer
Интерес к альтернативным источникам топлива в США снова начал набирать обороты после энергетического кризиса 1970-х годов, когда ушли с арены американские масл-кары. Министерство энергетики США инициировало несколько программ по развитию электромобилей, но большого внимания эта тема не получила.
Одним из самых крупных производителей серийных электромобилей стала американская компания EVA (Electric Vehicle Associates). Впрочем, компания, основанная преподавателем колледжа из Кливленда, изначально представляла собой студенческий проект, целью которого было переоборудование серийного бензинового американского автомобиля в электрический.
AMC Pacer
Для своего проекта в компании использовали AMC Pacer, но после первого опытного образца им заинтересовались покупатели, в результате чего в 1978 году было выпущено сразу 100 электромобилей, большинство из которых для своих нужд закупила армия Соединенных Штатов. Машинокомплекты приходили в сборочный цех без двигателей и топливных баков, а затем в кузов вместо задних сидений устанавливались двадцать аккумуляторных батарей, а спереди размещали трехфазный электродвигатель мощностью 15 кВт, соединенный со стандартным трехступенчатым «автоматом», через который момент от мотора передавался на задние колеса хэтчбека.
Система управления автомобилем была тиристирно-импульсной на полупроводниках, с воздушным охлаждением. Для питания электромобиль использовал два кабеля – на 110 и 220 В соответственно. Снаряженная масса электромобиля по сравнению с прототипом возросла прочти в два раза, в результате чего конструкторы EVA совместно с инженерами АМС применили усиленные пружины и рессоры в подвеске и установили шины увеличенного диаметра.
AMC Pacer
В салоне приборную панель дополнили вольтметром и амперметром. Интересно, что в машине остались стерео, радио и даже кондиционер. Стандартная тормозная система была связана с системой рекуперативного торможения, позволяющей запасать электроэнергию при замедлении. Автомобиль мог развить максимальную скорость в 90 км/ч, а его пробег без подзарядки ограничивался 85 километрами.
Помимо хэтчбека, впоследствии был выпущен вариант с кузовом универсал, в котором разместили уже 28 аккумуляторных батарей. Максимальная скорость снизилась до 80 км/ч, зато запас хода возрос до 100 км. Свинцовые батареи на электромобилях нуждались и в техническом обслуживании. Так, аккумуляторы требовали постоянного долива воды, а кроме того, на них вредно влиял полный разряд. Впрочем, опыт, полученный при эксплуатации, конструкторы Eva попытались учесть в следующих моделях.
AMC Pacer
1979 – Amectran Exar-1
На фоне кризиса и дотаций на разработку электромобилей от правительства не только EVA предприняли попытку создания собственной машины с электромотором. Однако этот автомобиль изначально не был американским. Дизайн кузова был разработан известным итальянским дизайнером Пьетро Фруа специально для БМВ, а авто, который назвали BMW 7-series Coupe, должен был быть представлен на Туринском автосалоне 1975 года, но… То ли высшим чинам БМВ не понравился столь радикальный автомобиль, то ли были еще какие-то причины, но почти готовый прототип остался у Фруа.
В конце 70-х годов предприниматель из Техаса Эдмонд Рамирес загорелся идеей постройки первого в мире серийного спортивного автомобиля, который помимо выдающихся динамических характеристик был бы еще и экологически чистым. С этой целью Рамирес создает специальную компанию под названием Amectran, имя которой является акронимом от аббривиатуры AMerican ECological TRANsportation – «Американские экологические перевозки». Рамирес выкупает права на прототип у Пьетро Фруа, попутно изменяя дизайн машины, чтобы убрать характерные черты автомобилей BMW, например, фирменную решетку радиатора с характерными «ноздрями», и доводит аэродинамику совместно с авиационной корпорацией Bell Aerospace.
Amectran Exar-1
Электродвигатель и трансмиссию разработали General Electric, а комплект аккумуляторных батарей – фирмой Trojan Battares, а по заявлениям автора машина могла проехать 100 миль без подзарядки! При этом стоит учесть, что в оснащение машины входили аудиосистема, кондиционер и электроприводы стекол.
Amectran Exar-1
Изначально прототип Frua имел трубчатую стальную раму и алюминиевые панели кузова, но американцы заменили алюминий высокопрочным арамидным волокном – кевларом. Конечно, такой материал выпускался в те годы в промышленности в очень ограниченном количестве и стоил очень дорого, поэтому для серийной машины предполагался стальной кузов. Впрочем, сам автор утверждал, что до серийного производства на машине останутся и новые шины Goodyear с пониженным сопротивлением качению и износостойкая краска DuPont на экологически чистых компонентах, но консервативные покупатели с опаской подошли к новому бренду, оснащенному не известным широкой публике электромотором. Кроме того, финансов у создателя хватило только на один прототип и его доводку, и поэтому после сразу нескольких восторженных отзывов в прессе и титулов «самый красивый и самый быстрый электромобиль» фирма тихо прекратила свое существование.
Amectran Exar-1
1980 – Ford Fairmont EVA Electric
Тем временем в Лейк-Эльсинор в Калифорнии крошечная фирма EVA продолжала заниматься конверсией американских автомобилей в электрические. После опытов с АМС фирма переключилась на сотрудничество с Фордом. На завод фирмы поставлялись универсалы Fairmont без двигателя и топливного бака, но с усиленной подвеской и увеличенными в размерах шинами. В EVA соединяли трехступенчатый «автомат» с трехфазным электромотором мощностью в 30 л.с., а питанием для него служили 22 свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Для подзарядки использовались два кабеля на 110 и 220 В, а в стандартное оснащение универсала вошли кондиционер и отопитель.
Ford Fairmont
Несмотря на увеличенное количество батарей, машина могла пройти без подзарядки всего 40 км, а её максимальная скорость составляла 55 км/ч – сказывались большая масса и слабый электромотор. Как и Pacer, Fairmont имел тиристорно-импульсную систему управления, а основным заказчиком вновь выступила армия Соединенных Штатов, в которой такие автомобили в основном служили для обслуживания персонала на крупных военных базах. Точное количество выпущенных Fairmont неизвестно, но по некоторым данным, оно не превышает 50 экземпляров.
Ford Fairmont
1988 – EVA/Soleq EVcort
Тем не менее компания EVA продолжила свое сотрудничество с корпорацией Форд, и уже в 1988 году представила новое поколение электромобилей, построенных на узлах и агрегатах универсалов Ford Escort. Как и ранее, на завод EVA поставлялись автомобили без двигателя и топливного бака и с усиленной подвеской, а вот электрооборудование было создано совместно с инженерами фирмы Soleq, что отразилось на названии автомобиля.
Как и ранние модели фирмы, EVA EVcort имел трехфазный синхронный электродвигатель, который был соединен с трёхступенчатой стандартной автоматической трансмиссией, посредством которой приводил в движение передние колеса. Электромобиль имел тиристорно-импульсную систему управления двигателем на полупроводниках. Отличительной особенностью электропривода стало применение микропроцессорной системы управления для получения максимальной эффективности от аккумуляторов. Новый электромотор, разработанный General Electic, работал на переменном токе, что позволило снизить расходы электроэнергии, но требовало внедрения в схему преобразователя тока и инвертора. Кроме того, на машине была реализована система рекуперативного торможения, совмещенная с обычной тормозной системой Ford Escort.
Силовую цепь для якоря электромотора обеспечивали 120 транзисторов, подключенных параллельно, что позволяло двигателю развивать 40 кВт, в то время как еще 60 транзисторов отвечали за систему рекуперации, обеспечивая кроме эффективного замедления машины почти без применения штатной гидравлической системы еще и подзарядку батарей накопленной электроэнергией. Система управления поддерживала высокий крутящий момент двигателя во всем диапазоне, что позволяло электромобилю разгоняться до 45 миль/час без переключений передач, при этом для снижения пульсаций токов в системе, чтобы уменьшить дерганья автомобиля при старте, установили преобразователи, а для работы стереосистемы и специального оборудования связи автомобиль оснастили радиореактором, необходимым для сглаживания помех, вызванных электромагнитными волнами.
К слову, максимальная скорость машины достигала 70 миль/час, а пробег на одной зарядке составлял около 100 км. При этом пакет батарей включал в себя сразу 18 свинцово-кислотных аккумуляторов. Для зарядки использовалось устройство на 110 В конструкции фирмы Soleq, которое имело преобразователь с постоянного тока на переменный, а также могло переключаться на ток разной силы – от 16 до 30 А, что позволяло заряжать аккумуляторы разных типов. Отопитель и кондиционер могли включаться во время зарядки непосредственно от сети, чтобы предварительно прогреть/остудить салон автомобиля, экономя использование батареи во время движения.
EVA/Soleq EVcort
Авторы задались целью создать максимально практичный электромобиль, который мог бы наравне конкурировать с бензиновыми аналогами, но машина всё равно оказалась слишком дорогой для этого, а всего было выпущено около 100 EVA/Soleq EVcort. Как и ранние автомобили марки, часть купленных универсалов поступила в армию США, где активно эксплуатировалась в качестве транспорта на военных базах. Несколько автомобилей для своих нужд купило министерство энергетики, тем самым оказав фирме дополнительную финансовую поддержку.
Тем не менее системы, примененные на EVcort были достаточно инновационными для тех лет, и машины постоянно показывались на мероприятиях, посвященных развитию альтернативных источников топлива. По результатам испытаний универсалы получили хорошие оценки на испытаниях, были весьма надежными и динамичными в сравнении с бензиновыми универсалами Escort. Однако позже от потребителей поступил ряд жалоб на сбои в программе управления, из-за которых автомобиль мог неконтролируемо ускоряться, что приводило к авариям. В итоге большинство из машин было порезано на металлолом, а сохранившиеся экземпляры прошли капитальную модернизацию электрических систем, которые заменили на более современные.
1996 – General Motors EV1
В 1996 году в штате Калифорния был принят закон, согласно которому каждому автопроизводителю обязывалось продавать на калифорнийском рынке собственные электромобили, при этом доля продаж должна была составлять более 2% от продаж всех автомобилей. Компания General Motors бросила на разработку нового электромобиля, созданного с нуля, а не как электрическая модификация серийной машины, все силы своих исследовательских центров, не пожалев финансирования.
Чтобы обеспечить электромобиль характеристиками, соответствующими требованиям покупателей, пришлось свести к минимуму потери энергии. В основу кузова легла пространственная сварная рама из алюминиевых сплавов весом всего 132 кг, на которой закрепили наружные панели из полиуретана, а двери, крышу, капот и крышку багажника при этом сделали из композитных материалов. Из алюминия выполнили и рычаги передней и задней независимой подвесок, а также ряд элементов рулевого механизма. Все это позволило достичь массы машины в 1 350 кг, 530 из которых – масса аккумуляторной батареи. Кузов был проработан с аэродинамической точки зрения, причем для снижения завихрений под днищем его закрывала плоская алюминиевая деталь. В результате коэффициент лобового сопротивления Сх составил всего лишь 0,19 – отличный показатель для компактного двухдверного автомобиля.
General Motors EV1
Чтобы снизить сопротивление качению, были установлены специально сконструированные шинниками из компании Michelin покрышки шириной всего 175 мм с повышенным давлением воздуха для оптимального пятна контакта шины с полотном дороги. Под капотом разместили синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока мощностью 138 л.с. В паре с ним работал двухступенчатый редуктор, который, в свою очередь, передавал крутящий момент на передние колеса. Благодаря продуманной аэродинамике EV1 разгонялся до 100 км/ч за 9 секунд, при этом максимальную скорость искусственно ограничили на отметке 130 км/ч.
Автомобиль оснащался электростеклоподъемниками, кондиционером, электроусилителем руля, аудиосистемой, ABS и круиз-контролем, а также специальным зарядным устройством, которое позволяло заряжать машину как через специальную зарядную колонку с высоким напряжением (для полной зарядки хватало 3 часов) или от бытовой электросети, от которой электромобиль заряжался около 12 часов. С целью снижения себестоимости на первом поколении EV1 применили свинцово-кислотную батарею, которая обеспечивала запас хода в 120 км. С 1999 года на втором поколении электромобиля применялись улучшенные свинцово-кислотные батареи, обеспечивающие запас хода 160 км, либо никель-металлгидридные, с которыми EV1 мог проехать без подзарядки до 240 км.
General Motors EV1
Себестоимость EV1 по оценкам экономистов GM превышала 80 тысяч долларов, поэтому клиентам он сдавался только в аренду с ежемесячной оплатой. Для снижения цены изначально применили обычные свинцово-кислотные батареи, но пробег машины с ними не превышал 120 км. Впоследствии их количество немного выросло, чтобы увеличить запас хода до 160 км, а самыми продвинутыми оказались дорогие никель-металлгидридные батареи, с которыми машина могла проехать до 240 км без подзарядки.
Автомобиль распространялся только на территории Калифорнии и Аризоны, а всего было выпущено 1 117 электромобилей всех вариаций. В 2003 году правительство штата Калифорнии вносит в закон о нулевом выбросе изменения, которые становятся более лояльными для автопроизводителей и ограничивают лишь снижение вредных выбросов от автомобилей, продающихся на рынке. Это дало возможность автомобильным компаниям отказаться от программ выпуска электромобилей, заменив их дешевыми гибридными технологиями. После выхода закона GM полностью закрыл производство EV1 и изъял у клиентов все электромобили, которые впоследствии были порезаны на металлолом. Несколько EV1 передали в музеи и исследовательские центры, при этом предварительно демонтировав электромотор и систему управления.
General Motors EV1
Расследованию причин ограничения распространения электромобилей посвящен документальный фильм «Кто убил электромобиль?», в котором авторы отмечают несколько причин уничтожения. Главными виновными исследователи назвали нефтяные компании, которые поддержали отмену закона о нулевых выбросах и скупили патенты на более производительные никель-металлгидридные батареи, поскольку боялись потерять деньги от продажи углеводородного топлива. Вместе с ними обвинялся и GM, который организовал маркетинговую кампанию, в которой не столько рекламировались достоинства машины, сколько больше указывалось на её специфические особенности и недостатки. Кроме этого, еще одним камешком в огород GM стала нестандартная практика выдачи автомобиля только в аренду, а также полное уничтожение технологий после окончания программы.
Под раздачу попало и государство, не обеспечившее на должном уровне сеть зарядных терминалов, и потребители, которые оказались консервативными и не готовыми идти на компромисс с создателями и обладать машиной с небольшим запасом хода и долгой зарядкой.
2003 – Oka NEV ZEV
Напоследок расскажем вам о самом отечественном электромобиле, присутствовавшем на американском рынке. Специально для электромобилей американского стандарта NEV (небольшие электромобили массой не более 1 400 кг, имеющие ограниченный пробег в 45 миль (72 км) и максимальную скорость в 40 км/ч), несколько американских предпринимателей начали поставлять на рынок… электрическую версию Оки. А вот индекс ZEV расшифровывается в названии модели еще проще, чем предыдущий – Zero Emission Vehicle (автомобиль с нулевыми выбросами). Вообще, такую машину строили в опытном порядке и на самом Волжском автозаводе, но до серийного производства она, по понятным причинам, не добралась.
Компания Oka USA была основана в 2002 году и закупала у Камского и Серпуховского заводов кузова ВАЗ-1111. В Штаты они приезжали без двигателя, коробки передач и топливной системы вместе с баком. Для превращения Оки в электромобиль пришлось установить синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока мощностью в 15 л.с., который агрегатировался с двухступенчатым редуктором. Вместо заднего сиденья размещался блок из шести свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. В стандартное оснащение электро-Оки входило зарядное устройство, позволяющее заряжать машинку от сети напряжением 220 или 380 В, а по заказу клиент мог установить люк и хромированные легкосплавные колесные диски диаметром 13 дюймов вместо штатных 12-дюймовых.
ВАЗ-1111 Ока
Премьера электромобиля состоялась на автосалоне в Лос-Анджелесе 2003 года, а стартовая цена начиналась с 8 000 долларов! Для повышения интереса компанией был организован любительский кубок по ралли на Oka NEV ZEV, в котором могли участвовать все желающие. В программу входили гонки от точки до точки на время, а также фигурное вождение. Машины производились в очень небольшом количестве до 2009 года, когда интерес к подобным машинам утих, а на место Оки пришли более продвинутые конкуренты, например, субкомпактный Renault Twizy.
Конечно, не только американцы пытались создать автомобили на альтернативных источниках топлива. Попытки создать собственный электромобиль в 70-е годы прошлого века применяли и европейцы, и отечественные автомобилестроители, но как тогда, так и сейчас основными недостатками электромобиля были небольшой запас хода, долгая зарядка и цена. В настоящее время развитие электромобилей идет очень быстрыми темпами, и электрокары появляются в производственной гамме большинства крупных автомобильных заводов.
Для комментирования вам необходимо авторизоваться
Спасибо, познавательная статья! Особенно удивила электрическая Ока на рынке США )))