Автодайджест №111

⇡#Автомобильные технологии

На ушедшей неделе Toyota Motor Corporation анонсировала ряд новых систем безопасности. Среди них имеются как активные, так и пассивные средства. На этот раз японские инженеры сосредоточились на защите пожилых водителей и пешеходов.

Согласно собранной Toyota статистике, более половины дорожных происшествий в Японии совершается водителями, чей возраст превысил 65-летний рубеж. По тем же данным, пешеходов погибает больше, чем водителей автомобилей. Дополнительно к этим выводам специалисты Toyota постарались собрать наиболее точную статистику по ДТП в других странах. Компания сотрудничала с больницами и госпиталями, которые принимали пострадавших в дорожных катастрофах, что позволило собрать наиболее объективную информацию. После ее анализа и рассмотрения способов снижения аварийности инженеры Toyota начали работу над четырьмя новыми системами безопасности.

Первый превентивный метод борьбы за снижение количества ДТП — слежение за дистанцией до впередиидущего автомобиля (Pre-Crash Safety). Эта система не является открытием Toyota, в том или ином виде она доступна на многих современных автомобилях. С помощью работающего в миллиметровом диапазоне радара и камеры компьютерный мозг следит за миром вокруг. Соответственно, при возникновении угрозы столкновения он автоматически активирует тормоза, если ими еще не воспользовался человек. Но система способна не только попросту замедлять автомобиль, она позволяет и объезжать мелкие препятствия, если они лишь частично перекрывают траекторию движения.

Второй проект Toyota — «выскакивающий» капот (Pop-up Bonnet). Он наверняка не столь навязчив, как всплывающая реклама (Pop-up Ad) на интернет-сайтах сомнительного происхождения, ведь причиной его появления может стать только ДТП с участием пешехода. В критический момент он «выстреливает» вверх, увеличивая расстояние от сбитого пешехода до двигателя, который априори тверже самого капота. Вместе с очевидными достоинствами этого решения, использование данной технологии сомнительно. Во-первых, для своевременного поднятия капота необходимо заблаговременно обнаружить пешехода-жертву, что уже позволяет применить экстренное торможение. Во-вторых, современные требования к пассивной безопасности уже заставили производителей делать автомобили с высокой линией капота, так что используемый в данном проекте принцип благополучно заложен в конструкцию существующих моделей.

Зато мониторинг сердечно-сосудистой системы — весьма полезная функция. Совсем недавно о намерениях внедрить аналогичную технологию в собственном пресс-релизе высказалась Ford Motor Company. В отличие от американцев, японские инженеры встроили бесконтактный электрокардиограф не в сиденье, а в рулевое колесо. Аналогичную систему можно обнаружить в ручках спортивных тренажеров с аэробным характером нагрузки. При обнаружении неполадок с ритмом сердцебиений система деликатно предложит водителю обратить на себя внимание, а в экстренном случае автономно остановится и вызовет медицинскую помощь.

Последней новинкой, которую в Toyota отнесли к перспективным решениям в области активной безопасности, является адаптивный дальний свет. Некоторые модели Toyota умеют переключать фары в ближний режим при обнаружении транспорта во встречном или попутном направлении. Adaptive Driving Beam предполагает использование дальнего света в постоянном режиме, закрывая поток лишь в конкретном направлении с помощью подвижных шторок. Данная инициатива является рациональной, но подобные технологии уже внедрены в последних автомобилях некоторых конкурентов Toyota.

Пока в недрах исследовательских лабораторий Toyota идут предварительные испытания всех четырех систем безопасности. Окончательные решения о внедрении каждой технологии будут приняты позже, поэтому ожидать появления заявленных концептов в серийном производстве следует через несколько лет.

Все анонсированные системы Toyota, за исключением неоднозначного «выпрыгивающего» капота, сегодня уже не воспринимаются как прорыв. Тем временем сотрудник Берлинского института технологий Стефан Хауф интенсивно изучает возможность исключения на пути взаимодействия человек — машина одного из связующих элементов — мышечной реакции. Дело в том, что в экстренной ситуации именно время, необходимое для перемещения ноги на педаль тормоза и ее нажатия, может стать решающим фактором. Стефан Хауф предлагает лишить части человеческого тела возможности управлять автомобилем, ведь уже сегодня можно выстроить прямую цепочку от мысли до торможения без «паразитирующих посредников».

Но как заставить автомобиль тормозить от силы мысли? Чтобы ответить на этот вопрос, в Берлинском институте технологий прошло тестирование на 18 добровольцах. Первый этап включал электроэнцефалографическое исследование активности головного мозга. Подопытным предлагали прокатиться в виртуальном симуляторе, при этом одной из задач было соблюдение минимальной дистанции до впередиидущего автомобиля, следующего со скоростью около 100 км/ч. В определенный момент времени компьютерный водитель резко тормозил, что заставляло игроков прибегнуть к аналогичному действию. Записав активность мозга в этот момент и проанализировав реакции всех испытуемых, Стефан Хауф и Бенджамин Бланкертц составили три шаблона показаний электроэнцефалографа. Далее ученые запустили эксперимент в обратном направлении: лишили игроков педали тормоза и вновь заставили проехать по старому маршруту. Теперь управлять замедлением должна не правая нога водителя, а непосредственно мозг. В критический момент он проявляет уже известную электроэнцефалографу реакцию, на которую программа реагирует однозначно — тормозит автомобиль. По словам немецких исследователей, система не только отлично работала, но и показала снижение времени реакции испытуемых. В среднем им понадобилось на 130 миллисекунд меньше.

Несмотря на успех команды Стефана Хауфа, Паланиаппан Рамасвами из Эссекского университета (Великобритания) настроен весьма скептично. Согласно его доводам, все виртуальные водители находились в состоянии повышенного внимания, они были готовы среагировать в любой момент. В реальности же при управлении автомобилем многие люди расслаблены или отвлечены сторонними факторами, поэтому испытанная система не будет работать. Стефан Хауф уже принял замечание британского коллеги и начал продумывать прототип более совершенной технологии.

Перейдем к более осязаемому объекту — двигателю, которым вскоре начнут комплектовать автомобили концерна Volkswagen. Использование общей технической платформы внутри различных подразделений единого концерна — ключевая особенность современности. Но помимо пресловутого «бейдж-инжиниринга», когда все изменения ограничиваются сменой логотипа, существует вполне взаимовыгодный обмен отдельными компонентами автомобиля. Своего апогея этот процесс достиг в недрах Volkswagen AG, где один и тот же двигатель с незначительными изменениями порой можно встретить на добром десятке порой никак не перекликающихся автомобилей. Одним из таких столпов осмысленной экономии является 1,8 TSI. Он устанавливается на модели гольф-класса, спортивные купе, седаны и даже кроссоверы — потрясающе разносторонняя личность! Теперь этот популярный двигатель прошел модернизацию, его поставки для новых моделей VW должны начаться до конца текущего года. Детально разберем, какие изменения немецкие инженеры интегрируют в своих последних разработках.

История развития 1,8 TSI показательна. Это вовсе не самый технологичный агрегат современности, он не обладает рекордными данными, его не устанавливают на автомобили-рекордсмены. С другой стороны, 1,8 TSI ставят на одни из самых популярных моделей концерна, в том числе Volkswagen Jetta/Passat, Audi A3/A4/A5, Skoda Octavia/Superb/Yeti. Таким образом, разобрав изменения единственного мотора, мы сделаем полноценный срез индустрии, хотя бы в лице VW. Итак, дебютирует 1,8 TFSI (именно такую аббревиатуру носит Turbo Fuel Stratified Injection – аналогичный двигатель, устанавливаемый на автомобили Audi) на обновленном семействе Audi A5, которое было анонсировано несколько недель назад. В ходе представления рестайлинга немцы лишь вскользь упомянули про новый двигатель, а теперь раскрыты его полные технические характеристики. Поршневая группа не подверглась изменениям, в результате чего рабочий объем остался точно таким же — 1798 кубических сантиметров. Тем не менее мощность удалось повысить со 160 до 170 лошадиных сил, крутящий момент возрос с 250 до 320 Н*м. Параллельно с этим снижение расхода топлива может достигать 21%. Плюс ко всему вес агрегата уменьшился на 3,5 кг. Как немцам удалось добиться таких результатов?

Довольно любопытная возможность двигателя 1,8 TFSI — изменение способа впрыска топлива. Конечно, как и двигатели прошлого поколения, он оснащен непосредственным впрыском, но в режиме незначительной нагрузки бензин распыляется во впускной коллектор. По данным немецких ученых, это позволяет снизить расход. Давление в системе подачи топлива FSI было повышено со 150 до 200 бар. Непосредственный впрыск, в отличие от распределенного, используется в момент запуска двигателя и при существенной нагрузке. Для дальнейшей оптимизации газообмена ГРМ наделен возможностью поднятия впускных и выпускных клапанов ступенчато, в два этапа. К тому же интеллектуальная система способна менять углы установки распределительных валов относительно коленвала на угол 30 или 60 градусов.

Еще одна новация — электронная система температурного контроля. Как известно, практически все современные серийные ДВС оснащены двухконтурным водяным охлаждением. При холодном запуске охлаждающая жидкость циркулирует в обход водяного радиатора, что позволяет быстрее достичь рабочей температуры. Регулируется система термостатами, функционирующими за счет расширения объема тел при повышении температуры. В двигателе 1,8 TSI/TFSI заведовать циркуляцией охлаждающей жидкости будет электроника. Управляющий модуль подключен к паре сервоприводов, способных перекрыть отдельные ветки рубашки охлаждения, сокращая тем самым затрачиваемое на прогрев время. Но и это еще не все: охлаждающую жидкость можно подать в радиатор отопления салона раньше, чем в основной, таким образом, включить обогрев можно будет быстрее. Эту возможность наверняка по заслугам оценят российские автомобилисты, привыкшие к затяжным зимним морозам.

Еще одна задача электронной системы температурного контроля — снижение выбросов твердых частиц. Варьируя температуру охлаждающей жидкости от 85 до 107 градусов Цельсия, двигатель постоянно пытается достичь компромисса между минимальным трением деталей и термодинамической эффективностью. В итоге новое поколение 1,8 TFSI выбрасывает твердые частицы в среднем на 2,5 г/100 км меньше предшественника только за счет данной технологии.

Но и на этом интересные нововведения не заканчиваются. Выпускной коллектор частично интегрирован в головку блока цилиндров, что позволяет системе охлаждения снижать температуру выхлопных газов. По словам инженеров Volkswagen, в результате отпадает необходимость излишне обогащать топливную смесь в предельных нагрузках. Таким образом, расход топлива в спортивном режиме значительно сокращается. Максимально давление турбонаддува инженеры повысили до 1,3 бар. Значительным изменениям подверглась и сама турбина. Для ее изготовления использованы новые сплавы, способные выдерживать температуру выхлопных газов до 980 градусов Цельсия. Кислородный датчик мотористы поместили непосредственно перед крыльчаткой, а новая система контроля давления позволяет менять давление в системе более быстро и точно. Дальнейшая оптимизация коснулась новой технологии литья масляного картера из чугуна, в результате чего толщина его стенок снижена до 3 мм. Коленчатый вал отныне имеет четыре противовеса вместо восьми, а диаметр ряда подшипников снижен. Поршни изготавливаются из новых высокопрочных сплавов. В результате всех доработок общий вес собранного двигателя уменьшился на 3,5 кг.

Перечислять многочисленные незначительные и существенные изменения в двигателе 1,8 TFSI можно еще долго. Как мы уже выяснили в самом начале повествования о перспективном агрегате, он стал мощнее и экономичнее. Но сухие цифры не способны передать глубину изменений: ДВС выходит на горизонталь максимального крутящего момента раньше, быстрее достигается и пик мощности. Время разгона купе Audi A5 с 0 до 100 км/ч уменьшилось с 8,6 секунды до 7,9, а заявленный средний расход сократился с 7,1 литра на 100 км до 5,7. К слову, новый агрегат соответствует перспективным требованиям Евро-6, которые вступят в силу только в 2014 году. Это сугубо положительные изменения, к тому же среднеразмерное купе Audi A5 даже с базовым двигателем 1,8 TFSI нельзя назвать флегматичным. Не секрет, что подавляющая часть Европы давно передвигается именно на 4-цилиндровых агрегатах, а теперь даже автомобилисты США утянули пояса: продажи этого типа ДВС впервые превысили показатели V6 и V8. Но здесь можно отметить не только заслугу высоких нефтяных котировок, но и постоянные улучшения конструкции, делающие агрегаты более мощными и эффективными. Только бы удалось инженерам усложнить конструкцию не в ущерб надежности.

Считаете, что для столь мощного агрегата средний расход в 5,7 литра топлива на 100 километров является недостижимой величиной? Тем не менее уже через 10-15 лет производители автомобилей будут вынуждены работать над эффективностью своих ДВС не только ради благосклонности расчетливого покупателя, но и для соответствия законодательству. Президент США Барак Обама выступил с инициативой ввести новое ограничение на предельный расход топлива для легковых автомобилей к 2025 году. Через 14 лет каждый новый автомобиль, продаваемый на территории США, должен потреблять не более 4,3 литра на 100 км. На правительственном совещании присутствовали представители General Motors, Ford Motor Company, Chrysler, Toyota Motor Corporation, BMW AG, Honda Motor Company, Nissan Motor Company, Hyundai Motor Company и ряда других производителей. В сумме они составляют более 90% автомобильного рынка Северной Америки. Несогласных среди них не нашлось. Зато оппозиционную точку зрения представил концерн Volkswagen. По мнению представителей североамериканского офиса компании, правительство США искусственно разделяет легковые автомобили на два подкласса. Загвоздка в том, «план Обамы» выставил величину среднего уменьшения расхода топлива в размере 5% для легковых автомобилей и 3,5% для малых грузовиков, к которым в США относят пикапы и внедорожники.

Инициативу президента автомобильные компании встретили с нерешительностью и недоверием, но никто не подал виду: престиж важнее личного мнения. Новый стандарт CAFE (Corporate Average Fuel Economy — средний расход топлива) будет окончательно утвержден 30 сентября, однако жизнь производителям он определенно не облегчит. Если закон будет принят в нынешнем виде, то за оставшиеся до 2025 года 14 лет автоиндустрии придется значительно поработать над эффективностью ДВС, повысив экономичность не менее чем на 50% — это весьма существенная величина. Но для столь любимых в США больших пикапов и внедорожников правительство все же оставило юридическую лазейку: они могут прогрессировать значительно медленнее остальных легковушек до 2021 года включительно, после чего принудительная дифференциация этих классов закончится. По мнению VW, такое решение несправедливо, ведь прожорливые бензиновые монстры должны сесть на диету в первую очередь. Позиция немецкой компании предельно ясна: она практически не производит пикапов и попросту не представлена в этом сегменте американского рынка. С другой стороны, логично поведение и правительства США, защищающего внутренние концерны.

В скором времени стандарты CAFE обещают распространить и на автомобили весом свыше 3800 кг, которые сегодня никак не ограничены в количестве потребляемого топлива. Очевидно, американское правительство окончательно решило избавить свою страну от имиджа потребителя беспощадно сжигающих бензин автомобилей.