Мотовин Изобретения

Новые изобретения в автомобильной промышленности — это не только экологичные приводы и сложные системы безопасности. Бензин, автоаудио без динамиков, зеленые покрышки, покрытые мхом, и даже машина, читающая мысли водителя — это лишь некоторые из инновационных или даже футуристических решений, которые мы описываем в этой статье. Некоторые из них перейдут на наши автомобили в этом году.

Те, кто предсказывал скорую смерть двигателей внутреннего сгорания, могут сильно разочароваться. Зеленые приводы по-прежнему слишком неэффективны и слишком дороги, чтобы доминировать на рынке, в то время как традиционные двигатели наносят ответный удар. Но они кардинально меняются, о чем свидетельствуют революционные идеи таких производителей, как Mazda, Infiniti и Mercedes.

Инновационный двигатель Mazda Skyactive-X

Двигатель внутреннего сгорания — реактивация

Замечательный двигатель Mazda, сочетающий в себе характеристики бензинового и дизельного двигателей, дебютирует в новой Mazda 3 в 2019 году. Skyactiv-X это модель нового поколения, использующая полностью инновационный техника SPCCI (самовоспламенение сжатой смеси контролируется свечой).

Камера сгорания заполнена очень бедной топливно-воздушной смесью, которая сгорает только при создании дополнительного давления — аналогично работе дополнительного поршня (степень сжатия этого двигателя 16:1). Это давление создается за счет воспламенения небольшого количества богатой смеси, которая скапливается вокруг классической свечи зажигания. Явление инженеры Mazda назвали — то есть огненный шар. Так что мы все же имеем дело с самовоспламенением, ведь задача искры не поджечь всю смесь, а только контролировать момент самовоспламенения. Только при большой нагрузке двигатель переключается на классическое искровое зажигание.

Принцип искрового зажигания с компрессионным сжатием (SPCCI)

Двигатель работает на бензине, но работает очень похоже на дизельный двигатель. И у него есть преимущества обоих приводов. Mazda заявляет, что расход топлива у такого агрегата должен быть примерно на 30% меньше, чем у традиционных бензиновых двигателей, с одновременным увеличением крутящего момента с 10 до 30%. Кроме того, поскольку дроссельная заслонка остается открытой большую часть времени, система лучше реагирует на нажатие дроссельной заслонки, что характерно для дизельных двигателей, не имеющих дроссельной заслонки. С другой стороны, прирост мощности такой же эффективный, как и у бензиновых двигателей. Поскольку ничто не может быть совершенным, у Skyactiv-X есть и недостаток – увеличить мощность на литр емкости непросто.

Еще одно революционное решение, способное изменить судьбу двигателей внутреннего сгорания и которое должно появиться на рынке в этом году, — это Двигатель переменной степени сжатия VC-T (). Его создание – результат двадцатилетней кропотливой работы инженеров Infiniti, бренда, принадлежащего Nissan. Более сотни построенных прототипов и более трехсот зарегистрированных патентов, полученных при его разработке, показывают, насколько инновационное и в то же время усовершенствованное решение, о котором идет речь. В отличие от первой конструкции такого типа, построенной Saab много лет назад, она не слишком сложна.

Сравнение характеристик двигателя ВК-Т при низкой и высокой степени сжатия

Как работает такой двигатель? Двухлитровый четырехцилиндровый двигатель VC-T постоянно адаптируется к изменяющимся требованиям к мощности и плавно меняет степень сжатия от 8:1 (спортивные характеристики) до 14:1 (низкий расход топлива). Компьютер управляет электрической трансмиссией Harmonic Drive, которая приводит в движение сложную многорычажную систему, что выражается в разнообразном ходе поршня в цилиндре. Шатун совершает не круговое движение, как в традиционных двигателях, а эллиптическое. Кроме того, двигатель оснащен системой двойного впрыска – многоточечным, работающим при низкой степени сжатия, и непосредственным, активным при высокой степени сжатия.

Инновационный привод впервые появится под капотом нового QX50. Агрегат должен развивать мощность 272 л.с. и максимальный крутящий момент 390 Нм. Как обещает производитель, новый двигатель обеспечит схожую с 6-литровым двигателем V3,6 динамику, но будет потреблять на 27% меньше топлива. Интересно, что хоть это и достаточно сложная конструкция, но ее производство должно быть дешевле современных дизелей!

Toyota также разработала собственную конструкцию бензинового двигателя с переменной степенью сжатия. Он основан на концепции гидравлической системы изменения высоты поршневого пальца, что позволяет плавно регулировать компрессию. Тем не менее, мы будем ждать его внедрения в производство немного дольше, чем в случае с Nissan.

48 V

Возможности двигателей внутреннего сгорания также увеличатся благодаря электрическая система 48 вольткоторый уже установлен на многих новых автомобилях. Он позволяет, среди прочего использование так называемого мягкий гибрид (). Это решение становится все более популярным, поскольку, демонстрируя многие преимущества гибридных двигателей, оно намного дешевле и проще по конструкции.

Рекуперация энергии в мягком гибриде Renault Scenic

Мягкий гибрид в автомобилях Audi

в отличие от классического гибрида, он не может управлять автомобилем самостоятельно, он выполняет лишь вспомогательную функцию — особенно при трогании с места и разгоне, т.е. в ситуациях, когда двигатель внутреннего сгорания остается наименее экономичным. Благодаря мягкому гибриду мощность развивается более плавно, системы старт-стоп наконец-то работают должным образом, водитель получает меньше топлива, а экологи получают меньше выбросов.

Новый Suzuki Swift с компоновкой

Kia Sportage с EcoDynamics+ также имеет 48-вольтовую установку.

Мягкий гибрид основан на пусковом модуле, встроенном в генератор (ISG — Встроенный стартер-генератор). Он использует запасенную при торможении энергию, которая сохраняется в небольшом литий-ионном аккумуляторе, например, в новом Kia Sportage с EcoDynamics+ она составляет 0,46 кВтч. Одна из самых обширных 48-вольтовых систем была использована Mercedes в новом автомобиле. рядный бензиновый двигатель 3.0 М256. Он оснащен не только генератором, встроенным в стартер (ИСГ), но и электрокомпрессором (ЭЗВ). На практике ISG представляет собой электродвигатель мощностью 20 л.с. и крутящим моментом 220 Нм, установленный между блоком сгорания и коробкой передач, задачей которого является запуск холодного двигателя, рекуперация энергии торможения и помощь двигателю внутреннего сгорания при ускорении.

Мерседес — двигатель 3.0 М256

Кроме того, с электроприводом, среди прочего водяной насос и компрессор кондиционера, клиновой ремень не требуется. В свою очередь eZV разгоняется до 70 тысяч. оборотов в минуту всего за 300 миллисекунд, обеспечивая значительный прирост тяги от 1 до 3 и XNUMX тыс. об/мин, независимо от оборотов двигателя и нагрузки. Таким образом удалось полностью устранить явление т.н. турбо круги.

Разрез системы ISG в автомобиле Mercedes.

Три сцепления и дюжина передач

Совсем недавно в стандартную комплектацию входил четырехступенчатый автоматический преобразователь крутящего момента. Сегодня коробки передач с семью и восемью передачами становятся нормой, а Ford, GM и Lexus устанавливают на свои автомобили даже десятиступенчатые автоматы. Коробки передач с двойным сцеплением, сочетающие в себе лучшие черты механической коробки передач и классической автоматической коробки передач, также становятся все более популярными.

Предприятие eTwinsterX фирмы GNK

Коробка передач eTwinsterX от GNK установлена ​​на задней оси.

Однако все более жесткие нормы токсичности отработавших газов вынуждают автопроизводителей искать еще более современные решения – они уже созданы. прототипы коробок передач с одиннадцатью передаточными числами (включая две передачи заднего хода) и оснащенные тремя сцеплениями. Большое количество передач позволяет двигателю работать на еще более низких оборотах при более высоких скоростях, что, конечно же, отражается на результатах сгорания, а третье сцепление предназначено для предотвращения падения крутящего момента при переключении передач, которое все еще присутствует в двойном сцеплении. сцепление. Это возможно, потому что некоторые передачи просто пропускаются во время последовательности переключения.

Magnomatics Magsplit во время тестирования

Производители также ищут новые решения, которые они смогут применить в гибридах. Причина очевидна – автомобили с таким типом привода становятся все более популярными среди покупателей, а современные технологии коробок передач не поспевают за прогрессом в этой области.

Как работает электронная педаль на новом Nissan Leaf

Компания GNK была разработана Mr.Я говорю eTwinsterX — две электрогидравлические муфты, установленные на задней оси, которые векторизируют крутящий момент, действуют как дифференциалы и рекуперируют энергию. В связи с тем, что транспортное средство, оснащенное eTwinsterX, может работать на электричестве только в течение короткого времени, нет необходимости в тяжелой и компилируемой системе 4×4.

Электронная педаль может быть отключена

В свою очередь британская компания Magnomatics работает над решением, которое она назвала Расколоть. Это инновационная магнитная трансмиссия, которая использует магнитное поле для переключения привода между электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания.

Новый Nissan Leaf с технологией e-Pedal

Кстати, в новом Nissan Leaf японцы применили еще одну интересную технологию, связанную с рулевым управлением автомобиля. электронная педаль, так как это его маркетинговое название, он позволяет запускать, изменять скорость и останавливаться, используя только педаль акселератора, без необходимости нажимать на тормоз. Достаточно убрать ногу с педали акселератора, чтобы машина плавно замедлилась, а затем остановилась и не завелась даже на горке.

Они освещают — они отображают

Технологическая революция коснулась и освещения. Светодиодные фары постепенно становятся стандартными, но вскоре их заменят лазерными фарами, которые уже используются некоторыми производителями премиальных брендов (BMW i8, Audi R8 LMX и новый BMW 7 серии).

Каждый рефлектор Digital Light имеет более миллиона микрозеркал.

Однако лазерное освещение — это скорее эволюция, чем революция. К последней категории относятся такие решения, как Цифровой свет — система, представленная Mercedes на выставке этого года в Женеве. В этом неослепляющем дальнем свете высокой четкости используются микросхемы с более чем миллионом микрозеркал на фару. Алгоритмы, управляющие ими, получают подробную информацию об окружающей среде от датчиков автомобиля, а затем рассчитывают значение яркости для каждого из более чем двух миллионов пикселей в режиме реального времени.

Digital Light — Предупреждение о заморозках

Digital Light — предупреждение о сужении дороги

Однако самым инновационным является то, что Digital Light также позволяет проецировать световые символы на дорогу. Таким образом, автомобиль может отправлять различную информацию — например, снежинка предупредит нас о скользком покрытии, а стрелки направления сообщат другим водителям, в какую сторону мы собираемся повернуть.

Подсветка и индикация Digital Light в Mercedes

«Зеленые» шины

Все должно быть в автомобильной промышленности будущего EKO. Если все, то еще и автокомплектующие типа шин. Было как минимум несколько идей «зеленых» колес, но такой смелой концепции, как Goodyear, наверное, еще никто не представлял. Концерн создал Кислородные шиныкоторые зеленые не только по названию, ведь их ажурная боковая стенка покрыта настоящим, живым мхом, вырабатывающим кислород и энергию.

Особый рисунок протектора не только увеличивает сцепление с дорогой, но и улавливает воду с дорожного покрытия, способствуя фотосинтезу. Энергия, вырабатываемая в этом процессе, используется для питания встроенных в шину электронных компонентов: датчиков, модуля искусственного интеллекта и световых полосок, расположенных в боковине шины, которые, меняя цвета, информируют других участников дорожного движения о наших маневрах.

Oxygene также использует видимый свет или систему связи LiFi для обеспечения высокоскоростной связи со скоростью света. Таким образом, шина может подключаться к Интернету вещей, обеспечивая обмен данными между транспортными средствами (V2V) и между транспортным средством и городской инфраструктурой (V2I). Для производства шин Oxygene будут использоваться 3D-принтеры и переработанный резиновый порошок.

«Чистый» кузов и «умное» сиденье

Последние автомобильные изобретения, конечно же, связаны не только с современными приводами или внешним видом автомобиля. Многие из них в первую очередь предназначены для повышения комфорта водителя при использовании автомобиля.

Несколько лет назад Land Rover представил концепт т.н. прозрачная маска. Решение основано на системе камер, установленных в переднем бампере и подключенных к цветному HUD-дисплею. Через него глаза водителя увидели визуализацию того, что находится непосредственно под шасси автомобиля.

Прозрачные стойки Toyota — патентный чертеж

Недавно аналогичная концепция была запатентована компанией Toyota, и она касается стоек кузова автомобиля, которые в современных автомобилях из соображений безопасности становятся шире, что значительно уменьшает поле зрения водителя и способствует большему количеству столкновений. Интересно, что инженеры Toyota на этот раз не использовали электронику, а воспользовались законами физики, сконструировав специальную систему зеркал, которая направляет свет вокруг стойки так, чтобы изображение было видно с другой ее стороны.

Таким образом, «прозрачность» стоек является своего рода оптической иллюзией — у водителя создается впечатление, что он смотрит прямо сквозь опору, но на самом деле его глаза скользят вокруг нее.

Еще одна интересная идея инженеров Toyota (этот концерн определенно доминировал в последние годы по количеству патентов на новые автомобильные технологии), например. умное автокреслочья спинка может менять свою форму по желанию, автоматически подстраиваясь под силуэт пользователя. Это становится возможным благодаря замене компактной опоры комплектом из трехсот независимых подвижных эластомерных блоков.

Toyota работает над приложением для смартфона, которое будет передавать данные о габаритах и ​​силуэте пользователя на компьютер, управляющий сиденьем в автомобиле, и таким образом быстро подстраивать его форму под конкретного человека еще до того, как он сядет в машину.

Музыка без динамиков

Современные автомобильные аудиосистемы выдают все более качественный звук, но при этом их вес увеличивается. Например, аудиосистема с 20 динамиками может весить около 15 кг и занимать около 30 литров пространства. И это большая проблема, когда автопроизводителям приходится максимально снижать массу транспортных средств, чтобы снизить расход топлива и соответствовать жестким экологическим нормам.

Система без динамиков — идея Continental

Компания Continental нашла способ сделать это — динамики просто обязаны исчезнуть из автомобилей! Звучит абсурдно? Только внешне, как продемонстрировал немецкий производитель система Ac2ated Soundкоторый использует элементы салона автомобиля для передачи звука. Они заменяют диафрагмы громкоговорителей, а аналогом сердечника громкоговорителя являются небольшие преобразователи вибрации, состоящие из магнита и вибрирующей катушки, преобразующие электрический сигнал в движение.

По словам Димитриоса Пацураса из Continental, система работает как скрипка.

Система Ac2ated Sound работает как скрипка

«Смычок и струны — это звукосниматели вибрации, мостик скрипки — место, где размещаются звукосниматели, а салон автомобиля — резонансный корпус. Болларды автомобиля предназначены для генерации высоких частот, а дверные панели обладают правильными среднечастотными свойствами», — говорит он.

Роль сабвуфера, генерирующего низкие частоты, играют самые большие поверхности в автомобиле, например, обивка потолка или задняя полка. Те, кто уже тестировал эту систему, говорят, что качество звука здесь первоклассное.

Автомобиль, который читает мысли водителя

Новейшие мультимедийные и электронные системы превращают наши автомобили в работающие компьютеры. Их следующие поколения будут в первую очередь основаны на изучении нашего поведения, запоминании наших предпочтений, пройденных маршрутов, посещенных мест, любимой музыки, стиля вождения и многих других подобных данных — корректировке настроек автомобиля на постоянной основе или предложении каких-то конкретных решений или действий.

Технология Nissan на испытаниях

Некоторые компании вместо того, чтобы создавать собственные решения с нуля, берутся за те, которые уже хорошо работают на рынке. Например, Ford, Hyundai и Volkswagen сотрудничают с Amazon, который разрабатывает Системы Эхо и Алекса, используется в умных домах. Это, к тому же, дает большие возможности для интеграции этих систем.

В конечном итоге автомобиль должен стать лишь одним из элементов персональной экосистемы умных устройств и решений. Мало того, что мы поболтаем с нашей красноречивой машиной, так она пообщается за нас с умным домом, который откроет въездные ворота, включит отопление и сварит кофе. С помощью Alexa это частично возможно.

Или, может быть, машина должна читать наши мысли? Хоть это и звучит как песня из далекого будущего (и немного зловеще при этом), автопроизводители уже работают над такими проектами.

Инженеры Nissan провели первые испытания технологии (B2V), позволившей создать автомобили, способные предсказывать наше поведение за рулем. Водители-испытатели носили устройства, измеряющие активность мозговых волн, которые затем анализировались автономными системами автомобиля. Предвидя намерение совершить движение, они могли приступить к выполнению определенных действий, таких как поворот руля или снижение скорости, на 0,2–0,5 секунды. быстрее водителя.

В будущем B2V также сможет обнаруживать и оценивать дискомфорт водителя. Если, например, он начнет засыпать за рулем, искусственный интеллект переключится в режим автономного вождения.

***

Приведенные выше примеры инновационных изобретений в области автомобилестроения — лишь малая часть длинного списка технологий, разрабатываемых или внедряемых в настоящее время. Сработают ли эти идеи в повседневном использовании, мы узнаем в ближайшие несколько лет, но будущее наверняка обещает быть чрезвычайно интересным. Соревнование за первенство на рынке между экологическими двигателями и двигателями внутреннего сгорания будет захватывающим. Благодаря таким решениям, как Mazda Skyactiv-X или VC-T Infiniti, последние получают новые, очень веские аргументы в этом противостоянии.