Современная автомобильная техника

Прежде всего, современные автомобилестроители уделяют большое значение дизайну автомобилей.

Замена в современном автомобиле гидравлических и механических узлов на электрические способствует увеличению свободного пространства. Например, полностью электрическая система рулевого управления позволяет обойтись без рулевой колонки, а руль может быть значительно сдвинут вперeд. Над этим решением уже работают японские компании NSK, Koyo и американская Delphi.

Кокпиты будут становиться больше, в то время как размеры деталей и узлов трансмиссии и других механических компонентов уменьшатся, а сами они переместятся в менее заметные участки, например, в пространство под полом.

Освобождение от пут модных футуристических течений предоставит дизайнерам в ближайшие годы беспрецедентные возможности для творчества. Однако, некоторые правила все-таки будут существовать. Сводя к минимуму количество базовых платформ, крупнейшие автопроизводители будут стараться сохранить индивидуальность различных торговых марок.

По прогнозам г-на Mays, в дизайн-студиях по-прежнему будут популярны поверхности, в основе которых лежат такие геометрические фигуры, как квадраты, треугольники и трапеции. В основном благодаря тому, что их гораздо легче получить, используя традиционные штамповочные прессы. Новые возможности повлекут за собой открытия в области производства композитов - панели из пластика, отлитые под давлением, смогут сочетать в себе самым необычным образом простые плоские и сложные поверхности.

Но пока управление автомобилей остается автономным, они обязательно будут требовать проектирования зон деформации при столкновении, защиты от опрокидывания и устройств, снижающих опасность травматизма при боковых ударов.

В ближайшем будущем системы освещения автомобилей претерпят серьeзные изменения. В 2002-2003 г. г. появятся интеллектуальные системы освещения. Фары будут состоять из нескольких световых источников, адаптирующих форму и интенсивность светового луча к положению автомобиля на дороге. Идет работа над световым источником, расположенным горизонтально под автомобилем (Baroptic фирмы Valeo) и освещением автомобиля от одного источника с использованием оптического волокна (Denso, Visteon), позволяющими сделать осветительные приборы менее заметными, но более эффективными.

Процесс езды в автомобиле будет более приятным, благодаря внедрению ряда новшеств, а именно: специальных покрытий стекла для улучшения обзора, развернутых на 45 градусов фар и ветрового стекла во избежание ослепления лучами идущего навстречу транспорта и сохранения видимости предметов, освещаемых фарами собственного автомобиля.

В соответствии с запросами пассажиров автомобиль может быть "персонифицирован", то есть салон автомобиля может быть дополнен модулями из категории развлекающих технических средств. Например, автомобиль может быть оборудован мобильным офисом с полным пакетом телекоммуникационных средств для того, чтобы водитель или пассажир имели возможность выполнить любой вид работы, связанной с бизнесом. По желанию "владельца" автомобиль может быть укомплектован аудио и видеоаппаратурой, а также техническими средствами развлечения, имитирующими стиль любого столетия. Все автомобили будут содержать минимум электроники, необходимой для управления автомобилем и коммуникацией с новейшими системами управления.

Среди современных тенденций развития автомобилестроения доминирующей является повышение комфортности легкового автомобиля, связанное с растущими запросами потребителя. По мнению экспертов, в ближайшие десять лет 90% инноваций в автомобильной промышленности будут определяться электронными системами и, в частности, программным обеспечением. Уже сейчас на долю электроники приходится четверть стоимости автомобиля, а в ближайшем будущем это значение достигнет 40%, в основном, за счет расширенного использования бортовой электроники и вспомогательных систем, облегчающих процесс управления автомобилем. Автоматическое включение фар, отключение стеклоочистителей, контроль давления в шинах, на самом деле имеют сложные системы управления. К перспективным новинкам стоит добавить систему дистанционной парковки, радар, поддерживающий безопасное расстояние между автомобилями, движущимися в потоке, навигационные системы с функцией оповещения о дорожно-транспортном происшествии. В современном автомобиле увеличивается количество радиокоммуникационных средств. В 2005 г. бортовые аудиосистемы всe чаще будут оснащаться экранами для просмотра фильмов, видеоигр и работы в режиме навигации.

В центре внимания разработчиков так называемые системы X-by-wire или Drive-by-wire (управление по проводам), предъявляющие особые требования к протоколам передачи данных. Перспективным решением является архитектура ТТА (Time Triggered Architecture), ориентированная на срабатывание при наступлении заданного времени. Первое серийное применение в автомобиле продемонстрировано весной 2001 г. на Женевском автосалоне (концептуальный автомобиль Filо, разработанный совместными усилиями итальянских фирм Carrozzeria Bertone и SKF). В автомобиле все педали и рулевое колесо заменены блоком управления, генерирующим сигналы, которые затем обрабатываются в SEMAU (Интеллектуальных электромеханических исполнительных устройствах) - по одному на каждую функцию. Человеко-машинный интерфейс Filo разработан совместно с Sarma, французским авиационным подразделением SKF.

Одним из последних направлений в области развития автомобильной электроники стало упразднение ключа и замка зажигания. В будущем биометрические системы заменят ключи и пин-коды в автомобиле. При помощи отпечатка пальца будет возможно открыть дверь автомобиля, активизировать сотовый телефон или воспользоваться ПК в автомобиле. Основой данной биометрической системы является микросканер с чипом памяти. Микросканер регистрирует и запоминает отпечатки пальцев водителя автомобиля. Разработчики фирмы Delphi создали прототип сканера отпечатков пальцев на консоли автомобиля. Другая биометрическая система базируется на контакте глаза. На расстоянии 70 см система "У" ощупывает зрачок невидимыми инфракрасными лучами и распознает хозяина по радужной оболочке глаза.

Компанией Toyota на Токийском международном автосалоне осенью 2001 года уже представлен концептуальный автомобиль pod использующий биометрическую систему, распознающую состояние водителя.

Кузова всех, за небольшим исключением, современных автомобилей, изготавливаются из того же материала, который еще Генри Форд использовал для производства автомобилей "Model T". В следующем веке сталь сохранит свое преимущество 100-летнего использования и низкой, по сравнению с большинством конструкционных материалов, стоимости.

Уже завоевавшие себе место в автомобильной промышленности алюминий, магний и композиты продолжают участие в борьбе автопроизводителей за снижение веса. "Однако в 2025 г. лидирующие позиции по-прежнему будет занимать сталь", - считает Jeff Dieffenbach, руководитель проекта, IBIS Associates, Wellesley, Массачусетс. Данная компания консультирует в области материалов и производства.

Что, вероятнее всего, изменится - так это технология получения металла. Штампованный несущий кузов, скорее всего, трансформируется в конструкцию типа пространственной рамы, представляющую собой переплетение балок из выдавленных и гнутых профилей.

На Токийском автосалоне 2001 года был представлен концепт Honda Unibox, кузовом, а точнее несущим каркасом, которого служит алюминиевая пространственная рама. Снаружи к ней крепятся наружные панели кузова из пластика. Панели выполнены прозрачными, но как только пассажиров или водителя начнет смущать повышенное внимание окружающих, их можно заменить на панели, окрашенные в любой требуемый цвет, а можно наоборот "раздеть" свою машину до голого алюминиевого скелета. Панелью приборов служит складывающийся выдвигающийся дисплей. Самая необходимая информация проецируется на ветровое стекло, а зеркала заднего вида заменяет широкий панорамный экран, дающий полную картину происходящего за бортом.

Новый этап в разработке активного мониторинга и эргономики, ориентированной на пользователя автомобиля, в общем, и на водителя, в частности - система "iDrive v" - новая концепция дисплея и органов управления, представленная BMW на Франкфуртском автосалоне 2001 г. Философия новой системы состоит в том, чтобы технология соответствовала нуждам водителя, а не водитель подстраивался под требования технологии. Большинство функций управления и контроля упорядочены по степени важности и частоте использования и доступны для водителя без необходимости отрывать взгляд от дороги. Управляющий центр состоит из контроллера и дисплея. Контроллер размещен на центральном подлокотнике и легко доступен для водителя и переднего пассажира. Доступ к необходимой функции отображается на дисплее передней панели. Доступны восемь основных функций: Коммуникации, Навигация, Развлечения, Климат, Статистика, Помощь, Настройки и Сервисная поддержка, каждая из которых разделяется на множество подфункций. Всего можно получить доступ к 270 функциям и подфункциям. В перспективе число функций может быть увеличено до 700. Помимо ручного доступа через контроллер и возможен доступ и через систему голосовой связи. Для этого необходимо только нажать кнопку на руле. Секрет успеха системы iDrive заключается в ее иерархической структуре. Каждая отдельная функция тщательно классифицирована. Наиболее часто используемые функции доступны легче всего. Те же функции, доступ к которым требуется лишь иногда, размещены ниже по иерархии, однако все равно легкодоступны. На BMW 7-серии впервые используется встроенный доступ в Интернет. Помимо обычных функций, таких как адресная книжка, прием и отправка электронной почты, новости и дорожная информация, водителю доступна функция отображения текущего местоположения на дорожной карте в трехмерном виде в перспективе "с высоты птичьего полета" с использованием навигационной системы.

В современном автомобиле большое внимание уделяется системам безопасности. Автоматически поддерживая безопасное расстояние между двумя автомобилями, интеллектуальная система контроля скорости (АСС) нового поколения будет способна не только снизить скорость автомобиля, но и, в случае необходимости, остановить его. Первая подобная система - Night Vision уже устанавливается на автомобили Cadillac. Если все автомобили будут оснащены электронными блоками управления приводом и тормозами, рулевым механизмом, новейшими радарами, навигационными системами и управление будет полностью автоматизировано, то возможность аварий будет исключена полностью. Ни один автомобиль не приблизится к другому на расстояние, ближе допустимого. Оба приблизившихся друг к другу автомобиля с помощью бортового компьютера будут остановлены или уведены друг от друга, чтобы избежать контакта. Это означает, что автомобили не придется разрабатывать как "движущиеся танки" с усиленными элементами (на случай столкновения) и многочисленными системами пассивной безопасности пассажиров. Усовершенствованная радарная система с охватом в 360 градусов будет распознавать не только автомобили, но и другие объекты, например, людей, животных и неодушевленные предметы. Конструкция сидений будет адаптирована под вес и размеры пассажира. Будет также предусмотрен температурный контроль климата в салоне.

В последние 10 лет четко обозначилась тенденция уменьшения рабочего объема двигателей легковых автомобилей с целью снижения расхода топлива и содержания загрязняющих веществ в ОГ. Ожидается замена двигателей седанов среднего класса объемом 2 л и более на двигатели 1,6-1,5 л. Для увеличения мощности двигателя на низких оборотах производители планируют установку стартер-генераторов. Возрастает использование двигателей с непосредственным впрыском.

Классический двигатель внутреннего сгорания, по мнению ряда экспертов, обречен на относительно недолгое существование. Если ближайшие цели по снижению содержания загрязняющих веществ в ОГ будут достигнуты (в рамках борьбы за сохранение экологического равновесия Ассоциация европейских автомобилестроителей поставила следующие цели: в 1998-2000 гг. создание моделей автомобилей с содержанием СО₂ в ОГ 120 г/км, а к 2008 г. довести среднее значение этого показателя для автомобилей всех гамм до 140 г/км. В настоящее время среднее содержание СО₂ в ОГ европейских автомобилей составляет 186 г/км), то придет черед последующих этапов, с постепенным ужесточением требований к токсичности ОГ вплоть до нулевого значения. Вторая причина состоит в том, что во внимание принимаются все компоненты ОГ, а не только СО₂, СО, НС и NOx. В ближайшие 15 лет еще будет достаточно двигателя внутреннего сгорания, оснащенного электроникой, непосредственным впрыском высокого давления (как для бензиновых так и для дизельных двигателей), турбокомпрессором с регулируемой геометрией и фильтром очистки. Параллельно продолжит существование гибридный привод с низким уровнем содержания токсичных веществ. Основными новинками останутся непосредственный бензиновый впрыск, система управления фазами газораспределения и электронное управление дроссельной заслонкой.

"Двигатель внутреннего сгорания доживает свой век", - говорит один из специалистов отдела проектирования двигателей фирмы GM, по понятным причинам пожелавший остаться неизвестным. Однако бензиновый двигатель с искровым зажиганием Н. Отто, запатентованный в 1876 году, и двигатель с воспламенением от сжатия Р. Дизеля, изобретенный в 1873 году, благополучно существуют до наших дней и успешно противостоят всем попыткам заменить их на нечто принципиально новое.

Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля, позднее усовершенствованный на фирме Mazda Motor Corp., и газотурбинные двигатели 60-х годов были полны обещаний. Тем не менее, их низкая эффективность, по сравнению с обычными поршневыми двигателями, препятствовала их широкому распространению.

Проблема использования двигателей внутреннего сгорания в будущем заключается в том, что практически исчерпан ресурс повышения их КПД. В настоящее время даже в наиболее передовых дизельных двигателях с непосредственным впрыском лишь 35% энергии сгораемого топлива преобразуется во вращение коленчатого вала, остальная исчезает в виде тепла. За счет усовершенствования конструкции двигателя, по мнению экспертов, КПД можно увеличить лишь на 5-10%, и этот ресурс к 2025 году будет полностью исчерпан.

Окончательным решением проблемы топлива может стать природный газ, поэтапный переход к широкому использованию которого планируется начать к 2010 г. Будущее автомобилей на альтернативных видах топлива неясно. Mercedes планирует в 2003 г. создание концептуального автомобиля, Peugeot v - не ранее 2010 г. Новые виды топлива изменят конструкцию автомобиля. Топливо может храниться не в резервуаре, а в металлическом абсорбирующем блоке, над которым в настоящее время работают специалисты Toyota. Некоторые конструктивные части автомобиля будут служить топливными резервуарами. Используемый в качестве топлива метанол может быть выработан из различного сырья. Будущее автомобилей на сжиженном нефтяной газе (GPL) полностью зависит от мировых запасов нефтепродуктов. Природный газ (GNV), напротив, доступен в больших количествах. Renault, Peugeot, BMW и Mercedes делают ставку именно на него.

Заключение