Главная
Статьи
Форум
Lexus RX400h. Электродвижущая сила



Алексей ИСАЕВ

Из этой статьи вы не узнаете, что на Lexus RX400h установлены задние светодиодные фонари, а его аудиосистема относится к премиум-классу. Останется «за кадром» и система помощи при парковке. Мы также не станем сегодня заострять ваше внимание на таких полезных вещах, как: кондиционер с электроприводом, семь подушек безопасности и адаптивное освещение дороги. Лучше перейдем сразу к самому интересному – «ЭлектроДвижущей Силе», скрытой в гибридной силовой установке. При этом мы, конечно же, не сможем пройти мимо системы полного привода E-Four.

В качестве одного из главнейших преимуществ автомобилей с гибридной силовой установкой декларируется беспрецедентное снижение расхода топлива. Немецкий журнал «Auto Bild» провел сравнительный тест Lexus RX400h и Mercedes-Benz ML 320CDI с новым высокотехнологичным шестицилиндровым дизелем. Обе машины прошли более пяти тысяч километров (от Нью-Йорка до Сан-Франциско). В среднем за поездку Mercedes израсходовал 7,62 литра на 100 километров, а Lexus – 8,64! Вывод был сделан неутешительный: гибридная силовая установка пока еще существенно проигрывает дизелю при работе на больших перегонах. При этом она лишь немного эффективнее в условиях «рваной» езды – выигрыш при движении в городском стиле составил всего 0,17 литра топлива на 100 километров.

Первое знакомство

Признаюсь, что подходил я к «умному» автомобилю с некоторой опаской. Как это высокотехнологичное (читай, высокоинтеллектуальное) чудо техники отнесется к моим попыткам им управлять? Конечно, я заранее знал, что при повороте ключа двигатель может и… не завестись (довелось наблюдать бессмысленные попытки крутить этот вроде бы обыкновенный ключ зажигания в разные стороны). В самом деле, какому нормальному водителю с двадцатилетним стажем придет в голову сидеть и нажимать педали в заглохшей (незаведенной) машине?! А ведь так и надо поступать! Более того, оно едет! В общем, все это против выработанных десятилетиями привычек. Приходится кардинально ломать собственную психологию. Но надо признаться, что если прекратить умничать, искать педаль сцепления, рассуждать о дистанцировании водителя от реакций автомобиля и представить себе, что это просто компьютерная игра, то ехать очень даже приятно. На педаль газа машина реагирует вполне адекватно (без задумчивости, присущей гидромеханическим автоматам) и очень динамично, да и управляемость вполне достойная. При этом осознание того факта, что, стоя в пробке, я не засоряю атмосферу ядовитыми выхлопами двигателя внутреннего сгорания, заставляет радоваться маленькое зеленое существо, которое прячется в моей не до конца отравленной городской суетой и дымом душе. Но вместе с тем мне показалось, что при «рваном» движении в городских пробках бензиновый двигатель запускается неоправданно рано. Более того, если ехать в обычном для Москвы ритме, то он заводится при любом минимальном продвижении.

Нежнее, еще нежнее…

Попробовал ехать мягче и трогаться, не вызывая пуска двигателя. И действительно, мне удалось проехать более километра исключительно на электромоторах (батарея оказалась использована менее чем наполовину). Но вот беда – автомобиль попал к нам на тест в морозы под тридцать, а «печка» использует тепло двигателя. В результате его температура сильно упала, и двигатель включился для… обогрева салона. Кстати, если автомобиль оставить включенным и с работающим отопителем, то он будет самостоятельно поддерживать температуру, запуская двигатель для прогрева и зарядки батарей. Последнее производит неизгладимое впечатление на окружающих! В салоне никого, а автомобиль вдруг неожиданно заводится, а потом так же неожиданно глохнет. Ужас!

Странные ощущения

При активной езде с интенсивными разгонами автомобиль демонстрирует отличную динамику. Он как бы дает понять, что не зря носит индекс 400. По крайней мере Lexus RX300, который мы взяли ему в пару, должен был стараться изо всех сил, чтобы держаться в кильватере «гибрида». И все же интенсивные разгоны оставляют странные ощущения. Нет, если не прислушиваться к звуку двигателя, то все хорошо (адекватная, без задержек, реакция на газ), а вот голос мотора вносит некий диссонанс. То он вообще не работает, то выходит на обороты максимальной мощности, и тогда все это начинает напоминать разгон машины с вариатором. Да и стрелочки на дисплее, обозначающие потоки энергии, иногда ставят в тупик: вроде бы интенсивный разгон, двигатель работает на высоких оборотах, а идет параллельная… зарядка батарей. В то же время иногда при слабом разгоне ему на помощь приходят электродвигатели, а обороты ДВС остаются низкими. В результате у меня создалось впечатление, что работа двигателя квантуется на отдельные, наиболее выгодные с точки зрения экологии и расхода топлива режимы, а в промежуточных позициях регулирование идет за счет аккумуляторов.

При трогании с места и движении с малой скоростью ДВС не работает; водило планетарной передачи неподвижно. Эпицикл вращается благодаря электродвигателю, приводя в движение ведущие колеса; кроме того, через сателлиты, вращающиеся на неподвижном водиле планетарной передачи, приводится в движение солнечная шестерня. Соответственно, генератор, который в данный момент не нагружен, электроэнергию не вырабатывает.

При трогании с места и движении с малой скоростью ДВС не работает; водило планетарной передачи неподвижно. Эпицикл вращается благодаря электродвигателю, приводя в движение ведущие колеса; кроме того, через сателлиты, вращающиеся на неподвижном водиле планетарной передачи, приводится в движение солнечная шестерня. Соответственно, генератор, который в данный момент не нагружен, электроэнергию не вырабатывает.

При увеличении скорости движения автомобиля для запуска ДВС производится кратковременная блокировка солнечной шестерни при помощи генератора, что создает (за счет того, что эпицикл вращает сателлиты) усилие, достаточное для перемещения водила и прокручивания соединенного с ним коленчатого вала ДВС. После запуска ДВС крутящий момент от него поступает обратно через сателлиты, находящиеся на вращающемся водиле, на эпицикл и далее на ведущие колеса, а также на солнечное колесо. Здесь необходимо отметить, что агрегат, обозначенный здесь как передний электромотор, на самом деле состоит из совершенно независимых генератора и непосредственно электродвигателя, приводящего переднюю ось. Генератор, вращаемый солнечным колесом, подает электроэнергию через блок регулирования мощности либо на аккумуляторную батарею, либо на электродвигатель в самых разных сочетаниях, а иногда и аккумулятор помогает при разгоне. При равномерном движении, как правило, задействован только передний привод.

При увеличении скорости движения автомобиля для запуска ДВС производится кратковременная блокировка солнечной шестерни при помощи генератора, что создает (за счет того, что эпицикл вращает сателлиты) усилие, достаточное для перемещения водила и прокручивания соединенного с ним коленчатого вала ДВС. После запуска ДВС крутящий момент от него поступает обратно через сателлиты, находящиеся на вращающемся водиле, на эпицикл и далее на ведущие колеса, а также на солнечное колесо. Здесь необходимо отметить, что агрегат, обозначенный здесь как передний электромотор, на самом деле состоит из совершенно независимых генератора и непосредственно электродвигателя, приводящего переднюю ось. Генератор, вращаемый солнечным колесом, подает электроэнергию через блок регулирования мощности либо на аккумуляторную батарею, либо на электродвигатель в самых разных сочетаниях, а иногда и аккумулятор помогает при разгоне. При равномерном движении, как правило, задействован только передний привод.

При увеличении скорости движения автомобиля для запуска ДВС производится кратковременная блокировка солнечной шестерни при помощи генератора, что создает (за счет того, что эпицикл вращает сателлиты) усилие, достаточное для перемещения водила и прокручивания соединенного с ним коленчатого вала ДВС. После запуска ДВС крутящий момент от него поступает обратно через сателлиты, находящиеся на вращающемся водиле, на эпицикл и далее на ведущие колеса, а также на солнечное колесо. Здесь необходимо отметить, что агрегат, обозначенный здесь как передний электромотор, на самом деле состоит из совершенно независимых генератора и непосредственно электродвигателя, приводящего переднюю ось. Генератор, вращаемый солнечным колесом, подает электроэнергию через блок регулирования мощности либо на аккумуляторную батарею, либо на электродвигатель в самых разных сочетаниях, а иногда и аккумулятор помогает при разгоне. При равномерном движении, как правило, задействован только передний привод.
При увеличении скорости движения автомобиля для запуска ДВС производится кратковременная блокировка солнечной шестерни при помощи генератора, что создает (за счет того, что эпицикл вращает сателлиты) усилие, достаточное для перемещения водила и прокручивания соединенного с ним коленчатого вала ДВС. После запуска ДВС крутящий момент от него поступает обратно через сателлиты, находящиеся на вращающемся водиле, на эпицикл и далее на ведущие колеса, а также на солнечное колесо. Здесь необходимо отметить, что агрегат, обозначенный здесь как передний электромотор, на самом деле состоит из совершенно независимых генератора и непосредственно электродвигателя, приводящего переднюю ось. Генератор, вращаемый солнечным колесом, подает электроэнергию через блок регулирования мощности либо на аккумуляторную батарею, либо на электродвигатель в самых разных сочетаниях, а иногда и аккумулятор помогает при разгоне. При равномерном движении, как правило, задействован только передний привод.
При увеличении скорости движения автомобиля для запуска ДВС производится кратковременная блокировка солнечной шестерни при помощи генератора, что создает (за счет того, что эпицикл вращает сателлиты) усилие, достаточное для перемещения водила и прокручивания соединенного с ним коленчатого вала ДВС. После запуска ДВС крутящий момент от него поступает обратно через сателлиты, находящиеся на вращающемся водиле, на эпицикл и далее на ведущие колеса, а также на солнечное колесо. Здесь необходимо отметить, что агрегат, обозначенный здесь как передний электромотор, на самом деле состоит из совершенно независимых генератора и непосредственно электродвигателя, приводящего переднюю ось. Генератор, вращаемый солнечным колесом, подает электроэнергию через блок регулирования мощности либо на аккумуляторную батарею, либо на электродвигатель в самых разных сочетаниях, а иногда и аккумулятор помогает при разгоне. При равномерном движении, как правило, задействован только передний привод.
При увеличении скорости движения автомобиля для запуска ДВС производится кратковременная блокировка солнечной шестерни при помощи генератора, что создает (за счет того, что эпицикл вращает сателлиты) усилие, достаточное для перемещения водила и прокручивания соединенного с ним коленчатого вала ДВС. После запуска ДВС крутящий момент от него поступает обратно через сателлиты, находящиеся на вращающемся водиле, на эпицикл и далее на ведущие колеса, а также на солнечное колесо. Здесь необходимо отметить, что агрегат, обозначенный здесь как передний электромотор, на самом деле состоит из совершенно независимых генератора и непосредственно электродвигателя, приводящего переднюю ось. Генератор, вращаемый солнечным колесом, подает электроэнергию через блок регулирования мощности либо на аккумуляторную батарею, либо на электродвигатель в самых разных сочетаниях, а иногда и аккумулятор помогает при разгоне. При равномерном движении, как правило, задействован только передний привод.
При максимальном ускорении, когда и ДВС, и электродвигатели вращают ведущие колеса, аккумуляторная батарея подает на электродвигатель дополнительную энергию, что повышает мощность на колесах. При этом замедление вращения или даже полная остановка солнечного колеса позволяет направить большую часть крутящего момента ДВС через сателлиты на эпицикл и далее на ведущие колеса. Задняя ось питается только от аккумуляторов. Максимальное ускорение осуществляется на полном приводе.

При максимальном ускорении, когда и ДВС, и электродвигатели вращают ведущие колеса, аккумуляторная батарея подает на электродвигатель дополнительную энергию, что повышает мощность на колесах. При этом замедление вращения или даже полная остановка солнечного колеса позволяет направить большую часть крутящего момента ДВС через сателлиты на эпицикл и далее на ведущие колеса. Задняя ось питается только от аккумуляторов. Максимальное ускорение осуществляется на полном приводе.

При максимальном ускорении, когда и ДВС, и электродвигатели вращают ведущие колеса, аккумуляторная батарея подает на электродвигатель дополнительную энергию, что повышает мощность на колесах. При этом замедление вращения или даже полная остановка солнечного колеса позволяет направить большую часть крутящего момента ДВС через сателлиты на эпицикл и далее на ведущие колеса. Задняя ось питается только от аккумуляторов. Максимальное ускорение осуществляется на полном приводе.
При максимальном ускорении, когда и ДВС, и электродвигатели вращают ведущие колеса, аккумуляторная батарея подает на электродвигатель дополнительную энергию, что повышает мощность на колесах. При этом замедление вращения или даже полная остановка солнечного колеса позволяет направить большую часть крутящего момента ДВС через сателлиты на эпицикл и далее на ведущие колеса. Задняя ось питается только от аккумуляторов. Максимальное ускорение осуществляется на полном приводе.
При торможении электромоторы работают как генераторы, происходит рекуперация электроэнергии и, соответственно, идет зарядка аккумуляторов. Причем в зависимости от интенсивности торможения могут быть задействованы как оба электромотора, так и только передний. ДВС может как работать для создания опорного момента для генератора, так и быть выключенным при неинтенсивном торможении, а может заряжать аккумуляторы.

При торможении электромоторы работают как генераторы, происходит рекуперация электроэнергии и, соответственно, идет зарядка аккумуляторов. Причем в зависимости от интенсивности торможения могут быть задействованы как оба электромотора, так и только передний. ДВС может как работать для создания опорного момента для генератора, так и быть выключенным при неинтенсивном торможении, а может заряжать аккумуляторы.

При торможении электромоторы работают как генераторы, происходит рекуперация электроэнергии и, соответственно, идет зарядка аккумуляторов. Причем в зависимости от интенсивности торможения могут быть задействованы как оба электромотора, так и только передний. ДВС может как работать для создания опорного момента для генератора, так и быть выключенным при неинтенсивном торможении, а может заряжать аккумуляторы.
При остановке двигатель или заряжает аккумуляторы (при этом за счет планетарного делителя мощности вращается только генератор, а на колеса мощность не передается) или автоматически отключается для обеспечения экономии топлива. При наших тестах, проходящих в зимних условиях, двигатель значительное время работал на обогрев салона, так как отопитель питался теплом от двигателя, что не могло не сказаться на общем расходе топлива.

При остановке двигатель или заряжает аккумуляторы (при этом за счет планетарного делителя мощности вращается только генератор, а на колеса мощность не передается) или автоматически отключается для обеспечения экономии топлива. При наших тестах, проходящих в зимних условиях, двигатель значительное время работал на обогрев салона, так как отопитель питался теплом от двигателя, что не могло не сказаться на общем расходе топлива.

При остановке двигатель или заряжает аккумуляторы (при этом за счет планетарного делителя мощности вращается только генератор, а на колеса мощность не передается) или автоматически отключается для обеспечения экономии топлива. При наших тестах, проходящих в зимних условиях, двигатель значительное время работал на обогрев салона, так как отопитель питался теплом от двигателя, что не могло не сказаться на общем расходе топлива.
При начале движения работают только электромоторы обеих осей, и если нет необходимости заряжать аккумуляторы, ДВС может и не запускаться. В нашем случае он работает на обогрев салона.

При начале движения работают только электромоторы обеих осей, и если нет необходимости заряжать аккумуляторы, ДВС может и не запускаться. В нашем случае он работает на обогрев салона.

На этом экране отображается количество энергии, которое удалось сэкономить благодаря использованию рекуперативного торможения. На это изображение значительно влияет стиль вождения.

На этом экране отображается количество энергии, которое удалось сэкономить благодаря использованию рекуперативного торможения. На это изображение значительно влияет стиль вождения.

Силовые потоки

Как вы уже поняли, на центральный дисплей автомобиля можно вывести картинку, наглядно показывающую, каким образом в каждый момент времени используется «бензиновая», электрическая и кинетическая энергия соответственно. Надо сказать, это очень дисциплинирует и побуждает использовать тормоза лишь с интенсивностью, допускающей параллельную работу электродвигателей в режиме генераторов (выработанная энергия аккумулируется). Но вот что интересно: даже при резком торможении на скользком покрытии нет привычного треска АВС! Дело в том, что на автомобиле установлена тормозная система с электронным управлением (ECB), которая работает по не вполне привычному алгоритму. Специальный датчик определяет силу нажатия на педаль тормоза, и система регулирует давление в гидравлическом контуре каждого колеса отдельно. При этом происходит совмещение усилия от собственно тормозных механизмов с усилием, возникающим при рекуперации энергии в электромоторах.

Технологии в стиле Stealth

По утверждению главного инженера исследовательского центра Lexus Осаму Садаката (он непосредственно участвовал в разработке RX400h), все вышеперечисленные особенности поведения автомобиля являются следствием использования так называемых «технологий-невидимок». Водитель скорее не управляет автомобилем, а просто намекает ему о своих желаниях. В результате происходит дистанцирование от реакций автомобиля. Например, когда при езде по горной дороге полигона я попытался найти с машиной общий язык в скольжениях, то был удивлен отсутствием информативности рулевого управления (в обычных условиях движения он передавал дорожную информацию вполне адекватно). Совершенно не чувствовалось привычного изменения усилия при начале скольжения колес. Усилие на руле было таково, что казалось, будто автомобиль просто едет в заданном направлении. При этом я отчетливо видел, что скольжение уже началось, да и система курсовой устойчивости явно блокировала повышение тяги на колесах и пыталась воздействовать на тормоза. Позднее, разбираясь с описанием работы системы интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM), я обнаружил, что она ответственна и за алгоритм работы электроусилителя рулевого управления. Другими словами, система имеет алгоритмы воздействия на него, доворачивая руль или, наоборот, противодействуя водителю, совершающему неправильные, по ее мнению, действия. Особенно это проявляется на грани скольжения. Так, при разгоне на поверхности с неравномерным коэффициентом сцепления под левыми и правыми колесами возникает момент, поворачивающий автомобиль в сторону. На рулевое колесо сразу же подается момент, помогающий водителю скорректировать курс. С одной стороны, это хорошо, так как снижает требования к квалификации пилота, а с другой – плохо, так как вышеуказанные действия лишают его необходимой информации о состоянии дороги. Другой случай активации системы наступит, если водитель при торможении в повороте будет прилагать к рулю слишком большие усилия, могущие привести к заносу. В этом случае система будет активно этому противодействовать, прилагая противоборствующий момент. Но вместе с тем надо признать, что в целом система отлично проработана, и при нормальной эксплуатации такого рода конфликтов практически не возникает. Она не только облегчает управление, но и делает его более приятным.  

Основной инстинкт

Как носители звериных офф-роуд-инстинктов, мы, разумеется, не могли не загнать это высокоинтеллектуально-гибридное создание куда-нибудь подальше от его среды обитания (ровных дорог). Поскольку болота, к нашему сожалению (и, соответственно, к его радости), замерзли, нам пришлось довольствоваться снегом. Ну а чтобы бензоэлектрическому полноприводнику было не скучно, к нему присоединился дорестайлинговый Lexus RX300. Правда, корректных сравнительных испытаний в итоге не получилось… «Гибрид» был обут в зимнюю шипованую резину Nokian Hakkapelita 235/60R18, а RX300 – во всесезонные «колеса» Bridgestone Dueler 215/70R16. При попытке переставить колеса обнаружилось, что передние тормоза 400-й модели значительно большего размера, и диски от RX300 на них просто не вставали. Но в любом случае на дорогах с низким коэффициэнтом сцепления тенденции поведения  обеих машин просматривались достаточно явно.

Несмотря на летнюю резину и отсутствие противобуксовочной системы, «обычный» RX300 на неглубокой снежной целине показал лучшие результаты, чем «гибрид» на «шиповке». Он исправно пробивал колею, а когда останавливался, то мог без посторонней помощи сдать назад и повторить попытку. В общем, всем своим поведением давал понять, что даже после метели, по занесенной дороге, он с легкостью доберется до дачи (конечно, если не зароется, буксанув). С «гибридом» другая история: как только передние колеса проворачивались, пробуксовочная система снижала момент настолько, что автомобиль просто не мог стронуться с места. Однако он был в состоянии раскачиваться вперед-назад, потихоньку пробивая колею, и продвигался вперед, пока не становилось слишком глубоко. Одна беда – на песке или вязкой глине эта тактика, я думаю, не сработает.

А между тем разница в поведении машин становилась все более очевидной. Например, при попытке забраться на сугроб RX300 исправно буксовал обоими мостами, кидал снег и в результате практически выполнил задуманное, а вот RX400h сдался, лишь его передние колеса уперлись в сугроб и провернулись. Попутно выяснилось, что от электропривода задней оси помощи практически никакой – колеса даже не пытаются буксовать, несмотря на то, что стоят на голом льду. Похоже, мы зря не поверили инструкции, прилагавшейся к данному автомобилю. Ведь там черным по белому было написано, что Lexus RX400h не предназначен для эксплуатации на бездорожье.

Гибридное послесловие

В целом Lexus RX400h показал себя автомобилем, приятным во всех отношениях. Ну разве что кроме внедорожных... Специальных замеров потребления топлива мы, к сожалению, не вели, но, по показаниям бортового компьютера, средний расход при езде по городу и перегоне до полигона составил 11,7 литра на 100 километров. Для сравнения: у Lexus RX300 в аналогичных условиях расход превысил 18,5 литра, что не удивительно, учитывая сильный мороз.

Выходит, гибридные технологии действуют! Даже несмотря на некоторую изоляцию водителя, поведение машины на дороге оставляет очень приятное впечатление. Может быть, это и есть магистральный путь развития техники? Ругали же мы в свое время гидроусилители. А ныне – куда же без них?

Технические характеристики Lexus RX400h (данные производителя)
Привод
Максимальная мощность (кВт/л.с.) 200/272
Максимальное напряжение в системе привода (В) 650
Двигатель
Рабочий объем (см3) 3311
Тип двигателя V6
Максимальная мощность (л.с. (кВт) при об/мин) 211(155)/5600
Максимальная мощность (кВт при об/мин) 155/5600
Максимальный крутящий момент (Нм при об/мин) 288/4400
Передний электродвигатель
Максимальная мощность (кВт при об/мин) 123/4500
Максимальный крутящий момент (Нм при об/мин) 333/0-1500
Максимальная частота вращения ротора (об/мин) 12 400
Максимальное напряжение (В) 650
Задний электродвигатель
Максимальная мощность (кВт при об/мин) 50/4610-5120
Максимальный крутящий момент (Нм при об/мин) 130/0-610
Максимальная частота вращения ротора (об/мин) 10 752
Максимальное напряжение (В) 650
Аккумуляторная батарея высого напряжения
Тип никель-металлгидрид
Максимальная мощность (кВт при об/мин) 45/61
Напряжение (В) 280
8-элементные модули 30 (240 элементов по 1,2 В)
Емкость, А-ч 6,5
Трансмиссия
Тип коробки передач E-CVT (бесступенчая с электронным управлением)
Передаточное число главной передачи пер. – 3,137, зад. – 6,859
Масса
Снаряженная масса (кг) 2000
Разрешенная полная масса автомобиля (кг) 2505
Эксплутационные характеристики
Максимальная скорость (км/ч) 200
Разгон 0-100 км/ч (с) 7,6
Расход топлива (л/100 км)
Загородный цикл 7,6
Городской цикл 9,1

Редакция благодарит за предоставленные автомобили
представительство Toyota Motor
и компанию «АвтоПрогресс»
тел. (495) 772-49-31
www.autoprogress.ru


Передний силовой агрегат

В состав переднего силового агрегата входят: передний электродвигатель, генератор, планетарный делитель мощности и редуктор, уменьшающий частоту вращения выходного вала. Главная передача имеет передаточное число 3,137. Передний силовой агрегат не только компактен и тих в работе, но благодаря отсутствию муфт, ремней, клапанов и гидравлики он не требует больших затрат на техническое обслуживание и очень долговечен. Общая масса агрегата составляет 118 кг, т.е. он на 25 кг тяжелее 5-ступенчатой автоматической коробки передач.

Для достижения высоких эксплуатационных показателей RX400h потребовался компактный электродвигатель беспрецедентной мощности. В гибридной системе Lexus используется синхронный двигатель переменного тока высокоэффективной бесщеточной конструкции, охлаждаемый водой и маслом. Ротор состоит из набора стальных электромагнитных пластин и неодимовых постоянных магнитов V-образной формы, что позволяет получить максимальную мощность и крутящий момент. Одно из свойств планетарной передачи: у механизма, у которого остановлено водило, оси сателлитов неподвижны, и передача обращается в обычный механизм с неподвижными осями колес, то есть в обычный редуктор. Охлаждаемый водой и маслом генератор переменного тока, так же как и электродвигатель, синхронный. Высокая скорость вращения ротора позволяет вырабатывать энергию, достаточную для питания электродвигателя, существенно повышая мощность на средних оборотах и улучшая разгонную динамику RX400h на малых и средних скоростях движения.

Новый силовой агрегат обладает наибольшей в мире мощностью для своих размеров и массы (выходная мощность 123 кВт/167 л.с. при 5400 об/мин) и крутящим моментом 333 Нм в диапазоне от 0 до 1500 об/мин.

 


Парад планет

Из курса «Детали машин» известно, что планетарная передача – это механизм для передачи вращательного движения цилиндрическими или коническими зубчатыми (реже фрикционными) колесами, в состав которого входят т.н. сателлиты (колеса, совершающие сложное движение и имеющие подвижную ось вращения). Подвижное звено, на котором укреплены оси сателлитов, называется «водило». Неподвижное звено, относительно которого вращаются сателлиты, называется «эпицикл». Если же эпицикл не является неподвижным, то планетарная передача приобретает свойства дифференциального механизма, у которого скорость вращения выходного звена (в нашем случае – эпицикла и связанных с ним передних колес) определяется соотношением скоростей вращения двух входных звеньев (в нашем случае – двигателя и генератора).


Делитель мощности

Планетарный делитель мощности является ключевым звеном гибридной силовой установки RX400h и представляет из себя дифференциальный механизм, состоящий из планетарной передачи, установленной соосно с коленчатым валом ДВС, с генератором и передним электродвигателем, и разбивающий поток мощности на два. Первый, с добавлением при необходимости мощности от электродвигателя, идет механическим способом к передним ведущим колесам и обеспечивает высокий КПД установки. А второй идет на генератор и является одновременно управляющим, так сказать опорным, для первого. С увеличением загрузки генератора, что легко достигается при помощи электронной системы управления, растут и моменты на валу ДВС, на эпицикле от которого, через редуктор и дифференциал, и приводятся передние колеса. При этом поток мощности, идущий с генератора, может быть направлен или на сохранение в аккумулятор, или на электродвигатель для увеличения крутящего момента на колесах (или в обоих направлениях сразу). Если исключить из этого списка аккумулятор, то получится бесступенчатая трансмиссия с электронным управлением (E-CVT), которая и является главной изюминкой этого агрегата: в ней крутящий момент ДВС распределяется между эпициклом и солнечной шестерней в соотношении 72:28. Это позволяет реализовать все режимы, предусмо-тренные в гибридной силовой установке (HSD), причем с очень высоким КПД.

Ведь 72% мощности ДВС передаются через зубчатые зацепления, а на сегодняшний день у такого способа наивысший КПД. Оставшиеся 28% передаются через классическую электротрансмиссию: генератор – электромотор; максимальный КПД у нее невысок (но даже большие потери от маленькой доли мощности несущественно отражаются на общем КПД), но зато стабилен во всем диапазоне нагрузок, и, что немаловажно, такая трансмиссия легко управляется. В результате ДВС и электродвигатель всегда работают в наиболее выгодном в данный момент режиме вне зависимости от скорости движения автомобиля. В итоге система E-CVT, устанавливаемая на RX400h, обеспечивает плавное ускорение; моменты переключения, характерные для традиционных коробок передач, отсутствуют, а КПД выше, чем у большинства вариаторов, и при этом есть возможность накопления и рекуперации энергии.

Конструктивно для разделения потока мощности ДВС на два направления используется планетарная передача, задействованная особым образом. Генератор связан с солнечной шестерней. ДВС связан с водилом планетарной передачи. Электродвигатель через редуктор связан с эпициклом, который, в свою очередь, связан с дифференциалом, приводящим в движение ведущие колеса. Такая схема позволяет передавать мощность на межколесный дифференциал от ДВС, от электродвигателя либо от обоих источников одновременно. Скорость движения автомобиля определяется частотой вращения эпицикла.


Аккумуляторная батарея высого напряжения

В состав гибридной силовой установки RX400h входит новая аккумуляторная никель-металлгидридная батарея повышенной мощности напряжением 288 В. С помощью электронного блока управления гибридного автомобиля (HV-ECU) батарея связана с контрольным блоком, который отслеживает степень зарядки аккумуляторной батареи, выявляет неисправности, осуществляет бесперебойное управление и контролирует работу вентиляторов охлаждения батареи.

Батарейный модуль массой 69 кг состоит из 8 блоков. Каждый блок состоит из 30 шинных модулей, подключенных параллельно. Весь батарейный модуль разделен на 3 секции, поэтому стало возможно разместить его под задними сиденьями, при этом сиденья можно складывать.

Никель-металлгидридная батарея и непосредственно связанные с ней компоненты, в частности система охлаждения, находятся в герметичном металлическом кожухе. Кожух соответствует требованиям безопасности, защищая пассажиров от воздействия электромагнитных полей.

Поскольку аккумуляторная батарея постоянно подзаряжается при работе системы гибридного привода, она не требует подзарядки от внешних источников в течение всего срока службы автомобиля. Но вот что интересно: в соответствии с инструкцией по эксплуатации автомобиля, при стоянке более двух недель батарея может разрядиться, и тогда автомобиль надо транспортировать в сервис на зарядку, так как именно она обеспечивает запуск двигателя, а не 12-вольтовая, а зарядить ее в домашних условиях невозможно.


Задний агрегат

Задний силовой агрегат состоит из электродвигателя с постоянными магнитами и рабочим напряжением 650 В, который в нужный момент вращает задние колеса; тем самым реализуется система полного привода с электронным управлением. Мотор и вспомогательный трехвальный редуктор объединены в общем компактном картере. Масса агрегата составляет 40 кг.

Задний агрегат RX400h включается и отключается сложной системой интегрированного управления динамикой автомобиля, которая работает совместно с блоком регулирования мощности. Он не имеет механической связи с передним агрегатом. Необходимость в межосевом дифференциале и карданной передаче отсутствует.

Задний электродвигатель воздушного охлаждения оборудован постоянными магнитами. Частота вращения ротора – до 10 752 об/мин. Электродвигатель развивает мощность 50 кВт/67 л.с. (DIN) в диапазоне 4610–5120 об/мин и крутящий момент 130 Нм в диапазоне 0–610 об/мин, приводя в движение задние колеса через редуктор с передаточным отношением 6,859.

 


Электроусилитель рулевого направления

Для экономии электроэнергии применен усилитель рулевого управления с электроприводом, за счет чего расход топлива снижается примерно на 1,5%. Конструкция усилителя нетрадиционная и очень прогрессивная, я думаю, за ней будущее. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока на 42 В вращает не рулевой вал, как обычно, а через механизм, носящий название «шариковая гайка», перемещает непосредственно рейку. Это дает возможность плавно менять характеристику усилителя, получить высокий КПД, низкий уровень шума, и, что самое главное, трения. А все это вкупе позволяет получить хорошую обратную связь и соответственно чувство дороги.


Лабораторная работа с «цепными псами»

Чтобы определить, насколько эффективно (с точки зрения покорения бездорожья) работает система полного привода автомобилей, мы решились на следующий эксперимент. Оба испытуемых были посажены «на цепь», а их передние колеса (сначала одно, а потом и весь мост) стали самым беспардонным образом отрывать от дороги домкратом. Первым подопытным стал Hybrid. Когда все четыре его колеса стояли на полу «пыточной», он показал тягу 850 кгс, причем усилие ограничилось пробуксовкой передних колес. После этого система контроля тяги ограничила момент на буксующих колесах, и дальнейшее нажатие на педаль газа ничего не меняло. Большая часть от выданного усилия была зафиксирована еще до запуска бензинового двигателя, на электромоторах! Когда одно переднее колесо было поднято, тяга достигла лишь 450 кгс. Некоторое время переднее колесо вращалось в воздухе (тяга составляла около 100 кгс). С увеличением нажатия на педаль газа противобуксовочная система «спохватывалась», начинала подтормаживать буксующее колесо, и в результате тяга скачкообразно возрастала до указанного значения.

Очень интересный эффект вызвало вывешивание всего переднего моста: когда оба передних колеса крутились в воздухе (читай, стояли на льду), система фактически капитулировала! Тяговое усилие автомобиля колебалось между 50 и 70 кгс, хотя при заявленном крутящем моменте заднего электродвигателя 130 Нм и радиусе колеса 351 мм оно должно было бы составлять 258 кгс. Впрочем, последнюю величину тоже нельзя признать достойной внедорожника, особенно если учесть, что доля массы, приходящаяся на заднюю ось, составляет 887 кг. Причина такого поведения системы, как мне кажется, заключается в том, что генератор вращается двигателем через дифференциальный планетарный механизм (его момент разделяется на два потока – к колесам и к генератору). И если момент на передних колесах минимален (они крутятся в воздухе или стоят на скользкой поверхности), то и к генератору он не поступает, то есть все происходит как в обычном дифференциале. Когда одно колесо висит в воздухе, на другое момент просто не передается. Причем система управления, чтобы не допустить разрядки батарей, ограничивает подвод энергии к заднему электромотору. Так что правы были японцы, написав в инструкции по эксплуатации Lexus RX400h: «Автомобиль не предназначен для эксплуатации в тяжелых дорожных условиях». С такими характеристиками тяги его и к полноприводным кроссоверам можно отнести с большой натяжкой. Последнее, кстати, тут же и доказал RX300, продемонстрировав вполне достойную тягу в 1400 кгс на четырех колесах (несмотря на общую массу, на 260 кг меньшую, чем у RX400h), причем в данном случае усилие ограничилось пробуксовкой колес обеих осей. Правда, при вывешивании одного переднего колеса усилие упало до 100–150 кгс – сказалось отсутствие противобуксовочной системы. Но здесь необходимо отметить, что на послерестайлинговых автомобилях она уже есть.

Итак, на основе полученных данных и анализа работы системы в движении можно сделать вывод, что система полного привода E-Four предназначена прежде всего для коррекции характеристик управляемости и увеличения эффективности рекуперации энергии торможения, а отнюдь не для повышения проходимости. Если учитывать тот факт, что для RX400h во главу угла ставится топливная экономичность, то самым логичным шагом будет отказаться от привода задней оси (что, видно, и было задумано изначально). Кстати, небольшой энергетический казус: мощность электродвигателя передней оси равняется 123 кВт, соответственно, суммарная мощность электродвигателей существенно превышает мощность источников тока, а при отказе от заднего привода все становится логично. Может быть, так оно и планировалось?...


Евгений СПЕРАНСКИЙ. Драйв-эксперт ORDОн просто уйдет с траектории
Евгений СПЕРАНСКИЙ. Драйв-эксперт ORD

Автомобиль с гибридной трансмиссией оборудован системой стабилизации курсовой устойчивости. Но на скользком покрытии эффективность ее невысока. И если водитель ошибается со скоростью начала выполнения маневра, то он просто уйдет с траектории движения. В занос автомобиль идет очень неохотно, то есть при сбросе газа есть попытка бокового скольжения, но очень слабая. При довороте руля система начинает активно вмешиваться только при больших углах поворота, давая время проявиться сносу. Интересным моментом оказалась работа трансмиссии на снежной целине. Она обеспечивает лучшее реактивное действие на педаль подачи топлива, чем гидромеханическая трансмиссия! Это, в свою очередь, дает возможность применять «раскачку» подачей топлива. Автомобиль RX300, напротив, обладает высокой склонностью к заносу (особенно это проявляется при замедлении в повороте), поскольку он не оборудован системой стабилизации курсовой устойчивости. При сбросе газа автомобиль уходит в занос практически мгновенно, а если двигаться в повороте равномерно, то у автомобиля оказывается большой запас недостаточной поворачиваемости, а при разгоне опять возникает достаточно резкий занос.

На приборной панели RX400h появился необычный прибор – указатель мощности, а надпись READY говорит о готовности двигаться вперед.
На обычном с виду дисплее необычная информация, а тривиальный рычаг управления трансмиссией скрывает удивительный агрегат.
На RX400h устанавливается бензиновый двигатель V6 объемом 3,3 л модели 3MZ-FE. Однако для обеспечения совместимости с гибридной силовой установкой он претерпел существенную модификацию систем впуска, выпуска, охлаждения и управления. В двигателе отсутствуют стартер, генератор и приводной ремень. Для запуска используется генератор гибридной силовой установки.
На неглубокой снежной целине электропривод задней оси повел себя не лучшим образом. В результате новинка вчистую проиграла модели с механической трансмиссией. Не спасло и преимущество в шинах.
На заднюю ось гибридной версии передается слишком малый момент. В результате задним колесам не хватает сил даже на пробуксовку.
На заднюю ось гибридной версии передается слишком малый момент. В результате задним колесам не хватает сил даже на пробуксовку.
Приводимый момент снижался, как только передние колеса RX400h проворачивались

По материалам сайта http://www.off-road-drive.ru









Рейтинг@Mail.ru