Десятилетия инженеры «прикручивали» электротягу к ДВС. Теперь гибридизация ушла на новый виток развития — ДВС «прикручивают» уже к электромашинам и делают это так изощренно, что простому автолюбителю непросто определить особенности новых технологий. Давайте разберемся, что же такое «последовательные гибриды»?
Вообще-то, термина «альтернативные гибриды» в автомобильной индустрии нет. Но здесь мы не собираемся рассматривать гибриды прежних поколений, что были сделаны на базе обычных машин и в основном использовали топливо. Мы поговорим только о тех гибридах, которые могут выступать альтернативой электромобилям. Они устроены по их подобию, способны проезжать на чистой электротяге больше сотни километров, а некоторые из них можно вообще эксплуатировать без топлива.
Интерес к таким «электрогибридам» растет. Покупатель получает преимущества батарейной машины, но не попадает в зависимость от зарядной инфраструктуры и при желании может экономить на топливе, используя для движения более дешевую электроэнергию. С другой стороны, и обобщать преимущества нельзя — гибрид гибриду рознь. Разница между некоторыми моделями огромна.
Сейчас наибольшие рыночные успехи имеют те компании, что выпускают так называемые последовательные гибриды — Li Auto, Voyah, Seres. Но их также производят Exlantix, Rox, Lynk & Co, Zeekr и другие бренды NEV, или сегмента «новых энергетических транспортных средств».
В России таких гибридов уже немало. Принципиальное отличие «последовательных» состоит в том, что у этих автомобилей ДВС лишен механической связи с колесами и работает только на выработку электроэнергии — следовательно, по действующим в России нормам, его мощность не учитывается при расчете налогов. И это не единственный плюс. Как правило, NEV динамичнее аналогов с ДВС, поскольку их тяговые электромоторы обладают значительно большим крутящим моментом. И существенно экономичнее в городе, так как способны при торможении возвращать в батарею до 35–40% ранее растраченной на разгон энергии за счет рекуперации.
Друг от друга «последовательные» отличаются незначительно — мощностью электроприводов и емкостью батареи. Особняком стоят только редкие модели с малым аккумулятором, который вообще не подразумевает подзарядки извне (например, Nissan Note e-Power, прозванный в народе «бензиновой электричкой»).
Назвать последовательные гибриды идеальными, конечно же, нельзя. Достаточно поместить такой автомобиль в условия, когда нет рекуперации («ползучее» движение в пробках или движение с постоянной скоростью на трассе), когда на ДВС/генератор приходится большая нагрузка или он работает в неэффективном режиме (высокая скорость движения), когда в батарее остается слишком мало заряда — и «последовательные» начинают сжигать бензин намного охотнее своих топливных «одноклассников», теряют в динамике, перегреваются и т. д.
От этих проблем пытались избавиться в гибридах параллельно-последовательного типа, конструкция которых подразумевала возможность подключения ДВС к колесам. Любая такая схема усложняет автомобиль, делает его дороже либо подразумевает какие-то компромиссы. Поэтому многие из «альтернативных» гибридов, которые в недалеком прошлом первыми выходили на наш рынок, оказались просто неконкурентоспособными.
В качестве примера на ум приходит Skywell HT-i. Автомобиль имел довольно вместительную тяговую батарею, был оснащен простой и элегантно устроенной «двухмодовой» силовой установкой DM-i, разработанной компанией BYD. Она включала в себя 130 киловаттный тяговый электромотор и атмосферный бензиновый двигатель объемом 1,5 л, работающий по экономичному циклу Миллера. ДВС был механически связан с генератором по последовательной схеме, но через муфту сцепления мог подключаться и к передним колесам прямой передачей, чтобы на шоссейных скоростях передвигаться без потерь на генерацию и использовать параллельную схему при обгонах.
Идея прекрасно работала – позволяла далеко не маленькому переднеприводному SUV и на трассе укладываться в шестилитровый расход на сотню, и в городе сжигать не больше 7–8 л. Компания BYD выпустила уже десятки миллионов машин с силовой установкой DM-i, а некоторые гибриды этого бренда, завозимые к нам серыми дилерами, имели неплохой спрос. Но Skywell HT-i, как и его чисто электрический аналог ET5, в России провалился — из-за малой известности бренда и несоответствия качества машины ценнику.
Еще один пример не слишком удачного захода – гибридные Chery Tiggo 7 Pro и 8 Pro, имевшие в названии приставку e+Hybrid или Plug-in Hybrid. Обе модели были выполнены по многомоторной схеме. ДВС мощностью 147 л.с. отдавал крутящий момент уникальной трехступенчатой Dedicated Hybrid Transmission (DHT). Она представляла собой коробку-робот с урезанным числом передач с двумя интегрированными электромоторами. Один дискообразный, выполняющий роль стартера-генератора на 55 кВт, стоял на приемном валу, а второй мощностью 70 кВт подключался к разным передачам, что в общей сложности давало девять (!) схем преобразования крутящего момента и аж 11 сценариев езды.
Но в столь хитрой системе подачи тяги к колесам, которую китайцы разрабатывали вместе с австрийскими специалистами, проблемным местом оказался переход от разгона к равномерному движению и рекуперации, ограниченной к тому же по мощности. В итоге обе модели, которые и так имели на борту не самые емкие батареи (по 18 кВт·ч), в чисто электрическом режиме проезжали мало, особой экономии топлива не показывали, а стоили при этом ощутимо дороже обычных Tiggo.
Будь у таких гибридов хотя бы полный привод (для чего инженерам требовалось лишь добавить третий электромотор на заднюю ось), немалая цена этих машин выглядела бы для российских покупателей более оправданной.
К слову, полноприводный DHT-гибрид существует. Схема с дополнительным мотором, названная CDM Super Hybrid System, применяется на одной из модификаций EXEED RX, которую тоже планировали вывести на российской рынок, но передумали.
Еще одну интересную реализацию параллельной схемы предложила компания Changan, когда разрабатывала гибридный привод, который мог бы соперничать с DM-i BYD. Там не стали усложнять механику — совместили на одной оси 1,5 литровый 166 сильный ДВС с электромотором на 110 кВт и добавили хитроумную систему из cцеплений (расположены как спереди, так и позади электродвигателя), благодаря чему силовая установка смогла работать и в чисто электрическом режиме, и в параллельном, развивая крутящий момент в 585 Нм (основной вклад — от электромотора). Ну а далее вся эта силища передавалась шестиступенчатым роботом на колеса. Обратный поток крутящего момента для рекуперации тоже «адаптировался» коробкой под силу торможения.
Система получила название iDD. Электрическая часть имела довольно мощную и емкую батарею, обеспечивающую запас хода в 135 км. С мощностью рекуперации или генерации тоже проблем у нее не возникало, что выливалось в реально скромный расход бензина и энергии. Вдобавок в системе управления гибридным приводом предусмотрели огромное множество настроек, профилей и даже сценариев использования автомобиля (например, с приоритетом под ежедневную домашнюю зарядку), до чего конкуренты до сих пор не додумались.
Но кто из простых автолюбителей станет разбираться в этом? А главное, много ли найдется желающих взять кроссовер, который позиционируется как спортивный, но разгонные возможности которого на корню обрезает передний привод?
Всем ранним китайским гибридам была свойственна одна неприятная черта: так как запас хода считался не по фактическому расходу в поездке, а по паспортному, полученному при замерах по методике CLTC, NEDC или WLTP, то счетчики вводили водителя в заблуждение. Борт-компьютер, например, обещал безостановочный пробег в 1000 км, а в реальности уже через 500–600 км машина требовала заправки. У современных гибридов, счетчики которых можно переключить на «динамический» замер расхода, проблемы с оценкой запаса хода уже нет.
А еще у вас могло сложиться впечатление, что параллельно-последовательные схемы дают больше минусов, чем плюсов. В некоторых случаях так и есть — сложность приводов высока, а плюсы от «параллельности» в сложении моментов проявляются далеко не всегда.
Вышеупомянутая марка Voyah в гибридном минивэне Dream PHEV сначала делала ставку на параллельно-последовательную схему, но в новых модификациях Long Range с увеличенной батареей отказалась от нее в пользу более простой и выгодной последовательной схемы.
Гибридные Evolute i-Space вообще сделали для нашего рынка «последовательными» волевым решением. В оригинальных китайских моделях используется трансмиссия HDT300, которая совмещает два электромотора (тяговый и стартер-генераторный) и позволяет направить момент от ДВС к колесам. Но на российских версиях узел подключения из коробки изъят. Благодаря этому i-Space не стали сильно дешевле в производстве, зато вписались в низкие налоги.
Тем не менее новейший Geely EX5 EM-i, который сейчас выходит на российский рынок, выполнен по параллельно-последовательной схеме. В этой модели инженеры сосредоточились на достижении высоких показателей. Гибридная система новинки состоит из 1,5 литрового ДВС с едва ли не рекордным тепловым КПД (46,5%) и трансмиссией E-DHT, включающей в себя 218 сильный электродвигатель, эффективность которого достигает 92,5%. Литий-железо-фосфатная батарея тоже передовая — поддерживает быструю зарядку на высокой мощности и, следовательно, лучше принимает и энергию рекуперации, что сулит высокую экономичность и реально большой запас хода.
Некоторые марки в развитии гибридов и электромобилей с «расширителем диапазона» действия выбрали особые пути. Те же китайские производители выходили на российский рынок с различными схемами параллельно-последовательных гибридных приводов. Одни не получили распространения из-за сложности, другие — по чисто маркетинговым причинам. Однако независимо от схемы для любого гибрида критически важны четыре компонента.
Первый и главный — эффективность генерации, которая выражается тепловым КПД. От него прямо зависит, сколько киловатт-часов будет получено с каждого сожженного литра бензина. В лучших системах достигается показатель 3,5 4 кВт·ч, но это — при оптимальных режимах. Если же не слишком мощный ДВС нагрузить максимальной генерацией в 70–90 кВт, он будет работать буквально на износ и с КПД, меньшим в разы.
Второй критерий — достигаемая мощность рекуперации при торможении. Понятно, что гибрид, который при замедлении может «загонять» в батарею энергию на мощности 60–80 кВт, сможет лучше сберегать ее заряд по сравнению с моделью, у которой максимум рекуперации, например лишь 30–40 кВт. Ограничением здесь, кстати, нередко выступает и батарея — не все типы могут принимать высокие зарядные мощности.
Третий фактор прямо относится к батарее и ее способности накапливать и отдавать энергию. Ее емкость — параметр важный, но не решающий. Если батарея имеет ограничения по допустимым токам в зависимости от уровня заряженности, если у нее узкий рабочий температурный диапазон, то инженерам приходится ломать голову над тем, как эти ограничения обойти, и вводить в конструкцию сложные системы терморегуляции, на работу которых, к слову, также будет тратиться немало энергии.
Ну а четвертым компонентом является карта режимов гибрида. При одних условиях выгодно поддерживать высокий уровень заряда тяговой батареи, при других — на некоем достаточном минимуме. Также и с генерацией — в каких-то случаях выгодна интенсивная, в каких-то циклическая, а в каких-то — и непрерывная. Идеально, чтобы все обстоятельства учитывала сама машина, а не водитель. Так что для инженеров, испытателей и программистов здесь огромное поле для оптимизации систем управления.
Полноценный гибрид выделить среди других легко — он позволяет проходить приличные расстояния как в режиме EV, так и следовать только на топливе, а запасенную электроэнергию использовать лишь тогда, когда это максимально оправданно — к примеру, в городских условиях, для ускорения разгона тяжелого автомобиля или когда нужна контролируемая мощная тяга для преодоления сложных участков бездорожья.
С этой целью в Great Wall Motor разработали целое семейство «умных» приводов под общим названием HI4 (Hybrid Intelligent 4WD). Предназначены они для SUV и внедорожников Tank. Базовая система HI4 подразумевает четырехступенчатую трансмиссию DHT для подключения ДВС (турбомотор объемом 1,5 л), два электромотора общей мощностью до 440 л.с. и выбор тяговых батарей — емкостью от 27 до 52 кВт. В зависимости от конфигурации компонентов система может обеспечивать максимальную автономность на одной зарядке, высокую экономичность, универсальность или малую стоимость (на уровне гибридов с 2WD).
Система HI4 Z, рассчитанная на более крупные автомобили, отличается трехступенчатой трансмиссией, но имеет повышенную производительность электрической части — батарея способна накапливать до 59 кВт·ч, а параллельно-последовательная схема привода может отдавать до 972 л. с.
Однако есть еще система HI4 T, разработанная для тяжелых внедорожников и экстремальных условий эксплуатации. Тут мы видим уже полный арсенал для высокой проходимости: мощный ДВС, девятиступенчатый автомат с пониженным рядом, блокировки и т. д. Электромотор у таких систем один, он развивает до 163 л.с., но в сочетании с ДВС — 395 или 517 л.с. (299 или 422 л.с. с учетом 30 минутной мощности). Служит электромотор здесь и стартером, и генератором, хотя его основное назначение — усиливать в переходных режимах крутящий момент двухлитрового рядного турбомотора или трехлитрового V6. В первом случае максимум достигает 750 Нм, во втором 800 Нм. Cловом, «гибридизация» мирового автопрома идет, и мы продолжаем следить за самыми горячими новинками этих технологий.
