Догонялки в стиле «хай-тек». «Экологическое будущее» АвтоВАЗ: каким оно будет?

В сентябре в НТЦ АвтоВАЗ прошла 75-я международная научно-техническая конференция на тему «Перспективы развития автомобилей. Развитие транспортных средств с альтернативными энергоустановками». Само мероприятие было организовано под эгидой Ассоциации автомобильных инженеров РФ (ААИ), поэтому в Тольятти удалось собрать представителей практически всех наших основных автопроизводителей и поставщиков компонентов соответствующего профиля. Но, конечно же, тон большинству дискуссий задавали вазовцы. Кроме того, что эта конференция стала хорошей площадкой для обмена мнениями на тему «В каком же, всё-таки, направлении будет развиваться индивидуальный транспорт», она позволила предприятию провести небольшой бенефис своих перспективных разработок — несколько машин выставили прямо у входа в НТЦ. Насколько по этим образцам можно судить о направлениях развития, выбранных ВАЗ на ближайшее будущее? Отстал ли тольяттинский завод от общемировых трендов или находится в авангарде прогресса? Давайте разбираться.

Конференция началась с доклада Евгения Шмелёва, вице-президента ВАЗ по техническому развитию.

Тема его выступления в общем контексте конференции выглядела провокационно: «Экологический транспорт в России — зачем?». Шмелёв сразу сослался на результаты социологического опроса Appleton Mayer (опрошено 300 000 человек), из которого следовало: в России у массового потребителя нет потребности в экологическом транспорте, «за» высказалось менее 1% респондентов, против — 82%. Для сравнения: наибольшая социальная поддержка экологическо-транспортных инициатив наблюдается в Токио, Шанхае и Сеуле (30, 26 и 24 процента «за» соответственно). Москва же на последнем месте из десятка крупнейших мировых столиц. По мнению Шмелёва, причины и в дороговизне (первый серийный электромобиль на нашем рынке, Mitsubishi i-Miev, стоит как пять «Приор»), и в эксплутационном несовершенстве. У электромобиля и другая структура затрат в период его эксплуатации: экономя на энергии, пользователь проигрывает во многом другом, по совокупности электромобиль выходит дороже обычного примерно в 2,5 раза, и в ближайшее время этот дисбаланс сохранится.

Инфраструктурная проблема на сегодняшний день нигде не решается без участия государства. Шмелёв привёл в пример Германию, которая последовательно реализует программу перевода части транспортных средств на электротягу. Так вот, только до 2017 года в небольшой Германии на это уйдёт 12 млрд евро. Сопоставимые инвестиции планирует и Китай — до 15 млрд долларов, при которых сети зарядных станций появятся в 40 крупных городах. И это без учёта госдотации на покупку электромобиля, которая в Китае составляет $8 800.

Но, с другой стороны, электромобилизация подстёгивает прогресс: объём рынка новых компонентов (силовой электроники, двигателей, аккумуляторов) к 2020 году будет составлять 75 млрд долл. Плюс создаст дополнительные сервисные структуры — ремонтную, утилизационную, телекоммуникационную и др. По словам Шмелёва, Европа, Китай и США уже создали «дорожные карты» (планы развития), в которых гибриды и электромобили к 2020 году количественно составят конкуренцию машинам с ДВС.

Теперь вернёмся в Россию. Наш автопарк стремительно стареет: несмотря на программу утилизации доля машин старше 10 лет с 2007 года, когда их было 45%, увеличилась к году нынешнему до 78%. На 50% устаревших автомобилей приходится до 80% всех вредных выбросов от автотранспорта. То есть экологическая ситуация ухудшается. Так вот, по мнению Шмелёва, у нас нет ни времени, ни денег на эксперименты с электромобилями, наша ближайшая задача — заменить старый парк машинами Евро-4. В отличие от электромобилей, это понятно как сделать и это сделать реально. В цифрах это выглядит так: для того чтобы к 2020 году в эксплуатации не осталось машин, произведённых до 2007 года (то есть до класса Евро-3), нужно ежегодно утилизировать 3,2 млн. Сейчас машины старше 14 лет составляют 54% автопарка России, и если идея Шмелёва начнёт реализовываться, то к 2020 году их не останется вовсе, а парк новых автомобилей с нынешних 27% увеличится до 45%. Это и будет решением экологической проблемы России.

Шмелёв не отвергает электромобилизацию как таковую, он просто считает её для ВАЗ неактуальной, предлагая продолжать совершенствование классических автомобилей. В зале, где собрались в основном адепты «электричества», это звучало смело.

Тезисы и тем более выводы Шмелёва небесспорны. Они, кстати, многажды и в разных вариантах были опровергнуты другими докладчиками. Но Евгений Николаевич — лицо, определяющее техническую политику ВАЗ. Поэтому дальнейшие разговоры о работах тольяттинского автозавода по «альтернативным» направлениям свелись к техническому обоснованию выбора тех или иных решений и их демонстрации. И, как оказалось, там есть на что посмотреть.

Вице-президент по техническому развитию АвтоВАЗ Евгений Шмелёв и главный конструктор Сергей Курдюк в президиуме конференции

Если вспомнить историю ВАЗ, то направление по разработке электромобилей всегда (точнее, с 1975 года) развивалось довольно активно. Эти работы поддерживали первый директор ВАЗ Виктор Поляков и главный конструктор Владимир Вершигора. Специальное бюро построило множество электропрототипов, некоторые были весьма совершенными по меркам тех лет. На рубеже 1970-80-х годов ВАЗ даже выпустил около полутора сотен электрофургончиков на базе ВАЗ 2102, которые работали в Тольятти и других городах. В 1979 году главным конструктором ВАЗ стал Георгий Мирзоев, давший новый импульс таким разработкам, тогда появилось семейство электромобилей «Пони» (один прогулочный электрокар и три разных электрогрузовика). Потом строили электромобили на базе «Оки» (и даже побеждали в международных экоралли), гольфкары, специальные машины, концепт-кары «Гном» и «Эльф»…

Подробнее почитать про историю электромобилей ВАЗ можно здесь, здесь и здесь.

В общем, история постройки электромобилей у ВАЗ богатая. Правда, в ней существует значительный временной пробел — с конца 1990-х до нынешнего времени, когда заводу было не до экспериментов. Но, к счастью, на заводе остались люди, стоявшие у истоков электромобилизации, — Георгий Мирзоев и Сергей Ивлев. Под их началом и начался новый этап разработок, уже на современном уровне.

Две электро-«Калины» были сделаны ещё в прошлом году, но показали их публике только сейчас. «Калина»-электро получила изящное название ELLada и индекс ВАЗ 1817.

На первый взгляд, машина получилась не хуже западных аналогов: заявленный пробег на одной зарядке 160 км, снаряженная масса 1300 кг, срок службы тяговых батарей — 3000 циклов (около 5 лет). Прорыв? Не торопитесь. Давайте посмотрим на конструкцию.

ELLada построена на готовых узлах и элементах (в этом её принципиальное отличие от прежних вазовских электроконструкций, где двигатели, аккумуляторы и системы управления делались самим заводом либо подрядчиками по жёстким вазовским ТЗ). Основа — литий-железофосфатные батареи Thunder Sky китайского производства. Суммарное напряжение — 256 Вольт. Полный заряд занимает 8,5 часа. Причём батарея состоит из 80 аккумуляторов и при зарядке система контролирует каждый их них по отдельности.

Двигатель трёхфазный асинхронный, переменного тока, номинальной мощностью 30 кВт (максимальная — до 60 кВт). Мотор и контроллер управления — некой швейцарской фирмы, название которой, по мнению представителей ВАЗ, «разглашать совершенно не нужно» (вероятно, потому, что на них тоже можно обнаружить лейблы «Made in China»). Всё электрооборудование весит примерно 240 кг, но, так как ДВС изъят, по сравнению с обычной «Калиной» ELLada весит всего на 120 кг больше.

ELLada — машина фактически бестрансмиссионная, там нет коробки передач, остались только редуктор и дифференциал. Говорят, что момента хватает на любых оборотах.

ELLada существует в двух экземплярах — один презентационный, второй — испытательный. Уже пройдены тесты на электромагнитную совместимость, на шум, тормозную динамику, управляемость, пробег в комбинированном цикле. Испытан отопитель (разумеется, электрический).

Теперь главное. Как сказал один из разработчиков «Эллады» Владимир Палчевский, только электродвигатель с контроллером обошлись заводу в 30 000 долларов (говорят, можно купить и за 12 000, если делать это без посредников, напрямую у производителей). Батарея — ещё около 10 000 долларов.

Владимир Палчевский

Теперь прикидываем экономику проекта, так сказать, по нижней планке: себестоимость ELLada выходит за 25 000 долларов! Это без учёта необходимых инвестиций в производство. Со всеми же затратами продавать такую машину дешевле чем за 33-34 тыс. долларов никак не получится. Видимо, поэтому Шмелёв на небольшой пресс-конференции сказал: производство электромобилей ВАЗ не планирует, это просто поисковые работы, чтобы быть «в теме».

Немного оптимистичнее смотрит на вещи главный конструктор Сергей Курдюк, который не исключает доведения «Эллады» до мелкосерийной сборки, по конкретным заказам. Но всё равно, до планов Renault и Nissan с их сотнями тысяч электромобилей в год ВАЗ потребуется вечность.

Но вечности в запасе у ВАЗ нет. Что бы там ни говорил Шмелёв, тольяттинцы обречены в ближайшие годы работать по этой тематике всё серьёзнее и серьёзнее, такова мировая тенденция, нравится она акционерам ВАЗ или нет. Готовый набор электрических агрегатов — это быстро и удобно, но тогда производитель становится заложником иностранных поставщиков, которые не партнёры даже, а просто продавцы. Существенно понизить себестоимость электромобиля и обезопасить себя от капризов китайских товарищей можно только одним путём — размещением заказов на аналогичные узлы на отечественных заводах. Ничего нереального в этом нет: в Новосибирске почти построен завод по литий-ионным АКБ, электродвигатели и электронику тоже есть где изготовить. Именно так поступал ВАЗ 20-30 лет назад, находясь за «железным занавесом». И ведь получалось! Это направление не получило тогда развития в отсутствие социально-государственного заказа, теперь же его сформировать гораздо проще. Да что там: жизнь его сама довольно скоро сформирует!

Но на всё это потребуется много времени и много денег. С точки зрения быстрого внедрения более реальным выглядит другой проект. Это гибридный автомобиль, созданный в НИИАЭ (НИИ автоэлектроники) в рамках государственной инвестиционной программы, курируемой Минпромторгом. Гибрид НИИАЭ тоже базируется на «Калине», но он дешевле, проще и создан целиком на отечественных агрегатах.

Уточним: гибриды бывают разные, так даже называют системы с простой функцией «старт/стоп». Так вот, гибридомобиль от НИИАЭ — это «средний» гибрид, совмещающий в себе «старт/стоп», электрическую машину, расположенную между двигателем и трансмиссией, 36-вольтовую батарею из трёх АКБ и суперконденсатор для максимально эффективного использования режима рекуперации.

Согласно техническому заданию, стоимость всего установленного оборудования не должна превышать 40 000 руб. Поэтому в НИИАЭ вынуждены были применять самые простые и недорогие решения. Электрическую машину сделали бесконтактной, где статор и ротор не имеют постоянных магнитов и даже подшипников. По сути, там только алюминиевый корпус, шифтованное железо и обмотки. Себестоимость такого электродвигателя — около 8 тыс. руб. Для сравнения: сходный по отдаче вентильный мотор на постоянных магнитах стоит больше 20 тыс., из-за того, что магниты нынче дороги. В двигательном режиме этот мотор имеет мощность 10 кВт, в генераторном — примерно 6,5 кВт. Весит он 30 кг, к которым плюсуем три свинцовых аккумулятора (48 кг) и блок управления (4 кг). Таким образом вся электрическая часть отнимает от грузоподъёмности чуть менее 100 кг. Тоже немало, кстати, сопоставимо с «Элладой».

Практический смысл этой конструкции таков: из штатного ДВС удаляются стартер и генератор, их функции начинает выполнять электрическая машина. Запуск двигателя происходит в 3-4 раза быстрее, за счёт больших мощности и момента — за 0,2-0,4 секунды. Это очень важно именно для режима «старт/стоп», позволяющего сэкономить 8-9% топлива и на столько же снизить выбросы в атмосферу.

Кроме «старт/стопа» имеется так называемый режим «подкрутки», в котором первые 3-4 секунды после старта электрическая машина помогает ДВС выйти на оптимальные обороты. Худший с точки зрения КПД и экологии режим работы двигателя внутреннего сгорания — на холостых оборотах, так вот, система принудительно их повышает. Кроме того, это позволяет резко ускориться на старте или облегчить трогание с полной загрузкой. При необходимости «подкрутку» можно принудительно удлинить до 10-12 секунд, именно на столько хватает запаса электроэнергии.

К сожалению, НИИАЭ пока не отработал режим рекуперации и об общих цифрах по экономии и экологичности можно говорить только теоретически. Так вот, по расчётам экономия топлива должна составить 18%.

Суперконденсатор вместо штатной АКБ

К сожалению, инженеры из НИИАЭ более далеки от завершения своей работы, чем создатели «Эллады», им потребуется не менее двух лет, чтобы довести машину до возможности серийного воплощения. С учётом организации производства на ВАЗ и подбора поставщиков компонентов, на всё может уйти 3-4 года. Это тоже более-менее вечность по нынешним временам. Но уже сейчас есть планы к 2015 году делать 5% всех вазовских автомобилей гибридными. Что это может быть, если не НИИАЭ?

А вот для этого в кустах ВАЗ и притаился отдельный рояль, фирмы Robert Bosch. Немцы предложили заводу систему «старт/стоп» без внешних источников энергии, работающую от штатного аккумулятора. Даже не с реверсивным генератором, а просто с более мощным штатным стартером. Такие узлы Bosch поставляет многим автопроизводителям, конструкция их отработана и может быть внедрена на ВАЗ хоть завтра. Она уже испытана на «Приоре» и работает безупречно. А цена машины увеличивается всего на 200-300 долларов. Так что, судя по всему, первым шагом к гибридизации в Тольятти будет именно «бошевская» конструкция. Её могут внедрить на «Приору» в следующем году, вместе с шиной CAN и ABS 9-го поколения. Кстати, CAN и ABS-9 планируют ставить и на «Гранту».

А вот по классическим гибридам, сочетающим ДВС и тяговый электромотор, работы на ВАЗ не ведутся вообще — не та ценовая ниша. По словам Сергея Курдюка, там получается такое удорожание, что никаким бизнесом это сделать не получится, просто никто не купит. Закрыты работы и по водороду, ввиду неясности перспектив.

Что же в «сухом остатке»? В нём АвтоВАЗ, который вновь избрал себе роль «догоняющего». Были в истории завода годы и направления деятельности, в которых ВАЗ находился на острие прогресса, делая такие вещи, к которым западные фирмы только приближались. Это касается, прежде всего, разработки электромобилей. Сейчас этот задел — не более чем часть истории, и всё приходится начинать заново, подсматривая и копируя. Но это выгоднее, чем всё делать самому с неизвестным результатом. Так что у ВАЗ сейчас нет иного пути, чем воспроизводить чужие достижения. Приятным исключением может стать гибридная стартер-генераторная установка от НИИАЭ, но она одна не сделает погоды, ВАЗ окончательно закрепился в арьергарде и стремительно превращается в простое сборочное предприятие. В национальную гордость, сжатую в цепких объятиях концерна Renault-Nissan.