Как Tesla выжимает дальность пробега из своих автомобилей

Как Tesla увеличивает отставание конкурентов, не выходя за рамки правил агентства по охране окружающей среды США

Толпа конкурентов подбирается к дальности поездки автомобиля Tesla Model S в 412 км. Porsche Taycan попадает в промежуток от 309 до 327 км. Audi e-tron – от 328 до 351 км. Jaguar I-Pace проходит 377 км. Chevy Bolt EV идёт нос к носу со своим расстоянием в 417 км.

Есть только одна проблема. Tesla Model S заслужила эту характеристику у агентства по охране окружающей среды ^[1] (АООС) США восемь лет назад. Сегодня, по меркам АООС США, модель Tesla с самым большим расстоянием поездки, Model S Long Range Plus, может покрыть невероятные 647 км.

И по расстоянию, проходимому электромобилями, Tesla, судя по всему, вне конкуренции. Несмотря на миллиарды, вливаемые в программы разработки электромобилей, авторитетные автопроизводители не смогли достичь такой дальности поездки — а выигрыш в этой игре остаётся ключевым для выигрыша в поиске покупателей. Так как же Tesla это удаётся?

Нам это было особенно интересно, поскольку наши собственные испытания Tesla на шоссе с разрешённой скоростью в 120 км/ч показали, что машина не дотягивает до этих показателей на 27%, а все остальные испытанные нами автомобили – на 22%. Учитывая всё это, а также недавние скандалы, связанные с экономией топлива и выбросами вредных веществ, имевшие место в Ford, Hyundai-Kia и Volkswagen, мы не могли просто поверить Tesla на слово. Вместо этого мы воспользовались помощью информационного провайдера IHS Markit, чтобы прочесать документацию от АООС США, сообщества автомобильных инженеров SAE и автопроизводителей. Кроме того, мы сами испытали автомобили, чтобы понять, как Tesla достигает таких больших чисел. Доминирование компании в этой области сводится, по большому счёту, к трём факторам. Разберём их по отдельности.

Фактор корректировки

Если зарыться в конкретику расчёта пробега электромобилей на одной зарядке, то быстро появляется кроличья нора напичканных деталями технических документов – как, например, 32-страничный стандарт J1634 ^[2] от SAE, описывающий испытания пробега и эффективности. Если подытожить, то: к электромобилю привязывают динамометр – что-то типа беговой дорожки для машин – и продолжают испытания, которые заканчиваются, только когда аккумулятор садится до такой степени, что машина не может поддерживать требуемую скорость.

Такая процедура использует «городской цикл» АООС США (средняя скорость в 32 км/ч на протяжении 12 км с 18 остановками) и «шоссейный цикл» (средняя скорость в 77 км/ч на протяжении 17 км). Такие же циклы используются для испытаний по экономичности потребления топлива всех легковых машин. Во время обоих циклов машину ведут очень «нежно» – самый агрессивный разгон набирает скорость 97 км/ч за 18 секунд. Между циклами городской и шоссейной езды испытание поддерживает постоянную скорость в 90-100 км/ч для разрядки аккумулятора. АООС США знает, что эти низкоскоростные испытания не отражают реальных условий, поэтому каждое число, обозначающее максимальный пробег конечного продукта, умножается на фактор корректировки, дающий более реалистичный и близкий к потребителю результат.

Вот, как Tesla Model S обгоняет Porsche Taycan Turbo S в испытаниях на пробег от АООС США:
Показатель Porsche Taycan Turbo S 2020 года: 192
Показатель Tesla Model S 2020 года: 326

И тут начинается самое интересное. Фактор корректировки по умолчанию уменьшает итоговый пробег автомобиля, рекламируемый покупателям, на 30%. Так что если машина проходит 300 км в испытаниях на динамометре в городском цикле, она получает городской рейтинг в 210 км. Однако АООС США позволяет автопроизводителям провести три дополнительных цикла вождения, и использовать их результаты, чтобы заслужить более выигрышный фактор корректировки. На сегодня эту стратегию применяют только Tesla и Audi, и Tesla получает наибольшее преимущество. Её корректировка разнится от 29,5% для Model 3 Standard Range Plus до 24,4% для Model Y Performance. Если бы Tesla использовала стандартный фактор корректировки в 30%, тогда итоговый рекламируемый пробег Model Y Performance снизился бы до 470 км. Но поскольку Tesla пользуется преимуществами альтернативной методологии АООС США, машина компании хвастается пробегом в 507 км.

Всё это находится в пределах правил. Из всех производителей Tesla занимается этим дольше всего, поэтому неудивительно, что она разобралась во всех трюках для максимизации своих чисел в АООС США. Метод двойных испытаний появился во время пересмотра показателей экономии топлива, которое АООС США проводило в 2008 году. Изначально агентство хотело, чтобы все машины проходили испытания из пяти циклов, однако автопроизводители пожаловались, что это слишком сложно организовать, и АООС США смягчило требования. Затем агентство придумало способ преобразовать результаты испытаний с двумя циклами в результаты испытаний с пятью, и сегодня многие автопроизводители играют в эту игру с двумя методами со своими бензиновыми машинами.

Однако в случае с электромобилями АООС США остановилось на едином 30% факторе корректировки в 2011 году, когда на рынке было ещё слишком мало электромобилей для статистики. Агентство сообщает, что изначально посчитало эту цифру на основе испытаний Toyota Prius, и позже, в 2015 году, подтвердив правильность этой оценки, решило её не менять.

Когда мы спросили АООС США, как эти значения пробега должны коррелировать с поездками в реальном мире, нам ответили, что одной из главных целей простановки маркировки экономии топлива было дать людям возможность сравнить машины, использующие несравнимые источники энергии – с чем эта маркировка, по мнению агентства, справляется. Однако мы считаем, что в случае с пока ещё развивающимся рынком электромобилей важно получать значения пробега, которые можно сравнивать с пробегом других машин, а также с их пробегом в реальном мире. Альтернативный метод корректировки затрудняет сравнение, и мы не убеждены в том, что он даёт результаты, лучше соответствующие вождению в реальном мире, в особенности при реалистичных шоссейных скоростях типа 120 км/ч – именно это число мы используем для расчёта ^[3] шоссейной эффективности и дальности.

Большие аккумуляторы

Возможно, это очевидно, но чем больше ёмкость аккумулятора, тем больше должен быть пробег на одной зарядке, а у Tesla пока самые большие аккумуляторы. В 2012 году, когда вышла Model S, Tesla предлагала аккумуляторы ёмкостью 85 кВт*ч. Сегодня покупатели могут заказать аккумулятор на 15% больше, с 98 кВт*ч. Среди менее дорогих электромобилей лидируют Model 3 и Y с аккумулятором на 75 кВт*ч.

2020 Porsche Taycan Turbo s и 2020 Tesla Model S

Что не всегда очевидно, так это какой процент от максимального теоретического объёма батареи удаётся использовать. Для защиты аккумуляторов от преждевременного старения электромобили никогда не заряжают и не разряжают их полностью. Некоторые производители раскрывают общую ёмкость, некоторые пишут полезную энергию, некоторые – оба параметра. Многие утаивают эти детали. К примеру, после запуска Taycan Porsche заявляла о ёмкости её аккумулятора в 93,4 кВт*ч, близко к Model S. Из-за этого небольшой пробег Taycan выглядел ещё более странно. Но оказывается, что количество доступной энергии у Taycan всего лишь 83,7 кВт*ч – на 15% меньше, чем у Model S.

На основании неполных данных можно сделать вывод, что Tesla позволяет машинам использовать больший процент энергии аккумулятора, чем другие производители. По-видимому, это отчасти происходит потому, что компания перекладывает часть ответственности на водителя, выбирающего, насколько сильно нужно заряжать аккумуляторы, отмечая, что зарядку выше 90% нужно делать только перед поездками, а не ежедневно.

Выигрыш в эффективности

Самый крупный и полностью заряженный аккумулятор от Tesla содержит в себе энергию, эквивалентную всего 11 литрам бензина. Ключ к увеличению пробега – использовать меньше электричества для движения средства, и возвращать как можно больше энергии, тормозя электромоторами во время того, как водитель снимает ногу с педали акселератора во время многочисленных замедлений в циклах АООС США. Агрессивная рекуперация Tesla позволяет ей получить 13% выигрыш в дальности по сравнению с Porsche Taycan – последний включает рекуперацию, только когда водитель жмёт на тормоз. Это часть целостного подхода Tesla к эффективной езде, куда входит также и возможность машины катиться под горку с меньшим трением по сравнению с конкурентами.

Меньшая нагрузка: сопротивление качению под горку, выражаемое в фунтах силы, препятствующей движению, у Tesla оказывается меньше всего. Эти данные автопроизводители предоставляют АООС США.

Также с годами Tesla значительно меняла электромоторы для повышения эффективности. В 2015 году она представила полноприводные модели, добавив мотор на переднюю ось Model S, которая раньше была только заднеприводной. Второй мотор и ось добавляют веса и трения, однако полноприводная Model S 85D растянула пробег, измеряемый АООС США, на 8 км по сравнению с заднеприводной. Как? Как и в случае с ДВС, более эффективно будет крутить маломощный мотор с большой загрузкой, чем мощный мотор с малой. Модель 85D с двумя моторами по 188 л.с. использует только один из них, если только водителю не нужно очень сильно ускориться – при том, что заднеприводная модель крутила мотор на 362 л.с. постоянно.

В ранних полноприводных моделях использовались два индукционных мотора, использующих колебания электрического тока для создания вращающегося магнитного поля, раскручивающего мотор. В моделях 2019 года Tesla перешла на более эффективный передний синхронный мотор с постоянными магнитами на Model S и Model X. Это, а также иные небольшие правки, увеличило дальность вариантов Long Range на 10%, до 595 км для Model S и 523 км для Model X.

У новой Model S Long Range Plus дальность возросла до 647 км за счёт дальнейших улучшений. В их числе: сиденья, аккумулятор и моторы похудели суммарно на 63,5 кг, колёса стали аэродинамичней, сопротивление качению у шин уменьшено, механический масляной насос у заднего двигателя заменили электрическим. Так Tesla может остаться лидером по дальности хода на ещё восемь лет.

Тест на детекторе лжи

Тесты дальности и эффективности проводятся на динамометре, который нужно калибровать так, чтобы сопротивление роликов соответствовало происходящему на дороге. Суммарная сила, препятствующая движению машины, называется дорожной нагрузкой. В неё входят аэродинамическое сопротивление, сопротивление шин качению и трение в трансмиссии.

Дорожную нагрузку измеряют во время качения машины по инерции, когда она замедляется со скорости около 130 км/ч до скорости порядка 15 км/ч. Время, за которое произошло замедление, используется для подсчёта трёх коэффициентов в квадратном уравнении, выражающем фунты силы, препятствующей поступательному движению машины с заданной скоростью. Эти коэффициенты определяют сопротивление динамометра во время испытаний на эффективность и дальность.

В 39-страничном документе J1263 от SAE, естественно, содержится куча рекомендаций по поводу этой процедуры, включая требования к глубине протектора покрышек и предварительному пробегу машины, чтобы тестовые автомобили правильно симулировали реальную езду. Однако автопроизводители могут, и собирают экземпляры с наилучшими характеристиками – с самыми скользкими подшипниками и лучшими тормозами – и гоняют их на самых гладких поверхностях.

У Hyundai из-за этого были неприятности в 2012. Компания использовала очень сильно оптимизированные покрышки и особо отобранные результаты, недостижимые в реальном мире. В 2014 году АООС США оштрафовало её на $100 млн и уменьшило рейтинги экономии топлива для большинства моделей Hyundai и Kia 2012 и 2013 годов.

Детектор лжи зависимости дорожной нагрузки от скорости. Чёрные показатели -результаты тестов журнала Car and Driver; зелёные – спецификации Tesla согласно АООС США.

Мы, естественно, захотели выборочно измерить дорожную нагрузку Tesla, лучшую в своём классе, поэтому провели тесты замедления для Model 3, Model Y и Model S. Хотя мы использовали далёкий от идеальной гладкости отрезок дороги длиной в 2 км, а наши машины не были специально подготовлены, полученные результаты не отличались от заявленных более, чем на несколько процентов. Это явное свидетельство того, что компания не пытается обманывать тесты на замедление, и способна оптимизировать эффективность, реально обгоняя конкурентов.

Хотя Tesla, по сравнению с большинством автопроизводителей, охотно делится дальностью пробега для разных предлагаемых комбинаций автомобилей – она обязана сообщать только данные по самым популярным вариантам – иногда она кое о чём умалчивает. К примеру, из данных по дорожной нагрузке, отправленных ею в АООС США, следует, что колёса диаметром в 21" для Model S Long Range Plus уменьшат дальность поездки почти на 130 км. Таких данных на веб-сайте компании вы не найдёте.

Автор: Вячеслав Голованов

Источник ^[4]