Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода

в 6:54, , рубрики: plaid, tesla, будущее здесь, Научно-популярное, транспорт, три мотора, электропривод

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 1

Илон Маск пообещал предоставить 3-х моторную версию комплектации для Model S, X, Roadster и Cybertruck, но пока не сказал как это будет выглядеть. В теории есть 2 варианта возможного устройства, их и предлагаю рассмотреть.

Вариант №1

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 2

Первый вариант это схема где два электромотора сзади не имеют механической связи друг с другом. Дифференциал в заднем мосту отсутствует, а его роль выполняют электромоторы, меняя обороты на приводных колесах программно.

Такая схема расположения электромоторов позволяет реализовать функцию управления вектором тяги колес. Это означает что кроме перераспределения оборотов колес в повороте, электромоторы могут «направлять» вектор тяги электромобиля по нужной траектории путем ускорения отдельных колес.

Разработкой электропривода с «векторизацией» колес сейчас занимаются многие компании, а вот примеров трехмоторных электромобилей с задней «векторной» осью из двух двигателей мало.

Один из самых подходящих на роль примера Теслы… является Magna E1.

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 3

Прототип Е1 представленный в 2017 году был создан для демонстрации возможностей раздельного привода задних колес.

Этот электромобиль обычная Tesla S, но с необычным приводом.

Компания Magna установила 3 двигателя в машину, каждый из которых выдает 188 л. с. что конечно меньше Tesla Model S P100D, и поначалу может показаться ухудшением электромобиля. Действительно мощность меньше, что сказывается на прямых участках разгона, но благодаря «векторизации» задних колес машина стала устойчивей в прохождении поворотов, что позволяет ехать с минимальным снижением динамики.

В 2018 году Magna повторно представила этот же электромобиль дав название системе привода etelligentDrive. Целью создания этой системы была в предложении ее для установки небольшим авто-производителям желающим снизить расходы на разработку собственного электромобиля.

Компания Magna специализируется на создании компонентов и различных систем для авто-производителей и не планирует выпускать собственный электромобиль.

Главный и наверно самый интересный вопрос для этого привода это цена.

Тут пока можно ориентироваться только на пример 3-х моторного «векторного» электропривода для ралли кросса Е.

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 4

Так фирма STARD планирует поставлять комплекты этого привода по цене 194 000 € для ралли 2020.

Электропривод, как и в случае с Magna будет состоять из 3 моторов, где на передней оси один мотор, а сзади два. Отличие в мощности и внутреннем устройстве комплекта.

Мощность — 450 кВт (1100 Нм), а внутри сзади 2 электродвигателя, 2 инвертора, 2 планетарных редуктора и полный пакет охлаждения для системы Entrire в одном компактном корпусе из литого алюминия.

Производительность гоночного автомобиля с электроприводом STARD будет впечатляющей, если учесть то, что с точки зрения крутящего момента силовой агрегат способен набрать максимум от 0 до 90% примерно за 32 миллисекунды, а электродвигатели выдают до 14 000 об / мин.

Кроме Magna и STARD 3 мотора тестировали в BMW и Audi.

В BMW на базе 5 серии был создан прототип для тестирования комплекта из трех моторов Power BEV. Для питания электропривода в машину была установлена аккумуляторная батарея емкостью 45 кВт⋅ч.

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 5

Силовая установка Power BEV имеет максимальную мощность — 530 кВт (720 л.с.) и около 1150 Н⋅м, что позволяет автомобилю разгоняться до 100 км/ч за 2,8 секунды.

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 6

Audi для тестов построила трехмоторный концепт PB18 e-tron, и в этом году планирует выпустить эту машину ограниченной серией.

При описании отдельного привода «один мотор — одно колесо» редко когда можно встретить упоминание о недостатках этой схемы.

В Porsche Engineering при тестах 4-х моторного прототипа есть упоминание нескольких недостатков.

  • выяснилось, что большое преимущество электродвигателей — их быстрое время реакции, иногда может приводить к нежелательным побочным эффектам (вибрации).
  • может случиться так, что отдельные электродвигатели не смогут передавать доступную мощность, и надо будет снижать этот показатель у второго двигателя в паре.

Возможно именно поэтому сейчас получила развитие схема с 3-мя моторами, которая уменьшает влияние этих двух недостатков вдвое… но также уменьшает и потенциал преимуществ векторного привода.

Вариант №2

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 7

Второй вариант это схема где два электромотора сзади работают через дифференциал в разных режимах (последовательно или параллельно).

Первый пример такого привода — проект ESKAM ( Elektrische SKalierbare Achsantriebs Module).

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 8

Проект ESKAM (электрический масштабируемый мост, Elektrische SKalierbare AchsantriebsModule) в Германии, финансируется Федеральным министерством образования и науки Германии (BMBF), и совместно реализуется 11 партнерами ( Ebm Erich Büchele Maschinenbau GmbH; Технический университет Дюссельдорфа, электротехника и электрические машины; Groschopp AG; Hirschvogel Automotive Group GmbH; Университет прикладных наук Аален, Общее машиностроение; Металлургический завод Wilhelm Funke GmbH & Co. KG; REFU Elektronik GmbH; Salzgitter Hydroforming GmbH & Co. KG; Штутгартский университет, Институт силовой электроники и электроприводов (ILEA); Wilhelm Vogel GmbH Antriebstechnik; и Фраунгоферовский институт станков и технологий формовки (IWU).

Цель проекта — ограничить вес привода до 100 кг. Для этого необходимо соединить несколько высокоскоростных электродвигателей с соответствующими редукторами и объединить их в общем корпусе — другими словами, уменьшить размер привода с помощью так называемых высокоскоростных электронных машин. Для решения это задачи использовали электродвигатели без редкоземельных металлов.

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 9

Примеры масштабирования электропривода ESKAM. Чтобы сохранить производственные затраты на низком уровне, используемые технологии должны одинаково подходить для малых и больших серий.

Первый прототип создан в 2016 году.

Конструктивно решение выглядит как симбиоз двух электромоторов с КПП и силовой электроникой в общем корпусе. Это повышает энергоэффективность и производительность, а также снижает вес и стоимость привода. Использование быстро вращающихся электродвигателей в сочетании с подходящими трансмиссиями также помогает уменьшить вес и объем системы. Корпус для интеграции всего привода выполнен в облегченной литой версии из магния, которая отвечает особым требованиям в отношении охлаждения или тепловой нагрузки компонентов привода. Полный приводной модуль для передней и / или задней оси состоит из двух электродвигателей с масляным охлаждением, с шестернями и электроникой. С выходной мощностью 2 x 35 кВт он обеспечивает максимальный крутящий момент до 2 x 55 Нм при скорости 6700 об / мин. Благодаря редукторам с передаточным отношением i: = 19 каждое приводное колесо может достигать более 1000 Нм. «Но также возможно использовать приводной модуль в небольших сериях новых транспортных средств, например, в городских автомобилях или, как и планировалось, в городских транспортных средствах средней грузоподъемности, которые могут доставлять до 1,5 тонны товаров с доставкой.

Номинальные скорости используемых двигателей составляют от 10 000 до 20 000 оборотов в минуту. Задушенный электроникой, этот двигатель достигает максимальной мощности 35 кВт при скорости до 20000 об / мин. Поскольку максимальная мощность для цикла движения в верхнем диапазоне скоростей (> 17 000 об / мин) больше не требуется полностью, эта конструкция электроники допускает, что максимальная мощность может быть уменьшена с 35 кВт до 29 кВт. С модифицированными компонентами в электронике максимальная мощность может не только поддерживаться постоянной, но может быть увеличена даже до 54 кВт. Модуль оси обладает многочисленными преимуществами, такими как высокая плотность мощности и очень высокий крутящий момент. Для водителей это означает очень быстрое ускорение. В то время как скорость большинства электродвигателей составляет приблизительно от 10 000 до 15 000 об / мин, двигатель ESKAM (от Groschopp) развивает скорость 20 000 об / мин с максимальным крутящим моментом 45 Н · м (33 фунт-фута) и мощностью 32 кВт (43 л.с.).

Для экономии энергии Groschopp планирует увеличить объем используемого активного железа с 150 до 250 мм. «Это соответствует увеличению производительности до 50 процентов», — подчеркивает Вольфганг Пфлуг. «Однако для передачи этой дополнительной мощности на колесо необходимы усиления в коробке передач и электронике».

В электроприводе ESKAM используются высокоскоростные синхронные двигатели с электрическим возбуждением и электронной коммутацией с короткозамкнутым ротором (EEEK).

Производственные затраты на конечный приводной модуль будут от 1000 до 2000 евро, что значительно ниже текущей средней цены, превышающей 5000 евро. С компонентами, обычными на рынке, бюджет затрат остается настолько маленьким, что затраты на производство всей оси для серийного производства из 10000 единиц будут значительно меньше 3000 евро.

Следующий потенциальный производитель «сдвоенных» электроприводов — Gravitron.

Этой компанией разработано 3 прототипа подобного привода.

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 10

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 11

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 12

Есть и любительские электрические «двухмоторники».

Как и в первом варианте кроме проектов и прототипов в 2020 году появятся и реальные примеры серийных электромобилей с 2-мя моторами на одной оси.

Первый спортивный электромобиль от Aston Martin — Rapide E, имеет долгую историю разработки и в первоначальных планах должен был обладать раздельными электромоторами с «векторизацией момента», но по многим причинам этого не случилось.

Tesla Plaid. Два варианта трехмоторной компоновки электропривода - 13

Вместо отдельных электроприводов в Rapide E установили два синхронных электромотора совокупной отдачей 612 л.с. и 950 Нм на задней оси, которые работают через дифференциал последовательно.

Это переменное включение электромоторов может показаться странным, если не вспомнить назначение двух моторов на Тесле, где передний небольшой мотор помогает экономить энергию за счет максимальной нагруженности в городском режиме, а более мощный задний используется на максимум при необходимости ускорения и движения на более высоких скоростях.

Дальше аналогии с Теслой не заканчиваются.

Так разработчики гордятся эластичностью электропривода: с 50 до 70 миль в час (80—113 км/ч) электромобиль ускоряется всего за полторы секунды.

Как тут не вспомнить Маска с его обещанием супер ускорения благодаря Plaid?

А еще в Aston Martin обещают что Rapide E сможет промчать один круг Нюрбургринга в боевом режиме, сохранив производительность электро-системы, что немного напоминает главную проблему спортивной Tesla на той же трассе по причине перегрева электропривода.

Есть правда и основное отличие — максимальный тираж Rapide E будет составлять всего 155 машин, и это во многом объясняется нежеланием компании развивать данный проект дальше, так как имея главный недостаток в виде базы-основы для электромобиля кузов бензинового автомобиля сложно оптимизировать расположение основных агрегатов. Проще создать полноценную электромобильную платформу для этой цели.

А вот для Теслы скорее всего проблемы с установкой третьего двигателя при использовании аналога привода Rapide E нет, и поэтому возникает закономерный вопрос — «будет ли Маск рисковать с раздельным приводом колес по варианту №1, если он дает лучшую управляемость, а не разгон (при том что в Тесле как раз для лучшей управляемости разрабатывают пакет SpaceX?).

Или все же возьмет вариант №2 для лучшего ускорения, решения проблемы перегрева электромотора, и повышения надежности привода (отказ одного двигателя — не отказ всего привода). И тут конечно важно вспомнить что первый кто применил привод с векторизацией — Nissan, так и не построил ни одного электромобиля с таким приводом на продажу, а вместо этого в 2020 году показал систему электропривода с векторизацией без раздельного привода ( e-4ORCE).

P.S. — У автомобилей с ДВС так же были варианты привода колес двигателями по первому и второму варианту.

Автор: дима

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js