Как эволюционировали автомобили и технологии за последние 20 лет

…Пролетело 20 лет. Технические решения в автомобилях, которые в 1997 году казались фантастикой, сегодня стали реальностью. К чему же мы пришли за эти годы прогресса?

0

Активная безопасность

Двадцать лет назад в кругу украинских автовладельцев шли споры относительно пользы антиблокировочной системы тормозов, которая устанавливалась на дорогие иномарки. Но спецтесты и популярность за рубежом помогли убедить отечественных автолюбителей в пользе этого новшества. Вопросов к противобуксовочной системе, трекшн-контролю и системе стабилизации курсовой устойчивости (ESP – electronic stability programme и аналоги) было меньше.

Изначально многие просто не понимали, как они работают и в чем их польза. И только спустя годы потенциальные покупатели начали чаще отдавать предпочтение ESP, которая, например, сделала заднеприводные автомобили в зимнее время на порядок безо­паснее. По данным западных исследовательских институтов, за период своего существования данная система позволила предотвратить 190 тыс. аварий и спасти 6 тыс. человеческих жизней.

История ESP начинается с 1987 года. Впервые эту систему, разработанную компанией Bosch, установили на Mercedes-Benz S600 в 1995 году. Спустя несколько лет ESP стала обязательной в Mercedes-Benz A-klasse. Случилось это послее опрокидывания машины в ходе «лосинного теста», проведенного в 1997 г. шведским журналистом Робертом Коллином (журнал Teknikens Varld).

За эти два десятилетия со­здано множество модификаций систем стабилизации курсовой устойчивости, аббревиатура которой у ряда автопроизводителей звучит несколько иначе. В целом принцип работы системы такой: с помощью датчиков поворота вокруг вертикальной оси автомобиля, поворота руля, скорости вращения колес, интеллектуальная электроника распознает начало бокового скольжения (сноса или заноса) и для стабилизации  регулирует обороты двигателя и притормаживает одно или несколько колес, чем создает момент противовращения вокруг вертикальной оси машины, т.е. препятствует сносу или заносу. С сентября 2011 г. системой ESP оснащены все новые модели авто в США и Канаде, а с 2014 г. – в Евросоюзе. ESP стала первой системой, которая начала вмешиваться в процесс управления автомобилем.

Основная задача ESP – сохранить устойчивость и управляемость автомобиля при резких маневрах на любой дороге.

Бурное развитие технологий и возможностей электроники позволило вооружить автомобили самыми разными системами: ночного видения; обнаружения пешеходов и транспортных средств; чтения дорожных знаков; контроля за полосой движения и подруливания при выезде со своей полосы движения; аварийного автономного торможения при внезапном появлении на дороге препятствий. Более того, сбылась мечта блондинок – автомобиль научили самостоятельно парковаться.

Новые технологии
Системы с датчиками по периметру авто и цифровыми камерами распознают ситуацию на дороге, предупреждая об опасности.
Новые технологии
Современные системы активной безо­пасности «научили» распознавать препятствия и самостоятельно останавливать авто.

ДВС

За эти двадцать лет двигатели внутреннего сгорания, пожалуй, совершили такой прорыв, которого не удалось осуществить за предыдущие 50 лет. Развитие электроники, технологий металлообработки и введение экологических норм выбросов токсичных веществ и СО2 в атмосферу (от Евро-0 в 1988 г. до Евро-6 в 2015 г.), безусловно, способствовало технологическому усовершенствованию ДВС. Главным достижением стали бензиновые ДВС, в которых топливо через форсунки впрыскивалось непосредственно в камеру сгорания.

Первый такой мотор в серийном исполнении в 1997 году презентовала компания Mitsubishi – GDI (Gasoline Direct Injection), затем Toyota D-4 и Nissan DI (Direct Input). Но они так и не стали массовыми. Прорыв в этом направлении осуществили  инженеры концерна Volkswagen, спроектировав сначала атмосферный мотор данного типа (FSI), а затем – и наддувные агрегаты (TSI, TFSI) с непосредственным впрыском с большим разнообразием вариантов рабочих объемов – 1.2, 1.4, 1.8, 2.0 л. Причем последние оснащались турбокомпрессорами, а у некоторых моторов был еще и механический нагнетатель, эффективно работающий на малых оборотах.

Главное достоинство агрегатов данного типа в том, что при малых нагрузках они работают в экономичном режиме послойного смесеобразования на сверхобедненных смесях (соотношение топливо/воздух доходит до 1:40, когда у классических ДВС – 1-14,5). Топливо в данных моторах за два такта (впуск-сжатие) подается несколько раз. Последняя порция впрыскивается при приближении поршня к верхней мертвой точке. В результате вокруг свечи зажигания формируется облако обогащенной смеси, которая хорошо горит,  поджигая обедненную топливо-воздушную смесь в остальной части камеры сгорания.

Сегодня моторы с прямым впрыском топлива в камеру сгорания есть практически у всех ведущих автопроизводителей. Более того, некоторые из них (Lexus, Nissan) пошли еще дальше: в их агрегатах теперь по две форсунки на каждый цилиндр – одна подает топливо во впускной тракт, а другая – в цилиндры. Баварские мастера известны в истории моторостроения изобретением бездроссельной системы впуска Valvetronic (2001 г.), в которой за наполнение цилиндров отвечает механизм, регулирующий степень открытия впускных клапанов.

Аналогичную систему, названную Valvematic, в 2007 году презентовала также компания Toyota. Успехов в моторостроении достиг и Mazda. В ее новой линейке бензиновых моторов SkyActiv удалось сжигать топливо без детонации при высокой степени сжатия – 14 (у обычных моторов – до 12).

Новые технологии
Убрав дроссель во впускном тракте, инженеры BMW системой Valvetronic добились лучшего наполнения цилиндров свежим воздухом.
Новые технологии
У моторов с прямым впрыском топлива литровая мощность и крутящий момент значительно больше.

В дизелях конструкторы за двадцать лет несколько раз совершенствовали систему питания. На смену моторам с предкамерой при­шли однокамерные, где топливо впрыскивается непосредственно в надпоршневое пространство. Традиционные топливные насосы высокого давления (ТНВД) сначала сменили насос-форсунки на каждый цилиндр с приводом от распредвала, а затем настала эра систем питания сommon rail.

В последних есть один ТНВД, который поддерживает высокое давление топлива в общей топливной магистрали, соединенной с форсунками каждого цилиндра. Причем сначала это были обычные электромагнитные форсунки, но потом пьезо­электрические, которые за такты впуск-сжатие могли совершать несколько подач топлива. Это улучшило смесеобразование и, соответственно, эффективность сгорания, позитивно повлияв на экологичность, динамичность и экономичность мотора. Динамика разгона настолько возросла, что современные дизели с легкостью начали соперничать с бензиновыми братьями на спортивных трассах Ле-Мана.

Новые технологии
Мотор Saab Variable Compression (SVC) с изменяемой степенью сжатия так и не попал на конвейеры автозаводов.

Полный привод

Двадцать лет назад полноприводные трансмиссии были классическими с постоянным полным приводом (жестким, межосевым свободным или самоблокирующимся дифференциалом – например, Torsen) или же с принудительно подключаемым либо с автоматически подключаемым – с вискомуфтой (вязкостные муфты). Но с появлением систем активной безопасности, в частности системы стабилизации курсовой устойчивости (ESP), полноприводные трансмиссии с жесткой механической связью между колесами разных осей оказались не способными работать с ними в паре.

К примеру, ESP в экстремальных ситуациях путем активации отдельных тормозных механизмов управляют  крутящим моментом на разных колесах. Жесткая связь между колесами разных осей не позволяла делать это эффективно с точки зрения формирования у автомобиля момента противовращения вокруг его вертикальной оси. Поэтому от этого недостатка решили избавиться путем внедрения электронно-управляемых межосевых муфт. Вискомуфты отошли на второй план из-за большого запаздывания в срабатывании.

Даже в подразделении Audi в 2010 году отказались от дифференциала Torsen, на смену которому пришел иной механический дифференциал с плоскими зубчатыми колесами, совмещенный с фрикционной муфтой. Самая известная электронно-управляемая муфта – Haldex. Такой тип прижился у многих марок – Audi, Volvo, Volkswagen, Skoda и т.д. Сегодня данная муфта пятого поколения работает в паре с системой стабилизации курсовой устойчивости (ESP) Она также разблокирует трансмиссию при срабатывании антиблокировочной системы тормозов.

Новые технологии
За время существования бренда Haldex появилось пять поколений муфт, которые все больше совершенствовались: повышалась скорость срабатывания, снижался вес и т.д.

Нынче практически все разработчики полноприводных трансмиссий гражданских моделей применяют электронно-управляемые муфты разных конструкций и с разным алгоритмом работы.

У большинства премиум-марок (Audi, BMW, Merсedes) эти муфты действительно обеспечивают постоянный полный привод, передавая часть крутящего момента на переднюю ось, а часть – на заднюю. Причем на два задних колеса на дороге с хорошими сцепными свойствами поступает не 5% крутящего момента, как у более бюджетных авто, а до 60% и более.

Когда сцепные свойства меняются или автомобиль совершает маневр, большая часть крутящего момента перераспределяется так, чтобы обеспечить максимальную тягу и устойчивость на дороге.

Последние веяния в разработке полного привода современных машин – отсутствие фиксированного распределения крутящего момента двигателя между осями. В подобных конструкциях электроника контролирует все факторы, влияющие на перемещение автомобиля в пространстве, и постоянно регулирует передаваемый на каждое колесо момент. Такой интеллектуальный полный привод в паре с активными системами безопасности сделал современные автомобили на порядок надежнее и комфортнее. Управлять подобной машиной легко и удобно.

Новые технологии
Эффективность работы полного привода обычно зависит от уровня премиальности авто. В дешевых полный привод менее функциональный, чем в дорогих.

Пассивная безопасность

Элементы пассивной безо­пасности – это все то, что обеспечивает защиту пассажиров и водителя в момент столкновения автомобиля с другим объектом. Ремни безопасности были, пожалуй, первым средством защиты тех, кто в автомобиле. Наиболее эффективные для гражданских машин трехточечные ремни безо­пасности, как и самые первые подушки безопасности, были запатентованы в начале 50-х годов прошлого столетия. Первопроходцем среди серийных автомобилей с airbag для водителя в 1972 году стал Oldsmobile Toronado.

Но наибольший прогресс в совершенствовании ремней и подушек безопасности наблюдается в последние два десятка  лет.

Ремни безопасности получили преднатяжители – пиротехнические и электромеханические, усаживающие водителя и пассажиров в правильное положение, при котором наиболее эффективно защищают подушки безопасности.

Новые технологии
Преднатяжителям ремней помогают на­дув­ные подушки под бедром, исключая выскальзывание пасса­жира из-под ремня.

Сами же airbag-и обзавелись несколькими модификациями. Помимо фронтальных вариантов, появились еще и боковые надувные шторки для защиты голов впереди и сзади сидящих, а также  боковые подушки, чтобы уберечь туловище при ударе сбоку. Для защиты ног водителя создан еще один тип подушек с целью уберечь колени. Уже представлены подушки, которые будут раскрываться по центру салона автомобиля, чтобы обезопасить впередисидящих от контакта друг с другом.

Для пассажиров сзади фронтальный airbag вмонтировали в ремень безопасности.
Более того, подушки безопасности разработали для пешеходов, которые при ДТП падают на капот авто. Не забыли и о защите мотоциклистов и велосипедистов. Для водителей этих транспортных средств тоже изобрели airbag.

Новые технологии
Мотоциклисты – самые не защищенные в ДТП. Созданные для них airbag еще больше востребованы, чем в автомобилях.

Повысили уровень пассивной безопасности также благодаря применению в конструкции кузовов сталей повышенной прочности, использованию лазерной сварки, внедрению элементов из композитных материалов. Все это позволило повысить эффективность поглощения ударов деформируемыми зонами спереди и сзади автомобиля.

Коробки передач

Ранее автовладелец мог выбирать лишь между тремя КП – 4-5-ступенчатой механикой, вариатором, а также 3- или 4-ступенчатым классическим автоматом с гидротрансформатором. Кто бы мог подумать, что коробки передач в легковых авто будут иметь девять и даже десять ступеней? Это автоматы, которые разработали инженеры компании ZF и внедрили в моделях премиум-марок Mercedes-Benz, Range Rover, BMW, Jaguar. Еще интереснее оказались коробки передач, в которые, по сути, внедрили по две механические КП (у каждой – свой механизм многодискового сцепления). Это известная линейка роботизированных коробок передач DSG (Direkt Schalt Getrieb) производства Borg-Warner и LUK. Она появилась в начале двухтысячных годов. А сегодня подобные конструкции  с мокрым и сухим сцеплением можно встретить в моторных отсеках Alfa Romeo, Audi (S-Tronic), Ford, Kia, Hyundai, Porsche и др. Эти коробки передач, в отличие от механических, ручных, работают практически без разрыва потока крутящего момента, передаваемого на колеса. В них нет потерь энергии, как в гидротрансформаторе классической АКП. Поэтому данный тип РКП оказался самым динамичным и экономичным.

Новые технологии

Светотехника

Новые технологии
Светодиодные технологии – главное достижение светотехники двух последних десятилетий. В разных вариациях они доступны и для массовых моделей, и для премиум-класса.

Минувшие 20 лет были значимыми для развития автомобильного освещения. В этот период конструкторы работали как над лучшей освещенностью дороги, так и над декоративной составляющей автомобильной оптики. Так, в 1998 г. появились галогенные лампы головного света с эффектом ксенона. В 2004 г. на серийном автомобиле (Audi A8 W12) в качестве штатного оборудования появились дневные ходовые огни – светодиодные приборы от Philips. Четырьмя годами позже этот же поставщик укомплектовал другую Audi – модели R8 – полностью светодиодной оптикой. Тогда же эти технологии стали доступными для широкого круга автомобилистов. В продажу поступили первые комплекты ходовых огней Philips LED Daytime lights для самостоятельной установки на любой автомобиль. И настоящий прорыв новые светодиодные технологии совершили год назад, когда потребителю стали доступны LED-лампы головного света для стандартных фар формата Н4.

За двадцать лет фары с механизмом ручной регулировки вверх-вниз превратились в автоматические, адаптивные, подстраивающиеся под конкретные условия движения, дорожный рельеф и т.д. Умные матричные светодиодные фары уже распознают едущее навстречу авто и отключают светодиоды, направленные на него. Так избегают ослепления встречных машин, обеспечивая максимальное освещение дороги.

Приход в светотехнику систем управления лучами света значительно повысит безопасность на ночной дороге.

Новые технологии
Современные авто могут иметь до пяти режимов работы головных фар для разных условий движения.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте, Viber, Telegram и Messenger: все самые важные автомобильные события в одном месте.