Высокая стоимость. Цены на новые модели Tesla в комплектации Bummer начинаются от 43 000 долларов в Америке. В наших деньгах это примерно 2 800 000 рублей. В Москве цены начинаются от 3,5 миллионов рублей. Это не совсем дешево для электромобиля.
Автомобиль Тесла — как работает электромобиль
Популярность легковых автомобилей с электродвигателем в качестве силового агрегата неуклонно растет. Пионер в области автомобильных инноваций, компания Tesla, возглавляемая Илоном Маском, является бесспорным лидером в производстве электромобилей.
Почему модельный ряд марки Tesla, запущенный в производство всего 9 лет назад, уже стал культовым и чрезвычайно известным? Почему электромобили вытесняют автомобили с двигателями внутреннего сгорания, в которых производители добились впечатляющего прогресса в плане экологичности, топливной экономичности и безопасности? Каковы конструктивные различия между электромобилем и автомобилем, работающим на топливе?
Давайте узнаем, как компания Tesla Motors определила приоритет развития легковых автомобилей через массовое производство своей высокотехнологичной продукции.
Устройство автомобиля Тесла
Определяющими элементами дизайна Tesla являются:
- Электродвигатель: асинхронного типа, переменного тока; индуцирует 4-х полюсное магнитное поле, прокручивающее ротор.
- Инвертор: выполняет трансформацию постоянного тока, поступающего с батареи, в переменный 3-х фазный, поступающий на двигатель.
- Подвесная часть: независимая 2-х рычажная передняя и 5-ти рычажная задняя.
- Аккумуляторная батарея (тяговая ~ 400 V): осуществляет питание электродвигателя.
- Кузов: рамной конструкции из алюминия с ребрами жесткости, обеспечивающими безопасность при столкновении.
- Электронная система управления: анализирует, координирует и управляет работой устройств автомобиля.
- Трансмиссия: одноступенчатый редуктор, передающий вращение ротора на ведущие колеса.
- АКБ (12 V): снабжает энергией бортовую сеть.
Электромобиль не имеет двигателя, сцепления, стартера, системы зажигания, управления смесью или многоступенчатой трансмиссии.
Принцип работы двигателя Тесла
Это асинхронный двигатель, который использует электродвижущую силу вращающегося магнитного поля на неподвижном статоре для создания условий для вращения короткозамкнутого ротора.
В принципе, электродвигатель работает следующим образом: Постоянный ток преобразуется инвертором в переменный и подается на полюса трехфазного статора → электромагнитное поле вращается в статоре и возникает индукция → действие на обмотку ротора порождает токи якоря → их взаимодействие с полем статора вызывает вращение ротора → действие на «газ» увеличивает частоту тока статора и, следовательно, вращение якоря.
В отличие от синхронных двигателей, где вращение полей в тандеме статор-ротор одинаково, в асинхронных двигателях существует «гистерезис» между полями ротора и статора (по величине относительного скольжения).
Люфт в Tesla достигается за счет изменения полярности катушек стартера. Когда педаль акселератора полностью отпущена, электродвигатель автомобиля работает как генератор, преобразуя механическую энергию вращения колес в электричество для зарядки аккумулятора.
Преимущества использования асинхронных приводов в автомобилях Tesla заключаются в следующем:
- простая конструкция и обслуживание;
- допустимость кратковременных перегрузок;
- пуск ‒ непосредственно от аккумуляторного блока;
- эффективный отбор крутящего момента;
- работа в режиме генератора (рекуперация при отпускании «газовой» педали).
В зависимости от модификации, Tesla оснащается 1 или 2 моторами: 1 для заднеприводных автомобилей и 2 для полноприводных.
Двигатель Тесла, принцип работы
Самой важной частью автомобиля является асинхронный двигатель, который был разработан великим ученым Николой Тесла. Давайте рассмотрим, как работает асинхронный двигатель
Асинхронный двигатель состоит из двух частей: статора и ротора.
Итак, как работает асинхронный двигатель? Асинхронный двигатель — это трехфазный двигатель переменного тока с вращающимся магнитным полем.
Вращающееся магнитное поле создается в обмотках статора. Это, в свою очередь, приводит в движение ротор.
Следует также помнить, что в асинхронном двигателе скорость вращения самого ротора ниже, чем скорость вращающегося магнитного поля, создаваемого в статоре двигателя.
Но это еще не все. Скорость двигателя зависит от частоты переменного тока, протекающего в обмотках. Чем выше частота, тем быстрее вращается двигатель. Таким образом, управляя частотой, мы можем управлять вращением двигателя и, следовательно, скоростью самого транспортного средства. Другими словами, все управление транспортным средством основано на преобразовании постоянного тока в трехфазный ток и возможности изменения частоты трехфазного тока. Это простое преобразование постоянного тока в переменный ток нужной частоты делает автомобили Tesla простыми и надежными.
Почему асинхронный двигатель лучше, чем ДВС
График крутящего момента (N⋅m) в зависимости от скорости для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) выглядит примерно так:
Поэтому не стоит соединять вал двигателя внутреннего сгорания непосредственно с колесами.
В этом случае требуется коробка передач и механическая коробка передач.
Также помните, что линейное движение поршней должно быть преобразовано во вращательное движение. Это очень трудоемкий процесс, поскольку необходимо сбалансировать весь двигатель так, чтобы вибрация была как можно меньше.
А чтобы запустить такой двигатель, нам также нужен стартерный двигатель. Но, как вы знаете, стартер не может запуститься без аккумулятора. Или «из бустера»).
Еще одним недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что его выходная мощность очень неравномерна, что требует использования маховика.
Помимо очевидных недостатков двигателя внутреннего сгорания, это высокая стоимость, выбросы выхлопных газов в окружающую среду, высокая стоимость топлива, ограниченный срок службы из-за большого количества изношенных деталей, низкий КПД, высокий уровень шума, большой вес, замена расходных материалов и, как мы уже говорили, необходимость в коробке передач.
Взаимосвязь между крутящим моментом и оборотами двигателя на автомобилях Tesla выглядит следующим образом.
Скорость вращения двигателя может варьироваться от нуля до 18 000 об/мин! Как видно, эта зависимость практически одинакова во всем диапазоне. Поэтому нет необходимости в трансмиссии или коробке передач.
Если сравнить двигатель внутреннего сгорания с асинхронным двигателем, то можно увидеть явную разницу в весе и мощности. Соотношение вес/мощность составляет 0,8 кВт/кг для двигателя внутреннего сгорания и 8,5 кВт/кг для двигателя с естественным всасыванием. Разница более чем в 10 раз!
Платформа из аккумуляторных батарей
Асинхронный двигатель нужно чем-то приводить в движение. Именно поэтому в автомобилях Tesla используется блочная платформа с литий-ионными батареями. Этот батарейный блок вырабатывает постоянный ток.
Такой блок состоит из небольших, простых литий-ионных батарей.
Решетка, на которой частично размещены батареи, также является радиатором, через который протекает антифриз.
Этот тип теплоотвода очень эффективен, поскольку он одинаково охлаждает все батареи.
Все эти батареи собраны в небольшие блоки
Платформа состоит из нескольких таких модулей
Вживую это выглядит следующим образом
Антифриз, используемый для охлаждения платформы от батарей, охлаждается в передней части автомобиля в автомобильном радиаторе.
Также видно, что тяжелая платформа с батареей расположена близко к земле, поэтому низкий центр тяжести улучшает управляемость и устойчивость автомобиля.
Такая аккумуляторная платформа стоит более 12 000 долларов и весит более полутонны. Пока что аккумуляторная платформа является самой дорогой частью автомобиля. Проблема всех электромобилей, в конце концов, заключается в дорогих батареях. Если ученые разработают дешевые аккумуляторы большой емкости, это будет означать конец эры двигателей внутреннего сгорания.
Функции автомобиля
Как и многие другие творения Илона Маска, электромобиль Tesla оснащен инновационными решениями и технологиями. Можно сказать, что эти автомобили являются испытательным полигоном для тех функций и возможностей, которые будут доступны автовладельцам в будущем.
Интегрированное управление
В конечном итоге разработчики Tesla хотят усовершенствовать технологию интегрированного управления. Таким образом, простой автомобиль превратится в настоящего робота, способного самостоятельно оценивать ситуацию, планировать маршрут и двигаться по нему совершенно автономно.
В настоящее время возможности системы ограничены функцией автопилота, которая более подробно описана ниже. В действительности это помощник водителя, а в будущем автомобиль сможет действовать без вмешательства человека. Ожидается, что развитие искусственного интеллекта приведет к созданию самообучающегося встроенного компьютера, который сможет управлять автомобилем на основе своего опыта.
Автопилот
С октября 2016 года все электромобили Tesla в обязательном порядке оснащаются автоматическим рулевым управлением.
Оборудование включает в себя различные датчики, радар, систему видеокамер и программное обеспечение для встроенного компьютера. Автомобиль способен самостоятельно двигаться по определенной полосе, сохраняя безопасную дистанцию. Функция «самостоятельного вождения» доступна в качестве отдельной опции. Это позволяет автомобилю менять полосы движения, проезжать повороты и даже самостоятельно парковаться.
Экологически «чистое» авто
Маркетинговые кампании производителя подчеркивают, что электромобиль Tesla чрезвычайно экологичен. В реальности все не так однозначно.
Автомобиль не выделяет парниковых газов, но для зарядки аккумуляторов требуется электроэнергия. Современное состояние развития энергетики не позволяет полностью удовлетворить потребности населения за счет солнечной энергии, ветра и других возобновляемых источников.
Кстати, большая часть электроэнергии по-прежнему вырабатывается на тепловых электростанциях, работающих на угле, газе или нефти. Поэтому весьма вероятно, что повсеместный переход на электромобили приведет к увеличению загрязнения воздуха.
Еще одним недостатком «экологичности» Tesla, как и любого другого электромобиля, является производство литий-ионных батарей. Процесс производства считается очень вредным для окружающей среды. Утилизация батарей, отслуживших свой срок, также является проблематичной. Содержащиеся в них элементы чрезвычайно вредны для почвенной системы.
Поэтому только там, где солнечные батареи могут заряжаться круглый год, можно говорить об электромобилях как об экологически чистом решении.
Работа от батареи
Аккумуляторы, которыми оснащены электромобили Tesla, поистине можно назвать чудом техники.
Справка. Каждая литий-ионная батарея стоит около 45 тысяч долларов.
А есть ли минусы?
Это говорит в пользу производителя, что Tesla не зарывает голову в песок, а признает ряд проблем со своими автомобилями. Вначале большинство вопросов касалось технических характеристик автомобилей, но со временем по многим параметрам они превосходят даже дорогие спортивные модели премиум-класса.
К самым большим недостаткам Tesla на сегодняшний день относятся следующие:
- довольно высокая цена на электромобили по сравнению с машинами, имеющими традиционные или гибридные двигатели;
- у неопытных владельцев опасения может вызывать малый запас хода, сеть заправочных станций компании пока недостаточно развита для дальних переездов;
- литий-ионные аккумуляторы, несмотря на свою эффективность, крайне чувствительны к минусовым температурам, что снижает эффективность машин в странах с холодным климатом.
Кстати, появившиеся в прессе сообщения с критикой пожароопасности Tesla не имеют под собой никаких оснований. Независимое исследование, проведенное по заказу Министерства транспорта США, показало, что на каждые 170 миллионов пройденных миль в электромобилях компании происходит один пожар. Для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания эта цифра в десять раз выше.
Автопилот
Что ж, мы рассказали о том, как управляется Tesla, теперь я предлагаю поговорить о системе автономного вождения. Для обнаружения препятствий (пешеходов, столбов, деревьев и т.д.) программное обеспечение собирает данные из четырех источников:
- ультразвуковые сенсоры отвечают за обнаружение других автомобилей
- фронтальный радар, способен «увидеть» помеху даже сквозь дождь или туман
- фронтальная камера распознает дорожные знаки
- сверхточный GPS, проверяющий корректность информации, собранной другими датчиками
Конечно, Tesla регулярно обновляет программное обеспечение своих автомобилей, но Autopilot все еще не совсем надежен — даже в развитых западных странах, на идеально ровных дорогах с качественной дорожной разметкой, Tesla иногда нуждается в помощи водителя (не говоря уже о движении по неровной местности или по нашим плохим дорогам с зачастую неполными указателями).
Дым из выхлопной трубы: возможные причины
Дым из выхлопной трубы является признаком существующего или надвигающегося сложного дефекта, устранение которого обойдется в значительную сумму денег. Этот дым не только «раскрывает» состояние автомобиля, но и дает возможность выявить и устранить неисправности двигателя. Что «рассказывает» дым и каковы его последствия?
Влияние изношенных шин на управляемость автомобиля
Водители часто используют термин «лысая шина» для описания шины, которая сильно изношена, поскольку протектор на ней уменьшается. Это делает колесо менее грубым и более гладким.
Самостоятельная установка антенны и автомобильного усилителя
Как установить автомобильную антенну и усилитель самостоятельно?
Когда приходит время заменить старую антенну на более современную модель, есть два способа решения проблемы. Во-первых, вы можете обратиться за помощью к профессионалу или установить антенну самостоятельно с помощью простых инструкций. Самое главное — выбрать этот необходимый элемент для автомобиля, учитывая не только его привлекательный внешний вид и дизайн, но и технические характеристики.
Десять лучших подержанных автомобилей с полным приводом
Те водители, которым нужен полный привод, которые не хотят зависеть от погодных условий (ждать эвакуатор или снегоуборочную машину зимой после снегопада) или отказываются выезжать за город, когда их ожидает бездорожье.
Если вы хотите продать новый автомобиль через три года.
Нужно ли продавать машину через три года
Выражение «Быть или не быть», используемое почти во всех разговорах, никогда не потеряет своего значения. Когда речь идет об автомобилях, все немного иначе: «Продавать или не продавать»? Наверное, каждый второй автолюбитель, покупающий новый автомобиль, задает себе этот вопрос в нужный момент после трех лет эксплуатации.
Как зарегистрировать автомобиль с помощью купчей
Приобретение автомобиля, пусть даже подержанного, всегда приятно, но оно может доставить и немало хлопот.
Тормозной путь: что это такое и как его рассчитать
Каждый водитель должен помнить, что нажатие на тормоз не приводит к немедленной остановке автомобиля. На это требуется время, которое зависит от нескольких факторов. Согласно Кодексу дорожного движения, необходимо соблюдать безопасную дистанцию между вашим автомобилем и автомобилем впереди, чтобы вы могли затормозить в случае необходимости. Чтобы рассчитать это расстояние, необходимо знать длину тормозного пути. Кроме того, большинство людей путают остановочный путь и тормозной путь.
Как купить автомобиль в кредит и не попасть в лапы мошенников?
Когда вы покупаете автомобиль у дилера или частного лица, вы можете приобрести так называемый заложенный автомобиль, то есть автомобиль, который был конфискован и за который еще не был произведен полный возврат.
