На международном автосалоне 2021 года в Мюнхене компания BMW с большой помпой представила концепт-кар iVision Circular, разработанный для «экономики замкнутого цикла», модного слова эко-движения, позволяющего перерабатывать старые вещи в новые с минимальным использованием энергии. iVision был образцом того, каким может быть будущее автомобилей, за исключением одного. Он не мог двигаться, если его не толкали, не тянули или не тащили на буксире. У него не было мотора.
Тем не менее, BMW могла бы с полным основанием объявить iVision концептуальным прорывом, если бы не одно другое обстоятельство. Группа студентов из Эйндховенского университета в Нидерландах сделала это первой, в 2018 году, и справилась лучше. Их автомобиль, изготовленный из перерабатываемых материалов (композитное шасси в основном было получено из сахарной свеклы), мог проезжать 240 миль на одной зарядке и развивать максимальную скорость около 60 миль в час.
Почти каждый год, начиная с 2013 года, студенты Эйндховена создают действующие концепт-кары, чтобы доказать, что экологически чистый дизайн доступен крупным производителям, если они только попытаются (да, вы чувствуете намек на ликующий стыд; студенты, как правило, работают с полной отдачей). Грета Тунберг с экоэнтузиазмом).
Самое последнее достижение — двухместный вездеход под названием Stella Terra — преодолел 1000 километров (621 милю) по дорогам и бездорожью через Марокко в пустыню Сахара, полностью питаясь от бортовых солнечных батарей. Заявленная как первая, «Терра», как ее называют студенты, имеет теоретическую максимальную скорость 90 миль в час и запас хода 440 миль — если солнечно.
Секрет успеха — уникально эффективная интеграция готовых компонентов, компьютерного программирования, специальной системы управления питанием и 22 студентов с высоким содержанием кофеина.
Студенты придумывают свои собственные проекты: от автомобилей до дронов и медицинского оборудования. Успех не является чем-то само собой разумеющимся, говорит Мадис Талмар, профессор, курирующий студенческие программы. Но автомобильные проекты «увенчались успехом уже девять раз», сказал он, «и это своего рода чудо».
Две команды из Эйндховена концентрируются в основном на легковых автомобилях: TU/Ecomotive, которая произвела автомобиль из переработанного мусора, один, который может проехать 250 миль на энергетическом эквиваленте одного галлона бензина, а другой, созданный в основном на 3D-принтере. Еще есть Solar Team Eindhoven, которая до сих пор разрабатывала автомобили с солнечными батареями для участия в австралийском World Solar Challenge, гонке на 3000 километров (1864 мили). Эйндховен выиграл свой класс в четырех соревнованиях подряд.
В прошлом году команда Solar Team Эйндховена почувствовала, что снова нечего доказывать гонками. Вместо этого компания построит утилитарный автомобиль, кемпер для бездорожья на солнечной энергии, и докажет, что он достоин дорог и бездорожья. «Это история, которую мы хотим рассказать», — сказал Тиме Босман, менеджер по связям с общественностью проекта. «Что это возможно прямо сейчас». Возьми это, Детройт.
На целый год члены команды приостанавливают учебу (по-прежнему платя за обучение) и проводят дни и ночи, сидя за компьютерами, на собраниях, консультируя производителей и стартапы. Помещенные в небольшой гараж, они работали тайно, обычно по 12 и 16 часов в день, а для завершения строительства в конечном итоге потребовались дневные и ночные смены.
Проектные команды начинают набор студентов во время ориентации, поиска будущих инженеров в области программного обеспечения, тепловой динамики, аэродинамики, конструкции и электрики, а также специалистов в области дизайна, финансов, PR и маркетинга мероприятий. Эти навыки вторичны по сравнению с быстрой обучаемостью и привлекательностью. «Это не так: «Мы знаем кого-то, кто знает, как это сделать». [one thing] очень хорошо», но тот, кто может быстро учиться и хорошо вписывается в команду», — сказал Босман, который задумал построить автомобиль на солнечных батареях еще в начальной школе.
Проекты начинаются с чистого листа. «Мы знали, что сделаем что-нибудь с силой солнца и мобильностью», но это было единственное ограничение, — сказал Босман. Первоначальные идеи включали различные солнечные автомобили, солнечные туктуки и солнечную подводную лодку, которую отвергли как непрактичную. Внедорожный кемпер на солнечной энергии получил одобрение.
Но как его построить? Руководящим принципом было минимизировать потребление энергии. Снижение веса было главным приоритетом. Уменьшение сопротивления качению и ветру имело решающее значение для замены зеркал бокового обзора крошечными камерами. Выдвижная спинка кемпера оставляла достаточно места для двух спальных мешков (в которых измученные студенты иногда дремали во время строительства), но закрывалась, чтобы избежать сопротивления на ходу.
Ступичные двигатели были выбраны как более легкие и эффективные, чем схема с одним двигателем и трансмиссией. Но полный привод или два? Это был, как-никак, и внедорожник. Они рассуждали, что полный привод может выкопать машину из трясины, но более легкая машина вообще не может увязнуть. Наличие двух передних двигателей сэкономит деньги, позволит сократить длину кабеля, снизит вес и уменьшит потери в электрической передаче. Два мотора было.
Студенты разработали легкие детали. Например, плотный аккумуляторный межсетевой экран был заменен на сотовый, зажатый между двумя алюминиевыми пластинами, обработанными современным противопожарным покрытием. Его безопасность была проверена сторонней лабораторией, потому что «у нас не было возможности разжечь такой большой пожар у себя дома», — сказал Боб ван Гинкель, технический менеджер проекта.
Солнечные элементы создали особые проблемы. Самые эффективные панели, созданные для космоса, были слишком дорогими. Более экономичные элементы производят меньше энергии и обычно защищены тяжелым негибким стеклом. Студенты решили проблему с помощью панелей с новым пленочным покрытием, создавшим легкий защитный барьер, который также улавливал больше света, чем стекло. Ячейки с покрытием оставались гибкими, поэтому они могли соответствовать аэродинамической крыше и капоту автомобиля.
Более серьезной проблемой с панелями была максимальная мощность батарей. Батареи лучше всего заряжаются от постоянного источника питания, которого не могут обеспечить солнечные элементы. Многие переменные вызывают колебания мощности ячеек — например, температура и проходящие облака. Для этого требуется система управления распределением солнечной энергии.
Стандартные системы управления электропитанием были либо слишком большими, либо не могли выдержать напряжение в 400 вольт, вырабатываемое панелями. «Поэтому мы полностью спроектировали его сами», — сказал ван Гинкель.
Полученные печатные платы размером полфунта размером 7,9 на 7,9 дюйма имели КПД 97 процентов, что соответствует лучшим из более крупных преобразователей для бытовых нужд. Позже он оказался настолько эффективным, что время от времени приходилось включать рекуперативные тормоза автомобиля, потому что аккумулятор был слишком заряжен, чтобы заряжаться.
Производство было процессом проб и ошибок, вызывавшим как восторг, так и боль. «Очень важным моментом было то, что мотор впервые закрутился», — сказал ван Гинкель. В тот день команда с тревогой собралась, не совсем понимая, чего ожидать от лоскутной системы. Они все вместе затаили дыхание, когда осторожно нажали на педаль газа, послышался легкий гул, моторы заработали, и раздались торжествующие возгласы. «Если это сработало вне машины, — сказал ван Гинкель, — то оно сработает и внутри машины».
Когда почти готовая Terra наконец-то выкатилась на первый тест-драйв, настроение было праздничным и уверенность была высокой. «Это действительно было похоже на спуск корабля на воду», — сказал ван Гинкель. При нажатии на акселератор моторы гудели, колеса поворачивались, и, как и ожидалось, Терра двинулась — но назад. В комнате воцарилось униженное молчание. «Примерно через 10 секунд мы рассмеялись», — сказал ван Гинкель. Моторы поменялись местами слева на право, проблема решена.
Завершенной Терре все еще требовался испытательный полигон. «Как доказать, что внедорожник на солнечных батареях может работать?» — сказал Босман. Они выбрали Марокко, потому что туда не составило труда отправить Терру. Во-вторых, «Каждые пару сотен километров ландшафт меняется», — сказал Босман. «И солнце». Целью было проехать более 600 миль от Танжера до пустыни Сахара за 10 дней исключительно на солнечной энергии.
Солнца было много, но и выбоин, из-за которых колеса покачивались, было много. Команда была утомлена решением технических проблем, которые нужно было решать ежедневно, но ничто не было более устрашающим, чем выбоины. Через несколько дней из-за дорожной колеи сломался поворотный кулак рулевого механизма, который, приложив некоторые усилия, удалось отремонтировать.
После этого появилась стратегия. Передовая машина связалась по рации, чтобы предупредить Терру о предстоящих опасностях. Но на пятый день случилось неизбежное. Колесо наткнулось на выбоину, и рулевая тяга лопнула, как несвежая вафля.
Не имея возможности починить машину, имея под рукой все необходимое, студенты сидели на обочине дороги, опустошенные. После девяти «чудесных» лет успешных концепт-каров и после пренебрежительного отказа от участия в австралийских соревнованиях, где она была фаворитом, команда Eindhoven Solar смогла войти в историю как первая крупная неудача автомобильной программы. «Когда нам пришлось тащить машину к месту проживания, — сказал Босман, — это оказало реальное влияние на командную динамику и командный дух».
Разочарованные, но не желая сдаваться, студенты предприняли всесторонние усилия. Команда инженеров САПР спроектировала усиленный рулевой механизм. По совпадению, на следующий день из Эйндховена приехал видеооператор, чтобы встретиться с командой. Видеооператор мог бы принести запасную часть, если бы он мог изготовить ее немедленно. Был сделан отчаянный телефонный звонок производителю из Нидерландов, который согласился на станке с ЧПУ модернизированной рулевой тяги в одночасье.
Чудо чудом осталось целым. Позже команда подсчитала, что у них в запасе достаточно заряда аккумулятора, чтобы проехать 30 миль обратно к месту поломки и продолжить маршрут без перерыва.
После драмы с рулевой тягой последние пять дней без происшествий могли показаться почти разочаровывающими. И все же, когда студенты все-таки достигли Сахары, год поздних ночей, тревог, близких неудач и окончательного успеха превратился в спонтанный буйство радости, студенты посыпали друг друга песком, кувыркались по дюнам, обнимались, кувыркались на телеге. , крича и по очереди катая Терру по песку, как багги для дюн.
Был проведен последний ритуал. Солнечные гонки всегда заканчивались прыжком в фонтан или океан. Итак, в отеле студенты взялись за руки и полностью одетые прыгнули в бассейн. Весь песок смыть не удалось. «Неделю спустя, — сказал ван Гинкель, — я все еще мог найти песок в тех местах, где, по моему мнению, песка быть не могло».
