Напевно, всі пам'ятають зі шкільного курсу фізики, що електродвигун складається всього з двох деталей: ротора, який обертається, і статора, що нерухомий. Так ось, якщо ми перетворимо статор в вісь, а на обертовий ротор одягнемо автомобільну шину, то перед нами вийде не що інше, як мотор-колесо. Саме таке "чудо" недавно було створено в США.

Здавалося б, чого простіше - ось так зробив і бери собі їдь! Однак в реальному житті все виявилося зовсім не так просто, як здається на перший погляд.

Першим автомобілем, що мали мотор колеса, став "просунутий" Lohner-Porsche (1900) - перший в світі гібридний автомобіль, в конструкції якого були застосовані мотор-колеса. Успіху він не мав, оскільки на ньому були дуже важкі і громіздкі свинцево-цинкові акумулятори, і він не стільки їздив, скільки їх заряджав.

Втім, ідея мотор-колеса після цього аж ніяк не померла, а отримала своє інженерне втілення в оригінальних двигунах для ... кар'єрних самоскидів. Як правило, це величезні машини, які за звичайними асфальтових дорогах не їздять, а день і ніч колесять по йдуть в глибини землі рудним або алмазним кар'єрів, перевозячи на поверхню за кожну поїзду десятки, а то відразу і сотні тонн породи!

Як ці "чудовиська" влаштовані найпростіше розглянути, скажімо, на прикладі Komatsu 930E-3SE - флагмана японського виробника такого роду незвичайної техніки. Повна маса автомобіля - 504 тонни, потужність двигуна - 3500 кінських сил, а перевозить він в своєму "череві" (тобто в кузові!) До 290 тонн вантажу. Для того, щоб зрушити таку громадину з місця, у автомобіля під капотом є 18-циліндровий турбодизель потужність 3500 кінських сил, який здатний давати 1 900 оборотів в хвилину.

До речі, цей силовий агрегат може похвалитися не тільки високою потужністю і приголомшливим крутним моментом, а й чималою вагою - 10 тонн! І ця цифра не здається зовсім фантастичною, особливо, коли дізнаєшся, що в його системі змащення "хлюпається" 340 літрів моторного масла, а в систему охолодження заливається 719 літрів антифризу. Причому на відміну від звичайних автомобілів, де маховик двигуна з'єднаний з провідними колесами через коробку передач, в кар'єрних самоскидах найпопулярнішою є схема з мотор-колесами. У ній двигун всю свою потужність віддає не механічною трансмісії, а генератору змінного струму, що живить тягові електромотори, а вони якраз і є мотор-колесами, так до сих пір і не з'явилися на масових легкових автомобілях.

Крутний момент від електродвигунів передається на гігантські колеса не безпосередньо, а через компактні редуктори, тому обсяг масла, необхідний для роботи кожного редуктора, становить всього 95 літрів. З таким силовим агрегатом максимальна швидкість Komatsu 930E-3SE становить 64,5 кілометрів на годину, що для такої махини зовсім немало, і проблема тут полягає не в тому, щоб її розігнати, а в тому, як зупинити. Над цим завданням працює гібридна гальмівна система, що складається з трьох підсистем: основний, допоміжної і стояночної.

Основна система - гідравлічна, багатодискова, з роздільними контурами передньої і задньої осі і масляним охолодженням гальмівних дисків. Максимальний тиск гальмівної рідини в контурі складає 172 атмосфери і при цьому під час гальмування загальна площа поверхні тертя становить майже 10 квадратних метрів! Але навіть така система не може самостійно справлятися з гігантом, тому їй на допомогу приходить допоміжна - електродинамічна система гальмування.

Під час гальмування тягові електромотори переключаються в режим генераторів, і вся вироблювана ними електроенергія перетворюється в тепло на навантажувальних резисторах. Потужність, що розсіюється на резисторах, в піку може бути більше 4000 кіловат! У той час як середнє значення цього параметра складає 2900 кіловат. Гальмівна система - з сухими гальмівними дисками, здатна утримувати повністю завантажений автомобіль на 15-відсотковому ухилі.

Про що це говорить? Та тільки про те, що все це технічна досконалість всього лише результат дії закону попиту і пропозиції. Є попит - є і пропозиція у вигляді оформленого технічного рішення, і навіть необхідність в справжніх річках палива і масла тут нікого не зупиняє! А ось як справи з міським автомобілем на мотор-колесах?

Що ж, сьогодні вже є міський двомісний електромобіль Hiriko, який якраз і оснащений мотор-колесами. Застосування даного конструктивного рішення дозволило реалізувати на надмалих автомобілі незалежний поворот коліс, тобто він ще і дуже маневрений. Цей автомобіль є комерційною реалізацією проекту CityCar, розробленого в Массачусетському технологічному інституті Media Lab з 2003 року, а проводиться він в Іспанії, в країні Басків. До речі, і назва його Hiriko мовою басків означає "міський" або "з міста".

Тепер ось США порадували всіх любителів екологічного транспорту ще одним подібним авто. В Університеті штату Огайо розроблений незвичайний електромобіль, управляти яким без бортового комп'ютера і різних допоміжних систем просто неможливо. Придумав його ад'юнкт-професор відділення машинобудування Ван цзюньміна. Причому на відміну від кар'єрних самоскидів у нього немає традиційного двигуна внутрішнього згоряння, трансмісії і диференціалів.

Кожне з чотирьох коліс приводиться в рух власним електромотором, які отримують живлення від блоку акумуляторних батарей. Це дає йому можливість здійснювати найрізноманітніші маневри, швидко міняти напрям руху і робити різкі повороти.

Втім, ось так просто робити ці самі різкі повороти можна. Водієві на допомогу приходить спеціальний бортовий комп'ютер, який з частотою до 100 разів на секунду отримує і аналізує показники про стан рульового колеса, педалей акселератора і гальма. А вже на підставі цих даних обчислюються параметри роботи кожного з чотирьох мотор-коліс.

Використана математична модель дозволяє не тільки з високою точністю розрахувати потрібний крутний момент, але й створює нову авто такими можливостями, які недоступні звичайним автомобілям. Наприклад, цим досягається дуже хороша маневреність і чуйність на кожен поворот керма. Причому під час руху один або кілька коліс можуть пригальмовуватися, а що залишилися - продовжувати рух з колишньою швидкістю. Так що напрямки руху може відтворюватися їм ідеально.

Розробка автомобіля почалася в 2009 році за підтримки Управління науково-дослідних робіт ВМС США. Потім в лютому 2012-го команда Вана отримала п'ятирічний грант в розмірі 400 тисяч доларів, що, в общем-то, не так вже й багато, проте і немало. Новий електромобіль створений на шасі комерційного позашляховика і важить приблизно 800 кг. У кожне колесо встановлений електричний двигун потужністю 7,5 кВт, живлення якого забезпечується 15-кіловатним блоком літій-іонних акумуляторів. З центральним комп'ютером мотори пов'язує електричний кабель.

Колосальною перевагою автомобіля є нульовий викид шкідливих газів в атмосферу. А заряджати батареї можна за допомогою поновлюваних джерел енергії. Випробування в різних умовах показали, що точність маневрування у відповідь на дії водія дорівнює 10-20 см. Заряду акумуляторів вистачає на 8-10 годин їзди з зупинками.

Фахівці, втім, визнають, що комерційний варіант автомобіля навряд чи з'явиться раніше, ніж через 5-10 років. Справа в тому, що необхідно поліпшити реакцію його бортовий комп'ютерної та механічної систем, а також реалізувати необхідні кошти забезпечення безпеки водія і пасажирів.

Слід зауважити, що останнім часом в якості двигуна для електромобіля мотор-колеса використовуються все частіше і частіше, особливо в концепт-карах. Винятком став лише Volage - спортивний електромобіль, побудований силами фірм Venturi і Michelin, який скоро повинен буде надійти в продаж. Всі активні системи безпеки, такі як ABS, ESP, Brake Assist і Traction Control, в такому автомобілі можна з'єднати в один керуючий софт, після чого вони зможуть впливати на кожне колесо окремо. Додамо до цього ще й мобільність даної системи і її здатність регенерувати енергію при гальмуванні.

Звичайно, у мотор-коліс є і певні недоліки. Спробуйте-но запхати купу механізмів всередину маленького обода. Зрозуміло, що вага колеса при цьому збільшиться, а це погано позначиться на керованості, підвищиться знос підвіски автомобіля, збільшиться передача вібрації на кузов. Доведено, що ідеальна вага автомобільного колеса повинен складати 10-30 кг. Інженерам Michelin вдалося вписатися в цей жорсткий ліміт: їх тяговий електродвигун Active Wheel важить всього 7 кг, а інша механіка системи укладається в 11 кг.

Ну а істотних недоліків у самого електродвигуна просто немає. Зате є великі складнощі в його харчуванні. І ось саме недосконалість джерел поки не дають використовувати електродвигуни всередині коліс (як, втім, і просто електродвигуни!) В масовому комерційному автомобілебудуванні.

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"