Модель S 400 BlueHybrid станет первым легковым автомобилем от данного бренда с гибридной системой, который появится на рынке летом 2009 года. Успешное сочетание бензинового V6 двигателя и компактного гибридного модуля сделало S 400 BlueHybrid самым экономичным седаном в своем классе. В смешанном цикле он потребляет всего 7,9 литра топлива на 100 километров. Это также обеспечивает рекордно низкий уровень выбросов CO2 — всего 190 граммов на километр. При этом модель демонстрирует впечатляющую мощность: бензиновый двигатель объемом 3,5 литра развивает 205 кВт/279 л. с., а электродвигатель — 15 кВт/20 л. с. с пусковым крутящим моментом в 160 Н•м.
Таким образом, общая мощность составляет 220 кВт/299 л. с., а суммарный крутящий момент достигает 385 Н•м. Кроме того, S 400 BlueHybrid является первой серийной моделью, которая оснащена мощным литий-ионным аккумулятором, специально разработанным для автомобилей, что представляет собой значительный шаг в направлении электрификации автомобильного привода.
Новая модель S 400 BlueHybrid основана на S 350 и включает в себя значительно модернизированную систему привода и трансмиссии. В её состав входят усовершенствованный бензиновый V6 двигатель объемом 3,5 литра, дополнительный электродвигатель с постоянными магнитами, семиступенчатая автоматическая коробка передач, оптимизированная для работы с гибридным модулем, а также необходимые силовые и управляющие электронные устройства, трансформатор и высоковольтный литий-ионный аккумулятор.
Компактный гибридный модуль представляет собой электродвигатель дискообразной формы, который также выполняет функции стартера и генератора. Эта система обеспечивает двойной эффект: с одной стороны, она снижает расход топлива, а с другой — значительно увеличивает удовольствие от вождения. Основная заслуга в этом принадлежит так называемому добавочному эффекту, который позволяет электродвигателю оказывать мощную поддержку бензиновому двигателю в фазе разгона, когда расход топлива наиболее высок, добавляя 160 Н•м крутящего момента. Взаимодействие обоих силовых агрегатов приносит пользу водителю, обеспечивая впечатляющую характеристику крутящего момента и отличную динамику.
Кроме того, гибридный модуль включает в себя удобную функцию «стоп-старт», которая отключает двигатель, когда автомобиль останавливается, например, перед светофором. При необходимости возобновить движение электродвигатель практически незаметно и комфортно запускает основной двигатель, что также способствует экономии топлива и защите окружающей среды: двигатель запускается почти мгновенно, что минимизирует выбросы на этапе старта.
При торможении электродвигатель функционирует как генератор, и благодаря рекуперации энергии торможения позволяет вернуть часть затраченной энергии. Он эффективно взаимодействует с моторным тормозом и традиционными тормозными механизмами, повышая их эффективность и обеспечивая плавный переход между фазами. Сохраненная энергия аккумулируется в мощном, но компактном литий-ионном аккумуляторе, который размещен в моторном отсеке и используется по мере необходимости. Управление этой сложной системой осуществляется высокопроизводительным электронным блоком управления, установленным рядом с двигателем.
Значительный шаг к полной электрификации автомобиля
Основой этого высокоэффективного гибридного привода, отличающегося компактной модульной конструкцией, стал новый высоковольтный литий-ионный аккумулятор, специально разработанный для автомобилей. Это делает компанию первым автопроизводителем в мире, который предлагает серийный автомобиль с подобным приводом. Таким образом, известный бренд из Штутгарта вносит значительный вклад в электрификацию автомобилей и вновь становится законодателем мод в области автомобильных технологий.
Ключевыми преимуществами нового аккумулятора по сравнению с традиционными никель-металлгидридными батареями являются более высокая плотность энергии и электрический КПД при меньших размерах и массе. Благодаря компактной установке нового аккумулятора в моторном отсеке вместо классической стартёрной батареи, размеры салона и объем багажника остались прежними. Литий-ионный аккумулятор не только служит источником энергии для электродвигателя, но и через трансформатор подключен к бортовой электросети на 12 вольт, обеспечивая электроэнергией стандартные потребители, такие как фары и системы комфорта. Новая аккумуляторная система включает блок литий-ионных элементов с контроллером и системой управления, прочный корпус, охлаждающий гель, радиаторную пластину, подвод охлаждающего вещества и высоковольтный разъем.
Оптимизированный тепловой КПД двигателя снижает расход топлива
Бензиновый V6 двигатель объемом 3,5 литра с адаптивным управлением клапанами прошел глубокую переработку и оптимизацию. Инженеры смогли использовать преимущества принципа Аткинсона, при котором фаза расширения длится дольше, чем фаза сжатия. В этом случае впускной клапан остается открытым немного дольше между фазами впуска и сжатия, что повышает тепловой КПД двигателя и снижает удельный расход топлива и выбросы. Новый блок головки цилиндров, новые поршни и модифицированный распределительный вал с новым управлением позволили увеличить мощность двигателя на 5 кВт/7 л. с. до 205 кВт/279 л. с., одновременно сократив потребление топлива.
Дополнительный рост КПД, особенно на длительных поездках по загородным дорогам и автобанам, S 400 BlueHybrid демонстрирует благодаря смещению рабочей точки ДВС в сторону меньшего удельного расхода топлива. Высокий уровень крутящего момента, обеспечиваемый добавочным эффектом, дарит водителю необыкновенное ощущение разгона, при этом расход топлива и выбросы остаются на низком уровне.
Электродвигатель повышает эффективность
Компактный электродвигатель дискообразной формы занимает минимальное пространство, расположенный в корпусе трансформатора между двигателем и семиступенчатой АКПП, и повышает общую эффективность системы привода. Это трехфазный магнитоэлектрический двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, выполненный в виде двигателя с наружным ротором, который при рабочем напряжении 120 вольт развивает мощность 15 кВт/20 л. с. и пусковой крутящий момент 160 Н•м. Этот компактный агрегат (стартёр-генератор) также выполняет функции традиционных механизмов двигателя — стартёра и генератора.
Его точное взаимодействие с ДВС обогатило систему множеством дополнительных функций, которые положительно влияют как на расход топлива и сокращение выбросов, так и на маневренность автомобиля S 400 BlueHybrid. Кроме того, благодаря своей дискообразной форме агрегат эффективно гасит крутильные колебания в трансмиссии, что снижает уровень шума и вибрации. В результате водитель и пассажиры наслаждаются более комфортными условиями поездки.
«Добавочный» эффект увеличивает удовольствие от вождения
В целом система приносит значительные преимущества: она помогает экономить топливо и повышает удовольствие от вождения благодаря так называемому «добавочному» эффекту, который позволяет электродвигателю оказывать мощную поддержку ДВС в фазе разгона, создавая крутящий момент в 160 Н•м с самого начала. Таким образом, гибридный привод S 400 BlueHybrid обеспечивает отличную тягу даже на низких оборотах, что подтверждается впечатляющей кривой крутящего момента. Дополнительный крутящий момент, создаваемый гибридным модулем, продолжает положительно сказываться на процессе разгона. В любой дорожной ситуации водитель получает преимущество от совместной работы обоих агрегатов, наслаждаясь отличной реакцией на нажатие педали акселератора и высокой динамикой без увеличения расхода топлива.
Автомобиль S 400 BlueHybrid разгоняется с нуля до 100 км/ч за 7,2 секунды и достигает максимальной скорости 250 км/ч, которая ограничена электроникой. В плане экономии топлива S 400 BlueHybrid превосходит уже впечатляющий результат модели S 350 с традиционным двигателем, экономя дополнительно 2,2 литра на каждые 100 километров. Выбросы CO2 сократились на 21%.
Функция «стоп-старт» экономит топливо при движении накатом
Кроме того, гибридный модуль включает в себя удобную и эффективную функцию «стоп-старт», которая отключает двигатель, когда автомобиль движется накатом со скоростью ниже 15 км/ч, например, перед светофором. Чтобы возобновить движение, электродвигатель мгновенно и практически незаметно запускает основной двигатель сразу после того, как водитель убирает ногу с тормоза или нажимает на газ. Это также способствует экономии топлива и защите окружающей среды, так как двигатель запускается почти мгновенно, что минимизирует выбросы на этапе старта. Кроме того, это снижает встряхивание автомобиля, которое обычно происходит при запуске двигателя с помощью традиционного стартёра.
Удобство управления автомобилем и комфортная атмосфера в салоне остались на высоком уровне благодаря тому, что как насос гидроусилителя, так и компрессор климатической системы работают на электрическом приводе. Это позволяет им функционировать даже при выключенном двигателе и во время стоянки. Интеллектуальная система управления определяет, выполняет ли водитель маневр разворота или паркуется, и в таких случаях временно отключает автоматическую функцию, чтобы обеспечить удобство завершения маневров.
Каждое торможение производит электроэнергию для аккумулятора
При замедлении автомобиля электродвигатель функционирует как генератор, преобразуя энергию торможения, возникающую при отпускании педали акселератора и торможении, в электрическую. Эта энергия аккумулируется в мощной и компактной литий-ионной батарее и используется по мере необходимости.
Электродвигатель усиливает эффект торможения двигателя внутреннего сгорания в два этапа, плавно переходя от одного к другому. На первом этапе, в режиме принудительного холостого хода, без использования тормоза, электродвигатель начинает рекуперацию энергии. Второй этап начинается, когда водитель слегка нажимает на тормоза — в этом случае мощность генератора увеличивается, что ощущается как более сильное замедление. Только при более сильном нажатии на тормоза активируются колёсные тормоза, что позволяет не только вырабатывать больше электричества, но и беречь гидравлическую тормозную систему. Для оптимизации этого процесса инженеры разработали новую тормозную систему с усовершенствованным педальным модулем специально для модели S 400 BlueHybrid.
Эффективно интегрированные силовые электронные устройства
Для работы трёхфазного магнитоэлектрического двигателя в сети постоянного тока с напряжением 120 вольт необходима специализированная полупроводниковая техника. Инвертор установлен на месте стартёра. Поскольку силовые электронные устройства могут нагреваться при токах до 150 ампер, система дополнительно оснащена низкотемпературным контуром охлаждения.
Инженеры разместили трансформатор напряжения под правой колёсной аркой, что позволяет осуществлять энергообмен между бортовой сетью на 12 вольт и основной сетью. В случае падения напряжения стандартной батареи трансформатор обеспечивает возможность запуска двигателя от вспомогательного источника через специальный кабель. Для поддержания высокого электрического КПД трансформатор также подключён к низкотемпературному контуру охлаждения. Свинцово-кислотная батарея, установленная в багажнике, наряду с обычными потребителями энергии, также питает систему контроля высоковольтных компонентов. Литий-ионный аккумулятор позволяет сделать систему более компактной и лёгкой.
Проверенная автоматическая коробка передач с новыми настройками
Инженеры адаптировали известную автоматическую коробку передач для работы с гибридным приводом, обновив программное обеспечение, управляющее трансмиссией. Новый масляный насос обеспечивает надёжную смазку коробки даже в моменты, когда двигатель внутреннего сгорания остановлен.
Управление всей этой сложной системой осуществляется с помощью высокопроизводительного электронного контроллера двигателя, который обладает широкими функциональными возможностями и может адаптироваться к различным условиям эксплуатации, таким как городская езда, движение по просёлочным дорогам, автомагистралям или маневрирование.
Информация о состоянии гибридного привода на приборной панели
Водитель получает информацию о текущем состоянии гибридного привода через визуальные средства. В центре приборной панели есть отдельное поле, отображающее направление потока энергии, как при использовании электродвигателя, так и при рекуперации, а также уровень заряда аккумулятора.
Система безопасности с семью уровнями в дополнение к стандартам
Безопасности уделено особое внимание, что характерно для марки из Штутгарта. При разработке нового серийного автомобиля был использован многолетний опыт концерна Daimler в области топливных элементов. Специалисты столкнулись с задачей не только соблюсти все международные и корпоративные стандарты, но и обеспечить максимальную безопасность электрических компонентов, учитывая как условия производства, так и работу сотрудников автосервисов, а также интересы спасательных служб, которые могут оказаться вовлечены в эвакуацию пассажиров из аварийного автомобиля.
Таким образом, гибридная технология, применяемая в S 400 BlueHybrid, включает в себя серьёзную концепцию безопасности, состоящую из семи уровней.
- Первый уровень безопасности: все кабели имеют цветовую маркировку и соответствующую информацию для безопасного обращения, что предотвращает неправильный монтаж на производстве и упрощает регулярные проверки.
- Второй уровень безопасности: обеспечивается полная защита от контакта с компонентами системы благодаря интенсивной изоляции и специальным штекерам.
- Третий уровень: литий-ионный аккумулятор, впервые используемый в серийном автомобиле, оснащён комплексом защитных средств. Этот инновационный накопитель помещён в прочный стальной корпус с дополнительным креплением. Элементы размещены в специальном геле, который эффективно гасит вибрации. Также предусмотрено продувочное отверстие с предохранительной мембраной и отдельным контуром охлаждения. Внутренний электронный контроллер постоянно следит за соблюдением требований безопасности и немедленно предупреждает о возможных нарушениях.
- Четвёртый уровень безопасности включает разделение полюсов аккумулятора, индивидуальную разводку проводов всех высоковольтных компонентов и постоянный контроль с помощью сложной схемы блокировки. Все высоковольтные компоненты связаны между собой, и в случае сбоя система автоматически отключается.
- Активная разрядка высоковольтной системы происходит, когда зажигание переводится в положение «выкл.» или при возникновении неисправности, что относится к пятому уровню безопасности.
- При аварии высоковольтная система автоматически отключается за доли секунды (аспект шестой).
- Наконец, седьмой уровень: система постоянно контролируется на наличие коротких замыканий.
- Когда автомобиль стоит на месте, бензиновый двигатель обычно отключён, что предотвращает расход топлива. Электропривод компрессора климатической системы и насоса гидроусилителя рулевого управления позволяет без ограничений использовать климат-контроль и усилитель рулевого управления. Комфорт остаётся на уровне всех моделей.
- Трогание с места и разгон, инициируемые лёгким нажатием на педаль акселератора, проходят плавно и комфортно. Для тех, кто предпочитает резкий старт, электродвигатель добавляет динамики, обеспечивая более быстрый разгон.
- При равномерном движении умная электроника может определить, что водитель проезжает лёгкий участок на автомагистрали, и автоматически изменяет точку приложения нагрузки в ДВС для снижения расхода топлива и уменьшения выбросов.
- При движении по инерции с каждым замедлением (снятие ноги с педали акселератора, торможение двигателем) начинается процесс рекуперации
Будущее электромобилей: тренды и инновации
Инновации в области зарядной инфраструктуры также играют важную роль. Установка быстрых зарядных станций на стратегически важных маршрутах делает использование электромобилей более удобным. Внедрение технологий беспроводной зарядки и возможность зарядки от солнечных панелей открывают новые горизонты для владельцев электрических автомобилей.
Автопроизводители активно исследуют возможности автономного вождения. Интеграция систем искусственного интеллекта и сенсоров позволяет автомобилям более эффективно взаимодействовать с окружающей средой, что повышает безопасность и комфорт вождения. Ожидается, что в ближайшие годы автономные функции станут стандартом для большинства моделей.
С точки зрения дизайна, электромобили становятся более привлекательными. Производители стремятся создать стильные и современные автомобили, которые привлекают внимание потребителей. Использование легких и прочных материалов, таких как углеродное волокно, позволяет улучшить аэродинамические характеристики и повысить эффективность.
С точки зрения устойчивого развития, многие компании внедряют принципы круговой экономики. Это включает в себя переработку старых аккумуляторов и использование вторичных материалов в производстве новых автомобилей. Такой подход не только снижает негативное воздействие на природу, но и способствует экономии ресурсов.
