Începutul
Cu opt ani în urmă, am început o facultate de design industrial. Am făcut-o pentru că iubeam mașinile. Nu a ieșit așa cum am crezut. Pe la jumătatea facultății, mi-am dat seama că nu vreau să proiectez doar interiorul sau exteriorul unui vehicul; voiam să proiectez întregul lucru. Se pare că nu există un astfel de job.
Am terminat facultatea, mi-am schimbat cariera din design și acum lucrez ca jurnalist, scriind despre mașini la care oameni extrem de talentați au muncit ani de zile.
Și există un imens gol în formă de mașină în viața mea. Hai să schimbăm asta.
Conceptul
Am să construiesc o mașină.
Acest proiect va fi puțin diferit față de alte mașini personalizate pentru că nu voi porni de la un vehicul existent sau fabrica aproape niciuna dintre piese. Tehnologia de prototipare rapidă a evoluat foarte mult într-un timp scurt. Este posibil să faci un întreg vehicul fără aproape nicio unelte speciale. Cel puțin un automobil sport hibrid ușor. Dacă sună nerealist, ei bine, lasă-mă să te conving.
Presupunând că funcționează, acest vehicul va fi efectiv un kit car open-source, teoretic construibil de aproape oricine cu un garaj și uneltele potrivite. Fiecare piesă va avea o specificație precisă și un furnizor. Să vorbim însă despre specificațiile reale.
Scheletul acestui vehicul, precum șasiul și suspensia, va fi personalizat. Motorul, transmisia, motorul electric și diferențialele nu sunt. Există câțiva candidați buni pentru motor, dar unul în special a devenit favoritul: motorul în linie cu șase cilindri de la o motocicletă BMW K1600. Mulți au teoretizat despre plasarea acestui motor într-o mașină și știu câțiva care au făcut-o cu adevărat.
Motorul în linie cu șase cilindri de la o motocicletă BMW K1600
Datorită alegerii acestui motor, va fi considerabil mai dificil să fac mașina să funcționeze. Cel mai echilibrat candidat ar fi fost un motor cu patru cilindri în linie de la o motocicletă Honda Goldwing. Există mai multe avantaje în utilizarea unui motor Goldwing – în special unul mai vechi cu carburator – față de șase cilindri din K1600. Cu toate acestea, am vrut să fiu sigur că trenul de rulare cu ardere internă va fi excelent indiferent de partea electrică a lucrurilor. Multe mașini hibride sportive greșesc acest lucru și eu nu voi face această greșeală.
Un motor K1600 – achiziționat de pe eBay cu aproximativ 20.000 de mile pe el – se află acum în garajul meu. Dar există o problemă mare: se rotește în direcția greșită în comparație cu un motor de mașină. Fără a rezolva această problemă, aș avea șase trepte de mers înapoi și practic nicio modalitate de a merge înainte. Acest lucru este simultan o problemă uriașă, dar și destul de amuzantă.
Sunt mai multe soluții, dar voi pur și simplu întoarce diferențialul meu din spate pentru a-l face să meargă înapoi, adică să-l învârt pe axul de intrare pentru a pune un flanșă de ieșire acolo unde era cealaltă. Mulți oameni online spun că este o idee proastă. Acesta este aproape întreaga adevăr. Am vorbit cu oameni care au făcut acest lucru pentru alte proiecte care implică motoare de motocicletă și, atâta timp cât folosești un diferențial puternic, ar trebui să fie în regulă pentru acest lucru. Am vorbit și cu un inginer de la General Motors care și-a petrecut cea mai mare parte a carierei doar proiectând angrenaje – o coincidență foarte fericită – și el a spus că este în regulă să faci asta atâta timp cât totul rămâne bine lubrifiat.
Acest motor va funcționa pe un ECU independent, cu care nu am mai lucrat până acum. Am vorbit cu experți în domeniu - adică oamenii foarte utili de la care intenționez să achiziționez sistemul – și ei spun că este cu siguranță posibil. Lucruri precum senzorii de came, injectoarele de combustibil și roata de declanșare a arborelui cotit par relativ convenționale.
Electrificarea
Probabil ai auzit deja de Corvette-ul E-Ray până acum, iar kartul meu este conceptual foarte similar. Axa mea din față va fi propulsată de un motor electric, o unitate capabilă de 35,0 kilowați care este folosită în mod normal în
Avionul electric paramotor
Este fabricat de o companie numită Free RC Hobby, care sponsorizează acest proiect. Aceștia oferă mai multe motoare mai puternice pe care le-aș fi putut folosi – și chiar controlere – dar acesta este ușor și are caracteristicile potrivite pentru a fi conectat la un diferențial auto.
Motorul de 35 de kilowați, proiectat și construit de Free RC Hobby, este folosit în mod obișnuit în avioanele electrice paramotor. Specificațiile sale îl fac ideal pentru mașinile ușoare.
Diferențialul din față este de la un Audi A4. Oferă o reducere a vitezei și transmite puterea către roțile din față. Am luat în considerare folosirea a două motoare pe puntea față – există avantaje în a face acest lucru – dar un singur motor este cea mai bună opțiune pentru această aplicație. Voi acoperi acest aspect într-un episod viitor, dar până atunci, dacă mă vezi la un bar, este mai bine să nu menționezi aceste lucruri. Voi vorbi ore în șir.
Energia provine de la un pachet de baterii nominal de 72 de volți, cu o capacitate de 1,4 kilowați-oră, format din 30 de celule prismatic de titanat de litiu într-o configurație 30S 1P. Este dreptunghiul albastru mare din imaginea principală. Fabricate de Toshiba, Mazda folosește aceleași celule în unele dintre sistemele lor hibride ușoare.
Mazda folosește aceste celule Toshiba LTO, cunoscute și sub numele de SCiBs, în unele dintre sistemele lor hibride ușoare. Sunt ideale pentru scopurile mele datorită densității lor mari de putere și stabilitate.
Am asamblat parțial acest pachet și este o unitate foarte impresionantă pe hârtie. Poate furniza în jur de 40 kW (53 cai putere) într-o explozie lungă și se încarcă rapid. Datorită tensiunii relativ scăzute, puterea electrică va scădea în jurul vitezei de 50 mile pe oră. Cu puține modificări – schimbând motorul sau diferențialul – această viteză poate fi crescută la costul performanței la accelerație.
Plasarea motorului și a bateriei
Sunt mulțumit de locul în care se află acum motorul, deși vitezele mari nu sunt o prioritate pentru mine din motive personale și de siguranță. La fel ca și E-Ray, bateria este amplasată în tunelul central structural al vehiculului, care este un tub de aluminiu pătrat de șase inci. Un ventilator de radiator cu debit mare de aer va permite răcirea puternică a aerului prin tunel și în jurul bateriei, dar există spațiu pentru a adăuga răcire lichidă în viitor, dacă este necesar.
Partea excelentă despre aceste celule LTO este că au o rezistență internă mult mai mică în comparație cu celulele de litiu-ion NMC, astfel încât nu se încălzesc atât de mult sub tracțiunea curentă mare. De asemenea, sunt extrem de sigure – poți bate un cui în ele fără prea multe consecințe – și pot fi ciclate de până la 20.000 de ori înainte ca degradarea semnificativă să apară. Sunt un candidat excelent pentru bateriile hibride din aceste motive și altele, cu marele dezavantaj fiind densitatea energetică. Totuși, nu am nevoie de foarte multă energie.
Magia hibridă
72V poate părea prea puțin, chiar și pentru un hibrid. Acest lucru nu este cazul. Există multe motive excelente pentru a combina un sistem hibrid cu o tensiune relativ mică cu un motor de motocicletă într-o mașină. Cel mai important este că majoritatea motocicletelor nu au o treaptă de mers înapoi, iar atunci când oamenii montează motoare de motocicletă în mașini, ei trebuie să cumpere de obicei o cutie de viteze scumpă pentru a compensa sau să improvizeze o altă soluție. Sistemul meu electric de tracțiune îmi oferă o treaptă de mers înapoi, efectiv.
Alternatoarele mici de motocicletă ar putea avea, de asemenea, dificultăți în a furniza energia necesară pentru a alimenta multe accesorii. Alternatorul K1600 are 700 de wați, ceea ce ar trebui să fie suficient, dar plasând un convertor DC-DC între bateria de 12V a mașinii și bateria de tracțiune de 72V, poți folosi energia regenerată de la roți pentru a alimenta sistemele de bord, cum ar fi ventilatoarele de răcire în caz de nevoie.
Sistemul Electric
Un convertor DC-DC etanș, fabricat de Elcon, va permite bateriei de tracțiune să trimită până la 1000W către sistemele de 12V ale vehiculului în situații de încărcare ridicată.
Sunt și alte motive bune pentru a opta pentru un sistem hibrid, cum ar fi mai puțina uzură a ambreiajului motorului de motocicletă la pornire. Cel mai convingător motiv pentru a face toate acestea nu este tehnic, totuși.
Toate acestea vor face mașina mai distractivă de condus.
Deși interesante, majoritatea sistemelor hibride din mașinile de serie nu oferă șoferului posibilitatea de a interacționa sau ajusta livrarea de energie electrică după bunul plac. Acest vehicul nu va fi așa. Nivelul de frânare regenerativă și puterea de ieșire a motorului vor fi ajustabile pe parcursul deplasării. Știu deja cum să fac asta.
Modul în care energia electrică este transmisă, adică când și cum șoferul decide să folosească nivelul de putere selectat, va fi de asemenea configurabil. Încă decid care este cea mai bună modalitate de a face acest lucru, fie un fel de paletă de schimbare, un buton pe volan sau integrat cumva cu pedala de accelerație. În final, integrarea acestei funcționalități nu este conceptual complexă; este doar ceva ce trebuie iterat.
Rezultatul final este un motor în linie cu 8.500 RPM combinat cu un tren de rulare electric separat care poate fi reglat după preferințele utilizatorului. Vehiculul va putea probabil să pornească ca o mașină LMDh, accelerând până la viteză sub puterea electrică și apoi trecând la motorul cu ardere internă. Nu sunt sigur cât de plăcut va fi asta, dar în cele din urmă va depinde de șofer să pornească așa dacă dorește.
Deoarece mașina este ușoară, trenul de rulare electric poate fi și el ușor. Întregul meu pachet de baterii cântărește mai puțin de 40 de kilograme, motorul meu cântărește mai puțin de 12 lbs, iar invertorul cântărește mai puțin de 10 lbs. Cele mai grele părți ale acestui vehicul sunt de departe motorul cu ardere internă și diferențialele.
Aceasta este magia. Mașina este deja ușoară pentru că este mică și este propulsată de un motor de motocicletă (motorul și transmisia combinate cântăresc doar 226 lbs). Deficiențele configurării de combustie a motocicletei sunt în mare măsură depășite de un sistem hibrid care, prin natura vehiculului în care este instalat, poate fi de asemenea mic și ușor. Valoarea pe care o are aceasta pentru selecția invertorului nu trebuie subestimată. Trecerea peste 100V înseamnă a intra în teritoriul unor componente mult mai scumpe și mai complicate. Nu trebuie să fac asta datorită cerințelor mele de putere reduse.
Pe hârtie, totul se adună într-un mod foarte plăcut.
Șasiul și Caroseria
Până acum aproximativ un an, partea de șasiu a acestui vehicul ar fi fost de nerealizat. O mare parte a acestui proiect este că vreau să fac foarte puțină fabricație personal. Acest lucru va face ca totul să nu se bazeze pe abilitățile mele personale și va permite ca totul să fie repetabil pentru cititorii inspirați. Cred că alte persoane mai inteligente decât mine pot extinde și mai mult această idee.
Dacă această metodă de producție sună absurdă, ei bine, pur și simplu nu mai este. Același sponsor al atât al Motocompacto Type R, cât și al kartului cu patru motoare electrice, Oshcut, poate tăia cu laser tuburi pătrate suficient de mari pentru a realiza un șasiu complet din aluminiu. De fapt, progresul meu actual este arătat mai jos. Singurul component al șasiului pe care va trebui să-l obțin de la un alt producător este roll cage-ul. Dacă știți o afacere care mă poate ajuta cu asta, dați-mi de știre.
Construcția șasiului
Șasiul constă din mai multe tuburi de aluminiu șurubate și lipite. Unele nu sunt afișate în această imagine.
Construcția caroseriei
Plăcile caroseriei vor fi imprimate 3D pe o mașină FDM sau SLA de format mare. Prețul acestei tehnologii a scăzut considerabil în doar câțiva ani. Piese precum pielea ușilor pot fi imprimate într-o singură etapă, fără a lipi alte imprimate mai mici împreună. Părți mai mari precum capota și capacul din spate sunt separate în panouri mai mici. Aceste piese vor fi fie grunduite și vopsite așa cum sunt, fie, cel mai probabil, acoperite cu un material compozit precum fibra de sticlă pentru a adăuga rezistență. Am primit deja oferte rezonabile pentru aceste piese, dar caut cât mai multe, în special în Statele Unite. Vă rugăm să ne contactați dacă știți vreunul.
Designul mașinii
Mai jos este o previzualizare a designului de bază, pe care l-am redat de un artist digital talentat. CAD-ul real al caroseriei se schimbă pe măsură ce designul se maturizează, așa că nu vreau să împărtășesc exact cum arată la un nivel granular. Cel puțin nu încă. Va arăta foarte aproape de ceea ce vedeți acum, totuși.
Mai multe de urmat
V-aș putea povesti mai multe, dar acesta este doar un început. Pentru a fi cât mai concis, nu voi discuta despre interior în acest articol; Aceasta va fi un subiect interesant pentru o altă piesă.
Pe măsură ce avansez, vor exista mai multe caracteristici de tip jurnal despre dezvoltarea vehiculelor. Aceste actualizări vor fi mari și mici, uneori scrise și uneori prezentate prin alte medii.
Acest întreg concept sună probabil extrem de optimist, iar eu s-ar putea să par inconștient de problemele care mă așteaptă.
Aveți dreptate.
Nu știam cât de dificil va fi atunci când am început, și nu pot anticipa cât de dificil va fi drumul înainte. Cu toate acestea, pentru fiecare problemă cu care mă confrunt, nu mă simt descurajat. Găsesc învățarea și rezolvarea problemelor absolut captivante.
Mulți cititori probabil vor avea comentarii, întrebări sau sfaturi. Nu ezitați să-mi trimiteți un email la peter.holderith@motor1.com.
Ne vedem data viitoare.
