Автомобилизация: от «Руссо-Балта» до «Ё-мобиля»

Кроме добывающей промышленности, земледелия и обрабатывающей промышленности, существует еще четвертая сфера материального производства, которая в своем развитии проходит различные ступени производства: ремесленную, мануфактурную и машинную. Это – транспортная промышленность, все равно, перевозит ли она людей или товары. Карл Маркс

Автомобилизация зародилась при переходе транспортной промышленности на машинную ступень.

29 января 1886 года немецкий инженер Карл Бенц получил патент ДРП №?37435 на первый автомобиль, который открыл дорогу мировой автомобилизации. Через десять лет петербургские инженеры Евгений Яковлев и Петр Фрезе построили первый российский автомобиль. Производство автомобилей в России было успешным. Особо выделялись автомобили «Руссо-Балт» (РБВЗ). В 1910 году на международной выставке в Санкт-Петербурге автомобиль «С24-30», изготовленный из российских деталей, наградили Большой золотой медалью «За конструкцию». В 1912 году на двухместном «С24-55» А.?П. Нагель (редактор журнала «Автомобиль») и В.?А. Михайлов в ралли «Монте-Карло» проехали без поломок дистанцию 4492 километра. Экипаж на русском автомобиле и на русских покрышках финишировал в городе Сан-Себастьян вторым в общем зачете и завоевал Кубок выносливости. Представители иностранных фирм отмечали высокое качество российских автомобилей, нередко превосходящее зарубежные аналоги.

Для подготовки инженерных кадров в 1932 году были созданы автомобильно-дорожные институты с кафедрами «Автомобили». Там работали известные ученые – основоположники автомобильной науки и практики: Е.?А. Чудаков, Г.?В. Зимелев, Д.?П. Великанов, Б.?С. Фалькевич, Л.?Л. Афанасьев, Н.?А. Бухарин, А.?Н. Островцев, В.?А. Иларионов, А.?С. Литвинов и многие другие. Они учили, что автомобиль и транспортное средство – два самостоятельных понятия. Но в 2000 году институты перевели в статус технических университетов, понизили уровень учебных курсов и вместо инженеров стали готовить ученых 1?й степени с нероссийским названием «бакалавр».

Сохранившиеся кафедры переименовали в «Транспортные средства». Может быть, поэтому некоторые сограждане, не понимая значения термина «автомобиль», думают, что развитием нашей автомобилизации управляют «две беды России»?

С этими мыслями хочется согласиться, когда знакомишься с новостями в газетах и передачах ТВ, имеющих заголовки: «Дорожные войны», «Пробки 10 баллов», «75 процентов улиц и проспектов требуют ремонта», «Въезд в Москву могут сделать платным» и т.?п. Бессистемный рост количества автомобилей и неуправляемая автомобилизация обостряют противоречия между потребностями в перевозках грузов и пропускной способностью городских улиц и загородных магистралей. Многофакторные отрицательные последствия накапливаются, и для их устранения в ближайшее время потребуется внедрение дорогих и сложных технологий.

Автомобильная промышленность содействует развитию других отраслей. Она является барометром промышленной конъюнктуры и определяет процессы, происходящие в экономике. Ее работа поглощает около 20 процентов производимой стали, 40 процентов ковкого чугуна, 20 процентов цинка, 60 процентов свинца, 40 процентов платины, 60 процентов синтетического каучука и множество других материалов, а также значительное количество энергетических ресурсов. К концу XX века на автомобилестроение работала треть станкостроения, там были задействованы 60 процентов промышленных роботов и манипуляторов. В автомобильной отрасли трудились 1,5?миллиона человек и 10?миллионов человек работали в смежных отраслях.

В 2015 году количество автомобилей в России достигнет 50?миллионов единиц. Из них примерно 40?миллионов легковых. Наш внутренний рынок для автомобильной промышленности продолжает оставаться перспективным. Уровень автомобилизации оценивают по показателю среднего количества индивидуальных автомобилей на 1000 жителей. Наиболее высокий уровень у США с 800 автомобилями. В России лидирует Приморский край – около 600 автомобилей на 1000 жителей. В табл. 1 приведены некоторые данные по динамике автомобилизации.

Автомобилизация – это комплекс, который развивается в системе «автомобиль – водитель – среда». Исторически сложилось, что звенья этого комплекса растут неравномерно и разрушают систему в целом. Рассмотрим первое звено системы – автомобиль, и его важнейшее эксплуатационное свойство – топливную экономичность.

Автомобиль – наземное транспортное средство, перемещающееся собственными силами; перемещающееся, по меньшей мере, на четырех колесах, размещенных не на одной прямой и находящихся все время в соприкосновении с грунтом; изменение направления осуществляется, по меньшей мере, двумя колесами; ведущими являются по меньшей мере два колеса. Такое обстоятельное определение дает Международная автомобильная федерация (FIA), членом которой Россия является с 1958 года.

Автомобиль создает автомобильная промышленность, для которой правительство утверждает перспективные типажи грузовых и легковых автомобилей и автобусов. Они становятся законом для производства новых моделей автомобилей, их классификации, важнейшим показателем с разбивкой по годам на пятнадцать-двадцать лет. Типаж распространяется и на отрасли-смежники, работающие для головных производителей. Разработка и выполнение типажа автомобилей учитывают условия, в которых развивается автомобилизация: увеличение числа и размеров автотранспортных предприятий, рост денежных накоплений у населения, изменение потребительского спроса, развитие системы автотехобслуживания и др. Последний типаж разработан в СССР на период до 1995 года. В него заложили уровень мировой автомобильной техники и прогноз ее развития с динамикой совершенствования основных показателей новых моделей. Так, за десять лет (раздел «легковые автомобили») у автомобилей особо малого (ЗАЗ) и малого (ВАЗ) классов надо было уменьшить расход топлива в 1,5?1,7 раза. И это было выполнено.

Главным преимуществом российского автомобилестроения, как считают специалисты, было жесткое ограничение числа типов и моделей выпускаемых автомобилей. Если в классе с рабочим объемом двигателя 1,0?1,5?литра у нас выпускалась одна модель легкового автомобиля («Москвич»), то в Англии – четырнадцать различных моделей. Ограничение числа моделей базовых автомобилей давало большую экономию энергетических ресурсов для производства и эксплуатации. Дешевле обходится снабжение запасными частями, ремонт и техническое обслуживание. Необходимо отметить, и это исторически доказано, что успешное развитие отечественной автомобилизации стало возможным только при согласовании производства автомобилей с учетом потребностей автомобильного транспорта и состояния дорог.

Автомобильная промышленность, работая по научно обоснованным типажам, к концу 1980?х годов освоила разработки и внедрила в производство несколько новых поколений автомобилей и двигателей. Автомобильный транспорт получил грузовики повышенной и малой грузоподъемности, седельные тягачи, самосвалы, фургоны, городские автобусы, специализированные автомобили и легковые автомобили для индивидуального пользования.

В середине 1970?х годов мир потряс энергетический кризис, который вызвал технологический бум в большинстве стран. Началось внедрение совершенно новых процессов для экономии энергоресурсов и материалов при производстве автомобилей и двигателей. Некоторые уверяют, что нашу страну этот кризис не коснулся. Но десять лет до второго нефтяного «взрыва» в начале 80?х годов наши специалисты не занимались технологическим прорывом. А в это время в мире во все сферы жизни активно проникала микроэлектроника и компьютерная техника. Созданные новые технологии внесли коренные изменения в производство автомобилей.

Например, в японском городе Цукуба запустили полностью автоматизированный завод по производству дизельных двигателей и коробок передач. Гибкие производственные системы, оснащенные лазером, резали, сверлили, шлифовали, собирали узлы, а затем и само изделие. Производственным процессом управляли всего три человека.

Концерн ФИАТ отказался от традиционного конвейера, где трудилось 2400 рабочих. Подготовительные операции на сборке узлов стали выполнять 600 человек. Автоматизированная технология сборки позволяет в идентичной модели автомобиля производить замену до 2000 комплектующих по заказам покупателей.

Автомобилестроение в XXI веке стало широко использовать технологии CALS – «Непрерывную информационную поддержку жизненного цикла продукции». Прогресс, достигнутый в области информационных технологий, сводит к минимуму материальные и финансовые затраты при производстве и эксплуатации автомобильной техники. CALS – технологии, объединяющие на основе телекоммуникаций в единое целое предприятия и системы передачи данных по следующим позициям: маркетинг и изучение рынка, проектирование и разработка продукции, планирование и разработка процессов, производство, реализация, обслуживание и ремонт, эксплуатация и утилизация. Эти технологии позволяют на 40?60 процентов сократить объемы НИОКР и на 30 процентов – издержки при производстве и эксплуатации наукоемкой продукции со значительным повышением ее качества.

Силовая установка автомобиля более века является объектом жесткой конкурентной борьбы. Один из вопросов – это соблюдение законодательных ограничений по топливной экономичности. В табл. 2 приведены параметры изменения технико-экономической характеристики автомобиля малого класса за период с 1970 по 2010 год. Автомобиль, пройдя длинный путь развития, достиг значительного совершенства. Достигнута высокая удельная мощность, уменьшены масса и габаритные размеры, снижены производственные затраты. Неуклонно снижается расход горючего. Например, лучшие дизельные версии легковых автомобилей с объемом двигателей до 2,0?литров расходуют в смешанном цикле не более 5?литров топлива: Audi A3 1.9 eTDI – 4,5?л?/?100?км; Volvo V50 1.6D – 3,75?л?/?100?км. Говоря об экономии топлива, необходимо учитывать, что автомобильные двигатели преобразуют в полезную мощность только треть от общего количества израсходованного топлива.

Говоря о расходе топлива, можно обратиться к теории автомобиля, которая хранит классические понятия, действующие и сегодня. Для анализа динамических свойств и топливной экономичности очень удобен мощностной баланс автомобиля. Достижение экономии энергии возможно только при минимальном расходовании ее на качение колес по поверхности дороги – Nk; на воздух, обтекающий автомобиль, – NB; на подъем, возникший на пути, – Nn; на ускорение при разгоне -Nn. Часть мощности, развиваемой двигателем, теряется в агрегатах трансмиссии из?за трения в подшипниках валов и зубчатых колесах коробки передач, в зубчатых колесах главной передачи, дифференциала и в подшипниках ступиц колес. Потери мощности увеличиваются при всех ведущих колесах. Для оценки потерь служит коэффициент полезного действия трансмиссии. Например, у легкового автомобиля ВАЗ-2105 он составляет 0,92?0,95, а у ВАЗ-2121 «Нива» снижается до 0,85?0,89. Поэтому у внедорожника, с постоянно включенным приводом на все колеса, расход топлива возрастает на 15?20 процентов. При спокойной езде по прямой горизонтальной дороге современный автомобиль массой 1,2?тонны при скорости 50?км?/?ч затрачивает мощность в 10?15 кВт, то при 60?км?/?ч – 15?25, при 110?км?/?ч – 45?55, а при 150?км?/?ч нужна мощность 80?90 кВт.

Сопротивление качению колес зависит от применяемых шин и качества дорожного покрытия. Если ездить на зимних покрышках с крупным рельефом протектора по ровному асфальту расход топлива вырастет на 25 процентов, а на неровном асфальте еще на 10?15 процентов. В Санкт-Петербурге половина улиц и проспектов заполнены внедорожниками, а их проектировали исключительно для проселочных дорог. В то же время в автомобилизированной Европе въезд внедорожников в города просто запрещен. Одновременно решаются экологические проблемы.

Сопротивление воздуха со скорости более 60?км?/?ч начинает быстро расти, опережая рост сопротивления качению. Обтекаемость кузова автомобиля и площадь его поперечного сечения – два фактора, от которых зависит расход топлива. Если коэффициент сопротивления воздуха – Сх у жигулевской классики был 0,43, «восьмерки» – 0,38, то у «Приоры» – 0,30. Снижение сопротивления воздуха на 10 процентов дает экономию топлива в 2?3 процента. Но есть водители, которые ездят постоянно с багажником-контейнером на крыше. При скорости 110?км?/?ч сопротивление воздуха возрастает втрое по сравнению с 50?км?/?ч. Для информации, автомобили гоночных формул с открытыми колесами имеют коэффициент обтекаемости в два раза хуже, чем у легкового седана.

Чтобы оценить эффективность эксплуатации автомобилей НИИ периодически проводят сравнительные испытания по расходу топлива. Интересный эксперимент провели английские специалисты. В центральном районе Лондона на одном маршруте при средней скорости 17,6?км?/?ч были испытаны малотоннажные грузовые автомобили с тремя двигателями: дизельным, бензиновым и электрическим. Если принять расход энергии дизельными автомобилями за 100 процентов, то расход энергии бензиновыми и электрическими автомобилями составил, соответственно, 185 и 198 процентов. Расход энергии у груженого дизельного и бензинового автомобилей (нагрузка 1?тонна) был на 0,35 кВт-ч?/?км выше, чем у порожних. Для электромобилей разница составила 0,55 кВт-ч?/?км. В абсолютных цифрах груженый дизельный автомобиль расходовал энергии 1,220 кВт-ч?/?км, бензиновый – 2,254 кВт-ч?/?км и электромобиль – 2,413 кВт-ч?/?км. Не случайно в объеме продаж новых легковых автомобилей в среднем по Евросоюзу доля дизельных составляет 53 процента. Можно вспомнить, что наше автомобилестроение с 1986 года планировало выпуск 25 процентов автомобильной техники с дизельными двигателями. Она была разработана и сертифицирована, но на конвейер до сих пор не поставлена.

Поиск мощной и экономичной силовой установки для автомобиля идет по разным направлениям. Вместе с совершенствованием рабочих процессов для полного сжигания топливовоздушной смеси улучшается работа других систем. Уменьшается рабочий объем и число цилиндров, используются новые материалы, снижается вес. Системы питания, охлаждения, смазки, усилители рулевого управления и тормозов получают автономное питание от индивидуальных накопителей энергии. Но главное – какое выбрать топливо?

Топливом для силовых установок автомобилей, которые на 99 процентов – ДВС, уже более века служат бензин и дизельное топливо. Мировое автомобильное сообщество постоянно стимулирует применение альтернативных автомобильных топлив. Государственная Дума РФ 17 октября 2014 года приняла закон о возможности заменять бензин природным газом, электричеством, газовыми смесями, сжиженным углеводородным газом биодизелем, биоэтанолом, источниками кинетической энергии.

До сих пор применение альтернативных энергоресурсов в России находится на уровне выполнения НИОКР. Идея замены жидких нефтяных топлив сводится к приспособлению существующего бензинового или дизельного двигателя работать на вторичных газовых, жидких и даже твердых горючих. Промышленность не производит специальные двигатели, работающие на альтернативных топливах. Стандартных альтернативных топлив в открытой продаже нет. А публикуемые данные о проведенных исследованиях по их сжиганию в приспособленных двигателях не получают применения.

Попытки выполнить проект «электромобиль» в последнее время подвергаются критике. Многие специалисты считают его экономически невыгодным. Значительная часть (до 70 процентов) производителей электроэнергии с ущербом для природы сжигают углеводородное топливо, за экономию которого мы боремся. Увеличиваются затраты на содержание энергетических структур. Отсутствуют убедительные расчеты, для какого класса, в каком количестве и в каком регионе целесообразна замена автомобилей экологического класса Евро-6 на электромобили с учетом развития инфраструктуры для их эксплуатации. И на сколько автомобилей хватит электричества?

Интересный путь преодолели создатели «Е-мобиля» в поиске силовой установки. Они приняли решение строить гибрид с электроприводом. На борту автомобиля установлен небольшой ДВС, работающий на природном газе. Он вращает генератор, вырабатывающий энергию, которая передается к электродвигателям в колесах автомобиля. Для сбора невостребованной электроэнергии на борту будет накопитель, включающийся во время остановок.

Неужели они узнали о трудах российского ученого Н.?В. Гулиа, который с 1960?х годов безуспешно пытался внедрить аналогичную схему? Троянский конь был подарен нашей автомобилизации концерном ФИАТ в виде автозавода-гиганта, производившего в год более 700?тысяч автомобилей. Правда, сам ФИАТ уже начинал замену поточной конвейерной сборки на гибкие автоматизированные линии (см. выше).

Наступили 1990?е, которые запомнятся попыткой быстрого перехода к рыночной экономике. Но сейчас ясно, что переход затянулся. Автомобильная промышленность превратилась в площадки по сборке иностранных автомобилей. Попытки выпускать российские комплектующие не удались. Поставщики не могли выдержать требования качества. В 2014 году правительство приняло решение исключить иностранные комплектующие при сборке автомобильной техники. Может быть, это станет началом развития новых инженерных школ.

Быстрый рост числа автомобилей создал множество проблем, причины и следствия которых объяснить бывает очень трудно. Ясно одно: мы столкнулась не с техническим фактором, а с социально –

экономическим и культурным состоянием общества.

Возможность свободного приобретения автомобиля превратила средство передвижения в социальный символ благополучия владельца. Потребуются большие усилия для возвращения наших соотечественников к реальным представлениям об автомобилизации России.

Д. т.?н. Александр КАПУСТИН, профессор Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета