Когда мы сравнили четырех пионеров гибридов, один оставил остальных позади

Прежде чем гибриды стали нормой, эти четыре автомобиля показали, как быстро развиваются технологии.

[Эта история впервые появилась в майском номере 2004 года MotorTrend с заголовком "Состояние гибридного союза."] Первые два полноценных бензино-электрических гибридных автомобиля, доступных в США, были настоящими технологическими прорывами, настолько велико было их отличие от устоявшихся парадигм автомобилестроения. Все мы восхищались обтекаемой формой Honda Insight, экзотической алюминиевой конструкцией и стратосферными показателями EPA.

Затем нас поразил Toyota Prius с его множеством электрических моторов и дисплеями потоков энергии, как в видеоиграх. Но как только первоначальное удивление утихло, мы не могли не заметить, что эти автомобили не были особенно удовлетворительными в повседневной эксплуатации.

Двухместный Insight вышел на рынок в конце 1999 года, а седан Prius появился вскоре после. Оба разгонялись как экономичные автомобили десятилетней давности. Они оба катались на жестких высокоэффективных шинах, которые предлагали минимальное сцепление и следовали за дорожными трещинами и ямами с фанатичным рвением. Оба автомобиля часто разгонялись и тормозили рывками и нелинейно, когда помощь электрического мотора включалась и выключалась.

Их подвески также были откалиброваны на высокую эффективность. Минимальный угол переднего кастера и электрический усилитель руля сочетались, чтобы подавить обратную связь от руля, и автомобили требовали постоянной коррекции, чтобы оставаться в полосе на автомагистрали. Худшее из всего, простые смертные, а не только тестировщики с тяжелой ногой из журналов, не достигали тех высоких показателей экономии топлива, которые фиксировались EPA.

Наконец, большинство объективных автомобильных аналитиков согласились, что даже бухгалтеры Enron не смогли бы показать прибыль от затрат на проектирование, разработку и производство этих автомобилей стоимостью менее 21 000 долларов. Даже с учетом ретроспективы, наше первоначальное недовольство кажется оправданным.

Перенесемся на пять модельных лет вперед — и гибридный ландшафт готов кардинально измениться. Мы выходим далеко за пределы категории "научный эксперимент". Эта технология больше не будет ограничена крошечными, странно выглядящими экономичными автомобилями, которые требуют от владельцев жертвовать управляемостью или комфортом на алтаре экономии и экологии. Напротив, электрическая помощь собирается занять свое место рядом с нагнетателями и турбонаддувом как средство эффективного повышения производительности обычных, массовых автомобилей, одновременно тихо повышая статистику корпоративной средней экономии топлива (CAFE).

Поэтому сейчас кажется хорошим временем взглянуть на то, насколько далеко продвинулись гибриды и куда они движутся.

Текущее состояние искусства экономии топлива

Покупатели обычных автомобилей и грузовиков не проявляют особого энтузиазма к экономичным транспортным средствам, но наше правительство считает, что они нам нужны, поэтому оно повышает стандарты корпоративной средней экономии топлива для легких грузовиков с текущих 20,7 миль на галлон до 21,0 миль на галлон для модельного года 2005, 21,6 миль на галлон для 2006 и 22,2 мили на галлон для 2007. CAFE для легковых автомобилей останется на уровне 27,5 миль на галлон, по крайней мере, на данный момент. Автомобили с более высоким расходом топлива появятся, хотим мы этого или нет.

Если поговорить с автомобильным инженером о экономии топлива, большинство из них признает, что, проектируя транспортное средство для достижения определенных размеров, веса и показателей производительности, переход от традиционного бензинового двигателя к меньшему двигателю с электрической помощью и батареей с регенеративной подзарядкой даст экономию топлива примерно на 25 процентов. Переход вместо этого с оригинального бензинового мотора на аналогичный дизельный двигатель также сэкономит около 25 процентов. В августе 2002 года мы проверили эти утверждения о паритете дизеля и гибридов, отправив дизельный VW Jetta на 400-километровый маршрут с переменным движением вместе с аналогичным по размеру Toyota Prius и Honda Civic Hybrid. Средняя экономия топлива на маршруте варьировалась от 39,4 миль на галлон (Honda) до 42,3 миль на галлон (VW), а разгон до 100 км/ч варьировался от 12,7 секунд (Toyota) до 13,8 секунд (VW).

Конечно, гибрид с дизельным двигателем обеспечивал бы еще лучшую экономию топлива, но будущее дизельных двигателей в этой стране неопределенно. Жесткие новые нормы по выбросам угрожают запретить дизели для легковых автомобилей, если не произойдет технологический прорыв, который значительно снизит выбросы частиц (саже) и NOx (оксидов азота). Эти нормы вступили в силу в этом году в штатах, следящих за стандартами Калифорнии, и они будут внедряться по всей стране к 2008 году, что объясняет, почему больше автопроизводителей обращают внимание на гибридные автомобили с бензиновыми двигателями для повышения своих показателей CAFE.

Toyota и Honda прокладывают заметно разные пути в этом гибридном фронте. Система Integrated Motor Assist (IMA) Honda в моделях Insight и Civic Hybrid является мягкой и элегантно простой в эксплуатации — электрический мотор помещен между традиционным двигателем и трансмиссией, которая может быть как пятиступенчатой механической, так и бесступенчатой (CVT).

Экономия топлива достигается за счет отключения двигателя при остановке или катании и уменьшения объема двигателя, полагаясь на электрический мотор для помощи при ускорении. Мотор питается от энергии, накопленной во время замедления и торможения, когда он функционирует как генератор, подзаряжая встроенный аккумулятор. (Современные гибриды никогда не подключаются для подзарядки.) Гибриды Honda не могут ускоряться только на электрической энергии.

Гибридная система Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD) более сложна. Бензиновый двигатель уникален, использует легкие и низкофрикционные внутренние компоненты, предназначенные для работы на максимальных оборотах всего 5000 об/мин. Механическое сжатие 13.0:1 улучшает эффективность, но впускные клапаны закрываются так поздно, что воздушно-топливная смесь испытывает только 9.5:1 сжатие, что позволяет двигателю работать на обычном топливе. Уникальная планетарная автоматическая трансмиссия позволяет автомобилю ускоряться с места до 48 км/ч только на электрической энергии, если водитель ускоряется плавно, что значительно увеличивает экономию топлива по сравнению с тем, что достигает мягкий гибрид Honda. Если нажать на газ сильнее, бензиновый двигатель включается. Если же нажать в пол, отдельный генератор переключается на работу как дополнительный мотор для еще большей помощи. Экономия топлива значительно меньше на высоких скоростях, где двигатель должен работать постоянно, что объясняет, почему результаты EPA Prius выше для городского теста.

Другие технологии экономии топлива, такие как бесступенчатые и шестиступенчатые или семиступенчатые трансмиссии, деактивация цилиндров, непосредственный впрыск бензина, двигатели с переменным коэффициентом сжатия и даже бензиновые двигатели с воспламенением от сжатия внедряются или находятся в разработке, но немногие из них обещают превзойти 25-процентное улучшение гибридов.

Являются ли гибриды настоящими автомобилями?

Дизайн Prius 2004 года может быть достаточно привлекательным, чтобы привлечь людей, которые не заботятся о технологиях или экономии топлива, на тест-драйв.

Такие люди обнаружат просторный, комфортный автомобиль, который ускоряется вполне приемлемо (за 10.2 секунды до 96 км/ч с полностью заряженными батареями, он на 2.2 секунды быстрее, чем Prius 2003 года, протестированный в тот же день) и движется по дороге более плавно и тихо с меньшими усилиями на руле. Более крупные шины (P185/65R15 против P175/65R14) наделяют новый Prius более уверенной динамикой, хотя в тестовом автомобиле опциональная (и агрессивная) система стабилизации не позволила количественно оценить улучшение в наших тестах на слалом и скользящей площадке.

Внедрив технологию "тормоза по проводам" и дальше усовершенствовав компьютеры, управляющие различными моторами, генераторами и фрикционными тормозами, которые работают во время ускорения и торможения, новый Prius работает гораздо плавнее, так что водитель гораздо меньше осознает различные переключения между электрическим и механическим оборудованием. Электрический усилитель руля ощущается более привычно, хотя и не совсем соответствует лучшим гидравлическим системам.

Honda Civic Hybrid также является гораздо более изысканным и удобным автомобилем, чем Insight весом 853 кг. Жесткие шины двухместного автомобиля и разница в ширине передней и задней осей в 10 см делают его трудным в управлении на рифленом или ухабистом асфальте, а неровности ощущаются в мельчайших деталях. Тонкие боковые стекла и минимальная звукоизоляция почти не фильтруют ветер и шум дороги, и водителю становится довольно неуютно на дороге с большими внедорожниками. Хотя Insight проехал наш слалом быстрее всех (101,4 км/ч против 100,6 км/ч у следующего по скорости Civic), обратная связь от управления редко побуждает водителя пытаться выполнять героические маневры.

Civic, напротив, выглядит и ведет себя как обычный автомобиль, уверенно движущийся по большинству дорог с минимальным вниманием. Он лучше смягчает неровности, чем Insight, но уступает новому Prius по качеству езды. С вариатором Honda разгоняется почти так же плавно, как Toyota, хотя до 100 км/ч она разгоняется почти на две десятых секунды медленнее (за 12,1 секунды). Если нажать на тормоза, Civic замедляется с тем самым знакомым гибридным дерганием, когда регенерация батареи включается и выключается.

Любая дискуссия о показателях ускорения должна учитывать мимолетный характер гибридной мощности. Поднимаясь на Пайкс-Пик, вы исчерпаете батарею ниже линии деревьев, продолжая движение с маленьким бензиновым двигателем, который задыхается от недостатка воздуха. Мы протестировали каждый из этих автомобилей с максимально разряженной батареей и увидели, как время разгона с 0 до 100 км/ч упало на 1,3 и 1,5 секунды для Honda и на 3,3 и 4,7 секунды для Prius.

Ни Toyota, ни Honda не требуют периодического обслуживания батареи или компонентов гибридного привода, и каждая из них ожидает, что батарейный блок прослужит более 160 000 км.

Что касается реальной экономии топлива, то между данными EPA и реальностью все еще существует значительная разница (см. боковую панель). И мы все еще сомневаемся, что какой-либо из этих автомобилей продается по старомодному принципу прибыльности. На самом деле, мы бы предположили, что новый Prius, начиная с $20,510, является самым сильно субсидируемым автомобилем на рынке сегодня.

Долгосрочная перспектива

Если спросить автопроизводителей заглянуть в свои хрустальные шары, многие скажут, что видят мир, движущийся к водородной экономике, с топливными элементами как конечной целью. Эти автомобили с топливными элементами будут гибридами, объединяющими водород и воздух как основной способ генерации электроэнергии, но полагающимися на какой-либо вид накопителя энергии на борту в качестве резервного источника. Эта батарея, конденсатор, маховик или что-то еще позволит автомобилю уехать, пока холодный топливный элемент разогревается и начинает работать, и обеспечит мгновенное ускорение по требованию (топливные элементы не могут обеспечивать большие всплески мощности так быстро, как водители привыкли ожидать от своих бензиновых двигателей). Конечно, она также будет хранить энергию, восстановленную во время торможения.

Логично, что компания с наибольшим опытом настройки и интеграции бензино-электрических гибридов может оказаться в наилучшей позиции для проектирования и разработки автомобилей с топливными элементами, которые ведут себя как обычные автомобили и грузовики, когда технология созреет, а инфраструктура станет доступной. Если бы это будущее было всего через пять лет, мы бы поставили на Toyota. Вероятно, это как минимум через 25 лет, но остальной индустрии уже нужно догонять. Тем временем наслаждайтесь повышенной производительностью и экономией вашего следующего гибридного автомобиля, грузовика или кроссовера.

Что дальше для гибридов?

С учетом давления CAFE на грузовики и потенциальной прибыли в этом сегменте, неудивительно, что большая часть гибридных новинок в ближайшие годы будет в сегменте грузовиков. Этой осенью Toyota улучшит свою систему HSD для использования в Lexus RX 400h, за которым последует Toyota Highlander Hybrid в начале 2005 года. Технология идентична той, что используется в Prius, но мощность батареи и электрического мотора будет удвоена, а 3.3-литровый V-6 заменит 1.5-литровый четырехцилиндровый двигатель. Совокупная мощность, как сообщается, превысит 270 лошадиных сил, а экономия топлива будет лучше текущего среднего показателя 27.6 миль на галлон для компактных седанов, что эквивалентно впечатляющему диапазону в 965 километров. Модели с полным приводом получат дополнительный электрический мотор, который будет приводить в движение задние колеса для улучшения сцепления и более быстрой акселерации (ожидайте низкие времена около семи секунд до 100 км/ч); просто не стоит ожидать возможности покорить маршрут Rubicon Trail. Toyota может даже адаптировать HSD для использования в своем предстоящем пикапе, заменяющем Tundra.

Этим летом Ford начнет производство Escape Hybrid, который будет сочетать 2.3-литровый четырехцилиндровый двигатель с планетарной бесступенчатой трансмиссией (CVT), использующей два электрических мотора, как это делает Toyota HSD, за исключением того, что опция полного привода будет механической, а не электрической. Гибридное оборудование добавляет 90 килограммов, но обеспечивает производительность V-6 с городской экономией топлива, оцениваемой в 35-40 миль на галлон. Тяга прицепа будет ограничена 450 килограммами. Цены еще не установлены, но Ford признает, что они будут субсидированы в какой-то степени.

Этой осенью Honda объединит свою систему IMA с V-6 в Accord, и двигатель сможет работать на трех цилиндрах, когда шесть не нужны. Сочетание, как сообщается, обеспечит экономию топлива, аналогичную Honda Civic, с производительностью, превосходящей обычный V-6 Accord.

GM в настоящее время производит систему мягкого гибрида для клиентов по продаже грузовиков (розничные продажи начнутся в конце этого года). Она работает как IMA Honda, интегрируя 19-сильный мотор в гидротрансформатор трансмиссии 4L60E, который соединен с 5.3-литровым V-8. Отключая двигатель во время простоя и замедления, а также используя мотор для сглаживания блокировки гидротрансформатора на низких скоростях, система обеспечивает 10-12-процентную экономию топлива. Но ее главное преимущество для целевой аудитории — строителей — это встроенный генератор на 120 вольт мощностью 14,000 ватт. Система добавит примерно 2500 долларов к цене Chevy Silverado или GMC Sierra.

Следующий проект GM по мягкому гибриду заменит стартер и генератор на 2006 Saturn Vue и 2007 Chevy Malibu на девятисильный электрический мотор, приводимый в движение ремнем. GM ожидает увидеть экономию топлива в 12-15 процентов от этой системы в сочетании с CVT.

Полноценные гибриды появятся в полноразмерных внедорожниках GM в 2007 году и в больших пикапах годом позже. Пока мало технических деталей было раскрыто, но известно, что система будет упакована в пространство традиционной автоматической трансмиссии и включает два планетарных редуктора, каждый из которых имеет электрический мотор мощностью 25-30 лошадиных сил внутри или соединенный с его солнечной шестерней.

Вместе они обеспечивают бесконечный диапазон передаточных чисел от 4.0:1 до 0.6:1. Работая в сочетании с V-8, который может отключать четыре цилиндра, общая экономия топлива оценивается в 25-35 процентов.

На выставке в Детройте в январе Mercedes-Benz представил концепт S-Class, оснащенный V-6 и двухмоторной гибридной системой, способной развивать скорость 80 км/ч только на электрической энергии. Общая мощность составила 309 лошадиных сил, что достаточно для разгона до 100 км/ч за 7.5 секунд и максимальной скорости 250 км/ч, используя на 20 процентов меньше топлива, чем V-8 S-Class. Mitsubishi также представила свой концепт Eclipse с приводом E-Boost, состоящим из 269-сильного 3.8-литрового V-6, приводящего передние колеса, и 201-сильного электрического мотора, приводящего задние колеса. Можно предположить, что такой тип "гибрида через дорогу" (двигатель и мотор соединены только через колеса) будет более сложным для настройки на бесшовную работу и может быть менее вероятным для серийного производства.