Тествахме прототипи на двигатели в колелата на писта в Словения, за да разберем дали имат потенциал да променят света на електромобилите.

Обикновено човек не би очаквал да попадне на електрически пикап Lordstown Endurance в провинциална Словения – или където и да било другаде. Затова усещането да карам два от общо 70-те оцелели екземпляра в света по състезателна писта близо до малкото балканско селце Чепле беше почти сюрреалистично.

Но причината за посещението не беше пикапът, а технологията в него. Машините на Lordstown бяха само платформа за Elaphe Propulsion Technologies – словенска компания, която разработва електрически двигатели в колелата, способни да доставят и регулират въртящия момент на всяко колело напълно независимо.

Електрическите двигатели, заедно със своите инвертори, преобразуват енергията от батерията във въртеливо движение в колелата. Повечето съвременни електромотори вече предлагат висок въртящ момент и работят ефективно в широк диапазон от обороти, но тяхната архитектура все още оставя неизползван потенциал по отношение на динамиката и оптималното разположение на компонентите.

Една радикална идея предлага решение: двигателят да се премести от мястото си между колелата директно в самите тях. Точно върху това работи компанията Elaphe.

На теория двигателите в колелата биха могли да преобразят изживяването при шофиране на електромобил. Но работи ли тази концепция на практика? Точно това отидох да проверя в Словения.

Пълно разкритие: Elaphe поеха разходите за полета ми до Словения и настаняването. Котките в градчето до хотела бяха много дружелюбни. За кратко обмислях възможността да пренеса една от тях до Щатите в раницата си.

Полет до Словения, за да карам американски пикап

Моторите, вградени в колелата (известни и като „хъб-мотори“), не са нова концепция. Най-ранните електрически автомобили на Фердинанд Порше, създадени преди повече от век, са използвали именно такава технология. В модерната епоха обаче почти всеки производител разчита на централно разположен електромотор, при който въртящият момент преминава през едностепенна скоростна кутия, карета и полуоски, преди да достигне до гумите. Това важи дори за повечето конфигурации с четири мотора. Тези системи са компактни в сравнение със задвижването при двигатели с вътрешно горене, но последните не са особено висок стандарт за компактност.

Чрез интегрирането на мотора директно в главината на колелото тези компоненти се елиминират, което подобрява цялостната ефективност, оптимизацията на пространството и подаването на въртящия момент.

Без механичната връзка на скоростна кутия или кардан, моторите в колелата намаляват паразитните загуби и могат да реагират на командите на водача до 20 пъти по-бързо от традиционното електрическо задвижване. Това отваря врати за по-усъвършенстван контрол на стабилността, разпределение на въртящия момент (torque vectoring) и динамични режими на шофиране, които са просто невъзможни при централно разположените мотори.

Тук на сцената излиза Elaphe Propulsion Technologies. Това е технологична компания за електрически автомобили със седалище в словенската столица Любляна. Фирмата проектира и произвежда вградени в колелата електромотори, както и софтуера за тяхното управление. В Elaphe работят около 60 души, а компанията се ръководи от бивш директор в Bosch. Elaphe е доставчик на мотори за други стартиращи автомобилни компании като Lightyear и Lordstown Motors.

На тестовата писта „Вранско“ Elaphe представи три автомобила, оборудвани със своята система за задвижване в колелата: Lordstown Endurance, Mazda MX-30 и Hyundai Ioniq 5. Серийните версии на MX-30 и Ioniq 5 използват конвенционални централно разположени мотори, така че тестовите автомобили бяха прототипи, доказващи концепцията – познати модели, криещи коренно различно задвижване.

Повечето от непосредствените предимства на използването на мотори в колелата изискват автомобилът да бъде проектиран около тях от самото начало, затова тази конфигурация е компромисен вариант.

Ако автомобилът беше проектиран специално за тази технология, от Elaphe смятат, че биха могли да постигнат с 5% по-ниска линия на покрива, по-добър коефициент на въздушно съпротивление и значително увеличение на вътрешния обем. Тъй като електромоторите са преместени в колелата, под предната и задната част на автомобила има по-малко хардуер, което освобождава повече пространство. На теория това може да доведе до около 3% увеличение на пробега при движение по магистрала.

Трябва да се отбележи обаче, че моторите в главината идват и с някои компромиси. Поставянето на тежките електромотори в колелата означава, че тяхната маса вече е „неподресорена“. Докато „подресорената“ маса на автомобила се поддържа от окачването и е лесна за контрол, неподресорената маса – включваща спирачките, гумите и в този случай моторите в главините – има голямо влияние върху управляемостта и комфорта на возене. Поради това производителите, които използват мотори в главините, трябва да решат този проблем още в началото на проектирането.

При модифицираните Ioniq 5 и MX-30, които бяха предоставени за тест, предимствата в компановката и аеродинамиката не са забележими. Това е така, защото цялостната структура на автомобила остава същата. Но интересното – и това, с което моторите в колелата впечатляват – е начинът, по който се управляват тези автомобили.

Каква е разликата при моторите, вградени в колелата?

Всеки, който е управлявал електрически автомобил със задвижване на четирите колела, е забелязал отличното сцепление. Причината е, че електрическите мотори могат да регулират въртящия си момент с точност до стотна от секундата. Когато управляващият блок усети, че дадено колело превърта, системата може мигновено да прекъсне мощността и да я подаде отново, веднага щом сцеплението се възстанови. Задвижващите системи с двигатели с вътрешно горене не реагират толкова бързо и обикновено разчитат на спирачките, за да забавят превъртащото колело.

Електрическите мотори, вградени директно в колелата, извеждат тази характеристика на изцяло ново ниво. Предимството на технологията на компанията Elaphe е, че всеки мотор може да се управлява напълно независимо. Ако системата засече загуба на сцепление на едно колело, тя може незабавно да намали въртящия момент или дори да приложи отрицателен въртящ момент – т.е. регенеративно спиране – само на това колело. От Elaphe твърдят, че техните мотори в колелата имат до 20 пъти по-бързо време за реакция в сравнение с традиционните електрически задвижвания.

При ежедневно шофиране разликата в задвижването не е лесно доловима. Тя обаче става очевидна на мокри и хлъзгави настилки. Elaphe са настроили софтуера на своите мотори така, че превъртането на колелата да е почти невъзможно, дори и на най-хлъзгавите повърхности.

На пистата на AMZS Motorsports Center беше подготвен участък с нисък коефициент на триене (μ), за да се демонстрира как системата за управление на моторите се справя в подобни условия. Гръцката буква μ (мю) обозначава коефициента на триене. Колкото по-висока е стойността му, толкова по-добро е сцеплението. За сух асфалт тя е около 0,8, докато при лед може да падне до 0,1.

Един от подготвените тестове беше т.нар. „split-μ“ тест. При него лявата страна на автомобила е върху асфалт с високо сцепление, а дясната – върху мокра найлонова повърхност. Идеята е проста: педалът на газта се натиска докрай и се наблюдава реакцията на системата за контрол на сцеплението. Точно това беше направено с модифицирания Hyundai Ioniq 5 на Elaphe.

Без усъвършенстван алгоритъм за управление на моторите, автомобилът би трябвало да завие рязко към страната с по-добро сцепление. Също така се очаква колелата без сцепление да превъртат безкрайно, докато автомобилът не се озове изцяло върху стабилната настилка. В аварийна ситуация на пътя това би могло да бъде фатално.

Тук обаче не се случи нищо подобно. От място педалът на газта беше натиснат докрай и задвижването на Elaphe показа възможностите си. Нямаше никакво превъртане на гуми или каквато и да е драма. Системата за управление на моторите беше толкова прецизна, че воланът можеше да бъде пуснат напълно, а Ioniq 5 продължи да се движи в абсолютно права линия. Очевидно софтуерът ограничи мощността при потегляне, но въпреки това автомобилът успя да ускори сравнително бързо.

Технологията в действие

Истинските предимства на задвижването на Elaphe се усещат в завоите. При завиване възниква феномен, наречен пренасяне на тежестта. При влизане в завой тежестта на автомобила се измества към външните колела. Външното окачване се свива, вътрешното се разгъва, а каросерията се накланя към външната страна на завоя.

Моторите в колелата могат да се възползват от този феномен, като подават повече въртящ момент към външните колела. Тъй като върху тях има по-голяма притискаща сила, повече въртящ момент означава и по-висока скорост в завоя.

Възможен е и обратният ефект: ако се подаде повече въртящ момент към вътрешните колела, отколкото към външните, може да се противодейства на пренасянето на тежестта, създавайки ефект против накланяне. Така автомобилът остава балансиран в завоите с минимално или никакво накланяне на каросерията. На пистата това създаде особено усещане. Колкото и силно да беше натоварван автомобилът в слалома, той оставаше напълно хоризонтален. Усещането беше сякаш е активиран код за измама във видеоигра, който променя законите на физиката.

Всичко това обаче се управлява от софтуера. С натискането на един бутон моторите на Elaphe могат да работят по двата начина. Независимо дали се търси по-малко накланяне или по-добро сцепление, софтуерът може да промени коренно поведението на електрическите мотори. Разликата не е малка – усещането е сякаш се управляват два напълно различни автомобила.

Скрити таланти

Една от характеристиките, които липсват на електрическите автомобили, са механичните вибрации и „душата“ на буталата, експлодиращи хиляди пъти в минута. Някои предпочитат тишината, но на други им липсва драмата. Моторите в колелата обаче могат да излъчват звуци и вибрации, които придават по-сурово усещане на автомобила. По своята същност електрическият мотор е високоговорител. Той се състои от магнити и намотка, през която протича ток. За да се създаде звук, е необходимо единствено да се регулира честотата на инвертора.

От Elaphe споделят, че тези звукови профили могат да бъдат изтегляни и инсталирани в софтуера за управление на моторите. Тестовият Ioniq 5 имитираше двигател с вътрешно горене, като планките зад волана за управление на регенерацията се използваха за „смяна“ на предавки. Разликата спрямо Ioniq 5 N беше, че звуците идваха отвън, а вибрациите бяха много по-интензивни. След тестовата обиколка един от инженерите пренасочи сигнала към аудио източника на инфоразвлекателната система, превръщайки самите мотори в гигантски високоговорители.

Това обаче не е само за забавление. Тази функция може да замени външния високоговорител за системата за предупреждение на пешеходци при ниски скорости. От Elaphe дори твърдят, че субуферът може да бъде напълно премахнат, а колелата да поемат възпроизвеждането на басите.

Заключение: Бъдещето на автомобилите?

Технологията на моторите в колелата предлага огромен потенциал. Тя не само подобрява сцеплението и управляемостта, но и открива нови възможности за звуково и тактилно изживяване при шофиране. Макар все още да е в етап на развитие, тази иновация може да се окаже ключова стъпка в еволюцията на електрическите автомобили.

Въпреки че изглежда сякаш достигаме технологичния връх на възможностите на електрическите автомобили, технологията на Elaphe доказа, че летвата може да бъде вдигната още по-високо. Можем да имаме повече мощност, по-добра оптимизация на вътрешното пространство, подобрен контрол на сцеплението и повече възможности за персонализация – всичко това само от източника на задвижване.

Извличането на пълна полза от тези предимства обаче изисква автомобилът да бъде проектиран изначално с мисълта за вградени в колелата мотори. Макар не всяка компания да има достъп до необходимия хардуер и софтуер, Elaphe се стреми да се позиционира като доставчик за производители, които търсят този усъвършенстван метод на задвижване. Въпреки това, преходът към електромобили с мотори в колелата няма да бъде бърз. Развойните цикли на продуктите са дълги, а веригите на доставки – установени. Идеята е толкова нова и различна от начина, по който автомобилите са работили досега, че ще е нужно време, за да се наложи, ако изобщо успее.

За да се реализират напълно ползите от ефективната компоновка, целият дизайн на автомобила трябва да бъде преосмислен.

Независимо от това, моторите в колелата не просто подобряват усещането зад волана, а могат изцяло да го трансформират. Тази платформа може да превърне един Ioniq 5 от семеен автомобил във внушителна сила на състезателната писта само с натискането на един бутон. Изглежда, че от компанията са попаднали на нещо наистина значимо.

Технологичната демонстрация на Elaphe доказа, че софтуерът не се изчерпва с инфоразвлекателната система или функциите, които управляваме с докосване. Това е софтуер, който никога няма да видим, но той оформя поведението и усещането на автомобила. В миналото подобренията в динамиката идваха под формата на по-мощни спирачки, по-добро окачване и по-силни двигатели. Днес най-драматичното подобрение може да дойде просто от добре написан код и четири мотора.