2012 г. Концепция энергоэффективных транспортных средств КАМАЗ-2020 Научно-технический центр ОАО «КАМАЗ» - презентация

1 2012 г. Концепция энергоэффективных транспортных средств КАМАЗ-2020 Научно-технический центр ОАО «КАМАЗ»

2 2 Тенденция развития а/м КАМАЗ Concept-Truck KAMAZ-2020 снижение снаряженной массы, рост удельной грузоподъемности снижение снаряженной массы, рост удельной грузоподъемности повышение энерговооруженности и топливной экономичности повышение энерговооруженности и топливной экономичности специализация и дифференциация а/м (для регионов, отраслей, видов транспортных работ) специализация и дифференциация а/м (для регионов, отраслей, видов транспортных работ) повышение безопасности и удобства эксплуатации, улучшение эргономики усложнение конструкции, расширение применения электронных систем усложнение конструкции, расширение применения электронных систем уменьшение эксплуатационных расходов и стоимости владения уменьшение эксплуатационных расходов и стоимости владения улучшение экологических качеств а/м разные ценовые уровни на различных рынках и для разных потребителей (High, Med, Low) разные ценовые уровни на различных рынках и для разных потребителей (High, Med, Low) «Существующий продукт с новым качеством» ( ) Выпускается существующий в настоящее время модельный ряд с использованием современных компонентов (двигатель Cummins, коробка ZF и др.). Основные усилия направлены на увеличение надежности и качества автомобиля без существенного повышения цены. «Практичный High-Tech» (2015 …) Начинается выпуск автомобилей нового поколения, обладающих принципиально другими техническими характеристиками и потребительскими свойствами: «Энергоэффективные транспортные средства» (2020 …) Начинается выпуск энергоэффективных транспортных средств КАМАЗ для дальнемагистральных, городских и тяжёлых дорожных перевозок с кардинально улучшенными потребительскими свойствами и альтернативном топливе. ключевые потребительские свойства = 100% от качеств «High-Tech» ценовое позиционирование в нижнем ценовом сегменте «High-Tech»

3 Основные проблемы на сегодняшний день 3 Concept-Truck KAMAZ-2020 «Науке предстоит решать проблемы, а не открывать новые горизонты» - Деннис Л. Медоуз, директор Института политических и социальных исследований Университета штата Нью-Хемпшир (США).

4 4 Concept-Truck KAMAZ-2020 Основные проблемы на сегодняшний день Истощение мировых запасов нефти Нефть является невозобновляемым ресурсом – истощение мировых запасов нефти неизбежно. Автомобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, наносят ощутимый вред окружающей среде. Загрязнение окружающей среды На сегодняшний день автомобили имеют низкий коэффициент полезного действия в следствии различных механических и аэродинамических потерь. Низкий КПД существующих автомобилей

5 5 Основные проблемы на сегодняшний день Аварии и проблемы безопасности На сегодняшний день автомобильная техника является причиной многочисленных аварий. Перегруженность водителя, не соблюдение режима сна и отдыха, сидячий образ жизни и постоянное напряжение приводят к профессиональным заболеваниям водителя. Профессиональные болезни водителей Мировой рост цен приводит к высокой стоимости содержания автомобиля. Высокие эксплуатационные затраты современных автомобилей Concept-Truck KAMAZ-2020

6 6 Проблемы и недостатки существующей системы перевозок Прогнозируется увеличение транзитных перевозок через территорию России с 28 млн. т до 100 млн. т. Возможности увеличения валового национального продукта за счет экспорта транспортных услуг реализуются не полностью, поскольку не до конца используется транзитный потенциал России, а положение отечественных перевозчиков на мировом рынке транспортных услуг не отвечает их реальным возможностям. Проблемы в развитии транспорта усиливают инфраструктурные ограничения, создают угрозу замедления социального развития и формирования единого экономического пространства. Их скорейшее разрешение становится особенно важным в условиях перехода национальной экономики в фазу устойчивого роста. Прогнозируется увеличение транзитных перевозок через территорию России с 28 млн. т до 100 млн. т. Возможности увеличения валового национального продукта за счет экспорта транспортных услуг реализуются не полностью, поскольку не до конца используется транзитный потенциал России, а положение отечественных перевозчиков на мировом рынке транспортных услуг не отвечает их реальным возможностям. Проблемы в развитии транспорта усиливают инфраструктурные ограничения, создают угрозу замедления социального развития и формирования единого экономического пространства. Их скорейшее разрешение становится особенно важным в условиях перехода национальной экономики в фазу устойчивого роста. Огромные расстояния - 947,3 тыс. км. – дороги общего пользования; Большие топливные расходы; В 70% - 80% случаях большегрузные автомобили возвращаются порожними. Причины высоких транспортных издержек: Состояние транспортной системы не оптимально и не достаточно. В. Путин: …из-за нехватки нормальных дорог, низкой пропускной способности мостов и портов …национальная экономика теряет до 6% ВВП в год. Concept-Truck KAMAZ-2020

7 Поиск решений 7 Concept-Truck KAMAZ-2020

8 8 Экологически чистые автомобили Автомобили с гибридными силовыми установками: Параллельная схема; Последовательная схема; Параллельно- последовательная схема. Мотор-колесо, мотор- редуктор. Электро автомобили: Электроприводы узлов и надстроек а/м; Рекуперация электроэнергии; Роботизированная техника (Кибер-Трак); Солнечная энергия. Применение сжиженного метана: Производство сжиженного метана; Криогенные технологии хранения газа; Возобновляемый природный ресурс. CH 4 Автомобили на топливных элементах: Высокий КПД 60-80%; Экологичность; Компактный размер. Concept-Truck KAMAZ-2020

9 9 Выбор альтернативного источника энергии Альтернативное топливо Сжатый метан Водород Пропан Биотопливо Метанол Этанол Диметилэфир Большие запасы метана в земной коре; Отработанная технология добычи, переработки, сжижения метана; Метан более экологичный и безопасный газ; Метан частично возобновляемый ресурс (метантенк); Сжижение метана обходиться дешевле, чем его сжатие; Сжиженный метан более компактен и занимает меньше место на а/м, чем сжатый; Развитие заправочных сетей сжиженного метана проще и дешевле, чем сжатого. Сжиженный метан Concept-Truck KAMAZ-2020 Отработанная технология добычи, переработки, сжижения пропан-бутана; Более лёгкий процесс сжижение пропан-бутана; Большое количество заправок пропан-бутана.

10 10 Выбор альтернативного источника энергии Электро автомобили Преимущества электро автомобилей: Отсутствие выбросов выхлопных газов в атмосферу; Электроэнергия – возобновляемая энергия; Высокий коэффициент полезного действия электро автомобиля. Технология солнечных батарей Преобразование солнечной энергии в электроэнергию особенно актуально для развития гибридных и электро автомобилей. Использование солнечных батарей: Для зарядки аккумуляторов и конденсаторов; Для прогрева узлов автомобиля и кабины перед началом движения в зимнее время года; Для поддержания работы систем автомобиля без запуска двигателя. Concept-Truck KAMAZ-2020

11 11 Рекуперация энергии с использованием солнечной энергии Параллельный гибрид Запуск Движение Ускорение Торможение Старт-стоп Использование солнечной энергии Двигатель Электромотор Двигатель Электромотор Двигатель Электромотор Двигатель Электромотор Двигатель Электромотор Рекуперация электроэнергии Использование энергии выхлопных газов Цикл Ренкина Concept-Truck KAMAZ-2020

12 12 Рекуперация энергии и гибридные силовые установки - Гибридные установки - эффективное решение как для городских развозных автомобилей и автобусов, так и для магистральных автомобилей. Для развозных автомобилей позволяет сэкономить до 20-30% топлива, для магистральных автомобилей до 8%. - Применение схем с использованием тепловой энергии двигателя и утилизация энергии отработавших газов также представляется эффективным решением для автомобилей. Гибридные силовые агрегаты и схемы с использованием энергии отработавших газов и тепла от системы охлаждения двигателя Concept-Truck KAMAZ-2020

13 13 Варианты рекуперации тепловой энергии в электрическую Термоэлектропреобразователи (на эффекте Зеебека) позволяют использовать потери тепловой энергии и получить дополнительный источник электроэнергии. Расширительная машина забирает тепло выхлопных газов и используется для привода генератора. Данные Daimler Concept-Truck KAMAZ-2020

14 14 Снижение массы автомобиля с сохранением его прочности Снижение массы грузовика за счёт применения компонентов из материалов с низкой плотностью Тягач, кг Снижение, % П/прицеп, кг Снижение, % Автопоезд, кг Снижение, % Базовый а/м Среднее применение Al ,1% ,4% ,1% Высокое применение Al ,4% ,3% Низковесовые компоненты: Колёсные диски; Элементы рамы; Лонжероны; Кронштейны; Седельные сцепные устройства; Каркас кабины; Компоненты полуприцепов и прицепов. Снижение снаряженной массы автомобиля ведёт к снижению расходов топлива: Снижение на 500 кг приблизительно снижает расход топлива на 0,5 – 0,6 литра на 100 км. Concept-Truck KAMAZ-2020

15 15 Снижение массы автомобиля с сохранением его прочности Снижение собственной массы автомобиля за счет применения пластмасс. полипропиленабазальтового волокна Кузов Ё-мобиля изготовлен из композиции полипропилена и базальтового волокна. Базальтовые композиты от Галена (см таблицу, строка 1) близки по свойствам к стали. Цена (360 руб/кг за готового изделия) с учетом в 4,3 раза более низкой плотности по сравнению со сталью, получается более низкая себестоимость конечного изделия (готовые штампованные изделия у нас имеют с/с до 100 руб/кг). На грузовом а/м из Галена можно сделать борта, платформу, раму (не лестничного типа), бампер и интерьер кабины.Профили Удельный вес, г/см 3 Прочность на разрыв, МПа Модуль эластичности, ГПа Коэффициент теплового расширения, К -1 Теплопроводность, Вт/м Кельвин Стеклопластик Topglass/Galen 1, х ,35 деревянный0, х ,10 алюминиевый2, х ,00 стальной7, х ,00 поливинилхлорид1, х ,10 Concept-Truck KAMAZ-2020

16 16 Снижение аэродинамического сопротивления Фронтальная часть кабины имеет наклон от вертикальной оси Зауженная передняя часть кабины Аэродинамичный выступ Энерго- сберегающие шины Аэродинамичные обтекатели выполнены единым элементом с кабиной Обтекатели задних колёс Рама из высокопрочной и облегчённой стали Вместо зеркал видеокамеры Передняя независимая пневмоподвеска на 10% Улучшение аэродинамических показателей автомобиля может снизить расход топлива на 10% Concept-Truck KAMAZ-2020

17 17 Снижение аэродинамического сопротивления Снижение аэродинамического сопротивления полуприцепа Concept-Truck KAMAZ-2020

18 Направления работ 18 Concept-Truck KAMAZ-2020

19 19 Концепция развития продуктовой линейки Concept-Truck KAMAZ-2020 Концепция развития продуктовой линейки предусматривает постепенное изменение модельного ряда ОАО «КАМАЗ»: … г.г г.г г.г г.г. - … Серийные автомобили КАМАЗ Рестайлинговые автомобили КАМАЗ Новое поколение автомобилей КАМАЗ Экологический класс … - Евро-3 Экологический класс Евро-3 - Евро-4 Экологический класс Евро-4 - Евро-5 Экологический класс Евро-6 - … Энергоэффективные транспортные средства КАМАЗ-2020

20 20 Направления работ Concept-Truck KAMAZ )Разработка новых, прорывных продуктов, способных кардинально изменить облик, технический уровень и эффективность использования автомобильной техники КАМАЗ. 2)Повышение доли инновационной составляющей в портфеле продуктов ОАО «КАМАЗ». 3)ОАО «КАМАЗ» будет проводить исследования по следующим основным направлениям: Применение IT-технологий в области интеллектуального управления грузовой автомобильной и автобусной техники; Создание роботизированной грузовой автомобильной и автобусной техники; Создание грузовой автомобильной и автобусной техники, использующей альтернативные виды топлива; Снижение аэродинамических, механических и других видов потерь при движении грузовой автомобильной и автобусной техники; Создание грузовой автомобильной и автобусной техники, использующей рекуперацию тепловой, кинетической и других видов энергии в электроэнергию с её накоплением, хранением и последующем использовании для движения и работы транспортного средства; Применение и усовершенствование технологии солнечных батарей в области дополнительных источников энергии для грузовой автомобильной и автобусной техники; Применение и усовершенствование новейших разработок в области спутниковой и др. видов связи и телекоммуникаций для создания единого информационного пространства, позволяющего водителю поддерживать непрерывную связь со всеми участниками дорожного движения, с сотрудниками дорожной инспекции, базой, заказчиком груза и с домом.

21 21 Направления работ Concept-Truck KAMAZ-2020 Название направленияОписание направления Исследовательская деятельность Создание энергоэффективных транспортных средств для грузовых перевозок, в т.ч. Программа разработок, выполняемых собственными силами ОАО «КАМАЗ» Газодизельный двигатель экологического уровня Евро-6 с коэффициентом замещения не менее 65% (доля метана в общем расходе топлива), рабочим объёмом 12 литров Разработка серии высокомощных (от 340 л.с. до 460 л.с.) битопливных двигателей внутреннего сгорания экологического класса Евро-6 и выше, работающих на дизельном топливе и природном газе (метане). Газовый двигатель экологического уровня Евро-6 рабочим объёмом 12 л Разработка серии двигателей внутреннего сгорания экологического класса Евро-6 и выше, мощностью от 300 л.с. до 420 л.с., работающих на пропан-бутане и метане. Возможность внешней подзарядки АКБРазработка системы подзарядки аккумуляторных батарей для гибридных автомобилей Программа разработок совместно с российскими и международными компаниями Последовательный гибрид с применением мотор-редуктораРазработка трансмиссии ТС со схемой последовательного гибрида, работающего на мотор-редукторе Параллельно-последовательный гибрид с применением мотор-колёс Разработка трансмиссии ТС со схемой параллельно-последовательного гибрида, работающего на мотор-колёсах Последовательный гибрид с применением мотор-колёсРазработка трансмиссии ТС со схемой последовательного гибрида, работающего на мотор-колёсах Электроприводы узлов Разработка систем электрического и электромагнитного приводов основных узлов ТС (рулевое управление, тормозная система и др.) Рекуперация тепла выхлопных газов и двигателя (цикл Ренкина / эффект Зеебека) Разработка системы рекуперации тепловой энергии в электрическую Электрическая обратимая машинаРазработка системы рекуперации кинетической энергии в электрическую Технологии сжиженного метана Разработка системы питания метаном для двигателей уровня Евро-6 и выше, и системы хранения природного газа в а/м в сжиженном состоянии Применение пропан-бутанаРазработка системы питания пропан-бутаном для двигателей уровня Евро-6 и выше Независимая подвеска всех колёсРазработка интеллектуально управляемой независимой подвески колёс Полностью управляемые колёсаРазработка шасси ТС с полностью управляемыми колёсами Единое информационное пространство Разработка автомобильной системы коммуникаций, позволяющей водителю держать связь с участниками движения, с базой, с домом, с грузополучателем Электромагнитная подвеска автомобиляРазработка интеллектуально управляемой электромагнитной подвески Программа разработок по заказу ОАО «КАМАЗ» Топливные элементы Разработка нового поколения высокоёмких, устойчивых с низким температурам топливных элементов, работающих на водороде и разработка установки, позволяющей получать на борту а/м водород из метана Литиевые аккумуляторные батареи Разработка нового поколения высокоёмких, устойчивых с низким температурам аккумуляторных батарей Солнечные батареиИспользование энергии солнца для реализации вспомогательных и экстренных функций ТС Применение композитных материалов и нанопокрытийРазработка шасси ТС с применением композитных материалов и нанопокрытий деталей

22 22 IT-технологии в области управления автомобилем Панель приборов Компьютер Мобильный телефон Планшетный компьютер Единое информационное пространство Интеллектуальные системы Безопасность и охрана автомобиля Единое IT-пространство Автоматизированное управление автомобилем Concept-Truck KAMAZ-2020

23 23 Единое информационное пространство ГлонассГлонасс GPSGPS ИнтернетИнтернет Wi-Fi, WiMAX, LTE, 3G, GSM, EDGE Владелец ВодительВодитель Семья База и грузополучатель Дорожная инспекция Участники движения Коллеги Связь с владельцем Общение с семьёй Общение с коллегами- водителями Контроль и безопасность Связь с базой и грузополучателем Прозрачность движения Единое информационное пространство представляет собой совокупность навигационных систем (GPS-Глонасс), беспроводных сетей (Wi-Fi, WiMAX, LTE) и интернета. Позволяет водителю поддерживать связь со всеми участниками движения, с базой и с домом. Concept-Truck KAMAZ-2020

24 24 Перспективные направления работ по НИОКР Автомобильные и автобусные шасси с гибридными силовыми установками: Параллельная схема; Последовательная схема; Параллельно-последовательная схема; Мотор-колесо, мотор-редуктор. Направления работ по НИОКР Автомобильные и автобусные шасси на альтернативном топливе с максимальной рекуперацией энергии: Технологии сжиженного метана; Применение солнечной энергии; Применение кинетической энергии – рекуперация при торможении, рекуперация тепла выхлопных газов (цикл Ренкина) и другие. Электротрак и электробус: Технологии солнечных батарей; Электропривод узлов автомобиля; Мотор-колесо, мотор-редуктор; Гибридные технологии хранения электроэнергии; Роботизация управления автотехникой. Повышение топливо эффективности и КПД автомобиля: Топливные элементы; Снижение аэродинамического сопротивления; Композитные материалы; Специальные сплавы; НАНОпокрытия. Concept-Truck KAMAZ-2020

25 25 Модельный ряд транспортных средств Concept-Truck KAMAZ-2020 Автомобили для магистральных перевозок Техника для тяжёлых дорожных условий Автомобили для городских развозных перевозок Городской автобус

26 26 Выводы Concept-Truck KAMAZ-2020 На сегодняшний день существует множество вариантов направлений инновационного развития в области разработок автомобилей. Можно выделить два основных направления: 1)Эволюционный: модернизация существующих автомобилей; 2)Революционный: создание принципиально новых автомобилей (трансформеры, электроавтомобили, топливные элементы и др.); Очевидно, пока однозначное будущее развитие продукта автомобильной промышленности не определено. Поэтому создание концептуальных автомобилей КАМАЗ четырёх типов (для магистрального, внедорожного и городского развозного и пассажирского применения) позволит нам опробовать все основные перспективные технические решения с последующей коммерциализацией за 2020 г.: a)Технология сжиженного метана; b)Технология топливных элементов; c)Технологии газовых и газодизельных двигателей внутреннего сгорания уровня Евро-6; d)Применение IT-технологий в области управления автомобилем; e)Электромобиль; f)Композиционные материалы, нанопокрытия, специальные сплавы; g)Гибридные накопители электроэнергии; h)Снижение аэродинамического сопротивления; i)Гибридные технологии (последовательная, параллельная и смешанная схема); j)Роботизация управления транспортным средством.

27 Спасибо за Ваше внимание! 27 Concept-Truck KAMAZ-2020