Дмитрий Онищенко: светлое будущее российского автомобилестроения
В российской автомобильной промышленности обозначился положительный тренд на устойчивое развитие и новые перспективные проекты. Это и громкий проект «AURUS», и собственные разработки в области двигателестроения, и даже отечественный кабриолет. Обо всем этом мы говорим с доктором технических наук, профессором кафедры Э-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, директором Научно-образовательного центра «Поршневое двигателестроение и спецтехника», Заместителем председателя координационного совета Министерства промышленности и торговли Российской Федерации по развитию поршневого двигателестроения, руководителем сектора «Автомобилестроение» Алюминиевой Ассоциации, руководителем команды «Формула Студент», Дмитрием Онищенко.
РОДСТЕР «РОССИЯ»
- Дмитрий, Ваш институт является инициатором и участником крупнейших проектов в автомобилестроении России. Расскажите, пожалуйста, о проекте «Родстер Россия».
— Наш проект посвящен созданию спортивного автомобиля с типом кузова родстер. Основная идея – создание доступного автомобиля данного типа. Чтобы этого добиться, мы используем максимальную унификацию заводских элементов и узлов с ВАЗовской платформой «Калина-Гранта». Особо хочу подчеркнуть, что в разработке самого автомобиля, проработке конструкции его основных элементов и систем, разработке и выборе технологии изготовления оригинальных элементов непосредственное участие принимают студенты без отрыва от процесса обучения на профильных кафедрах.
По сути, в нашем проекте мы изготавливаем несущую систему, внешний обвес, стекла, фары, и некоторые элементы интерьера. Все остальные системы и узлы максимально унифицируемы с платформой АвтоВАЗа. Это позволяет сделать автомобиль более дешевым в производстве и в обслуживании. Также идея нашего проекта состоит в том, что это автомобиль со среднемоторной компоновкой, таким образом, мы добиваемся оптимальной развесовки и отличной управляемости.
На сам процесс проектирования влияли различные системы и процессы, поэтому мы поставили перед собой ряд компоновочных задач. Для компоновки двигателя за сидениями нам пришлось изменить несколько систем, например выпускную систему.
- Двигатель подвергнется изменениям?
- Мы предусмотрели возможность установки турбовдува на двигатель. Закомпоновали турбокомпрессор, промежуточный охладитель наддувочного воздуха, впускной ресивер и выпускной коллектор. На самом деле установка газотурбинного наддува это один из возможных способов улучшения характеристик силовой установки, но далеко не единственный. Мы прорабатывали возможность использования и приводного компрессора и газодинамического наддува. Кроме того, мы прорабатывали возможность установки трех- и четырех цилиндровых ДВС, унифицированных с ДВС проекта ЕМП (АУРУС).
- Автомобиль заднеприводный?
- Грубо говоря, переднюю часть «Калины» мы перенесли назад: вместе с коробкой, с приводными валами и с подвеской. Систему охлаждения тоже потребовалось оптимизировать, и, так как в нашем автомобиле блок теплообменников находится в передней части автомобиля, потребовалось обеспечить эффективное охлаждение, эффективный отвод воздуха от радиатора. Данную работы мы провели с использованием современных CFD – программных комплексов в результате чего было определено оптимальная форма дефлектора, обеспечивающая минимальный уровень Cx при требуемом уровне теплоотвода и максимально возможный объем багажника.
Дело в том, что у нас за радиатором располагается багажное отделение, и, каким сделать переднюю стенку багажного отделения, нам подсказал данный расчет. То есть нужно было сделать определенный наклон и оптимальную форму округления фаски для эффективного отвода воздуха от радиатора и, в то же время, для получения максимально возможного объема багажника. Этот расчет позволил скорректировать форму переднего багажника и убедиться в том, что система охлаждения работает эффективно.
Также подверглась доработке задняя подвеска машины. Основная проблема заключалась в низкой жесткости на кручение в случае использования базовой конструкции. В результате на неровной дороге и в случае поворотов на высоких скоростях ухудшалась управляемость автомобиля. Для этого была существенно модернизирована передняя часть подвески. Модернизация проходила с использованием стандартных компонентов подвески, использующихся на автомобилях производства ПАО «АВТОВАЗ». В итоге получилось значительно увеличить жесткость и улучшить поведение машины в повороте.
Доработке подверглась и тормозная система. Это было вызвано необходимостью наличия механизма ручного тормоза, который должен быть установлен на задних дисковых тормозах.
Топливная система также подверглась модернизации. С целью оптимального использования свободного пространства нами была разработана оригинальная конструкция и технология изготовления топливного бака.
- Какой материал выбран для изготовления бака?
- Бак алюминиевый. Его можно по-разному реализовать. Основной задачей была все-таки компоновочная.
Он находится в нижней части автомобиля, между двигателем и моторным щитом.
Одна из проблем подобного решения – необходимость обеспечения отсутствия воздействия двигателя на бак в случае аварийных режимов работы. Необходимо гарантировать отсутствие деформации разгерметизации. Поэтому в задней части автомобиля, мы установили энергопоглощающие элементы. Если машину «догоняют», то прежде всего деформируются именно они. Данные расчеты были сделаны также с использованием современных программных продуктов. Подобный подход позволил сэкономить большое количество материальных и временных ресурсов и выбрать оптимальный вариант.
Объем бака 50-55 литров. Мы можем менять его в рамках допустимого. Сейчас мы «заморозили» компоновку, но существуют варианты увеличения объема.
- Насколько учитывалось удобство водителя и пассажира при вождении автомобиля?
Что касается эргономики: это очень важная часть проработки нашего автомобиля, которая отвечает за удобство посадки пассажира и за обзорность, в целом. Обзорность мы можем оценить с помощью программного комплекса, но вот оценить удобство посадки и принять окончательное решение нам позволила постройка посадочного макета. Это макет, который легко перестраивается. Операционным путем мы добились наиболее удобного расположения сидений, торпеды руля и его наклона, ручки переключения передач и расположения педального узла. Подобный подход позволил качественно оценить и получить оптимальные параметры, которые обеспечивают требуемый уровень эргономики. И это очень важный этап проектирования.
- Какой родстер без крыши, правда? Какой тип крыши вы выбрали?
- Мы прорабатывали различные варианты. На первом прототипе установлена жесткая складная крыша, обшитая специальной водонепроницаемой крышей. Но такая конструкция оказалась слишком тяжелой и сложной, кроме того, в нашем случае при выборе данной конструкции практически невозможно обеспечить автоматический привод данной крыши.
Основная проблема нашей компоновочной схемы заключается в том, что мы используем рядный, четырёхцилиндровый ДВС, который оставляет мало места для размещения сложенной крыши.
- Остановились на мягкой крыше?
- Да. Мы разработали кинематический механизм состоящий из системы легких профилей, обтянутой специальной водонепроницаемой тканью, подразумевающий как ручное складывание, так и возможность установки электрического привода. А при необходимости мы сможем доукомплектовывать автомобиль жесткой съемной крышей для холодного времени года.
- Что еще было доработано?
Дверь – очень важная часть автомобиля, которая влияет на пассивную безопасность: нужно было обеспечить компоновку стекла, механизма открывания-закрывания двери, поднятия стекла.
Предусмотрели возможность установки багажного отделения за сидениями.
Как раз в нашем автомобиле там возникает свободное пространство. Мы могли либо увеличить объем топливного бака, либо установить небольшой багажник. Остановились на втором варианте.
- Дороги в России разные, предусмотрено ли место для запасного колеса?
Полноценное колесо не поместится, будет использоваться «докатка». Сейчас многие производители поступают таким образом. Это обычное колесо, просто меньшего размера.
- Автомобиль отвечает необходимым параметрам безопасности?
Это то, чем мы занимались целый год. Самое главное - расчеты пассивной безопасности. Очень важным элементом в несущей системе является передний лонжерон. И для определения оптимальных параметров: сечения, характерных размеров, способов изготовления и подбора материалов мы провели ряд натурных и виртуальных испытаний и краш-тестов вариантов лонжеронов с целью определить их максимальноеэнергопоглощение и выбрать оптимальную технологию изготовления. Моделирование краш-тестов позволило нам выбрать оптимальное сечение с точки зрения соотношения максимального энергопоглощения и массы и наиболее удобно для изготовления. Следует отметить, что для верификации математической модели мы провели достаточное количество натурных испытаний и в этом нам помогали коллеги из ГНЦ ФГУП НАМИ.
Кстати стоит отметить, что при выборе конструктивных решений, обеспечивающих требуемый уровень пассивной безопасности иногда приходиться выбирать компромиссные решения с точки зрения эргономики. Мы использовали 95-ый персентиль. Считается, что около 95% людей имеет рост не выше, чем 195 см. Таким образом, человеку с ростом до 195 см в нашем автомобиле будет достаточно комфортно. Но этому предшествовала достаточно большая работа. В результате подобной многопараметрической оптимизации у нас было 19 итераций несущей системы. Каждый вариант мы подвергали виртуальным краш-тестам: фронтальным ударом с полным и частичным перекрытием, боковым ударом, ударом в заднюю часть автомобиля и переворот. В результате мы определяли, какие изменения нам необходимы для следующей итерации. Таким образом, мы смогли разработать оптимальную несущую систему с точки зрения минимизации массы, стоимости изготовления, обеспечения требуемой жесткости, эргономики и обеспечения требований по пассивной безопасности.
- Какие еще тесты проводились?
- Также проводилось моделирование бокового удара. Очень важный тест, проверяющий пассивную безопасность. Далее началась технологическая проработка несущей системы. Если до этого этапа мы рассматривали конструкцию с учетом равноправности сварных соединений трубчатых и коробчатых элементов конструкции несущей системы, то на данном этапе мы стремились сделать конструкцию более технологичной и учитывать в расчетах реальную прочность сварных соединений и технологических кронштейнов, обеспечивающих правильную сборку конструкции. В одном из наших вариантов, мы предполагаем использование станков с ЧПУ при гибке основных элементов, которая позволит просто собрать несущую систему, а также разгрузить сварные швы.
Сейчас же у нас происходит технологическая проработка всех основных узлов. Вес несущей системы – 211 кг.
- Насколько можно уменьшить вес системы, используя алюминий?
- В случае использования алюминия вес несущей системы возможно снизить до 160 килограмм. Для несущей системы это очень хорошее снижение массы. Но надо помнить о том, что в этом случае вырастит не только стоимость материалов, но и стоимость изготовления. Хотя в случае использования современных аддитивных технологий этот недостаток можно нивелировать и мы сейчас прорабатываем и этот вариант и очень надеемся, что наши идеи и разработки заинтересуют ОК РУСАЛ.
- Уже известна предварительная стоимость родстера?
- Мы хотим уложиться в пределах 650 – 900 тысяч рублей.
- В этом году Президент страны впервые за много лет совершил поездку на отечественном лимузине «AURUS». Ваш институт принимал в разработке автомобиля активное участие. Очень интересно узнать, как создавался автомобиль для первых лиц государства.
- К сожалению, я не обо всем могу рассказать, но достаточно будет заметить, что и идеолог проекта ЕМП, в то время генеральный директор ГНЦ НАМИ, Максим Нагайцев и его приемник Сергей Гайсин закончили Бауманку, и над самим проектом работало большое число выпускников МГТУ, причем наиболее хорошо себя проявили именно ребята, которые прошли через проект «Формула-Студент», причем не только те, кто закончилБауманку, но и выпускники Московскогополитеха, РУДН и МАДИ. Что касается нашего вклада, то мы принимали участие в разработке технического задания на двигатель, работали над эскизным проектом массового сегмента ДВС, унифицированного с базовым двигателем проекта ЕМП, осуществляли инженерное сопровождение.
- Есть ли в планах после успешного завершения родстера «Россия», пополнить линейку «AURUS», родстером «премиум-сегмента»?
- Такие идеи есть, и, на мой взгляд, они разумны как минимум по двум причинам: в нашей стране пока что не выпускаются кабриолеты в премиум-сегменте, а спрос на такие машины есть, и конечно давно пора пришла сменить легендарные ЗИЛы - кабриолеты, которые мы видим на Параде Победы, а платформа АУРУС для этого – идеальный вариант. И если нам поручат эту работу, мы с удовольствием ею займемся, но данное решение зависит от руководства ГНЦ НАМИ и СП АУРУС.
ДВИГАТЕЛЬ ПРОГРЕССА
- Как вы используете современные технологии?
Один из примеров – двигатель. К примеру, сейчас у нас на стенде есть двигатель от шестого болида, вернее, его основная часть. Базовая мощность – 38 лошадиных сил. Мы брали за основу карбюраторный мотор от мотоцикла YamahaWRZ 450. Превратили его в силовую установку, оснащенную газотурбинным управляемым наддувом, фазированным впрыском топлива, комплексной электронной системой управления, поменяли генератор, изготовив ряд алюминиевых корпусных деталей. В итоге мощность ДВС, оснащенного воздушным рестриктором не только не упала, но и возросла до 70 л.с.
- Каким образом?
- Мы используем современные аддитивные технологии. Разработанная 3D – модель изготавливается на 3D-принтере, она используется для создания литейной формы, и далее идет отливка. Данная технология подразумевает минимизацию дальнейшей механической обработки. В итоге мы за минимальное время получаем новые, достаточно сложные по геометрии корпусные детали. Это достаточно сложная работа, но ребята-студенты с этим справляются.
Если мы говорим не про «Формулу студент», то такая силовая установка очень нужна в мототехнике, например для квадроциклов. А по уровню удельной мощности – это авиационный мотор. По идее, это четырехтактный авиационный мотор для БПЛА или для мотодельтаплана. 70 лошадиных сил – это прилично, то есть человека подобный мотор точно поднимет в воздух.
- Среди членов Ассоциации есть компания «Веломоторс», которой необходимы надежные современные двигатели….
— Наше знакомство произошло благодаря Алюминиевой Ассоциации. Провели совместную работу над двухтактным мотором, самым распространенным для мототехники. В данном случае – снегохода. Мы его получили с существующей системой впуска и выпуска для снегоходов типа «Мороз», «Ермак» и «Викинг». К моменту приобретения все было закомпоновано, изготовлена оснастка для внешних панелей, поэтому было ограниченное подкапотное пространство для моделирования системы выпуска. Заказчик (компания «ВЕЛОМОТОРС») попросил нас хотя бы на 10% увеличить мощность двигателя. Изначально мощность была 30 лошадиных сил, нам удалось увеличить ее в 1,5 раза. Дальнейшие эксперименты и эксплуатация подтвердили качество разработанного двигателя. В настоящее время сотрудничество продолжается, и мы продумаем варианты совместной разработки инновационных продуктов компании, которые в ближайшем будущем выйдут на рынок и составят достойную конкуренцию мировым брендам.
КУЗНИЦА КАДРОВ
- Кто работает над Вашими проектами? Привлекаете ли вы молодых талантов?
- Так же, как и в проекте «Формула-студент», одна из целевых функций – образовательная, поэтому мы стремимся привлечь как можно больше талантливой молодёжи в наш проект, в том числе из регионов. Именно поэтому нам пригодится созданная в рамках проекта «Формула-студент» распределенная цифровая среда проектирования. Нам крайне приятно, что наш проект вызвал большой интерес в обществе и нам в инициативном порядке помогают как небольшие компании, которые производят автомобильные стекла, светодиодные модули, элементы интерьера, оборудование для 3D печати, так и крупные корпорации, которые обеспечивают нас перспективными материалами (ОК РУСАЛ, ЮМАТЕКС и др.). Особое внимание мы уделяем и силовой установке, так например для ДВС мы предусмотрели использование газотурбинного наддува и планируем установку инновационной 7-ступенчатой автоматической коробки передач, разработанной российской компанией КАТЕ специально для платформы Калина/Гранта. Все это позволит родстеру дарить водителям отличную динамику на скоростных участках и с комфортом перемещаться в городском потоке.
- Расскажите подробнее о международной программе для молодых инженеров «Формула Студент».
— Основной задачей «Формулы-студент» является выпуск специалистов, которые имеют все необходимые представления и компетенции о последних тенденциях автомобилестроения, сопутствующих сфер. Молодые инженеры вынуждены обосновывать проекты не только с технической точки зрения, но и экономической.
- Как проходит отбор победителей программы?
- Если говорить о самих соревнованиях, то они делятся на статическую и динамическую часть. В рамках статических соревнований ребята защищают бизнес-презентацию, отчёт о стоимости автомобиля и проводят защиту дизайн проекта, за все это начисляются баллы. Динамические испытания предполагают тест на максимальный разгон, движение по криволинейной замкнутой траектории, автокросс и гонку на выживание. Таким образом, даже если машина самая быстрая и показала хорошее время, но участники проекта не смогли представить нормальный бизнес-план или отчет о стоимости, занять первое место практически невозможно.
- Что дает молодым инженерам участие в «Формуле Студент»?
- Очевидно, что участие в подобном проекте существенно повышает уровень компетенций всех участников команды вне зависимости от их специализации. Ребята на практике осваивают свои и смежные специальности, получают полезный опыт участия в реальном проекте разработки автомобиля по установленному достаточно жесткому регламенту.
- Расскажите об идее всероссийского конструкторского центра для инженеров
- Опыт участия в международных соревнованиях показал, что нашим студентам надо плотнее интегрироваться в международную автоинженерную среду. Проект формула-студент, на мой взгляд, подходит для этого наилучшим образом. Это понимают и за рубежом, об этом говорит простая статистика: еще два года назад в мире насчитывалось около 550 университетских команд, а сейчас их число уже более 1000! В нашей стране существует около 30 команд, и, к сожалению, далеко не все из них смогли принять участие в международных соревнованиях. Основная причина – нехватка технологических и материальных ресурсов, но самая главная – это отсутствие возможности проектировать автомобиль и его системы, используя современные средства автоматизированного проектирования. Именно на решение этой проблемы и направлен наш проект. Мы планируем создать цифровое распределенное КБ, объединенное общими серверами и имеющее доступ к существующим технологическим и производственным мощностям всех университетов и партнеров команд, участвующих в проекте. Такой подход позволит поднять уровень проектирования и существенно снизить затраты на изготовления болидов.
Очевидно, что это только первый шаг, в дальнейшем мы предложим ребятам, прошедшим школу формулы перейти в проект молодежного родстера и заняться проектированием автомобильной платформы и ее компонентов которые будут эксплуатироваться на дорогах общего пользования. Для таких автомобилей с точки зрения безопасности существуют уже другие, более жесткие требования и молодые автоинженеры должны знать о них. Кстати для этого мы создадим молодежную автоинженерную корпорацию, акционерами которой могу быть только студенты.
- В рамках программы планируется взаимодействие молодых инженеров и действующих специалистов крупных автоконцернов?
- В апреле 2018 года Правительство нашей страны утвердило Стратегию развития автомобильной промышленности. В рамках данного документа предполагается, что российские автопроизводители, к 2025 году должны будут инвестировать во внутренний НИОКР не менее 5% от валовой выручки. Это огромная сумма и такой подход позволить большую часть инженерной и технологической работы для глобальных автопроизводителей перенести в нашу страну, а для локальных – существенно повысить качество и привлекательность продукции. Но для этого нам сейчас необходимо существенно повысить качество подготовки инженеров, довести их уровень компетенций до мирового стандарта. Работа подобного объединенного КБ в рамках молодежной автоинженерной корпорации позволить решить эти задачи наиболее эффективно. И я убежден, что сотрудничество автопроизводителей, прикладных НИИ и ВУЗов в рамках данных проектов будет эффективным.
_______________________________________________________________________
Об Ассоциации (www.aluminas.ru):
Ассоциация «Объединение производителей, поставщиков и потребителей алюминия» (Алюминиевая Ассоциация) создана при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ в декабре 2015 года. В Ассоциацию входят крупнейшие предприятия алюминиевой отрасли России.
Целью создания Ассоциации является стимулирование развития смежных алюмопотребляющих отраслей российской промышленности, в том числе авиа- и автомобилестроения, судостроения, вагоностроения, энергетического и нефтегазового секторов, строительства. Особое внимание предполагается уделить развитию монтажа облегченных большепролетных конструкций, фасадов, алюминиевых стеклопакетов и других строительных технологий.