МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КІРОВОГРАДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет ПЕМ

Кафедра ЕРМ

Конспект лекційного матеріалу

з дисципліни: «Перспективні напрямки розвитку автомобільного транспорту» для студентів напряму 6.070106 «Автомобільний транспорт»

Затверджено на засіданні

Вченої Ради університету

Протокол №__ _______р.

Кіровоград

2014

Конспект лекційного матеріалу з дисципліни «Перспективні напрямки розвитку автомобільного транспорту» для студентів напряму 6.070106 «Автомобільний транспорт» / Укладач. к.т.н., доцент Катеринич С.Є., -Кіровоград, КНТУ РВЛ, 2014 р., - 55 с.

Затверджено на засіданні кафедри ЕРМ, протокол № ___ від __.___.2014 р.

Коротка анотація видання: Приведений конспект лекційного матеріалу, вивчення якого передбачене робочою програмою дисципліни «Перспективні напрямки розвитку автомобільного транспорту» для студентів напряму 6.070106 «Автомобільний транспорт».

Тема № 1. Нові технології в автомобілебудуванні (12 год.)

Автомобіль займає дуже значне місце у житті сучасної людини. Автомобілебудування — одна із найбільш динамічних галузей. Саме тут активно розробляються і впроваджуються інноваційні технології.

Метою даної лекції є проведення аналізу інновацій і виявлення основних тенденцій розвитку сучасного автомобіля. За період 2007-2008 рр. було проведено вісім важливих автосалонів і авто шоу в містах Франкфурті, Парижі, Женеві, Детройті, Лос-Анжелосі, Токіо, Пекіні, Москві. Інформація про ці заходи відображена у багатьох виданнях. Нами були розглянуті публікації двох видань: автомобільний щожневик «Автоцентр» (Україна) та журнал «Популярная механика» (Росія). Їх розгляд чітко виявив основні напрямки розвитку інноваційних технологій. Основополагаючим є те, що всі інновації перш за все направлені на вирішення екологічних проблем. Не менш важливим є пошуки нових принципів руху автомобіля, а також використання нових технологій і матеріалів. Завжди актуальним залишається удосконалення дизайн-ергономічних якостей автомобіля. Дуже цікавими є погляди на його майбутнє.

Насамперед, це — автомобілі на альтернативному водневому паливі. Водень вважається найбільш перспективним екологічно чистим паливом. При його згорянні з киснем, 21% в повітрі, виділяються пари води і практично відсутні окисли вуглецю, накопичення яких є причиною «парникового ефекту» і планетарного потепління. Але в повітрі є 78% азоту. При його згорянні утворюються окисли азоту, не менш шкідливі, ніж окисли вуглецю. Цього можна уникнути за рахунок режиму низькотемпературного згоряння, але при цьому мають місце значні втрати потужності у порівнянні з традиційним бензином. Треба також відзначити, що водень добувають в основному із природного газу та вугілля. Ціна водню в еквіваленті до бензину дорожче приблизно у 30 разів. Водень може використовуватися в автомобілі в балонах високого тиску (400-700 атм.). Такі балони з воднем займають багато місця. Зріджений водень при температурі -253°С в балоні-термостаті займає об’єм втричі менший, але швидко випаровується. Найбільш перспективним, з точки зору безпеки і мінімізації об’єму, є насичення воднем порошкоподібних металів з утворенням їх гідридів і наступним виділенням водню при незначному нагріванні.

Тим не менш, не зважаючи на всі труднощі, всі провідні потужні автомобільні компанії займаються водневою проблемою. В Каліфорнії (США), де діють найбільш жорсткі екологічні норми, вже експлуатуються машини на водні FCX Clarity компанії Honda [Популярная механика (ПМ), №1, 2009. – С.100].

Побудову силового приводу на водні можна здійснювати двома способами. Найпростішим із них є використання двигуна внутрішнього згоряння. Більш перспективним є технологія з використанням так званих «паливних елементів». В реакторі з паливними елементами відбувається реакція розпаду водню і кисню повітря на іони і електрони з виділенням енергії, створюється електрична батарея і забезпечується робота електричного приводу автомобіля. За такою схемою працює модель FCX Clarity [Автоцентр (АЦ), №50, 2007. – С.48]. Водень заправляється в балон (171 л). Одна заправка забезпечує пробіг 430 км, електромотор розвиває потужність 136 к.с. Силовий агрегат включає також літій-іонний акумулятор. Компоновочні схеми автомобіля можуть бути різноманітними. Так, компанія General Motors демонструє компоновку Hydrogen 4 [ПМ, №11, 2007. – С.140], а також «водневого» Cadillac Drovog [АЦ, №9, 2008. – С.29], в складі якого: 1 – балони з воднем, 2 – паливні елементи, 3 – літій-іонний акумулятор, 4 – електромотор, 5 – задні електричні мотор-колеса. Схема Hidra італійської дизайн-студії Fiorovanti дещо інша [АЦ, №18, 2008. – С.25].

Процес впровадження водневих автомобілів розпочався, хоча для масового виробництва треба внести ще багато удосконалень. Потрібно також налагоджувати водневу заправочну інфраструктуру.

Ціна і затрати на експлуатацію такого екологічно чистого автомобіля поки що дуже великі. Але затрати людини на охорону довкілля з часом стануть значно більшими.

Вчені і конструктори пропонують ряд інших перспективних науково-технічних інновацій. Так, американський винахідник Інго Валентино розробив гідрогібридну повноприводну платформу Ingocar [ПМ, №4, 2008. – С.116-120].

В її основі лежить допоміжний двигун внутрішнього згоряння опозитної структури з вільними поршнями без колінчатого вала, гідроакумулятор з еластичним резервуаром, наповненим азотом, та гідравлічні мотор-колеса. Теплова енергія палива перетворюється в механічну енергію стисненого газу. Із гідроакумулятора гідрорідина надходить на мотор колеса. Коли акумулятор повністю заряджений, двигун автоматично відключається і навпаки. При гальмуванні потік гідрорідини за допомогою клапану перенаправляється в акумулятор. Така схема з мінімальною кількістю механічних з’єднань забезпечує коефіцієнт корисної дії гідроавтомобіля майже у двічі більший, ніж у сучасних автомобілів. Також до позитиву можна віднести великі пікові потужності на мотор-колесах і малі витрати палива (1,8 л на 100 км).

Вельми перспективним виглядає створення так званого махомобіля. В якості накопичувачів механічної енергії махові колеса відомі вже давно. Їх ефективність була низькою. Але зараз створені «супермаховики», які обертаються у вакуумному корпусі на магнітних підшипниках. Супермаховик, навитий із вуглеволокна, накопичує енергію у 20-30 разів більше, ніж стальний. Його енергоємність на порядок вище ніж у сучасних електричних акумуляторів. Вони вже застосовуються на американських електростанціях для накопичення енергії при спаді споживання електроенергії і віддачі при пікових навантаженнях. Це суттєво підвищує коефіцієнт корисної діє станцій. Автотранспорт є також підходящою сферою застосування супермаховиків. Також існує [ПМ, №12, 2008. – С.62-66] маховичний концепт-кар Ford Gyron, в ньому супермаховик водночас виконує роль гіроскопічного стабілізатора двоколісного транспортного засобу.

Принциповою є можливість створення транспортного засобу з плазменним двигуном. Професор Рой – директор лабораторії моделювання динаміки плазми Університету штату Флорида, запатентував «літаючу тарілку» [ПМ, №9, 2008. – С.78-80]. По всій поверхні «тарілки» із діелектрика рівномірно розміщені пари електродів, які іонізують приповерхневий шар повітря. Взаємодія цієї плазми з магнітним полем зумовлює виникнення магнітогідродинамічної сили. Формувати плазму і регулювати рушійну силу буде бортова електроніка. Професор Рой упевнений, що такий принцип дії можна забезпечити мінімальними затратами енергії бортових батарей.

Мрія створити літаючий автомобіль давно переслідує винахідників усього світу. На сьогодні вже є реальні експериментальні розробки. [ПМ, №2, 2008. – С.14, 20] відображує американський прототип «аеромобіля» зі складчастими крилами із вуглепластика і кевларового полотна, а також європейського апарату Джино з чотирма поворотними турбінами, зліт і посадка якого виконується як на гелікоптері.

Отже, проведений аналіз показує, що інноваційний розвиток автомобіля, який би відповідав сучасним потребам і умовам, може йти декількома напрямками. Очевидно, універсального «рецепту» не існує. Скоріш за все, автомобіль майбутнього буде мати гібридну структуру. Це буде темою подальшого дослідження.

Виробництво двигунного автотранспорту у Світі

Беззаперечними лідерами станом на 2012 рік залишаються концерни General Motors (США), Toyota (Японія), Volkswagen Group (Німеччина); спостерігається зростання активності автовиробників Південної Кореї, а у першому десятиріччі ХХІ століття найбільшими темпами відбувається розвиток автомобілебудування Китаю. Південна Корея нещодавно стала продуцентом власних технологій в автомобілебудуванні, а до цього вона тривалий час розвивала автопром за тісної співпраці з провідними світовими автоконцернами.

Тенденції будівництва легкових автомобілів відбуваються наступним чином: у країнах ЄС і Японії спостерігається тенденція зберігання обсягів виробництва у 2000-2005 роках та поступовий спад в часи фінансової кризи 2008-2009 рр. Значніший спад відбувся у США, Канаді та Мексиці. Бразилія, Росія, Індія та Китай демонструють активне зростання виробництва автотранспортних засобів.

Нові автомобілі в порту Роттердам

Загальне виробництво у 2010 р. становило понад 75 млн автомобілів, фургонів, вантажівок і автобусів, що є еквівалентним глобальному обороту приблизно 2,2 трлн євро. Виробництво таких обсягів працевлаштовує більд, ніж 8,3 млн працівників задіяних у створенні транспортних засобів і частин, що йдуть до них, а у сфері надання послуг, пов'язаних з автомобільною промисловістю, торгівлею та обслуговуванням — приблизно у п'ять разів більше. Рівень зайнятості у автомобільній промисловості не є однаковим: найбільший рівень зайнятості спостерігається у Китаї (19%), США (11%) та Японії, Німеччини та Росії (9%), що відповідає теріторільним розміщенням великих автомобільних концернів. Також достатній рівень зайнятості у цій промисловості мають такі країни, як Франція, Іспанія, Південна Корея, Бразилія, Індія, Італія, Великобританія (3–4%).

Десятки країн досягли процвітання за рахунок ставки на розвиток цієї галузі: Німеччина, Японія, США та ін.[9] Від виробництва автомобілів безпосередньо залежить економіка Франції, Італії, Великобританії, Південної Кореї, Китаю тощо.

В Чехії та Словаччині автомобілебудування займає ключове місце в економіці, забезпечуючи створення 8 – 10% внутрішнього валового продукту та понад 20% промислового виробництва. В цих країнах виробляється більше 100 автомобілів на 1000 жителів, що дозволяє в повній мірі покривати внутрішній попит та експортувати значні обсяги. В умовах глобальної економічної кризи 2009 – 2010рр. Чехія та Словаччина зберегли обсяги виробництва.

Аналіз сучасного стану автомобільного ринку

Автомобілебудування в Україні представлено виробництвом вантажних, легкових автомобілів і автобусів. До 1991 р. до автомобілебудівного комплексу входило 4 автомобільних заводи: - для виготовлення легкових автомобілів - Запорізький і Луцький, - для виробництва вантажівок - Кременчуцький автозавод; - для виробництва автобусів - Львівський автобусний завод.

Проектна річна потужність їх становила: Запорізького (ЗАЗ) 300 - 350 тис. штук, Луцького автомобільного (ЛуАЗ) -17 тис., Кременчуцького (КРАЗ) - 35 тис. і Львівського автобусного (ЛАЗ) - 16 тис. автобусів. Автомобілебудівні заводи обслуговували понад 60 підприємств України, які випускали комплектуючі та понад 300 підприємств різних галузей Союзу РСР. У найкращі часи (1985 р.) Авто-ЗАЗ випускав 160 тис. автомобілів, Луцький автомобільний ЛУАЗ - 10 тис., КРАЗ - 30,4 тис. і ЛАЗ - 15 тис. автобусів. За останні роки появились нові заводи по виробництву автомобілів. У Черкасах налагоджено складання мікроавтобусів "Богдан", в Сімферополі і Лубнах - "Газель". Виробництво мікроавтобусів налагоджено також у Борисполі Київської області та Чернігові. Складання автомобілів "Волга" налагоджено в Іллічівську. В Ужгороді побудований завод по випуску автомобілів марок "Шкода" та "Ауді".

Забезпеченість населення України автомобілями становить лише 60 машин на 1000 жителів, тоді як у країнах з високорозвинутою ринковою економікою більше як 500. Недостатній випуск автомобілів в країні, їх поки що невисока якість та низька купівельна спроможність населення сприяють завозу із-за меж країни в середньому 200 тис. легкових автомобілів за рік, 80% з яких уже були у використанні і термін використання яких уже вичерпаний. Це значно впливає на погіршення повітряного басейну і потребуватиме значних витрат на ремонти та на переведення таких машин на новий вид моторного палива - природний газ.

Головні завдання розвитку автомобілебудування визначені концепцією Державної промислової політики України, якою передбачено довести щорічний випуск легкових автомобілів до 120 тис., вантажних автомобілів - 15-20 тис. і автобусів - до 5 тис. шт. Розвиток автомобілебудування в Україні не задовольняє потреби держави у власній продукції. Якщо виробництво легкових автомобілів дещо оживилось, то заводи по випуску вантажних автомобілів та автобусів працюють в межах 10-15% своєї можливості. У 2004 р. власниками цих заводів-гігантів стали російські підприємці. Розпочалася реконструкція цих підприємств і переорієнтація їх на випуск нових марок машин. На Кременчуцькому автозаводі передбачається виробництво як великовантажних автомобілів, так і машин вантажопідйомністю від 2 до 5 тон.

На Львівському автобусному заводі розпочато випуск міських автобусів нових видів - середніх, великих і надвеликих - відповідно на 70, 120 і 180 пасажирів. Річна потреба України в автобусах великої місткості (на 120 пасажирів) - 4 тис., а особливо великих (на 180 пасажирів) - 500 шт. У зв'язку з проблемою фінансування внутрішній споживач поки що не має можливості купувати львівські автобуси, і 90% вироблених машин реалізуються в Російську Федерацію та інші країни СНД. Пріоритетність розвитку автомобілебудування як наукоємної галузі, що дає змогу швидко окупити вкладені кошти, виправдала себе в багатьох країнах і значною мірою сприяла їхньому переходу в розряд високорозвинених. Необхідність пріоритетного розвитку цієї галузі донедавна визнавали й у нас. Ухвалення ряду законодавчо-нормативних актів створило сприятливі умови для залучення інвестицій у вітчизняне автомобілебудування. Кабінет міністрів затвердив інвестиційні програми розвитку таких провідних підприємств галузі, як Запорізький, Луцький і Львівський автомобілебудівні заводи та Кременчуцький автоскладальний. Тимчасове послаблення податкового тиску та створення умов для залучення інвестицій дозволили збільшити випуск автомобілів 2004 року порівняно з 2000-м у 5,6 разу, а частку вітчизняних транспортних засобів на ринку України — до 56%. Лише від ЗАТ «ЗАЗ» і його підприємств-суміжників торік державний бюджет одержав 1,17 млрд. грн. А загалом від діяльності автомобільного ринку відповідно до чинної на той час законодавчої бази бюджет-04 отримав 4 млрд. 971 млн. грн.

Тенденції в автомобільній промисловості.

Для оцінки конкурентоспроможності автомобільної продукції та її ринкового позиціонування пропонується тріада кваліфікуючих параметрів “3E”:

паливна економічність, екологічність, ефективне обслуговування.