Городской автомобиль (ситикар) — сверхкомпактный, манёвренный, сравнительно небыстрый автомобиль, предназначенный преимущественно для езды в городе. Как правило, он является четырёхместным, и имеет длину не более четырёх метров. Скорость ограничена 150 км/ч, так как из-за малой массы и сравнительно большой высоты при небольшой ширине такой автомобиль плохо приспособлен для движения с высокой скоростью. Проходимость также не является определяющим фактором, что позволяет уменьшить размер колёс до разумного минимума и благодаря этому получить более обширное внутреннее пространство за счёт уменьшения колёсных ниш [4].
Проблема заключена в том, что на сегодняшний день ситикары по-прежнему не устраняют затруднения с пробками, а также с наличием парковочных мест. К тому же большинство городских автомобилей работают за счет двигателя внутреннего сгорания, выхлопные газы которого являются одним из основных источников загрязнения атмосферы. В связи с этим обусловлена актуальность исследования, которое предполагает необходимость разработки современного городского электрокара, позволяющего снизить экологическую нагрузку и шумовой фон, уровень пробок в городской среде.
Распространение получили эти автомобили в Европе c 1960-х годов, после спада бума мотоколясок и прочих подобных конструкций. Фиат в 1957 году выпустил короткие Fiat 500 и Fiat 126, которые стали первыми автомобилями городского типа. Они имели длину около трёх метров и соответственно два и четыре посадочных места. Fiat 500 имел довольно обтекаемую форму и скруглённые детали, а Fiat 126, напротив, имел достаточно угловатую форму (рис. 1).
Рис. 1. Городской автомобиль Fiat 500
Формообразование ситикаров стало совершенствоваться к концу XX века. Новое представление о городских автомобилях сложилось в 1988 году в СССР, производился автомобиль ВАЗ-1111 «Ока». Он отличался достаточно современной для своего времени внешностью и превосходил по малогабаритности всех своих итальянских предшественников [1].
Другое решение для ситикаров было предложено в 1993 г., когда появился Renault Twingo, который представлял собой до того времени невиданный в автомобиле такого размера объём салона за счёт увеличения высоты посадки и сильного смещения пассажирского салона вперёд (рис. 2). Так, машина стала более обтекаемой и современной формы, ее капот практически слился с остальной частью кузова, создавая единую плавную конструкцию, не имеющей угловатости, свойственной ранним моделям городских автомобилей.
Рис. 2. Городской автомобиль Renault Twingo
Формообразование городских автомобилей усовершенствовалось в 1996 г. Тогда был представлен Ford Ka с оригинальным «геометрическим» дизайном, заложившим основы того, что впоследствии получило название стиля New Edge. Данный автомобиль сильно напоминает Fiat 500 своей скругленной формой и некоторой «мускулистостью», но все же имеет более современный и оригинальный внешний вид, который представляет собой сочетание мягких, округлых поверхностей и острых граней между ними (рис. 3). При этом выпирающие арки по бокам и над колесами остались достаточно узкими.
Рис. 3. Автомобиль Ford Ka
В XXI веке взгляд на внешний вид ситикаров кардинально поменялся. Из городских автомобилей, появившихся в это время, можно отметить следующие: Kia Picanto (2004), Citroën C1 (2005), Peugeot 107 (2005), Toyota Aygo (2005), Fiat Nuova 500 (2006), Mitsubishi i (2006) и Hyundai i10 (2007), Volkswagen up! (2011), Chevrolet Spark (2012) [4].
История дизайна развивалась таким образом, что изначально городские автомобили не имели определённого дизайнерского решения, в основном их форма была достаточно угловатой, но были и автомобили, обладающие аэродинамичной формой. В конце XX — начале XXI века стали появляться ситикары, которые отличались более современной и практичной формой, а их размеры становились все меньше и меньше. Также они отличились небольшими колесными нишами и узкими арками над ними.
В основе концепции нашей разработки находится художественно-конструкторское решение трансформирующегося малогабаритного городского автомобиля на гибридном электродвигателе для решения проблем с пробками на дорогах, разгрузки парковочных мест и снижения уровня загрязнения воздуха выхлопными газами. Предполагается, что электрический ситикар узкий в ширину, имеет одно водительское место и трансформируется, увеличиваясь в размерах таким образом, что автомобиль раздвигается и предоставляет два дополнительных места для пассажиров (рис.4).
Рис. 4. Принцип трансформирования ситикара
Так, водитель автомобиля сможет уменьшить габариты своего транспорта в длину, когда он находится в нем один, для того, чтобы занимать меньше места на дорогах и быть более маневренным в пробках. При наличии пассажиров или при другой необходимости владелец с помощью пульта управления сможет увеличить ситикар в длину, но при этом автомобиль все еще остается достаточно узким и коротким для маневрирования в условиях высокой плотности движения на дорогах. Также его можно «сложить» на время парковки с той же целью уменьшения площади, занимаемой автомобилем на дороге.
Композиция конструкции замкнутая, представляет собой две части корпуса. Автомобиль имеет обтекаемую и аэродинамичную форму, в основе которой находится вытянутый параллелепипед, углы которого сильно обрезаны и скруглены (рис. 5). Она имеет продолговатый вид и напоминает некую капсулу. По бокам ситикара расположены эффектные рамы пластичной формы, которые образуют небольшие колесные арки и ниши для расположения механизма безспицевых колес. Задняя часть кузова имеет форму усеченной пирамиды и образует большое багажное отделение между задними колесами. Тонкие рамы обеспечивают широко обозримые стекла, которые занимают почти все пространство боковой стороны автомобиля. Стекло на боковой части переднего кузова выступает также в роли двери.
Рис. 5. Формообразование проектируемого ситикара
В такой современной обтекаемой форме и компоновке узлов и деталей выражены эстетические качества ситикара, а также в его универсальном цветовом решении в серебристых оттенках и темно-серых деталях. Функциональные качества машины заключаются в высокой маневренности, малогабаритности, относительно высокой скорости благодаря аэродинамичной форме, снижении уровня загрязнения воздуха благодаря электродвигателю.
Общие габариты машины соответствуют ГОСТ Р 52051–2003 и позволяют отнести проектируемый автомобиль к классу А, поэтому он является малогабаритным и маневренным на дорожном движении. Увеличенные размеры салона автомобиля повышают его эргономичность и функциональность (рис.6).
Рис. 6. Чертеж проектируемого ситикара
Для обеспечения деятельности и размещения всех функциональных зон автомобиля необходима конструкция площадью S = 5,4 кв. м. При планировке ситикара 3,6 х 1,5 м потребители имеют достаточно свободного пространства для расположения всех зон и оптимального функционирования (рис. 7).
Рис. 7. Эргономическая схема
В автомобиле присутствует шесть функциональных зон, каждая из которых отвечает за расположение определенных элементов (рис. 8).
Рис. 8. Функциональные зоны
Конструкция стикара включает в себя трансформирующийся кузов, механизм безспицевых колес, отделение с двигателем и аккумуляторами. Кузов разделен на две части в длину, трансформируясь таким образом, что задняя часть задвигается в переднюю. Он также выполняет функцию рамы в несущей системе машины. Несущая система обеспечивает упругую связь колес с кабиной и обеспечивает плавность хода автомобиля при движении по неровной дороге, уменьшает вертикальные динамические нагрузки, передаваемые на автомобиль от дороги (рис. 9).
Рис. 9. Взрыв-схема проектируемого ситикара
Двигатель является источником энергии, необходимой для движения автомобиля. Оно обеспечивается гибридным двигателем, который предполагает совместное использование электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания (ДВС) [2]. При этом ДВС выполняет задачу вспомогательного элемента и в случае окончания заряда электрических аккумуляторов, расположенных на дне машины, подключается к работе электродвигателя как генератор для подзарядки электрической батареи [5]. Так наш ситикар способен преодолеть расстояние до 800 км без посещения зарядной станции. А для его подзарядки требуется зарядный кабель на 120–240 вольт [3].
Все вращающиеся части безспицевых колес (подшипники, тормозной обруч, безспицевый обод) расположены на внешней стороне невращающегося внутреннего кольца, которое прикреплено к колесной нише. Большие пластичные детали над колесами позволяют тщательно скрыть этот механизм. Принцип действия колеса без спиц осуществляется благодаря индукционному приводу [6].
Кузов автомобиля изготавливается из разных сортов стали, алюминиевых сплавов и даже пластмассы с добавлением стекловолокна. Металл используется в кузове, несущей конструкции механизма безспицевых колес, рамах и мелких деталях. Основным материалом выступает низкоуглеродистая листовая сталь с толщиной в 0,7–2 миллиметра. Благодаря использованию тонкого листа стали, уменьшается общая масса транспортного средства и при этом увеличивается жесткость кузова. Высокая прочность кузова получается благодаря специальным свойствам и составу стали, а также его способностью к глубокой вытяжке, которая позволяет изготовить сложные пластичные формы. Данный материал требует специальных дополнительных мероприятий для защиты от коррозии.
В изготовлении отдельных элементов применяется прочный термопластик, который имеет защитное покрытие. Например, из пластика сделана панель управления и приборов, все кнопки и ручки, обрамления фар, зеркал, элементы облицовки экстерьера и интерьера, фурнитура и другие мелкие детали. Также для боковых стен, лобового и заднего окна применяется многослойное закаленное стекло. Для отделки интерьера используется пластик с мягким покрытием, а для обшивки кресел используется искусственная кожа.
Таким образом, мы предлагаем электрический трансформирующийся ситикар, обеспечивающий комфортное движение в условиях городской среды и пробок. Проектируемый автомобиль имеет усовершенствованные эстетические и функциональные качества, благодаря которым он отвечает требованиям современного потребителя. Конструкция ситикара обеспечивают его полноценное функционирование и отвечают эргономическим качествам.
Литература:
- Бойков В. П. Многоцелевые гусеничные и колёсные машины. Эргономика и дизайн: Учебное пособие/Под общ. Ред. В. П. Бойкова. — М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. — 350 с.
- Вольдек А. И., Попов В. В. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов.- СПб.: Питер, 2007.
- Paul Waide, Conrad U. Brunner. Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems. International Energy Agency Working Paper, Energy Efficiency Series.: Paris, 2011.
- Городской автомобиль. [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Городской_автомобиль (дата обращения: 20.03.2019).
- Левкин Д. Электродвигатели. [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: https://engineering-solutions.ru/motorcontrol/motor/ (дата обращения: 20.03.2019).
- Что такое электрокар и каким он может быть. [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: https://1electrocar.ru/princip/elektrokar.html (дата обращения: 20.03.2019).
