2014 Cadillac ELR: Технологии на максимуме

В настоящее время, когда толпа думает о самом крутом автомобиле планеты, на ум может прийти Model S или один из европейских брендов, но было время, когда неоспоримым лидером автомобильной роскоши был Cadillac. Конечно, ни один другой автомобиль не был упомянут во многих классических фильмах и блюзовых песнях. А Cadillac остается лидером продаж в категории больших роскошных седанов, обойдя даже модную Tesla.

Поэтому, когда крупнейший автопроизводитель Америки запускает электрифицированную модель в своей роскошной линейке, это веха в истории автомобилестроения. Это также несколько спорный шаг, по крайней мере, для экспертов EV, потому что он бросает вызов традиционной мудрости, что инновации начинаются с роскошных автомобилей и просачиваются в модели массового рынка. GM пошел противоположным путем, оттачивая свою электрическую технологию в течение трех лет в Volt, прежде чем включить ее в двухдверное купе Cadillac ELR.

2014-Cadillac-ELR-.jpg


Мы поговорили с Кевином Келли, менеджером GM по технологиям электрификации, а также с главным инженером ELR Крисом Томсоном и менеджером по продукции Дарианом Гессе. Они сказали нам, что обоснование стратегии GM связано с новизной технологии. Сочетание электрической трансмиссии с бензиновым двигателем генератором было чем-то, что никогда не было доступно раньше, и ранние клиенты Volt знали, что они рискуют, покупая автомобили.

Как сказал нам Гессе, многие покупатели Volt относятся к тому типу клиентов, которые могут позволить себе роскошный автомобиль, но хотят быть первыми. Эта клиентская база была огромным активом для GM, предлагая бесценную обратную связь об их реальном опыте взаимодействия с автомобилем. Тем не менее, покупатели роскошных автомобилей, которые будут заинтересованы в ELR, не являются типом бета-тестеров. «Они наши быстрые последователи, которые хотят быть частью изменений, но они хотят убедиться, что технология была обкатана - они ждут первого обзора, видят, что она работает и была усовершенствована, а затем прыгают на борт». Volt теперь имеет более 500 миллионов миль пройденный тестировщиками - бета-тест закончился, и пришло время для покупателя роскоши испытать, что может сделать технология.

Несколько рецензентов выразили некоторый шок от высокой цены ELR - Consumer Reports заявили, что автомобиль «выдержит из своей лиги», в то время как Automobile считает, что он столкнется с жесткой конкуренцией не только со стороны Model S, но и со стороны BMW и Mercedes купе. MSRP цена начинается с $ 75 000, по сравнению с $ 34 185 за 2014 Volt. Оба автомобиля построены на платформе GM Delta II, используют двигательную установку Voltec и имеют схожие характеристики производительности. Будут ли покупатели действительно платить вдвое больше, чтобы испытать роскошные функции ELR?
Cadillac-ELR-21.png



Безусловно, говорит GM. Электрифицированный роскошный автомобиль представляет собой новую часть рынка. Те, кто ценит дизайн и технологии, и имеет средства, чтобы купить то, что они хотят, раньше не могли видеть себя в «гибридном» автомобиле, но теперь могут. Когда люди видят ELR на автосалонах, многие говорят что-то вроде: «Он электрический? Этого не может быть – он выглядит слишком хорошо». Это звучит как «миссия выполнена» для команды GM. Что касается цены, Гессе говорит: «Мы приглашаем студентов отрасли сравнивать и противопоставлять. Мы приветствуем сравнения. Могли ли мы установить цену ниже, а затем поднять ее? Да, но мы не чувствовали, что это правильно для роскошного предложения. Существует очень мало функций, доступных за пределами базового ELR. Это роскошный автомобиль ».
Cadillac-ELR-3.png


Эти функции многочисленны: светодиодное освещение, активные воздушные жалюзи, автоматические фары дальнего / ближнего света, звуковая система Bose с 10 динамиками с активным шумоподавлением и вручную вырезанный и сшитый интерьер с кожаными сиденьями и замшевым потолком и вставками из микрофибры, и это лишь некоторые из них. Дополнительные функции автономии и безопасности включают в себя адаптивный круиз-контроль с полным диапазоном скоростей, который может привести вас от полной остановки к скорости на шоссе и обратно вниз, торможение при неизбежном столкновении, помощь в боковой слепой зоне и предупреждение о перекрестном движении сзади. Базовая модель имеет 16-сторонний регулируемые сиденья, но те, у кого особенно деликатные спинки, могут перейти на 20-сторонневую регулируемую систему.

ELR использует ту же трансмиссию Voltec, что и Volt - аппаратное обеспечение идентично, но программное обеспечение имеет несколько улучшений. Главный инженер ELR Крис Томасон объяснил, что, как обычно делают инженеры, когда у них есть немного времени для экспериментов, они нашли способы получить немного больше мощности и крутящего момента от двигательной установки. Общая мощность системы составляет 162 кВт, что составляет 117 кВт (157 л.с.) в режиме поддержания заряда и 135 кВт (181 л.с.) в режиме поддержки заряда с расширенным диапазоном. Крутящий момент составляет 400 Н-м (295 фунт-фут). Общая дальность составляет 345 миль, а электрическая дальность составляет 37 миль.

Как именно GM выжал больше энергии из того же оборудования?
CadillacELRDrive028-medium.jpg

Мы часто слышим, как автомобильные инженеры говорят о необходимости лучшего понимания компонентов электромобиля. Некоторые говорят, что многим системам присуща неэффективность, потому что такие части, как аккумуляторные батареи, двигатели и инверторы, исторически разрабатывались независимо друг от друга, а затем интегрировались вместе. Другие отмечают, что ICE видела миллионы человеко-часов, потраченных на доработку - повышение эффективности и максимизацию мощности - в то время как изучение передовых электрических силовых агрегатов только началось.

Cadillac ELR 2014 года является хорошим примером того, как лучшее знание системы может привести к улучшению транспортных средств.

«Мы обновили все», — сказал нам Тим Греу, главный инженер трансмиссии Cadillac ELR, во время интервью. В то время как все аппаратное обеспечение ELR по существу такое же, как у Chevrolet Volt, Греве имел в виду системы управления - передовые математические алгоритмы, которые определяют все о том, как работает автомобиль.

2014-Cadillac-ELR-020.jpg


Мотор

Двигатель трансмиссии GM Voltec управляется инвертором, который работает на частоте около 10 кГц и создает фундаментальную частоту синусоиды. Чтобы раздвинуть пределы производительности двигателя, автопроизводитель приступил к двухлетней программе разработки, которая привела к уникальной технике управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Новый алгоритм основан на теории управления, разработанной в 1990-х годах, которая вводит гармоники - через сложную серию математических уравнений - в оригинальную синусоиду, увеличивая мощность.

«В 90-х годах они называли это третьей гармонической инъекцией, — объяснил Греве, — когда вы берете третью гармонику первичной частоты и вводите ее обратно. Это на самом деле делает двигатель более возможностями. Мы вышли за пределы этого примерно на десять уровней, так что это далеко за пределами третьей гармонической инъекции».

Результатом является очень сложный ШИМ-паттерн, который был настроен, чтобы дать новому Cadillac большую производительность без обновления оборудования. Обычно, когда производительность двигателя доведена до предела, генерируется много электрического шума, который превращается в слышимый шум. Но Греве говорит, что новая техника GM способна избежать этих ловушек и предлагает мощность без шума и вибрации, что дает ELR более роскошный опыт.

Команда также разработала новые “фишки”, чтобы избежать выработки большего количества тепла в двигателе. «По сути, есть больше тепла с большей мощностью, потому что эффективность довольно ровная с этими методами», - сказал Греве. «Мы начали с того, что мы собираемся пойти на большую производительность - на полной скорости вперед, и мы позволим системе охлаждения разобраться в этом. Но поскольку этот автомобиль связан с эффективностью, мы решили этого не делать. Вместо этого мы использовали углубленное моделирование каждой границы в железе двигателя и нашли способы очень точного управления магнитами. В конце концов, мы добавили больше возможностей и больше эффективности».
2014-Cadillac-ELR-021.jpg



Батарея

ELR также управляет более высокой пиковой мощностью от аккумуляторной батареи. Благодаря использованию кампании по сбору данных Chevy, в которой водители Volt позволили OnStar собирать статистику использования своих автомобилей, GM смог узнать больше о профиле загрузки батарей. Обладая этими знаниями, ELR может раздвинуть технологическую оболочку для более точного управления аккумуляторной батареей.

Разрядка ячеек до слишком низкого уровня может навсегда повредить их, но с более полным пониманием условий эксплуатации и реальных требований инженеры GM могут «подтолкнуть его прямо к этому минимальному SOC намного быстрее и контролировать его намного жестче», — сказал Греве. Многократный запуск батареи до минимума SOC - это то, что можно легко протестировать на симуляторе, однако в дороге очень сложно спланировать все возможные сценарии. Например, в случае контроля тяги на снегу - когда шины вращаются, а затем сильно оттормаживаются - вся эта энергия должна поглощаться этой системой. Если он не контролируется точно, батареи могут быть перегружены и повреждены.

«Если вы получите большой отклик , когда вы хотите вытащить 130 кВт из батареи, — объяснил Греве, — у нас теперь есть динамика в реальном мире о том, как это произойдет, поэтому мы можем настроить элементы управления, чтобы получить 130 кВт, что является рекомендуемым пределом производителя ячеек. Мы можем сделать это с точностью с помощью всех этих расширенных элементов управления. Раньше мы хотели убедиться, что у нас есть небольшой запас прочности, поэтому предел мощности в Volt составляет около 110 кВт».

Оптимизатор в реальном времени

Полевые данные от ранних пользователях Volt также помогли в разработке передовых режимов вождения. ELR оснащен 32-разрядным RISC-процессором, который примерно 100 раз в секунду оценивает, где находится автомобиль и куда водитель захочет, чтобы он поехал. Известная как оптимизатор реального времени, прогностическая система пытается найти наиболее эффективный режим работы, обеспечивая при этом отзывчивость, желаемую водителем.

«Технически это золотой алгоритм поиска», — сказал Греве. «Это похоже на то, что вы пилот машины, командующий ей, куда идти с этим вторым пилотом, который доставляет вас туда, когда вы хотите быть там наиболее отзывчивым и эффективным способом».

GM говорит, что весь код для оптимизатора реального времени ELR был переписан и обновлен из системы Volt, чтобы дать автомобилю производительность, которую вы ожидаете от Cadillac. «Вы можете себе представить, что, когда вы все ближе и ближе приближаетесь к краю стабильности, вы должны быть очень точными», — объяснил Греве. «Таким образом, мы фактически построили прогностические модели — стратегические оптимизаторы — чтобы сказать, что, по нашим мнению, произойдет дальше, и как мы собираемся настроить себя на это. Вот как вы можете получить этот хороший ассортимент и иметь всю эту роскошь. В виртуальном мире существует огромное количество технологий и оптимизации, чтобы это произошло».

Греве сообщает, что не всегда было ясно, что компоненты трансмиссии Voltec могут выйти за пределы производительности Volt. «Многие инженеры скептически относились к тому, что детали не выживут, будучи доведенными до предела. Ну, я начальник силовой установки, поэтому моя работа заключалась в том, чтобы найти баланс между скептиками, говорящими: «Вы не можете подняться выше, чем Volt», и жесткими данными с мест, говорящими: «Да, мы можем, если мы просто лучше контролируем это». Это было развитием этого автомобиля».

Уникальные особенности ELR

Уникальной особенностью ELR является пара подрулtвых лепестков, которые управляют рекуперативным торможением. Владельцы Volt сказали GM, что они хотят быть более вовлеченными в опыт вождения и иметь возможность управлять регенерацией, когда они того пожелают. «Мы обнаружили, что они часто включают понижающий режим L, поэтому мы спросили, как мы можем сделать это эргономически более доступным, а также хорошо использовать аппаратный набор, который у нас уже был доступен», — говорит Крис Томасон.
ELR_Shift.jpg


Когда вы нажимаете на под рулевой лепесток, вы испытываете скорость замедления, которая более агрессивна, чем если бы вы перешли на низкий уровень L (включение регена лепестком также зажигает стоп-сигналы). Когда вы отпускаете лепесток или применяете ускоритель, повторно отключается. Регенерация также работает так же, как и в вольте.

2014-Cadillac-ELR-Suspension.jpg

HiPer Strut и непрерывное управление демпфированием (CDC), еще одна пара функций, которых нет в Volt, возникли из требований 20-дюймовых колес и шин ELR.

HiPer Strut основан на конструкции передней подвески стойки MacPherson и имеет двухполосные верхние крепления, которые разделяют передачу пружинных и демпферных нагрузок на конструкцию кузова. Он значительно улучшает ходовые качества и управляемость. С большей комбинацией шин и колес «HiPer Strut - это правильный способ получить более веселую динамику автомобиля, поэтому мы использовали HiPer Strut спереди, что уменьшило длину шпинделя и предлагает меньшую восприимчивость к крутящему моменту ... а также лучшее прохождение поворотов», — говорит Томсон. «Кроме того, использование технологии связи Watts на задней оси помогло нам разъединить продольные и боковые нагрузки, чтобы настроить это более конкретно для ELR».


«Затем появился CDC, потому что мы сказали: «Это клиенты Cadillac — они будут ожидать большего», поэтому CDC был естественным выбором. Он контролирует дорожную ситуацию каждые две миллисекунды и настраивает. Теперь у вас есть возможность, когда вы выбираете спортивный режим, иметь совершенно другой стиль вождения с точки зрения прогресса дроссельной заслонки или того, насколько отзывчива педаль газа, а также усилия рулевого управления и линейности, что делает автомобиль более подтянутым и более динамичным».

2014-cadillac-elr-wallpaper-preview.jpg

ELR предлагает четыре режима вождения: Tour - это ежедневная настройка по умолчанию; Спорт более склонен к управляемости; Горы дает возможность резервировать больший заряд аккумулятора и иметь бескомпромиссный тип вождения на значительном уклоне; Режим удержания позволяет резервировать энергию батареи всякий раз, когда вы решите использовать ее для максимальной эффективности.

«Вы можете достичь эквивалентной производительности с точки зрения экономии и эффективности в Tour или Sport, но Sport имеет более тауэровую подвеску и изменение в рулевом управлении», - сказал Томсон. «Спортивный режим в Volt, потому что у него нет CDC, просто изменяет прогрессию педали газа. В ELR есть еще два изменения - рулевое управление и настройка подвески также меняются».

Учитывая место ELR на рынке плагинов, Гессе отмечает, что каждый из текущих автомобилей нацелен на другую электрифицированную нишу: седан GM Volt- полностью электрический среднеразмерный седан- Tesla, компактный монокаб- Ford C-MAX, высокопроизводительное спортивное купе- BMW i8. «Никто из нас не конкурирует напрямую друг с другом. Мы все спрашиваем, куда движется этот рынок». GM внимательно следит за всеми этими входами на рынок и будет внимательно следить за тем, как реагируют клиенты.

Джентльмены из GM отказались сказать сколько будет выпущенно ELR, но они ожидают, что объем будет ограничен. «Для роскошного автомобиля должен быть некоторый аспект эксклюзивности».