О крупных проектах, осуществляемых совместно с Публичным акционерным обществом «КАМАЗ», рассказывает проректор ЮУрГУ по стратегическому развитию, доктор технических наук, профессор Андрей Владимирович Келлер.
– В настоящее время наш университет сотрудничает с ПАО «КАМАЗ» по четырём крупным проектам, – говорит профессор. – По двум из них работа идёт с 2014-го – соглашения заключены по результатам конкурса в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», утверждённой постановлением Правительства РФ № 1096 от 28 ноября 2013 года.
Первый – «Разработка научно-технических решений по управлению распределением мощности в трансмиссиях грузовых автомобилей для повышения их энергоэффективности и топливной экономичности» – посвящён разработке автоматической системы управления блокировками дифференциалов трансмиссий грузовых автомобилей семейства КАМАЗ. Второй – «Разработка научно-технических решений компонентов мобильных зарядных устройств для аккумуляторных батарей гибридного и электрического приводов городского грузового и пассажирского транспорта» – связан с созданием системы управления зарядом аккумуляторных батарей для перспективного электротранспорта, который планирует производить КАМАЗ.
В обоих случаях речь идёт о поисковых научно-экспериментальных работах. Проекты в рамках Федеральной целевой программы заканчиваются в 2016 году. Дальше надеемся на переход от теоретических изысканий к опытно-конструкторским разработкам.
Третий проект, «Создание высокотехнологичного производства нового поколения энергоэффективных трансмиссий для грузовых автомобилей и автобусов», осуществляется с 2015-го, по договору, заключённому в рамках Постановления № 218 Правительства РФ от 9 апреля 2010 года. Это опытно-конструкторская и технологическая работа по созданию ведущих мостов для перспективных грузовых автомобилей и автобусов КАМАЗ. Цель – к концу 2017 года заменить импортные ведущие мосты российскими, созданными в ЮУрГУ.
В нынешнем году начат четвёртый проект – он выполняется в рамках Государственного оборонного заказа и посвящён исследованиям в области определения остаточного ресурса основных узлов и агрегатов образцов военной автомобильной техники. Задача – разработать алгоритмы обработки информации и в конечном итоге создать систему диагностирования технического состояния автомобилей многоцелевого назначения.
– Можете немного подробнее рассказать об этих проектах?
– Первый посвящён системе управления блокировками дифференциалов. На легковых автомобилях в последние 10–15 лет стали широко использоваться системы активного управления полным приводом. И на грузовых автомобилях полный привод применяется достаточно давно. Но всё это – системы именно с ручным управлением. Попытки автоматизировать процесс, конечно, делаются постоянно: подобные разработки есть, например, у австрийской фирмы «Штайер», у немецкого «Мерседеса». Однако дальше опытных образцов пока никто не продвинулся. Мы идём в ногу со временем, делаем систему управления блокировки дифференциалов, соответствующую всем современным требованиям. Задача следующая: есть три межколёсных и два межосевых дифференциала, которыми в процессе движения нужно управлять автоматически, без вмешательства водителя. Например, если колесо или ведущий мост попали на скользкий участок дороги, система должна в нужный момент включить блокировку – а затем выключить её. При этом у нас отрабатывается два варианта исполнительных устройств: механические, где блокировка делается с помощью зубчатых муфт, и фрикционные, где она осуществляется фрикционной муфтой. Конечно, технические решения тех и других муфт известны, но основные отличия, так сказать, «изюминки» нашего проекта – алгоритм управления и принцип блокировки. Мы закладываем принцип предварительного выравнивания угловых скоростей соединяемых деталей перед блокировкой, путём приложения тормозного момента к буксующему колесу. Это принципиальное отличие от существующих способов блокировки, именно в нём заключается наше ноу-хау; разработка принадлежит университету. Теперь продумываем, как её технически осуществить. Широко применяем современные технологии компьютерного инженерного анализа. Так, использовали программный продукт LMS, обеспечивающий синтез мехатронной системы и моделирование процессов, происходящих в ней, на нём отработали алгоритм управления. Затем создали полунатурный стенд для доведения алгоритмов до рабочего варианта: все исполнительные устройства, то есть механизмы блокировки, приводы, клапаны – реальные, а вот автомобиль – виртуальный. Он движется в компьютерной модели по какой-либо местности, в определённых условиях. Например, попадает на скользкий участок пути – и виртуальный датчик посылает в блок управления сигнал: колесо забуксовало! Далее реально действующая система (блок управления) начинает этот сигнал отрабатывать – затормаживать буксующее колесо и затем блокировать дифференциал. По результатам блокировки сигнал идёт обратно в виртуальную модель и, соответственно, меняется поведение машины. Этот полунатурный стенд позволил быстрее и легче пройти этапы моделирования и отработки алгоритма. Сейчас мы на третьем этапе, в нашем распоряжении опытный автомобиль КАМАЗ-65222, на котором монтируем макетный образец системы. В ближайшее время машина пройдёт испытания на реальной местности в сложных дорожных условиях. По их результатам будем отрабатывать алгоритм и доводить его до совершенства.
По второму проекту задача – создать электромобиль и электробус (электрический автобус) на базе КАМАЗа. Цель – решение экологических проблем: электротранспорт не даёт вредных выхлопов, в отличие от обычных автомобилей. Мощности там предусматриваются достаточно солидные, аккумуляторные батареи довольно большие – а заряжать и подзаряжать их нужно быстро. Прорабатываем два варианта системы. Первый – стационарный, когда машина вечером приезжает в парк, на зарядную станцию, где её подсоединяют к зарядному устройству, которое в кратчайший срок обеспечивает зарядку аккумуляторных батарей суммарной мощностью 60 киловатт. Здесь, кстати, существенное отличие от серийных образцов: у тех мощность измеряется в киловаттах, а здесь – в десятках киловатт. Мы проработали в том числе дизайнерское решение зарядной станции, которое в этом году на выставке «Иннопром» получило одобрение специалистов с мировыми именами. Второй вариант – мобильное зарядное устройство, которое устанавливается на машину и обеспечивает зарядку аккумуляторных батарей в процессе движения. Конечно, электробус движется по заданному маршруту – соответственно, расход электроэнергии можно рассчитать, но ведь возможны и непредвиденные ситуации. И вот тут пригодится мобильный «заправщик». Аккумулятор должен заряжаться недолго, при этом не терять ёмкости и не разрушаться от быстрой зарядки, а кроме того, быть надёжным и долговечным, – и всё это должен обеспечить алгоритм работы системы управления зарядным устройством.
Третий проект предусматривает создание целого семейства ведущих мостов для автомобилей. Он рассчитан на научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую технологическую работу с выходом на серийное производство. Поясню: если поисковые работы завершаются научным отчётом и созданием макетного образца, то здесь разрабатываем агрегат, который пойдёт в серию. Уже готова конструкция моста для автомобилей КАМАЗ-5490, причём это гипоидный ведущий мост. В мире мосты подобного типа довольно широко распространены, но в отечественном автомобилестроении для машин такого класса грузоподъёмности никогда не производились – покупались за рубежом. Сейчас в рамках импортозамещения поставлена задача создать свою энергоэффективную конструкцию. Используем все современные средства проектирования, начиная с синтеза мехатронной системы в среде LMS и заканчивая использованием технологии управления жизненным циклом изделия. Ряд новшеств связан с подбором материалов, обеспечением долговечности, надёжной смазки, в том числе используются идеи по блокировке дифференциалов, найденные в процессе работы над первым из проектов, о которых я рассказывал. Этот комплекс технических решений будет определять новый облик автомобиля, соответствующий лучшим зарубежным образцам подобных конструкций, и даже превосходящий их.
Как я уже сказал, четвёртый проект выполняется в рамках Гособоронзаказа. Это система диагностики, которая позволит, опираясь лишь на показания датчиков, не разбирая агрегат, спрогнозировать его остаточный ресурс, то есть, сколько ещё автомобиль сможет проездить без ремонта, к примеру, коробки передач. Соответственно, легче будет составлять график ремонтов, закупки запчастей, а значит – поддерживать парк автомобилей в технической готовности.
– Кто работает над этими проектами?
– К работе над каждым из них привлекаются студенты, аспиранты, научные сотрудники, инженеры университета – в целом со стороны ЮУрГУ трудятся более полусотни человек. То есть, задействована вся цепочка «бакалавр – магистр – аспирант – инженер-исследователь – научный сотрудник». Мы отладили систему, когда студенты, начиная со второго курса, привлекаются к такой работе. Те, что трудятся над первым проектом, сейчас уже пятикурсники, они прошли практику на КАМАЗе, повышали квалификацию в МГТУ имени Баумана. По каждому проекту пишутся диссертации. По первому в прошлом году защищена кандидатская, а в текущем готовится ещё одна.
К работе привлекаются специалисты в разных областях, в зависимости от решаемых задач: учёные автотракторного, аэрокосмического, энергетического, механико-технологического факультетов, Высшей школы электроники и компьютерных наук, Института естественных и точных наук. Формируются межпредметные научные группы – и возникает эффект синергии, появляются новые находки, озарения!
Для выполнения проектов используются суперкомпьютерные мощности ЮУрГУ. В первую очередь – для моделирования, поскольку приходится оперировать очень большим объёмом данных. Моделирующий комплекс LMS, в котором создана виртуальная модель автомобиля, для получения быстрого результата подключён к суперЭВМ.
– Как ЮУрГУ и КАМАЗ начали такое масштабное сотрудничество?
– Южно-Уральский государственный университет специализируется на серьёзных научно-исследовательских работах. Вуз постоянно участвует в крупных проектах, например, совместно с Челябинским тракторным заводом. Сотрудничество с КАМАЗом идёт давно, ещё с советских времён. На предприятии, в том числе на руководящих должностях, трудится ряд выпускников университета. Но ранее взаимодействие носило, скорее, точечный характер, шло через отдельные научные коллективы. Однако с 2014 года нам удалось организовать сотрудничество на более высоком уровне. Специалисты КАМАЗа приезжали в университет, знакомились с ним – и вуз произвёл самое благоприятное впечатление. Учёные ЮУрГУ обладают серьёзными компетенциями в области управления сложными техническими системами и объектами, трансмиссий, электромеханики и других сферах. Представители КАМАЗа заинтересовались и предложили нам поучаствовать в совместных проектах.
– Планируется ли продолжить взаимодействие с автогигантом?
– Параллельно с вышеназванными сейчас прорабатываем ряд новых совместных проектов с КАМАЗом, в том числе комплексный – по созданию электромобиля. Есть проект по совершенствованию агрегатов трансмиссии. Ещё одно существенное направление сотрудничества – беспилотные автомобили и система управления ими: от отдельных агрегатов, узлов и механизмов – до группового взаимодействия с другими автомобилями на дороге. В рамках Национальной технологической инициативы, инициатором которой фактически является КАМАЗ, ведём переговоры по совместной работе в рамках проекта AutoNet – но подробности пока раскрывать не буду.
– Что получает университет, выполняя проекты?
– В частности, новые рабочие места. В сотрудничестве с КАМАЗом – стратегическим партнёром университета – в ЮУрГУ создан Центр компьютерного инжиниринга. Он призван решать различные задачи в области машиностроения – в первую очередь те, которые перед нами будет ставить КАМАЗ. Разумеется, с учреждением Центра открылись и вакансии инженеров-конструкторов. На должности руководителей отделов привлечены ведущие конструкторы, имеющие огромный опыт работы в промышленности.
Так что работы у нас хватает, задач много – и это заставляет мобилизоваться, открывает новые перспективы для развития университета.