Алюминиевые электрогрузовики «Пони». История полезной разработки, опередившей время. Часть 1
К 1979 году отдел проектирования электромобилей ВАЗа подошел с изрядным багажом разработок. Построили и испытали образец переднеприводной электротележки Э11011 серии 200, изготовили несколько электрофургонов на базе ВАЗ-2102, получивших обозначение ВАЗ-2102Э (а позже — ВАЗ-21029 и ВАЗ-2801).
Разработали собственный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением ПТ-125 на базе авиационного мотора ДТ-11, отработали и запустили в серийное производство тиристорный преобразователь.
В общем, работа кипела. Сам отдел разросся до пяти бюро, а в мае 1979 года разделился на два — собственно электромобилей и отдел электронных систем управления. Кроме того, проектированием электромобилей занимался и заводской дизайн-центр.
1979 год можно назвать этапным: от экспериментальных работ и конвертирования серийных универсалов 2102 ВАЗ перешел к созданию законченных оригинальных конструкций, первой из которых стал открытый прогулочный электромобиль ВАЗ-1801 «Пони».
Еще не завершили постройку первого «Пони», а уже начали думать о других машинах, о том, чтобы воплотить новые наработки по электроприводам. Дело в том, что ВАЗ-1801, конечно, получился эффектным и интересным, но его практическая целесообразность уже на этапе проектирования была, что называется, «под большим вопросом». Поэтому приняли решение начать работу над более утилитарным электротранспортом, таким, какой «мог бы найти применение в народном хозяйстве СССР» — именно этой фразой, известной каждому советскому человеку, прикрывались всякий раз, когда нужно было получить поддержку в Минавтопроме.
В 1979 году главным конструктором ВАЗа был Георгий Константинович Мирзоев. Он выслушал мнения по поводу концепции электрогрузовика и от сотрудников профильного отдела, и от дизайнеров из Центра стиля. Мнения, надо сказать, друг от друга отличались довольно существенно: дизайнеры ратовали за первичность компоновки и развесовки, конструкторы педалировали важность интересного стайлинга и практического удобства машины. Парадоксально, но каждый отстаивал точку зрения, более подходящую «конкурирующей концессии»! Мирзоев принял соломоново решение — выбрал обе концепции. Соответственно, над грузовым электромобилем начали работать сразу две «команды» — «усовская» (бюро электромобилей тогда заведовал Станислав Усов) и «демидовская», названная по фамилии руководителя дизайн-центра Марка Демидовцева. Обе формально относились к УГК (Управление главного конструктора), но располагались в разных — соседних — корпусах, 50-м и 51-м соответственно.
В сентябре 1979 года Марк Демидовцев предложил заняться проектом грузовика молодому инженеру Михаилу Маркиеву, который пришел на завод двумя годами ранее, после Казанского авиационного института. Маркиев успел принять участие в разработке 1801, делая, в частности, проект несущей рамы. Грузовик, получивший индекс 2802, стал его первой полностью самостоятельной работой на ВАЗе, что для довольно молодого (32 года) человека было и почетно, и ответственно.
Несмотря на инженерное образование, Маркиев был не чужд рисованию и быстро набросал первые эскизы машины. По его идее грузовик должен иметь вагонную компоновку, где водитель сидит над передней осью, а основная часть кабины с рулевым управлением смещается в передний свес. Такая схема позволяет наиболее тяжелые элементы конструкции — двигатель, батареи и полезный груз — разместить внутри базы, ближе к центру масс, обеспечив более-менее равномерную загрузку ведущей и управляемых осей. Из этого несложно понять, что грузовик задумывался заднеприводным. Вообще, «тележка» к тому времени уже была на ВАЗе отработана и испытана на машинах 2102Э: двигатель поперечно сзади, сблокирован с редуктором, передача момента на колеса — валами со ШРУСами от «Нивы», передняя подвеска — «жигулевская».
Базовым источником питания были питерские никель-цинковые аккумуляторы НЦ-125 в батарее на 144 Вольта. Эта батарея весила 380 кг, соответственно, смещать ее от центра было чревато проблемами с развесовкой. А разделить на два-три сегмента, как в модели 1801, мешало требование быстрой замены — машина-то проектировалась как элемент городской развозной инфраструктуры, в которой простои из-за недозаряда аккумуляторов недопустимы, это может сломать налаженную хозяйственную цепочку. Поэтому в техзадании и появилось требование о быстрой смене АКБ.
В первых двух эскизах 2802 Маркиев предложил сделать машину однокабинной, с открытой площадкой на месте потенциального пассажира. Объяснение простое: в легких грузовичках водитель почти всегда выполняет и обязанности экспедитора, пассажирское место здесь не очень востребовано. А «ополовинивание» кабины позволит сэкономить на массе и энергозатратах на отопление.
Но идея эта, по всей видимости, показалась Демидовцеву чересчур авангардной. И тогда дизайном занялся Юрий Верещагин. Его проект базировался на компоновочных идеях Маркиева, но придавал им еще более свежую форму.
Забегая вперед, скажем: этот дизайн похвалил сам Джорджетто Джуджаро (Giorgetto Giugiaro), глава итальянской дизайн-студии Italdesign. Джуджаро приезжал на ВАЗ в 1985 году, почти инкогнито, то есть визит его был неофициальным (почему так — бог весть, в СССР Джуджаро мог приехать и официально, со всеми возможными почестями). Маэстро посетил дизайн-центр, где ему показали «Ниву», перспективную тогда «восьмерку» и несколько опытных разработок.
— Вы только не обижайтесь, — сказал Джуджаро, но из всего, что я увидел, внимания достойна только одна машина.
И показал пальцем на 2802.
Сохранилось фото первого эскиза рамы 2802, сделанного Маркиевым. Мы приводим этот эскиз вместе с фотографией окончательной конструкции рамы, дабы виден был наглядно весь путь, по которому прошли разработчики. Только Маркиев сделал 118 промежуточных чертежей! Раму гнули и варили непосредственно в дизайн-центре, из стали, сделав для ее облегчения множество отверстий, как в самолетных нервюрах. Но увы, все равно избыток массы побороть не удалось.
Рама была спроектирована в расчете на организацию внутри нее двух независимых отсеков — под аккумуляторы и запасное колесо. Для быстрой замены батареи разработали специальную тележку, она подъезжала сбоку. А выдвижную «запаску» расположили в заднем свесе, прикрыв крышкой, как и аккумуляторы.
Рулевой редуктор взяли от ВАЗ-2101, только поставили его иначе, с переворотом на 180 градусов. Такое расположение диктовалось вагонной компоновкой. О рулевом усилителе речь по понятным причинам не шла, хотя он здесь пришелся бы очень кстати: по воспоминаниям тех, кто поездил на этой машине, усилия к рулю требовалось прикладывать очень большие. Не было и отдельного усилителя тормозов, все по тем же причинам — недостаток энергии и борьба с избыточной массой. Массы, действительно, случился изрядный избыток — весь кузов, кроме навесных панелей грузового отсека, сделали из стали. О расчетной грузоподъемности в 500 кг можно было забыть, машина возила только саму себя, полезная нагрузка не превышала 100 кг. Ее и не грузили больше, опасаясь за прочность конструкции и тяговые возможности привода.
Кузов спроектировали съемным — в те годы очень была популярна идея модульного автомобиля, на который можно оперативно «вешать» различные надстройки. Но до изготовления разных вариантов дело не дошло.
Но самое интересное в машине — это, конечно, кабина. Для 1979 года она выглядит невероятно стильно, да и сейчас не кажется устаревшей. Заметим, тогда еще не было массовым решение с дверными стеклами сложной формы, продолжающимися вниз и улучшающими боковой обзор, такие двери у японских автопроизводителей появились только в середине 80-х годов. Негативной стороной такого решения в ВАЗ-2802 стала невозможность сделать стекла опускными, там даже сдвижных форточек нельзя было организовать!
Интерьер получился не менее эффектным, чем кабина. При такой вертикальной посадке конструкторы обычно скованы недостатком пространства между водителем и передним стеклом (которое к тому же было совершенно плоским). Но выход из положения нашелся, и довольно изящный: приборную панель сделали единым блоком с рулевой колонкой, а блок управления вынесли на пузатый ящичек центральной консоли. Для пущего «авангарду» на машину даже поставили почти квадратный руль.
Образец 2802 был сделан удивительно быстро: осенью 1979-го Маркиев начал работу, в январе 1980-го подключились конструкторы отдельных узлов и электронщики, а летом того же года машина уже ездила по территории завода. Но из-за очевидной перетяжеленности конструкция нуждалась в доработке.
«Снять» с готовой машины 300-350 кг означало переделать ее всю, полностью. Этим заниматься не стали, благоразумно решив, что проще будет сделать новую разработку, уже на этапе проектирования оптимизированную по массе. Но 2802 еще долгие годы возили по выставкам и дизайнерским семинарам. В том числе показали ее и на ВДНХ, в 1984 году, на выставке «Автопром-84». Гостей она там не возила, как 1801, но служила полноценным шоу-стоппером, собиравшим публику. С ВДНХ 2802 привезла 14 золотых медалей — за дизайн, конструкцию, идею.
В бюро Станислава Усова тем временем шла своя работа, там тоже делали машину с индексом 2802! «Тем временем» — это в те же 79-80-е годы. Сразу задумались о соотношении массы и полезной нагрузки и… решили пойти путем, отвергнутым в дизайн-центре! То есть задумали грузовик с одноместной кабиной и максимально облегченным кузовом. А как можно облегчить кузов? Только применением более легких материалов. Поэтому и раму, и навесные панели кузова решили делать из алюминия. Рационализм был поставлен во главу угла, поэтому требования к дизайну были не столько эстетические, сколько функционально-технологические. За разработку облика машины взялся Александр Дегтярев, формально работавший на ВАЗе конструктором «БК» (что означало «без категории»). Да и какая категория у недавнего выпускника Казанского авиастроительного?
В бюро электромобилей Центра стиля начальником тогда был Александр Селин, который предложил метод точечной сварки легкосплавов обычными сварочными клещами. То есть подбирались такие параметры электроимпульса, при котором металл еще не разрушался (не оплавлялся вне точки сварки), а надежность соединения уже была достаточной. И такой режим подобрали! В принципе, этот метод годился для монтажа навесных панелей. Прочность на разрыв по испытаниям в УЛИР (управлении лабораторно-испытательных работ) хоть и была немного ниже нужной, но все равно годилась для применения. А вот сварить раму уже было маловероятно.
Вазовцы обратились в Тольяттинский политехнический институт (ТолПИ), на кафедру сварки металлов. Там тогда тоже разрабатывали различные сварочные технологии и предложили для нового проекта вариант, условно названный «электрозаклепкой». По сути это форсунка, в которую подается аргон и одновременно прикладывается высокое напряжение. Образуется газовый вихрь характерной формы, и в результате металл конфигурируется в виде воронки, похожей на заклепку. Таким образом соединяли с рамой все навесные детали и сваривали кабину. Более того, по похожей технологии ТолПИ предложил сваривать и раму, только там уже шла речь не о точечной, а шовной сварке в аргоне. Кстати, мировое автомобилестроение тогда делало только первые шаги в проектировании цельноалюминиевых машин, вазовцы были на самом переднем крае прогресса. «Подсматривать» решения было не у кого, поэтому даже относительно простые вещи приходилось разрабатывать самостоятельно. Так, грунт для последующей окраски алюминиевых кузовов был разработан специально, в УЛИРе ВАЗа.
Раму сварили из прямоугольных катаных профилей по классической конструкции с замкнутым силовым периметром. Она получилась очень жесткой, неподатливой, не работающей должным образом на кручение. Поэтому с прочностью сварных соединений возникли проблемы, что выявилось на полигонных испытаниях (об этом ниже).
Две совершенно разные конструкции, проходящие в документации под одним индексом, могли вызвать путаницу и непонимание. Поэтому к индексам добавили «подындексы» -01 и -02. При этом чуть более ранняя машина, разработанная в дизайн-центре, получила полное название ВАЗ-2802-02 «Пони», а конструкция бюро проектирования электромобилей — ВАЗ-2802-01 «Пони». Но этими сложными циферками мало кто изъяснялся, все говорили «усовская» и «демидовская».
Простота облика 2802-01 была вызывающей, но создателей это не смущало. Сергей Докучаев, ведущий конструктор этого проекта, оправдывал внешность простым доводом: мы, дескать, делаем некий «мул», макетный образец для проверки разных компоновочных решений. Машина получилась относительно легкой (1140 кг) и могла перевозить до 500 кг. Но вылезла другая проблема — неудачная развесовка. Центр масс этой машины был смещен вперед, в результате задняя ось оказалась недогруженной. Если в кузов загружали балласт — все было нормально, а вот пустая машина трогалась с трудом, буксуя даже на влажном асфальте.
Конструктивно шасси 2802-01 повторяло таковое у 2802-02 и 1801, были использованы те же агрегаты. Рулевой редуктор взяли от ВАЗ-2105, точнее, от ее праворульной модификации 21056. Вся кинематика — от серийной машины, но редуктор «уехал» за переднюю ось. Потребовался еще один угловой маятниковый рычаг. Когда машину собрали, она вместо поворота направо поехала налево. Пришлось срочно переставлять начинку рулевого редуктора…
В отличие от 2802-02, «усовскую» машину пытались приспособить к комфортабельной эксплуатации. Здесь уже были простейшие воздуховоды в кабине, а справа от водителя в раме стоял 5-литровый баллон с бытовым газом, для автономного отопителя. Газа в этом баллоне хватало на 8 часов непрерывной работы. Конечно, в наше время такое решение не прошло бы ни по каким стандартам безопасности, бытовые баллоны вообще не предназначены для эксплуатации на транспорте. Но о безопасности тогда думали меньше, а тепла хотелось… Кстати, никто, слава богу, не угорел, не сгорел и не взорвался, вообще с автономным отопителем никаких серьезных происшествий не случилось. Разве что теплоноситель (спирт) постоянно вскипал и отказывал блок управления…
Оправдывая предназначение 2802-01 как передвижного стенда, разработчики сделали очень удобным батарейный модуль. Кузов у машины откидывался на петлях назад, как у самосвала, открывая доступ к обширному отсеку, способному вместить практически любые АКБ. Тогда попробовали применить никель-железные батареи подольского завода, тяговые югославские, болгарские… Некоторое время машина ездила даже с двумя комплектами батарей, как раз подольских: один был на своем законном месте внутри рамы, другой смонтировали сверху. Пробег в этом случае увеличивался до 170 км, но места для груза почти не оставалось.
ВАЗ-2802-01 стал полигоном для практической работы студента Новосибирского института Андрея Гайдука, впоследствии пришедшего на ВАЗ на постоянную работу.
В 1980 году Андрей решил приспособить к электромобилю систему диагностики привода, сделанную на базе электромеханических самописцев. Все было заранее рассчитано, потом смонтировали приборы. Но коммутационные токи были довольно высокочастотными и самописец не мог справиться с резкими и мощными всплесками. Он просто не успевал фиксировать переходные процессы, рвал бумагу, разбрызгивал чернила… После череды экспериментов в руки Гайдука попал от коллеги некий необычный интегрирующий вольтметр с тепловым элементом. Этот элемент мог работать буфером, сглаживая всплески. Но автоматизированные измерения на нем организовать не удалось, и показания все равно приходилось снимать вручную.
ВАЗ-2802-01 был собран в двух экземплярах, с открытым и закрытым кузовом, но один из них безвременно «скончался» почти сразу после постройки. Машину отправили в Киев, в НИИ электродинамики, вместе с одним из экземпляров «Пони»-1801. А там случился пожар. 1801 сгорела не полностью, только пластик. Ее остатки вернули в Тольятти и машину восстановили. А вот 2802-01 огонь уничтожил капитально, возвращать было нечего. Так что все основные опыты проводились на единственном экземпляре 2802-01. Этот экземпляр тоже не сохранился — его банально «порезали».
2802-01 никаких призов за дизайн не получал, к нему не липли на выставках толпы восторженных школьников, он не возил членов Правительства СССР по ВДНХ, как 1801. Но он стал хорошей и весьма продуктивной испытательной базой для множества идей и конструкторских решений.
До настоящей работы — на конвейерную перспективу — отделу электромобилей оставался всего один шаг. Про то, как вазовцы попытались сделать этот шаг-в следующей части