Bir Mühəndisin İnadkarlığı: Andrew Frank Plug-in Hibridi Necə Mükəmməlləşdirdi?
Bu Səhifəni Paylaşın
Modern plqgin hibrit anlayışını tek bir ad təşıyır: Andrew Alfonso Frank. UC Davis-də emeritus maşınqayırma və aviasiya mühəndisliyi professoru olan Frank, 1971-ci ildən etibarən şəbəkədən şarj edilə bilən hibrid avtomobillər üzərində işlədi, bu avtomobil sinfinə bugünkü adını verdi və yüzlərlə tələbəsini avtomobil sənayesinə daşıyan bir mühəndislik məktəbi qurdu. Onun hekayəsi, hibrid avtomobilin atası sayılan iki adın yanında deyil, tamamilə ayrı bir xətt üzərində irəliləyir.
Diqqət çəkən məqamlar
- Frank, 1971-ci ildə Wisconsin–Madison-da ilk hibrid elektrikli avtomobilini qurdu; məqsədi qallona 100 mil və 0–60 sürətlənməsi idi.
- Team FATE avtomobilləri 1991-ci ildə benzinlə 3313 mpg, metanolla 2200 mpg dünya rekordu qırdı.
- Frank, 35-dən çox patentin sahibidir; onların 12-si UC Davis-ə aiddir.
- 21 dekabr 2010-da serial istehsal ilk plagin hibridlərdən Chevrolet Volt-un ilk sahibləri arasında yer aldı.
- UC Davis-də onun arxivləri ətrafında plagin elektrikli avtomobil tədqiqat kolleksiyası qurulur.
Plagin hibriti kim ixtira etdi: Frank-in öncülük iddiası və sərhədləri
Sualına veriləcək cavab, avtomobilin nəyə görə təyin edildiyindən asılıdır. Hibrid elektrikli ötürümnün özü çox daha qədimdir; 1915 kimi erkən bir tarixdə Woods Motor Vehicle-ın hibrid modeli satışa təqdim edilmişdi. Frank bu erkən nümunənin niyə tutmadığını praktik bir əsasla izah edir: həmin dövrdə bahalı idi və maya dəyərini aşağı salacaq komponent yox idi. Modern mənada, ev prizindən şarj edilən, batareyası bitdikdə daxili yanma mühərrikınə öz-özünə keçən və gündəlik istifadəyə uyğun bir anlayışdan bəhs etdiyimizdə isə mənbələr Frank-i açıq şəkildə öncü kimi mövqeləndirir; ona modern plagin hibridin atası deyilir və Plug-in Hybrid Electric Vehicle, yəni PHEV terminini da törədən şəxs odur.
Bu öncülüyün texniki tərifi də aydındır: plagin hibrit, şarj edilə bilən batareyası ilə elektrik mühərrikını işlədən, batareya enerjisi tükəndikdə benzinli mühərrikə avtomatik keçən bir avtomobildir. 1999-cu ilin sonunda bazara çıxan ilk modern hibridlərlə arasındakı fərq tam məhz buradadır. Honda Insight və Toyota Prius batareyanı yalnız əyləc enerjisi ilə şarj edirdi; fişə taxılan şarj kabeli yox idi. Frank-in yanaşmasında şəbəkəyə qoşulma, dizaynın başlanğıc nöqtəsi idi, sonradan əlavə edilən bir xüsusiyyət deyil.
Bir qeyri-müəyyənliyi də əvvəldən qeyd etmək lazımdır: ilk plagin hibritin tarixi mənbələrdə fərqli keçir. Bir təqdimat inkişafı 1971-də Viskonsinə, o birisi 1972-yə və UC Davis-ə yerləşdirir. Bu tarixləmə fərqi, tək bir avtomobil əvəzinə mərhələli bir inkişaf prosesindən qaynaqlanır və Frank-in öncülüyünü şübhə altına almır; yalnız ilk nümunə avtomobilin hansı il işlək vəziyyətə gəldiyinin necə təyin edildiyinə dair bir sürüşmədir.
Mühəndisin formalaşması: aviasiyadan avtomobilə
Frank-in arxa planı klassik bir avtomobil karyerası deyil. UC Berkeley-də 1955-də maşınqayırma mühəndisliyi bakalavrını, 1958-də magistr dərəcəsini aldı; ardından USC-də elektrik mühəndisliyinə yönəldi və 1965-ci ildə magistr diplomunu, 1968-ci ildə isə doktorluq dərəcəsini tamamladı. Bu ikili ixtisas - mexanika və elektrik - onun hibrid ötürücüyə yanaşmasının əsasını təşkil etdi.
1955-ci ildən 1968-ci ilə qədər North American Aviation, ardından isə North American-Rockwell tərkibində çalışdı. Tapşırıqların siyahısı təsir edicidir: X15 hipersəs tədqiqat təyyarəsi, helikopter stabilləşdirmə sistemləri, Apollo Layihəsi və Minuteman qitələrarası ballistik raket proqramı. 1969-cu ildə akademik həyata keçdi; 1969-cu ildən 1985-ci ilə qədər University of Wisconsin-də, 1985-ci ildən 2006-cı ilə qədər isə UC Davis-də fakültə üzvü kimi fəaliyyət göstərdi. Yəni ilk hibrid avtomobilini aviasiya şirkətindən çıxmış, ikitərəfli ixtisaslı bir mühəndis kimi qurdu.
1971-ci ildən etibarən ilk avtomobillər və natamam komponentlər problemi
Frank 1971-ci ildə Wisconsin-Madison-da tələbələri ilə birlikdə sıfırdan ilk hibrid elektrik avtomobilini qurdu. Bu avtomobil 1972 URBAN CAR Competition-a qatılan yeganə hibrid oldu. UC Davis-in öz təqdimatında Frank-in 1972-ci ildə ehtimal ki, ilk plug-in hibrid avtomobilini inkişaf etdirdiyi yazılır; qoyduğu hədəf o dövrün ölçülərinə görə adi deyildi: qalon başına 100 mil yol və 6 saniyədə 0-60 mil/saat sürətlənmə. Səmərəliliyi və performansı bir paketdə təqdim etmək bu gün də hibrid mühəndisliyinin tərif cümləsidir.
Bəs niyə plug-in hibrid 1970-ci illərdə seriya istehsalına keçə bilmədi? Frank-in öz qiymətləndirməsi problemi komponent səviyyəsində qurur: həmin dövrdə düzgün batareya, ötürücü qutu və mühərrik texnologiyaları mövcud deyildi. İstehsal avtomobilinin hədəflərinə çatmaq üçün bu komponentlərin sıfırdan, məqsədə uyğun layihələndirilməsi lazım idi. Bu, konsepsiyanın erkənliyini dahilik çatışmazlığı kimi deyil, təchizat zənciri problemi kimi izah edən, mühəndis baxışına sadiq bir diaqnozdur.
Yenə də 1970-ci və 1980-ci illər boş keçmədi. 1979-cu ildə tələbələri ilə fırlanma çarxı əsaslı bir hibrid inkişaf etdirdi: davamlı dəyişən ötürücülü, yəni CVT-li bir Ford Pinto çevrilməsi. Bu layihə Frank-in üstünlük verdiyi memarlığın ilk konkret əlamətlərini daşıyırdı.
Team FATE və Davis illəri: ölçülə bilən nəticələr
UC Davis-də Frank-in rəhbərliyi altındakı komanda Team FATE adı ilə illər boyunca ardıcıl olaraq sübut avtomobilləri qurdu. 2004-cü ilə qədər ümumi yeddi sübut-avtomobil istehsal edilmişdi. Bu avtomobillərin hər biri plug-in hibrid konsepsiyasının bir yönünü sınaqdan keçirdi:
- Side F/X: 1991-ci ildə bir qalon benzinlə 3313 mpg ilə dünya rekordu; Frank-in ifadəsi ilə San Francisco-dan New York-a bir qalonla gedə biləcək məsafə.
- Shamu: elə həmin il metanol yanacağı M85 ilə 2200 mpg dünya rekordu.
- 1991-ci il tarixli bir PHEV: qurğuşun-turşu batareyalarla 40 mil elektrikli məsafə.
- 1990-cı illərin sonu: nikel-metal hidrid batareya ilə 60 mil elektrikli məsafə - tələbələrinin nəhəng uğur saydığı hədd.
- 1992-1993: PNGV proqramının qalon başına 80 mil hədəfinə yaxın, 72 mpg göstərən plug-in hibrid nümayişi.
- 1996: Ford Taurus əsaslı bir PHEV çevrilməsi; Detroit'dən Vaşinqton DC-yə edilən səfərdə 68 mpg dəyərinə çatdı.
1990-cı illərin sonlarında GM, Franki EV1 elektrik avtomobilini plagin hibridə çevirmək işi ilə müqavilələşdirdi; arxiv qeydləri göstərir ki, 2001-ci ildə bu EV1 prototipinin hibridləşdirilməsi üçün əhəmiyyətli vəsait alınıb. Layihə, Frankin konsepsiyasının böyük bir istehsalçının avadanlığında sınaqdan keçirildiyi konkret addım idi - təəssüf ki, o dövrün istehsal planlarına çevrilmədiyi məlumdur, lakin tam ləğv hekayəsi arxiv materialında ətraflı şəkildə sənədləşdirilməyib.
| Avtomobil | İl | Baza | Önə çıxan xüsusiyyət |
|---|---|---|---|
| Volan hibridi | 1979 | Ford Pinto | CVT-li volan əsaslı ötürücü |
| Side F/X | 1991 | - | Benzinlə 3313 mpg rekordu |
| Shamu | 1991 | - | M85 metanolu ilə 2200 mpg rekordu |
| Ford Taurus PHEV | 1996 | Ford Taurus | 68 mpg, Detroit-Vaşinqton səfəri |
| Sequoia | 2000 | Chevrolet Suburban | Paralel hibrid arxitekturası |
| Yosemite | 2002 | Ford Explorer | Plagin çevrilməsi |
| Trinity | 2005 | Chevy Equinox (2006) | 4 çəkiş, 40 mil elektrikli məsafə |
Frankin arxitekturası: nə üçün paralel hibridi müdafiə edirdi?
Frankin üstünlük verdiyi konfiqurasiya dörd komponentdən ibarətdir: elektrik mühərriki, daxili yanma mühərriki, mexaniki CVT və yüksək tutumlu batareya. Bu, bu gün paralel hibrid adı ilə tanınan düzəndir. Seri hibridlərdə mühərrik yalnız generatoru çevirərkən, paralel arxitekturada iki güc mənbəyi birbaşa təkərlərə töhfə verə bilər; Frank bu strukturu mexaniki səmərəlilik və komponent ölçüsü baxımından ölçüləbilən üstünlüklərlə müdafiə edirdi.
Onun vizyonu avtomobildən uzağa uzanırdı. Şəbəkədən dolan avtomobil, dayanmış halda şəbəkəyə enerji verə bilərdi; vehicle-to-grid konsepsiyası və evi qidalanan vehicle-to-house ssenarisi, Frankin layihələrində erkən dövrdən vurğulanan istiqamətlərdir. Məqsədi ilə bağlı öz tərifi də diqqətçəkəndir: son məqsəd saf elektrikli avtomobil deyil, istehlakın təxminən onda birini maye yanacaqla, qalanını günəş mənşəli elektriklə qarşılayan bir avtomobil. Bu, bugünkü batareya-elektrikli mərkəzi hekayədən açıq şəkildə fərqli bir mühəndislik seçimidir.
Təsiri: patentlər, tələbələr və bir tədqiqat mərkəzini doğuran işlər
Frankin irsi yalnız prototiplərlə məhdudlaşmır. 35-dən çox patentin sahibidir; onların 12-si UC Davis-ə aiddir və PHEV patent sayı təxminən 50-yə yaxınlaşır. Konkret nümunələrdən biri, 1998-ci il tarixli hibrid avtomobillər üçün dolma tükənməsi idarəetmə üsuluna dair patentdir - plagin hibridin nüvə idarəetmə strategiyası.
Tələbələri bu irsin bəlkə də ən görünən hissəsidir. Yüzlərləsi avtomobil sənayesinə daxil oldu; bəziləri ilk seriya istehsalı plagin hibridlərdən olan Chevrolet Voltun dizaynında çalışıb. Frankin özü də 21 dekabr 2010-cu ildə Voltun ilk sahiblərindən biri oldu - illərdir müdafiə etdiyi konsepsiyanın kommersiya məhsuluna çevrilməsini öz qarajında görmək, bir mühəndis üçün nadir bir yekun.
Team FATE-nin yeddi sübut-avtomobili Kaliforniya emissiya qanunvericiliyinin sıfır emissiyalı avtomobil hədəflərini plug-in hibridləri əhatə edəcək şəkildə dəyişməsinə təsir etdi. 2006-cı ildə Frank Efficient Drivetrains Inc. şirkətini qurdu; UC Davis patenti bu şirkətə lisenziyalaşdırıldı. Həmin il, 2007-ci ildə UC Davis-in nəqliyyat tədqiqatları çərçivəsində Plug-in Hybrid Electric Vehicle Research Center yaradıldı və ilk istehlakçı tədqiqatlarına başladı; 2010-cu ildə adını PH&EV Research Center olaraq genişləndirdi.
ھ bazar 1999-cu ilin sonunda ilk müasir hibridləri gördüyündə - əyləc enerjisi ilə yüklənsələr də - Frank üçün bu inkişaf bir təsdiq, bir haqlı çıxma anı oldu. Konsepsiya doğrudu; sadəcə vaxtı və komponentləri onu gözləyirdi.
Qocalıqda belə çəkən bir mühəndis: irs və arxiv
Frank 24 sentyabr 2023-cü ildə 90 yaşına çatdı; qocalar evində yaşamasına baxmayaraq texniki məqalələr yazmağı və plug-in hibrid tərəfdarlığı koalisiyalarını dəstəkləməyi davam etdirir. Bu inadkarlıq, məqalə başlığındakı sözün tam qarşılığı: onunu dayandıran nə layihə ləğvləri, nə də yaşdır.
İrsi artıq institusionalaşır. UC Davis Shields Kitabxanasında, Frank-in və plug-in hibrid tərəfdarlığının görkəmli simalarından Felix Kramer-in bağışladığı arxivlərlə plug-in elektrikli avtomobil tədqiqat kolleksiyası qurulur. 1978-2012 arasına yayılan, doqquz xətti fut həcmindəki kolleksiyanın 2024-cü ilin sonuna qədər tədqiqatçılara açılması planlaşdırılırdı; kitabxananın lobisində sərgi də gündəmdədir.
Bu arada uzun məsafəli plug-in hibridlərin bugünkü müzakirədəki yeri də Frank-in vizyonunu təsdiqləyən xarakter daşıyır: bu avtomobillər batareya-elektrikli avtomobillərə bənzər emissiya üstünlüyü təqdim edərkən təxminən dörd dəfə az kritik mineral sərf edir və şəbəkəyə daha az yük qoyur. Əlli illik bir mühəndislik iddiasının ölçülə bilən arqumentlərlə hələ də gündəmdə olması, Frank-in öncülüyünün ən yaxşı xülasəsidir.