Список выполненных НИОКР

Создание «умного» цифрового двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня

Период проведения 2018-2020

В Центре компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Новые производственные технологии» на базе Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) разработан и изготовлен первый предсерийный образец электромобиля.

Проект «Создание "Умного" Цифрового Двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня» выполнен в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (мероприятие 1.3 Проведение прикладных научных исследований и разработок, направленных на создание продукции и технологий, уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI57818X0269). Индустриальный партнер проекта – ПАО «КАМАЗ».

Разработка выполнена специалистами Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ – ключевого подразделения Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» – в кратчайшие, по стандартам автомобилестроения, сроки: за 2 года.

«Впервые автомобиль был не только разработан, но и подготовлен к серийному производству не промышленным предприятием, а именно университетом: Петербургским Политехом. И это значит, что наша модель интеграции «науки, образования и производства» работает великолепно».

Ректор СПбПУ академик РАН

А.И. Рудской

Электромобиль получил рабочее название «КАМА-1» и стал первым ходовым экспериментальным образцом ориентированного на массовый выпуск малогабаритного электромобиля категории М1 (легковые автомобили) в России, разработанным в университете на основе собственных технологий создания и применения цифровых двойников (Digital Twins) и наукоемких платформенных решений.

Цифровые платформы и единая технология разработки и применения цифровых двойников (драйвер и интегратор сквозных цифровых технологий: цифровое проектирование и моделирование, системный и суперкомпьютерный инжиниринг, искусственный интеллект, большие данные, виртуальные испытания, стенды и полигоны) позволили автоматизировать самый творческий процесс – процесс разработки наукоемких высокотехнологичных изделий, давая возможность находить недоступные ранее («невозможные») инженерные решения.

Разработанные сотрудниками Инжинирингового центра CompMechLab® инструменты цифрового проектирования и моделирования позволили провести все необходимые виртуальные испытания, моделировать и измерять любые показатели изделия в течение полного жизненного цикла с детальным учетом характеристик материалов и особенностей технологических процессов. В рамках проекта это дало возможность сократить трудозатраты на разработку электромобиля не менее чем на 30% и более чем вдвое сократить длительность работ по выпуску серийного образца.

«Применение новых производственных технологий, цифровых платформ собственной разработки, опыта и компетенций наших инженеров – «инженерного спецназа» – и предопределило успех проекта».

Проректор по перспективным проектам СПбПУ, руководитель Инжинирингового центра CompMechLab® СПбПУ и Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии»

Алексей Боровков

Электромобиль, получивший рабочее название «КАМА-1», разработан на основе собственных платформенных решений

  • Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-BENCH™ (разработка ведется с 2014 года, в 2017 году удостоена национальной промышленной премии Российской Федерации «Индустрия»);
  • Платформа-демонстратор кросс-рыночных и кросс-отраслевых «сквозных» цифровых и передовых производственных технологий CML-CAR(разработка ведется с 2006 года для автотранспорта, с 2017 года – для электротранспорта).

Виртуальные испытания конструкции на пассивную безопасность по требованиям правил ЕЭК ООН и рейтинговым тестам

Проект получает продолжение в виде Универсальной модульной платформы развития модельного ряда электротранспорта под различные запросы потребителей CML-EV от компактного городского автомобиля до городских 18-метровых электробусов, соответствующих международным требованиям сертификации (разработка ведется с 2018 года).

Этапы проекта

На 1 этапе работ:

  • подготовлены методики цифровой разработки стиля экстерьера, проведена предварительная разработка стилевой поверхности;
  • разработана методика многокритериальной оптимизации эластокинематических элементов подвески, разработана конструкция подвески;
  • произведен подбор тягового электродвигателя (единая система «двигатель – редуктор – инвертер»);
  • проработана архитектура электрики и электроники с учетом требований системы ADAS.

На 2 этапа работ:

  • разработана конструкция каркаса кузова с учетом платформенности линейки электромобилей с применением метода Simulation-Based Design;
  • на виртуальном испытательном полигоне проведены виртуальные испытания каркаса кузова, произведена его оптимизация на соответствие требованиям ЕЭК ООН по пассивной безопасности;
  • разработана система кондиционирования воздуха, выполнены виртуальные испытания;
  • на базе Product Definition, являющегося неотъемлемой частью цифрового двойника, разработана электронная архитектура, подготовлен перечень электронных компонент в составе электрооборудования электромобиля.

Конструкция каркаса кузова электромобиля

На завершающем этапе работ:

  • изготовлены все уникальные элементы электромобиля;
  • осуществлены закупки комплектующих, компоновочные работы;
  • произведена полная сборка опытного образца электромобиля;
  • проводятся ходовые испытания опытного образца, физические испытания функционирования всех узлов и систем.

Заместитель руководителя, главный конструктор Инжинирингового центра (ИЦ) CompMechLab® СПбПУ Олег Клявин: «Этот проект уникален по трем причинам. Во-первых, он полностью разрабатывался, создавался и строился в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. Во-вторых, он разработан именно как серийный автомобиль. В-третьих, в отличие от многих аналогов, заявляемых на российском рынке, это полноценный легковой автомобиль категории M1, смарт-кроссовер».

[1]Проект национального стандарта ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники. Общие положения», разрабатываемого ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» и СПбПУ в рамках Технического комитета по стандартизации ТК 700 «Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии» Росстандарта.

В ходе реализации проекта «КАМА-1» был создан «умный» цифровой двойник электромобиля, который представляет собой систему цифровых моделей изделия и технологических процессов, взаимоувязанных и сбалансированных на единой платформе в многоуровневой матрице требований, целевых показателей и ресурсных ограничений (определение дано в соответствии с ГОСТ Р «Цифровые двойники»1). «Умный» цифровой двойник электромобиля прошел более 800 виртуальных испытаний на виртуальных испытательных полигонах и стендах, продемонстрировав соответствие Требованиям Технического регламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011), гармонизированным с требованиями Правил Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (Правила ЕЭК ООН).

По итогам проекта получено 79 новых научных и научно-технических результатов. Зарегистрировано 6 объектов интеллектуальной собственности:

  • Промышленный образец «Малогабаритный городской электромобиль»
  • Промышленный образец «Светодиодная фара электромобиля»
  • Программа для автоматизированного поиска оптимального внутреннего сечения переднего лонжерона кузова с точки зрения показателей пассивной безопасности автомобиля при фронтальном ударе
  • Промышленный образец «Панель приборов автомобиля со скрытым блоком индикаторов»
  • Программа для обработки результатов расчетных проверок провисания двери автомобиля
  • Программа для автоматизированной обработки результатов расчетных проверок низкоскоростных ударов в заднюю часть автомобиля

Это уникальный для российской высокотехнологичной промышленности результат комплексного сотрудничества СПбПУ и ПАО «КАМАЗ», демонстрирующий эффективность программ Минобрнауки России по формированию конкурентоспособного сектора прикладных научных исследований и поддержке конкретных разработок и продуктов по приоритетным для российской экономики технологическим направлениям.

Презентация электромобиля: 10-11 декабря 2020 года в рамках выставки ВУЗПРОМЭКСПО-2020.


Информация о электромобиле

КАМА-1 – компактный динамичный городской электромобиль с высоким пробегом, проходимостью и «характером» кроссовера.

Модель потребления: «КАМА-1» – электрический автомобиль нового поколения, который создан с учетом новых стилей массового потребления автотранспорта (каршеринг, райдшеринг и др.). Компактные маневренные электромобили нацелены на решение проблем пробок, транспортной доступности, экологии в городской среде. На базе электромобиля может быть реализована современная концепция CASE, в соответствии с которой наиболее эффективна интеграция на единой платформе возможностей подключенных (Connected), автономных (Autonomous), универсальных (Shared & Services) и электрических (Electric) автомобилей. Такие электромобили могут иметь популярность как среди частных, так и среди корпоративных потребителей: каршеринг, службы доставки, такси.

Категория M1 «легковые автомобили»: – Транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров и имеющие, помимо места водителя, не более восьми мест для сидения – легковые автомобили в соответствие с Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011).

A-класс или Сегмент A (англ. A-segment): – класс легковых автомобилей согласно классификации Европейской экономической комиссии (REGULATION (EEC) No 4064/89 MERGER PROCEDURE), под который попадают городские автомобили (англ. city cars).

Тип кузова: 3-дверный смарт-кроссовер (англ. smart-crossover).


Основные характеристики

  • Запас хода: до 250 км
  • Аккумулятор: 33 кВт*ч
  • Максимальная скорость: 150 км/ч
  • Разгон до 60 км/ч / 100 км/ч: 3,2 сек / 6,7 сек
  • Электродвигатель (RWD): 80 – 160 кВт
    • Силовая установка в сборе: синхронный электродвигатель на постоянных магнитах,  дифференциальный редуктор, силовой инвертер
  • Привод: задний (RWD)
  • Тип ячеек аккумулятора: литий-ионный аккумулятор (LiNMc)
  • Время заряда: 6 часов / 2.5 часа на быстрой зарядке
  • Клиренс (дорожный просвет): 160 мм
  • Колесная база: 2 100 мм
  • Колея: 1 500 мм
  • Масса: 1 300 кг
  • Габариты: 3250/1700/1550 мм
  • Схема посадки: 2+2
  • Тип подвески (F/R): MacPherson / Multilink
  • Размерность шин: 195/55 R16
  • Система помощи водителю (ADAS): 3-4 уровень

Информация о проекте

Полное наименование проекта: «Создание "Умного" Цифрового Двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня».

Основное приоритетное направление – Транспортные и космические системы.

Федеральная целевая программа: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (далее ФЦПИР). Программное мероприятие: 1.3 Проведение прикладных научных исследований и разработок, направленных на создание продукции и технологий. Уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI57818X0269.

Организация Головной исполнитель: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) – Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Индустриальный партнер: ПАО «КАМАЗ».

Финансирование проекта осуществляется в соответствии с лимитами бюджетных обязательств, доведенными Министерству науки и высшего образования Российской Федерации (Минобранауки России) как получателю средств федерального бюджета науки и высшего образования Российской Федерации в рамках реализации Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Дата начала работ: 20.12.2018 года.

Дата окончания работ: 31.12.2020 года.

  • Руководитель проекта: проф. Боровков Алексей Иванович, проректор по перспективным проектам СПбПУ, руководитель Центра НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ, руководитель Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ (ИЦ «ЦКИ», CompMechLab®), лидер-руководитель рабочей группы «Технет» НТИ;
  • Главный конструктор: Клявин Олег Игоревич, заместитель руководителя Центра НТИ СПбПУ;
  • Научный руководитель работ: Болдырев Юрий Яковлевич, ведущий научный сотрудник ИЦ «ЦКИ» СПбПУ;
  • Технический руководитель работ: Тарасов Алексей Владимирович, ведущий инженер ИЦ «ЦКИ» СПбПУ.