ШЕСТИКОЛЕСНЫЙ АВТОМОБИЛЬ С КОМБИНИРОВАННЫМ ПРИВОДОМ
SIX-WHEEL VEHICLE WITH COMBINED DRIVE

Техническое решение относится к транспортным средствам. Оно касается полноприводных многоколесных автомобилей с гибридным энергетическим комплексом.
Известна конструкция трансмиссии трехосных автомобилей, у которых привод колес производится посредством двигателей внутреннего сгорания. Трансмиссия колесного средства содержит основную и дополнительную раздаточные коробки, при этом выходные валы дополнительной раздаточной коробкой связаны карданными передачами с дифференциалами третьего и заднего ведущих мостов, а входной вал - с выходным валом основной раздаточной коробки привода дифференциала переднего ведущего моста (см. патент РФ №2333113, опубл. 10.05.2007).
Недостатки этой конструкции обусловлены тем, что при работе двигателя внутреннего сгорания происходит выделение с отработавшими газами большого количества вредных веществ, загрязняющих атмосферу.
Известна также конструкция гибридных энергетических комплексов, составленных из теплового двигателя и электрической машины. Гибридный электрический комплекс содержит: силовой модуль, ведущие колеса, ведомые колеса, электродвигатель, задний мост тележки, передний мост тележки, аккумуляторные батареи и карданный вал (см. заявку WO 2012078168, опубл. 14.06.2012).
К недостаткам конструкции можно отнести в вариантах с расположением приводных электродвигателей непосредственно на ведущем мосту увеличение неподрессоренной массы, что негативно влияет на плавность хода и устойчивость, а также управляемость. В варианте со встроенными в колеса двумя электромоторами усложняется конструкция, повышается стоимость.
В качестве ближайшего аналога принят шестиколесный автомобиль с комбинированным приводом, изображенный в заявке WO 2011109187. Этот автомобиль с комбинированным приводом содержит передние, средние и задние колеса, тепловой двигатель, имеющий кинематическую связь с передними и средними колесами через сцепление, ступенчатую коробку передач и раздаточную коробку, обратимую электрическую машину, расположенную вдоль автомобиля и имеющую кинематическую связь с задними колесами посредством муфты, карданной передачи и конической зубчатой передачи, расположенной в заднем ведущем мосту. Однако такой привод задних колес занимает сравнительно много места вдоль автомобиля, имеет пониженный коэффициент полезного действия, небольшой диапазон изменения крутящего момента на задних колесах (см. заявку WO 2011109187, опубл. 12.05.2011).
Задачей является повышение эффективности, надежности комбинированного привода шестиколесного автомобиля, снижения выброса вредных веществ с отработавшими газами в атмосферу.
Решение задачи обеспечено тем, что в шестиколесном автомобиле с комбинированным приводом, содержащем передние, средние и задние колеса, тепловой двигатель, имеющий кинематическую связь с передними и средними колесами через сцепление, ступенчатую коробку передач и раздаточную коробку, обратимую электрическую машину, имеющую кинематическую связь с задними колесами, упомянутая электрическая машина расположена между задними колесами поперек автомобиля и в кинематической цепи между ней и задними колесами расположены планетарная коробка передач, редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами, дифференциальный механизм и карданные передачи, размещенные между дифференциальным механизмом и задними колесами, электрическая машина имеет электрическую связь с аккумулятором, подключенным к генератору электрического тока, имеющему привод от вала двигателя. Двигатель снабжен электрическим стартером для его пуска, подключенным к аккумулятору через коммутирующий элемент реле, управляемого посредством датчика уровня зарядки аккумулятора.
При использовании в приводе задних колес планетарной коробки передач с фрикционными тормозами для включения в ней ступеней с понижающими передаточными числами, повышающими динамические качества автомобиля, и редуктора с цилиндрическими зубчатыми колесами обеспечиваются большие передаточные числа между ротором электрической машины и карданными передачами привода колес. Для достижения этого может использоваться высокоскоростная электрическая машина сравнительно небольших размеров, компактно размещающаяся поперек автомобиля совместно с планетарной коробкой передач, редуктором и дифференциальным механизмом. При использовании планетарной коробки передач, имеющей зубчатые колеса с внутренним зацеплением, и редуктора с цилиндрическими зубчатыми колесами потери энергии в зацеплениях зубчатых колес получаются наименьшими. Подключение стартера теплового двигателя к аккумулятору через коммутирующий элемент реле, управляемого посредством датчика уровня зарядки аккумулятора, снабжающего энергией электрическую машину привода задних колес, существенно повышает надежность работы энергетического комплекса при езде автомобиля по городу, так как по сигналу упомянутого датчика своевременно производится пуск теплового двигателя для привода генератора, снабжающего энергией аккумулятор.
Автомобиль содержит пневматическую систему, содержащую компрессор для пневматического привода колесных тормозных механизмов автомобиля, имеющий привод от вала двигателя, баллон со сжатым воздухом, соединенный трубопроводом с компрессором. При этом стартер имеет дополнительную электрическую связь с аккумулятором через коммутирующий элемент реле, управляемого посредством датчика давления воздуха в баллоне.
На фигуре 1 изображена схема комбинированного привода шестиколесного автомобиля.
На фигуре 2 показана совместно с обратимой электрической машиной планетарная коробка передач комбинированного привода автомобиля.
На фигуре 3 показаны средства, используемые в комбинированном приводе этого автомобиля.
Шестиколесный автомобиль с комбинированным приводом, схема которого представлена на фигуре 1, содержит передние колеса 1, средние колеса 2 и задние колеса 3. На раме автомобиля установлен тепловой двигатель 4 внутреннего сгорания, снабженный электрическим стартером 5 для его пуска. Двигатель 4 имеет кинематическую связь через сцепление 6, коробку передач 7, раздаточную коробку 8 и карданные передачи 9 и 10 с передним и средним ведущими мостами 11 и 12, на которых подвешены передние и средние колеса 1 и 2. Задние колеса 3 снабжены независимой подвеской на поперечных рычагах 13. С задними колесами имеет кинематическую связь обратимая электрическая машина 14, расположенная поперек автомобиля под его рамой, к которой она прикреплена резьбовыми крепежными элементами. В кинематической цепи между электрической машиной 14 и задними колесами 3 расположены двухступенчатая планетарная коробка передач 15, редуктор 16 с цилиндрическими зубчатыми колесами, дифференциальный механизм 17 и карданные передачи 18, размещенные между дифференциальным механизмом 17 и задними колесами 3. Планетарная коробка передач 15 содержит два планетарных ряда, каждый из которых состоит из солнечной шестерни, водила с сателлитами и коронного зубчатого колеса с внутренними зубьями (фигура 2). Кроме того, она содержит дисковые фрикционные тормоза для соединения коронных зубчатых колес с корпусом коробки передач с помощью пневматических средств.
Электрическая машина 14 через выключатель 19 имеет электрическую связь с аккумулятором 20 (фигура 3), подключенным к генератору 21 электрического тока, имеющему привод от вала двигателя 4. Электрический стартер 5 имеет электрическую связь с аккумулятором 20 через выключатель 22 и через коммутирующий элемент 23 электромагнитного реле 24, подключенного к датчику 25 уровня зарядки аккумулятора. Кроме того, в электрической цепи 26, соединяющей стартер 5 с аккумулятором 20, расположен коммутирующий элемент 27 электромагнитного реле 28, подключенного к датчику 29 частоты вращения вала теплового двигателя 4.
Автомобиль содержит пневматическую систему для пневматического привода колесных тормозных механизмов и фрикционных тормозов в планетарной коробке передач. Пневматическая система содержит компрессор 30, имеющий привод от вала двигателя 4, баллон 31 со сжатым воздухом, соединенный трубопроводом 32 с компрессором 30, датчик 33 давления воздуха в баллоне 31, выдающий электрический сигнал при достижении в баллоне нужного давления сжатого воздуха. К датчику 33 подключено электромагнитное реле 34, управляющее коммутирующим элементом 35, расположенным в электрической цепи 36, соединяющей стартер 5 с аккумулятором 20 параллельно электрической цепи, в которой расположен коммутирующий элемент 23 реле 24.
Для движения автомобиля по шоссе между городами используется привод его средних колес 2 двигателем внутреннего сгорания. При этом статор электрической машины 14 отключают от аккумулятора 20, а ее ротор отсоединяют от задних колес 3 автомобиля путем размыкания фрикционных тормозов, соединяющих звенья планетарной коробки передач 15 с ее корпусом. При движении автомобиля на подъеме по наклонному участку дороги, когда нужно увеличить движущую силу, помимо привода тепловым двигателем 4 средних колес 2 используется привод задних колес 3 электрической машиной 14 путем подключения ее к аккумулятору 20 и включения низшей или высшей ступени в планетарной коробке передач 15. Затем при спуске автомобиля с возвышенного участка шоссе электрическая машина 14 используется в качестве генератора электрического тока для торможения автомобиля и зарядки аккумулятора 20.
При движении автомобиля в сельской местности по мокрой грунтовой дороге при слабом сцеплении колес с опорной поверхностью включают в раздаточной коробке 8 привод передних колес 1 автомобиля, а также включают привод задних колес 3 автомобиля электрической машиной 14. При этом по сигналу датчика 37 включения привода передних колес, установленного в раздаточной коробке 8, включают в планетарной коробке передач 15 низшую ступень.
При въезде в город, в котором требуется снизить выброс вредных веществ с отработавшими газами в атмосферу, замыкают посредством фрикционных тормозов планетарной коробки передач 15 кинематическую цепь, соединяющую ротор электрической машины 14 с задними колесами 3, и подключают статор электрической машины 14 к аккумулятору 20. При этом выключают двигатель внутреннего сгорания путем прекращения подачи топлива в его цилиндры, а в ступенчатой коробке передач 7 устанавливают нейтральное положение, отсоединяя ее входной вал от выходного вала. После этого для движения автомобиля используется привод его задних колес 3 электрической машиной 14 через планетарную коробку передач 15 и редуктор 16. При спуске автомобиля с возвышенного участка дороги или для его остановки у светофора торможение автомобиля производят электрической машиной 14, используя ее в качестве генератора электрического тока для зарядки аккумулятора. Для остановки автомобиля после его торможения электрической машиной включают сначала фрикционные тормоза в планетарной коробке передач привода задних колес автомобиля, которые служат также для удержания автомобиля на месте при краткосрочной его остановке. При трогании автомобиля с места после его остановки включают в планетарной коробке передач 15 сначала низшую ступень, чтобы увеличить крутящий момент на колесах 3 и тем самым увеличить интенсивность разгона автомобиля, не нагружая большим разрядным током аккумулятор. Затем при разгоне автомобиля выключают в планетарной коробке передач 15 низшую ступень и включают в ней высшую ступень, переключая для этого находящиеся в ней фрикционные тормоза. Во время движения автомобиля в городе непрерывно контролируют состояние степени зарядки аккумулятора 20, снабжающего энергией электрическую машину, а также давление сжатого воздуха в баллоне 31 пневматической системы автомобиля. При снижении величины заряда аккумулятора и тем самым напряжения электрического тока, создаваемого аккумулятором, до наименьшей допустимой величины, когда электрический сигнал, поступающий к реле 24 от датчика 25 уровня зарядки аккумулятора, становится слабым, происходит замыкание контактов 23 этого реле. Тогда от аккумулятора через упомянутые контакты 23 реле 24 поступает электрический ток к стартеру 5, который производит пуск теплового двигателя 4, вращая его вал. Одновременно по сигналу от датчика 25 уровня зарядки аккумулятора или по сигналу, поступившему к стартеру, производится подача топлива в цилиндры двигателя 4. После пуска при работе двигателя на установившемся режиме на средних частотах вращения его вала выделение вредных веществ с отработавшими газами обеспечивается минимальным. После пуска двигателя 4 происходит отключение стартера от аккумулятора путем размыкания контактов 27 реле 28 по сигналу от датчика 29 частоты вращения вала двигателя. При работе двигателя происходит зарядка аккумулятора энергией, поступающей от генератора 21 электрического тока, имеющего привод от вала двигателя. После полной зарядки аккумулятора по сигналу от датчика 25 уровня зарядки аккумулятора прекращается подача топлива в цилиндры двигателя, и тогда двигатель временно прекращает свою работу.
При движении автомобиля в городе происходят частые его остановки, из-за увеличения расхода воздуха из баллона 31. В этом случае при снижении давления воздуха в баллоне до наименьшей допустимой величины, при которой существенно уменьшается эффективность тормозной системы автомобиля, сигнал, вырабатываемый датчиком 33 давления воздуха в баллоне, уменьшается. При значительном ослаблении электрического сигнала, поступающего от датчика 33 к обмотке электромагнитного реле 34, когда он становится меньше заданной пороговой величины, происходит замыкание контактов 35 реле 34. При замыкании контактов 35 электрический ток от аккумулятора 20 по электрическим цепям 36 и 26 через замкнутые контакты 27 реле 28 поступает к стартеру 5. Происходит пуск двигателя 4 стартером 5, и тогда компрессор 30, имеющий привод от вала двигателя 4, подает воздух в баллон 31, увеличивая в нем давление. После достижения валом двигателя устойчивой частоты вращения реле 28 по сигналу датчика 29 размыкает контакты 27, отключая стартер 5 от аккумулятора. При прекращении поступления электрического тока к стартеру происходит прекращение его работы и отсоединение его вала от вала двигателя 4. При этом двигатель продолжает работать до тех пор, пока давление воздуха в баллоне не достигнет нужной величины, необходимой для надежного пневматического привода тормозных механизмов колес автомобиля. После этого по сигналу от датчика 33 прекращается подача топлива в цилиндры двигателя 4, и его вал останавливается.
Вследствие подключения электрического стартера двигателя к аккумулятору через коммутирующий элемент реле, управляемого посредством датчика уровня зарядки аккумулятора, и через коммутирующий элемент реле, управляемого посредством датчика давления воздуха в баллоне пневматического привода тормозных механизмов колес, существенно повышается надежность работы в городе самого шестиколесного автомобиля и его комбинированного энергетического комплекса, состоящего из теплового двигателя и электрической машины, компактно размещенной совместно с планетарной коробкой передач, редуктором и межколесным дифференциалом поперек автомобиля между его задними колесами. При этом использование для привода задних колес автомобиля электрической машины с планетарной коробкой передач, переключаемой фрикционными тормозами при разгоне автомобиля и его торможении, повышает динамические качества автомобиля. Предлагаемое техническое решение позволяет также значительно снизить выброс вредных веществ с отработавшими газами в атмосферу.