Узкое транспортное средство с кабиной, активной и пассивной системами стабилизации
NARROW VEHICLE WITH CAB, ACTIVE AND PASSIVE STABILIZATION SYSTEMS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к трехопорным транспортным средствам (трициклам), четырехопорным транспортным средствам (микроавтомобилям) и двухопорным транспортным средствам (мотоциклам) с дополнительными выдвигающимися колесами.
Цель изобретения: повышение технико-эксплуатационных качеств транспортных средств за счет:
1. Возможности передвижения в условиях дорожных заторов (пробок), за счет минимальной ширины узкого транспортного средства (УТС) во фронтальной проекции, подобно мотоциклам, что является преимуществом перед классическими автомобилями.
2. Обеспечения возможности круглогодичной эксплуатации за счет наличия кабины, что является преимуществом перед мотоциклами.
3. Уменьшения или устранения конструктивных недостатков, присущих аналогам.
Уровень техники
Известно несколько аналогов УТС, разработанных мировыми автопроизводителями.
1. Toyota «i-Road» (Фиг. 1). Электромобиль, выполненный в виде трицикла с кабиной. Стремление конструкторов уменьшить длину трицикла привело к тому, что была выбрана схема с двумя ведущими передними колесами и рулевым задним колесом небольшого диаметра. Это привело к тому, что:
- Центры тяжести наиболее массивных компонент расположены выше оси наклона при повороте.
- Активная система стабилизации, которая наклоняет трицикл при поворотах и рулевое управление имеют высокую сложность.
- Заднее колесо имеет малый диаметр, а передние колеса - узкий профиль, что приводит к невозможности обеспечить значительный гиростабилизирующий эффект при движении.
Выигрыш по длине сомнителен с точки зрения передвижения в условиях заторов: очевидно, что заторы образуются не потому, что не хватает длины дороги, а потому, что недостаточна ее ширина. Таким образом, сокращение длины УТС дает преимущество только при парковке: такие ТС можно парковать на стандартное машиноместо не только по два параллельно движению, но и по три перпендикулярно. За это преимущество заплачено повышенной сложностью и фактическим отсутствием пассивной системы стабилизации: специальной компоновки, обеспечивающей эффект «Ванька - встань-ка» и колес, достаточного диаметра и профиля, обеспечивающих гиростабилизацию. Это приводит к ограничению скорости УТС и увеличению угла поворота, при котором происходит боковое опрокидывание, а также к тому, что это ТС может применяться преимущественно в городах и не приспособлено для дорог без улучшенного покрытия.
Этому аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения.
2. Nissan «Land Glider» (Фиг. 2.) - четырехколесный электромобиль. Обладает теми же недостатками, что и предыдущий аналог.
3. BMW «Simple» (Фиг. 3.) - трицикл. Имеет отличающуюся систему активной стабилизации. Два ведущих задних колеса расположены на отклоняющихся рычагах. Такая схема также сложна и не позволяет использовать колеса достаточного диаметра и профиля для получения заметного гиростабилизрующего эффекта.
4. Швейцарский мотоцикл с дополнительными колесами «Monotracer» (Фиг. 4.) компании «Peraves». Имеет значительную ширину во фронтальной проекции (1,4 метра): за счет откидывающихся рычагов с установленными на них дополнительными колесами. Очевидно, рычаги такой длины применены по причине значительной длины этого УТС: переднее колесо, водитель, пассажир, двигатель, трансмиссия и заднее колесо расположены дуг за другом, что привело к тому, что длина этого мотоцикла превысила 4 м. Колеса небольшого диаметра также не дают достаточного гиростабилизирующего эффекта.
5. Голландский трицикл «Carver One» (Фиг. 5): трицикл с наклоняющимся вместе с передним управляемым колесом кузовом в сторону поворота, который обеспечивается системой Dynamic Vehicle Control (DVC). Имеет отличающуюся концепцию активной стабилизации, при которой кабины наклоняется относительно массивной неотклоняемой кормы, что приводит к значительной ширине этого УТС: 1,4 метра.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое УТС обладает следующей совокупностью существенных признаков:
1. Оптимальные пропорции кузова и колес, обеспечивающие максимальную устойчивость УТС при минимальной ширине (920 мм.) во фронтальной проекции и остальных габаритах: Фиг. 6., Фиг. 7. Данные получены эмпирически, за счет отработки на натурных макетах и прототипах. Для двухколесного УТС: Фиг. 8., Фиг. 9. Данные получены при помощи компьютерного моделирования.
2. Активная система стабилизации, включающая специальную подвеску, программируемый электронный блок и программное обеспечение, которая наклоняет УТС в зависимости от скорости, угла поворота и центробежной силы, действующей на УТС, что обеспечивает повышенную устойчивость к боковому опрокидыванию. Датчики угла поворота расположены на оси руля, датчики наклона - на подвеске УТС, акселерометры - внутри корпуса электронного блока. Поскольку УТС предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства (электронного блока), алгоритм его работы, представлен в виде блок-схемы, и соответствующего математического выражения на Фиг. 12. Двухколесное УТС в качестве активной системы стабилизации имеет выдвигающиеся вспомогательные опоры, что обеспечивает устойчивость к боковому опрокидыванию при движении с малой скоростью и на стоянке.
3. Пассивная система стабилизации, которая включает следующие компоненты и порядок их размещения:
3.1. Центры тяжести силовой установки и агрегатов трансмиссии размещаются ниже оси, вдоль которой УТС наклоняется при поворотах, что обеспечивает эффект «Ванька - встань-ка». Двигатель УТС размещается между ног водителя, для обеспечения минимальной длины УТС, аналогично тому, как это делается в мотоциклах компоновки «чоппер». Такое размещение двигателя до сих пор не применялось для транспортных средств с кабиной. Оригинальная компоновка УТС с местами расположения двигателя, колес, элементов трансмиссии, посадки водителя и пассажира приведены на Фиг. 10., где 1 - трансмиссия, 2 - двигатель, 3 - ось наклона 4х колесного УТС, 4 - ось наклона 3х колесного УТС, 5 - ось наклона 4-колесного УТС.
3.2. Для обеспечения динамической устойчивости при поворотах с целью получения максимального гироскопического эффекта, колеса УТС имеют диаметры, соответствующие приведенным в Таблице 1 пропорциям.
4. При применении трехколесной схемы УТС, переднее или заднее отдельно стоящее колесо должно иметь ширину профиля не менее 25% от ширины УТС для обеспечения максимального гироскопического эффекта и максимальной устойчивости к опрокидыванию на бок.
Данные получены эмпирически при отработке конструкции на натурных макетах и дополнены результатами компьютерного моделирования.
Технический результат:
1. Простота конструкции системы активной стабилизации по сравнению с аналогами 1, 2, 3;
2. Простота конструкции системы рулевого управления по сравнению с аналогами 1, 2;
3. Повышенная устойчивость к боковому опрокидыванию по сравнению с аналогами 1, 2;
4. Меньшая ширина во фронтальной проекции, по сравнению с аналогами 4, 5;
5. Возможность передвигаться вне городов в том числе по дорогам без улучшенного покрытия по сравнению с аналогами 1, 2.
Осуществление изобретения
- Создано и испытано два действующих опытных образца (прототипа) транспортного средства.
- На основе прототипов построен и испытан опытно-выставочный образец (Фиг. 6., Фиг. 11), который подтвердил технический результат экспериментально.
- Устройство содержит элемент, охарактеризованный на функциональном уровне: электронный блок.
Алгоритм работы электронного блока, блок-схема и соответствующее математическое выражение:
где
α - угол наклона,
V - скорость движения,
r - абсолютное значение угла поворота,
L - расстояние между осями колес,
g - ускорение свободного падения.