Электропривод LCV 4x4 с использованием мотор-колес в качестве вспомогательного привода

Полезная модель относится к электротранспорту.
Предложено в качестве полного привода электромобилей LCV-сегмента дооснастить шасси электромобилей с колесной формулой 4x2 и независимой передней подвеской, с ведущими колесами заднего моста, дополнительными вспомогательными электромоторами привода передних колес типа мотор-колесо с сохранением рабочей тормозной системы.
Техническим результатом является улучшение внедорожных качеств электромобиля: увеличение угла преодолеваемого подъема, увеличение тягового усилия; увеличение рекуперации во всем диапазоне скоростей движения; сохраняется стандартная компонентная база передней подвески, шасси и трансмиссии электромобиля за счет отсутствия механической трансмиссии привода ведущих колес и, благодаря использованию мотор-колес в составе передней подвески автомобиля.
Известны две модели электромобилей [1], [2], содержащие обратимую безколлекторную электрическую машину, связанную с задним мостом электромобиля карданной передачей, тяговый инвертор для привода безколлекторной электрической машины, накопитель электрической энергии с контроллером мониторинга ячеек аккумуляторных батарей, органы управления тяговым приводом, бортовое зарядное устройство, преобразователь питания для бортовых нужд, электрический вакуумный насос с контроллером давления, электрический насос гидроусилителя.
Недостатками конструкции моделей указанных электромобилей является отсутствие вариантов полноприводного исполнения, а также использование неэффективного способа организации работы усилителя рулевого управления
Типичные варианты реализации полноприводного исполнения электромобилей-аналогов требуют внесения значительных изменений в конструкцию шасси автомобиля, таких как:
- дооснащение раздаточной коробкой, передним ведущим неразрезным мостом и карданной передачей;
- дооснащение передним ведущим неразрезным мостом с отдельным электроприводом и карданной передачей.
Использование вышеперечисленных вариантов в качестве основы для создания полноприводной версии невозможно в виду отсутствия свободного пространства в шасси электромобилей моделей [1], [2].
Предлагаемое техническое решение с использованием мотор-колес на передней оси электромобиля не заменяет классический полный привод полностью, однако, улучшает параметры проходимости электромобиля и увеличивает максимальный достигаемый угол преодолеваемого подъема без уменьшения полезного пространства для размещения тяговой батареи и агрегатов электромобиля в колесной базе, а также не требует значительной модернизации передней подвески.
Для модернизации электромобиля с классическим электроприводом задней оси моделей [1], [2] необходим минимальный набор следующих изделий:
- мотор-колеса 2 шт.;
- тяговый инвертор, рассчитанный на подключение не менее 3 электрических машин безколлекторного типа одновременно, или 2 тяговых инвертора по одному на каждое мотор-колесо;
- модернизированные поворотные кулаки в сборе с сопутствующими деталями ступичного узла и тормозной системы;
- доработанная тормозная система;
- оригинальная силовая и управляющая проводки.
При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное техническое решение, не были выявлены. Это позволяет сделать вывод о том, что заявленное техническое решение обладает новизной.
Функциональная блок-схема и кинематическая схема трансмиссии предлагаемого технического решения приведена на фиг.1.
Вспомогательный электропривод передней оси представляет собой мотор-колеса 1 в сборе с дисковыми передними тормозными механизмами 2, приводимые электродвигателями 3 и 4.
Для обеспечения привода электродвигателей мотор-колес 3 и 4 предусматривается использование тягового инвертора 5 с возможностью управления 4-мя двигателями одновременно, включая тяговый маршевый электродвигатель 6 привода колес задней оси 7 посредством карданной передачи 8, а также электродвигатель 9 привода компрессора кондиционера 10 (опционально).
Тяговый инвертор 5 обеспечивает такие режимы работы, как «тяговый режим – задний привод», «тяговый режим – полный привод» и «режим рекуперации электроэнергии».
Управление режимами и установка необходимых ограничений для тяговой системы, обеспечение управлением зарядкой тяговых аккумуляторных батарей обеспечивается с помощью мастер-блока 11.
В режиме «тяговый режим – задний привод» фиг.2 используется поток мощности от тяговой батареи или источника электроэнергии 12, направленный к электродвигателю привода задней оси 6 и к колесам задней оси 7 посредством карданной передачи 8 и редуктора заднего моста 13.
В режиме «тяговый режим – полный привод» фиг.3 используется поток мощности от тяговой батареи или источника электроэнергии 12, направленный к колесам задней оси 7 и электродвигателям мотор-колес 3 и 4.
Особенностью режима работы трансмиссии «тяговый режим – полный привод» является необходимость ограничения скорости движения электромобиля ввиду особенностей привода типа мотор-колесо.
В режиме «тяговый режим – рекуперация» фиг.4 используется поток мощности от мотор-колес передней оси 3 и 4 и тягового электродвигателя 6, направленный к тяговой батарее или источнику электроэнергии 12.
Предотвращение блокирования колес передней и задней осей в режиме «тяговый режим – рекуперация» осуществляется путем запроса на уменьшение рекуперативного крутящего момента тяговому инвертору 5 от блока управления антиблокировочной системы тормозов ABS 14.
Стандартный механизм рулевого управления, состоящий из зубчатой рейки с гидравлическим усилителем и электрическим насосом гидроусилителя, заменяется на усилитель рулевого управления типа зубчатая рейка с электромеханическим приводом для компенсации потерь КПД стандартного механизма усилителя рулевого управления.
Шасси электромобиля с предлагаемым техническим решением изображено на фиг.5, где 13 – редуктор заднего моста, 7 – колеса задней оси, 12 – тяговые аккумуляторные батареи или накопители электроэнергии, 5 - тяговый инвертор-преобразователь, 6 – тяговый электродвигатель, 3,4 – ведущие мотор-колеса.
[1] Электромобиль «Gazelle Electro»
Патент РФ на полезную модель (ПМ) №97090 от 27.08.2010 B60L 11/14 (2006.01)
[2] Электромобиль «НГТУ-Электро-1»
Патент РФ на ПМ 125935 от 20.03.2013 B60L 11/12 (2006.01)