АВТОНОМНЫЙ БЕСКАБИННЫЙ СЕДЕЛЬНЫЙ ТЯГАЧ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к транспортным средствам, предназначенным для перевозки крупногабаритных и тяжелых грузов на большие расстояния.
Из уровня техники известно устройство и способ пользования автономным транспортом (WO 2013180622 А1, 05.12.2013). В изобретении описано автономное или дистанционно управляемое грузовое транспортное средство с тяговым приводом, трансмиссией, шасси и кузовом для размещения груза. В качестве тягового привода предлагается использование двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя с аккумуляторной батареей. Использование только ДВС приводит к высокому расходу топлива и большим выбросам вредных веществ с отработавшими газами. Использование только электродвигателя значительно снижает максимальный пробег, т.к. запас энергии в накопителе ограничен.
Из уровня техники известно транспортное средство, предназначенное для перевозки крупногабаритных и тяжелых грузов (RU 179602 U1, 17.05.2018). Полезная модель представляет собой седельный тягач полноприводный трехосный, содержащий шасси, выполненное с колесной формулой 6×6 и откидной кабиной. Между средним и задним мостом установлено седельно-сцепное устройство. В качестве тягового привода в патенте предложено использовать двигатель внутреннего сгорания, что приводит к высокому расходу топлива и большим выбросам вредных веществ с отработавшими газами.
Кроме того, из уровня техники известны такие беспилотные грузовые электромобили, как Einride T-log, Einride T-pod, Volvo Vera. Указанные грузовики не имеют кабины для водителя и оснащены тяговым электроприводом. Их недостаток - небольшой пробег на одной зарядке.
В качестве прототипа рассматривается беспилотный грузовой электромобиль "Tesla Semi" (статья " Will Tesla Disrupt Long Haul Trucking? - Seeking Alpha", опубликованная 05.07.20187, https://www.gitrust.eu/will-tesla-disrupt-long-haul-trucking-seeking-alpha/), который является автономным седельным тягачом, содержащим раму, закрытую внешним корпусом, с расположенными на ней тяговым электроприводом, состоящим из четырех тяговых электродвигателей с силовой электроникой (инверторами), батареями, передней и задними подвесками и седельно-сцепным устройством. В передней части тягача на раме установлена кабина водителя. Недостатками данного автономного седельного тягача являются необходимость в присутствии водителя, а также связанное с этим наличие в конструкции кабины, снижающей запас хода, кроме того, пробег ограничен емкостью аккумуляторных батарей, которая пропорциональна их массогабаритным показателям.
Задача, решаемая полезной моделью, направлена на разработку автономного беспилотного седельного тягача, использующего электропривод для движения, являющегося безопасным для использования на дорогах, обладающего повышенным запасом хода по сравнению с известными грузовиками с тяговыми электроприводами, не уменьшая при этом грузоподъемность и связанный с ним грузооборот.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств автономных бескабинных седельных тягачей с тяговым электроприводом.
Технический результат достигается тем, что автономный бескабинный седельный тягач, содержащий шасси, которое включает в себя раму, закрытую внешним корпусом, с расположенными на ней тяговым электроприводом, состоящим из тягового электродвигателя и инвертора, батареями, седельно-сцепным устройством, причем на раме шасси установлены двигатель-генераторная установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания, охлаждаемого радиатором, также установленным на шасси, и генератора с преобразователем тока для подзарядки батарей, дополнительный радиатор охлаждения для генератора, тягового электропривода и преобразователя тока.
Конструкция автономного бескабинного седельного тягача также имеет следующие дополнительные отличия:
- в конструкцию включен обтекатель, расположенный на раме шасси и поднимающийся для движения тягача с полуприцепом для снижения аэродинамического сопротивления, что приводит к повышению максимально достижимой скорости, и повышению топливной экономичности на высоких скоростях движения;
- в конструкцию включены, установленные на раме шасси вентилятор охлаждения двигателя внутреннего сгорания и вентилятор охлаждения генератора, тягового электропривода и преобразователя тока для дополнительного охлаждения вышеуказанных узлов.
Конструкция седельного тягача, а именно такой тип грузовика наиболее эффективен с точки зрения увеличения грузооборота при организации перевозок на большие расстояния по дорогам общего пользования, не имеет кабины для водителя, а управление осуществляется автономно, без участия водителя и дистанционного оператора, с помощью стандартного набора известных сенсоров, таких как: видеокамеры, радары, лидары и сонары. Кроме того, для управления задействована высокоточная навигация и системы связи.
Отсутствие кабины облегчает вес седельного тягача, увеличивая его грузоподъемность, а отсутствие участия человека в управлении движением (автономность) допускает централизованное управление транспортным потоком, что повышает безопасность вождения, сокращает временные затраты на грузоперевозки, увеличивая грузооборот, а более экономичное потребление топлива увеличивает запас хода.
Полезная модель иллюстрируется шестью чертежами, на которых представлены: внешний вид тягача (фиг. 1), внешний вид тягача с обтекателем (фиг. 2), внешний вид тягача с обтекателем и полуприцепом (фиг. 3), конструкция узлов шасси (фиг. 4), вид сверху конструкции узлов шасси (фиг. 5), схема элементов энергоустановки (фиг. 6), на которых обозначены следующие позиции.
1 - Внешний корпус
2 - Седельно-сцепное устройство
3 - Задний мост
4 - Передняя ось
5 - Обтекатель
6 - Рама
7 - Ведущие спаренные колеса
8 - Тяговый электродвигатель
9 - Полуприцеп
10 - Батареи
11 - Двигатель внутреннего сгорания
12 - Генератор тока
13 - Топливный бак
14 - Инвертор тягового электропривода
15 - Блок контакторов
16 - Радиатор первого контура охлаждения
17 - Вентилятор первого контура охлаждения
18 - Циркуляционный насос
19 - Радиатор второго контура охлаждения
20 - Вентилятор второго контура охлаждения.
Седельный тягач выполнен заднеприводным двухосным, с колесной формулой 4×2. Между передней осью (4) и задним мостом (3), установлено седельно-сцепное устройство (2), используемое для соединения с полуприцепом (9). Рама (6) с установленными на ней тяговым электродвигателем (8), батареями (10), двигателем внутреннего сгорания (11), генератором тока (12), топливным баком (13), блоком контакторов (15), радиатором (16) первого контура охлаждения, вентилятором (17) первого контура охлаждения, циркуляционным насосом (18), радиатором (19) второго контура охлаждения, вентилятором (20) второго контура охлаждения закрыта внешним корпусом (1).
На задней оси расположены ведущие спаренные колеса (7), на которые передается крутящий момент от тягового электродвигателя (8). Запас электроэнергии, расходуемый во время движения, хранится в девяти батареях (10) с системой контроля состояния батарей, расположенных справа и слева от рамы (6).
Между продольными балками рамы (6) в передней части тягача расположена двигатель-генераторная установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания (11) и генератора переменного тока (12). Запас топлива для двигателя внутреннего сгорания хранится в топливном баке (13).
Инвертор (14) тягового электропривода и преобразователь двигатель-генераторной установки расположены между продольными балками рамы (6) и предназначены для прямого и обратного преобразования постоянного тока в переменный и управления соответствующими агрегатами.
Дополнительно в конструкции предусмотрены блок контакторов (15), позволяющий подключаться к внешней сети электропитания и производить зарядку батарей (10), элементы систем охлаждения двигателя и электрических компонентов.
В конструкции предусмотрено два отдельных не соединенных между собой контура жидкостного охлаждения. В первый контур входит двигатель внутреннего сгорания (11), обладающий встроенным термостатом и жидкостным насосом, и радиатор (16) с вентилятором (17). При достижении заданной температуры термостат открывается и охлаждающая жидкость подается в радиатор (16), где она передает часть своей тепловой энергии в окружающую среду. При недостаточности такого охлаждения, что характеризуется повышенной температурой на выходе из радиатора, включается вентилятор (17), что значительно увеличивает рассеивание тепловой энергии в радиаторе (16).
Во второй контур жидкостной системы охлаждения входят генератор переменного тока (12), тяговый электродвигатель (8), инвертор (14) тягового электропривода и преобразователь генератора, циркуляционный насос (18) и радиатор (19) с вентилятором (20). Во втором контуре охлаждающая жидкость постоянно циркулирует через электрические машины, инвертор и радиатор, рассеивая тепловую энергию, а вентилятор (20) включается при необходимости.
Обтекатель (5) может быть зафиксирован в двух положениях. При движении в составе автопоезда (с присоединенным полуприцепом) он поднят (5а), а при движении без груза и стоянке может быть опущен (5б).
Энергоустановка бескабинного тягача построена на базе тягового электропривода, питаемого батареями, расположенными на раме и имеющих возможность внешней подзарядки от бытовых и промышленных электросетей, с использованием Range Extender - двигатель-генераторной установки, обеспечивающей зарядку батарей путем преобразования энергии сгорания топлива в электроэнергию с целью увеличения запаса хода.
Такая энергоустановка позволяет добиться увеличения запаса хода в случае равной прототипу полезной массы перевозимого груза (грузоподъемности) за счет снижения массы энергоустановки путем замещения части батарей двигатель-генераторной установкой (Range Extender).
Двигатель внутреннего сгорания механически не связан с ведущими колесами, а соединен с генератором. Привод колес осуществляется электродвигателем, запас электрической энергии запасается в батарее.
Таким образом, тягач может двигаться только на электрической тяге, причем запас электроэнергии может пополняться как из внешних источников, так и от двигатель-генераторной установки. При снижении скорости происходит рекуперация энергии и подзарядка батареи.
При движении только на электроприводе (рекомендуется использовать при небольших и средних нагрузках, высоком уровне заряда батареи) электрическая энергия от батареи проходит через инвертор, где постоянный ток преобразуется в переменный, в тяговый электродвигатель. Полученная механическая энергия через главную передачу направляется на ведущие колеса.
При движении с работающим двигателем внутреннего сгорания (рекомендуется использовать при больших нагрузках и низком уровне заряда батареи) при необходимости зарядки батареи, либо больших нагрузках двигатель-генераторная установка включается, и генерируемая электроэнергия направляется частично на тяговый электродвигатель, а частично в батарею.
При замедлении тягача, а также движении с постоянной скоростью под уклон значительная часть механической энергии может быть преобразована в электрическую и использована для повышения уровня заряда батареи.
Энергопотоки при движении с/без полуприцепа существенно не изменяются, только возрастает энергопотребление на привод ведущих колес и рекуперация.
Таким образом, достигается повышение запаса хода автономного бескабинного седельного тягача с электроприводом, сохраняя при этом грузоподъемность и являющимся безопасным для использования на дорогах.