РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕМ

Полезная модель относится к наземному автомобильному транспорту, преимущественно к системам рулевого управления, и может быть, в частности, использована как в легковом, так и в грузовом и пассажирском транспорте.
Известно рулевое управление транспортного средства, содержащее рулевой механизм, кинематически соединенный с управляемыми колесами, датчик крутящего момента, установленный на рулевом валу, усилитель мощности, электродвигатель, кинематически связанный с рулевым валом, коммутатор, компаратор, сумматор, источники порогового и опорного напряжений и датчик скорости. [1]
Основным существенным недостатком указанного рулевого управления транспортного средства является то, что в маневровом режиме, когда электрический усилитель включен, с усилителя мощности на электродвигатель подается напряжение, пропорциональное сигналу датчика момента, и система управления электрическим усилителем работает как разомкнутая по основному параметру - моменту, развиваемому электрическим двигателем. Этот режим работы не гарантирует желаемого снижения требуемого крутящего момента на рулевом колесе при действии всевозможных помех: изменения температуры, напряжения питания усилителя мощности, изменения момента нагрузки на рулевом механизме и других. Кроме того, быстродействие такой системы очень низкое, так как определяется постоянными времени электродвигателя, и при резких маневрах нельзя ожидать достаточной динамической помощи водителю от такого электроусилителя руля.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является рулевое управление транспортного средства, содержащее рулевое колесо 1, рулевой механизм 2, датчик 3 момента, электродвигатель 4, усилитель мощности 5, коммутатор 6, компаратор 7, датчик тока 8, задатчик 9 порогового значения скорости движения, блок 10 преобразования сигналов датчика момента, блок 11 преобразования сигналов датчика тока, датчик 12 скорости движения, первый блок 13 логики, сумматор 14, первый регулятор 15, второй блок 16 логики и второй регулятор 17. [2]
Основными существенными недостатками известного аналога, выбранного автором в качестве прототипа заявляемой полезной модели, является невозможность разрыва механических связей между рулевым механизмом и колесами транспортного средства, недостаточная устойчивость движения и маневренности транспортного средства при движении, а также затрудненность использования в электрических транспортных средствах.
Главной задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является: облегчение использования в составе электрических транспортных средств, повышение устойчивости движения и маневренности транспортного средства при движении за счет усовершенствования системы контроля работоспособности рулевого управления и введения джойстика как органа управления транспортным средством.
Поставленная задача решается в полезной модели за счет того, что она дополнительно содержит джойстик, передающий управляющее воздействие водителя контроллеру управления, контроллер управления, контроллеры тяговых электродвигателей, электродвигатель и датчики положения руля.
Кроме того, поставленная задача решается в полезной модели за счет того, что датчики положения руля могут быть выполнены в виде двух и более датчиков как сходных, так и различных по своему конструктиву.
Ни из патентно-технической литературы, ни из практики конструирования систем рулевого управления не известно о ее конструкции и, в частности, принципе работы, идентичном с заявляемым в полезной модели. Правомерен вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна».
Совокупность новых и общих известных существенных признаков у заявляемого технического решения может быть реализована множество раз. При этом достигается один и тот же эффект и решается главная задача, поставленная полезной моделью, указанная выше. Следует сделать правомерный вывод о соответствии заявленного решения критерию «промышленная применимость».
Сущность заявляемого технического решения поясняется блок-схемой рулевого управления электромобилем. Рулевое управление состоит из рулевого механизма 2, джойстика 3, контроллера управления 4, контроллеров тяговых электродвигателей 5, электродвигателя 6, датчиков положения руля 7. Дополнительно на схеме указаны ведущие колеса электромобиля 1. Электродвигатель может быть выполнен как в виде серводвигателя, так и шагового двигателя. Датчики положения руля могут в частности, содержать датчик абсолютного положения, датчик относительного положения, датчик центра руля, концевые датчики и т.д. Количество контроллеров тяговых электродвигателей может варьироваться от одного до количества ведущих колес в зависимости от конструктива транспортного средства.
Рулевое управление электромобилем работает следующим образом. В начале работы джойстик передает сигналы в контроллер управления, а контроллер управления в свою очередь передает сигнал в контроллеры тяговых электродвигателей. Сигнал передается на электродвигатель, который приводит в движение рулевой механизм. Также контроллер управления считывает сигналы с датчиков положения руля для контроля работоспособности рулевого управления и предотвращения аварийных ситуаций.
При отклонении джойстика вперед контроллер управления передает сигнал в контроллеры тяговых электродвигателей, и транспортное средство начинает движение вперед. Степень отклонения джойстика соответствует ускорению. Во время движения вперед торможение осуществляется путем отклонения джойстика назад. Степень отклонения назад относительно текущего положения задает уровень резкости торможения. Транспортное средство останавливается.
Движение транспортного средства задним ходом возможно из неподвижного состояния при отклонении джойстика назад. При движении задним ходом отклонение джойстика вперед вызывает торможение и остановку транспортного средства. Степень отклонения джойстика показывает интенсивность торможения.
При движении вперед или назад, поворот джойстика вправо или влево приводит к тому, что электродвигатель поворачивает колеса соответственно вправо или влево. Угол, на который повернутся колеса, задается контроллером управления, и пропорционален углу отклонения джойстика и его скорости.
При выходе из строя электродвигателя контроллер управления подает сигнал о торможении на ведущие колеса и останавливает транспортное средство. Выход из строя определяется по существенному (более 5 градусов) расхождению значений датчиков положения руля.
Датчики положения руля работают одновременно и независимо друг от друга. Таким образом, эти датчики позволяют выявить как электрические и электронные сбои рулевой системы, так и механические сбои (люфты), на самой ранней стадии.
Предлагаемое решение технически более эффективно, чем прототип, так как, во-первых, обеспечивает повышенную устойчивость движения и маневренность транспортного средства при движении за счет усовершенствования системы контроля работоспособности рулевого управления и введения джойстика как органа управления транспортным средством, а во-вторых, облегчает процесс управления транспортным средством благодаря разрыву механической связи между рулевым механизмом и колесами транспортного средства. Кроме того, предлагаемая система работы датчиков положения руля позволяет значительно снизить риск возникновения аварийных ситуаций, что в конечном итоге повышает безопасность транспортного средства.
Источники информации:
[1] - Авторское свидетельство СССР №1539115, МПК B62D 5/04, публ. 1990 г.
[2] - Патент РФ №2157327, МПК B62D 5/04, публ. 2000 г.