Транспортное средство

Полезная модель относится к наземным транспортным средствам (ТС), преимущественно «вседорожным» (allroad) легким шасси, а также сверхлегким колесным и гусеничным машинам, включая багги и активные прицепы.
Современные ТС (в первую очередь упомянутые «вседорожные» легкие) нуждаются в управлении распределением мощности по ведущим колесам. Это дает преимущества с точки зрения опорно-сцепной проходимости, устойчивости, управляемости, маневренности, тягово-динамических характеристик и др. Выполнение этой функции обеспечивают современные управляемые механизмы распределения мощности между левыми и правыми ведущими колесами (МРМ), функционально-родственные механизмам передачи и поворота (МПП), о которых речь ниже по тексту.
Известны многоскоростные и «упрощенные» - двухскоростные коробки передач (КП), которыми оснащено подавляющее большинство наземных транспортных средств по причине недостаточно широкого силового и скоростного диапазонов тягового двигателя. При этом «упрощенные» КП годятся для легких и сверхлегких ТС при использовании электродвигателя, поскольку последний обладает значительно более благоприятной внешней характеристикой в сравнении с ДВС [1. Устройство современного электромобиля. - URL: https://natoke.ru/articles/224-ustroistvo-sovremennogo-elektromobilja.html (дата обращения: 05.07.2021). Раздел «Нужна ли электромобилю трансмиссия?»].
Известно новое семейство МРМ (МПП).
Первым примером может служить МРМ, содержащий двухстепенную редук-торную часть, входное звено которого опосредованно связано с двигателем, а выходные звенья опосредованно, например, через полуоси связаны с левым и правым ведущими колесами автомобиля, с планетарными зубчатыми рядами - нулевым, первым и вторым, причем нулевой, непосредственно связанный с упомянутым входным звеном, - с функцией простого дифференциала, а также содержащий тормозные элементы с возможностью выборочного, управляемого тормозного воздействия на звенья редукторной части и электронную систему управления упомянутыми тормозными элементами, отличающийся тем, что редукторная часть выполнена с четырьмя цилиндрическими трехзвенными планетарными зубчатыми рядами, включая дополнительный редукторный, при этом входное ее звено непосредственно соединено со звеньями двух планетарных рядов, а система управления тормозными элементами выполнена с возможностью широтно-импульсной модуляции давления во фрикционных контактных парах тормозных элементов [2. RU 2634062 С1, В60К 17/35, F16H 48/30, F16H 37/08, 23.10.2017].
Вторым примером (в ретроспективе) может служить МРМ, содержащий двухстепенную редукторную часть, входное звено которого опосредованно связано с двигателем, а выходные звенья опосредованно, например через полуоси, связаны с ведущими колесами автомобиля, с планетарными зубчатыми рядами - нулевым, первым и вторым, причем нулевой, непосредственно связанный с упомянутым входным звеном, является простым дифференциалом, тормозные элементы с возможностью дифференцированного тормозного воздействия на звенья редукторной части и электронную систему управления тормозными элементами, связанную с рулевым механизмом с возможностью поворота управляемых колес автомобиля, отличающийся тем, что редукторная часть выполнена с тремя цилиндрическими трехзвенными планетарными зубчатыми рядами, при этом входное ее звено соединено со звеньями, по меньшей мере, двух планетарных рядов, а система управления тормозными элементами выполнена с использованием принципа широтно-импульсной модуляции давления во фрикционных контактных парах тормозных элементов [3. RU 2618830 С2, В60К 17/35, F16H 48/30, F16H 37/08, 27.05.2016].
Следует также отметить, что подавляющая часть колесных машин (в основном автомобили) снабжены главной передачей (ГП), устанавливаемой после КП (в том числе в моноблоке «КП+ГП+Д»), а при наличии дифференциала (являющегося неуправляемым МРМ) - перед ним.
Однако это существенно увеличивает массу и габариты (а значит и стоимость) МРМ и ТС в целом, особенно при таких сложных МРМ, как упомянутые выше аналоги [2, 3].
За ближайший аналог (прототип) заявляемого устройства по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков может быть принято транспортное средство, содержащее последовательно соединенные двигатель, коробку передач, дифференциальный механизм распределения мощности между левым и правым колесами, а также понижающие бортовые редукторы [4. Расчет и конструирование гусеничных машин / Н.А. Носов. В.Д. Галышев, Ю.П. Волков, А.П. Харченко; Под ред. проф. Н.А. Носова. - Л.: Машиностроение, 1972. - 560 с. - С. 381-382, рис. IX. 13 а.].
Для него тип двигателя не оговорен, тип и особенности коробки передач не принципиальны, а МРМ (в приложении к авторитетному источнику [4], правильнее - МПП) выполнен дифференциальным, с использованием планетарных рядов и тормозов. При этом бортовые редукторы названы «бортовыми передачами» (БП).
Однако, поскольку каждый проект трансмиссий, шасси и ТС в целом носит конкретный характер, напрямую зависящий от принятой концепции и от технического задания, указанный прототип, взятый за укрупненную базовую блок-схему, требует конструктивной «адаптации» к задачам конкретного проекта, рационализации выбора частей ТС, их взаимосвязей и параметров, повышения поворачиваемости ТС, а значит - маневренности. Без этих технических предложений прототип не обеспечит рациональных технико-эксплуатационных характеристик (возможностей) разрабатываемых ТС.
Задача (проблема), решаемая заявляемой полезной моделью, - разработать устройство (транспортное средство) с повышенными ТЭХ(В), в условиях отсутствия готового технического решения для реализации конкретных проектов.
Технический результат (повышение ТЭХ(В)), в соответствии с поставленной задачей, достигается тем, что в транспортном средстве, содержащем последовательно соединенные двигатель, коробку передач, дифференциальный механизм распределения мощности между левым и правым колесами, а также понижающие бортовые редукторы (бортовые передачи), согласно заявляемой полезной модели, в качестве двигателя использован тяговый электродвигатель, коробка передач выполнена двухскоростной планетарной двухрядной с управлением посредством тормозов Т1 и Т2, механизм распределения мощности выполнен в виде трехрядного понижающего планетарного редуктора, первый ряд которого функционально является простым дифференциалом, а остальные управляемы посредством тормозов Т3 и Т4.
На решение поставленной задачи направлена и частная совокупность существенных признаков устройства в рамках основной совокупности его признаков, сформулированной в предыдущем абзаце и в формуле полезной модели, а именно:
- между коробкой передач и механизмом распределения мощности может быть предусмотрена понижающая одноступенчатая главная передача (это оптимизирует технический результат оставлением возможности реализовать непосредственно перед МРМ возможный «излишек» передаточного отношения группы устройств «КП-МРМ-БР» и/или требования компоновочного характера в плане компактности с образованием моноблока);
- электродвигатель может быть установлен поперечно (это дает дополнительные компоновочные преимущества, тем более при моноблочной концепции, позволяет отказаться от применения конической передачи);
- транспортное средство может быть выполнено (частные случаи) колесным (это актуально для проектируемого Заявителем сверхлегкого колесного ТС и активного прицепа колесного автопоезда) или гусеничным (это актуально для проектируемого Заявителем сверхлегкого гусеничного ТС).
Таким образом, главная идея, заложенная в заявляемый проект, - это обеспечение применимости упомянутых МРМ (МПП) [2, 3] к перечисленным ТС плюс максимальная разгрузка (по крутящему моменту) МРМ (а значит минимизация его массогабаритных показателей) за счет максимального перераспределения постоянной составляющей потребного передаточного числа трансмиссии с главной передачи на бортовые редукторы / бортовые передачи (в том числе и для автомобилей и прочих легких и сверхлегких колесных машин).
Среди массива известных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат, что обусловливает наличие у заявляемого устройства квалификационного признака «мировой уровень новизны».
Второй квалификационный признак, - промышленная применимость, -вытекает, прежде всего, из богатейшего опыта человечества в области наземных транспортных средств, включая автомобильную промышленность.
Подробнее сущность полезной модели раскрывается в приведенном ниже примере реализации - для сверхмалого транспортного средства (шасси) или для активного прицепа к автопоезду.
Устройство иллюстрируется чертежами (схемами) фиг. 1, 2:
на фиг. 1 показана блок-схема ТС, вид в плане, где ЭД - электродвигатель, КП - коробка передач, Д - планетарный механизм с функцией дифференциала (простого), МРМ - механизм распределения мощности между ведущими колесами ТС (включающий в себя Д), БРл и БРп - левый и правый бортовые редукторы, ВКл и ВКп - левое и правое ведущие колеса, Т1 и ТВ - тормоза управления КП, Т3 и Т4 -тормоза управления МРМ, 0 - входной вал КП, X - левый(ая) и правый(ая) выходные валы (полуоси) трансмиссии ТС;
на фиг. 2 показан пример кинематической схемы двухступенчатой (двухрежимной) КП, где Т1 и Т2 - тормоза управления МРМ (МПП); 0 - входной вал КП; k1 и k2 - кинематические параметры планетарных рядов КП.
На фиг. 1 и 2 позициями обозначены: 1 - ЭД; 2 - КП; 3 - МРМ (МПП); 4 - (Д) в составе МРМ; 5 - БРл; 6 - БРп; 7 - ВКл; 8 - ВКп; 9 - картер блока «двигатель + трансмиссия».
Транспортное средство (ТС) содержит (см. фиг. 1, 2) последовательно соединенные двигатель (ЭД) 1, коробку передач (КП) 2, дифференциальный механизм распределения мощности (МРМ) 3 между левым 7 и правым 8 ведущими колесами (ВКл и ВКп), а также понижающие бортовые редукторы (бортовые передачи) 5 и 6 (БРл и БРп соответственно).
В качестве ЭД 1 использован тяговый электродвигатель. КП 2 выполнена двухскоростной планетарной двухрядной с управлением посредством тормозов Т1 и Т2. МРМ 3 выполнен в виде трехрядного понижающего планетарного редуктора, первый ряд которого функционально является простым дифференциалом (Д) 4, а остальные управляемы посредством тормозов Т3 и Т4 (см. фиг. 1).
Все перечисленные устройства выполнены в картере 9 (см. фиг. 1), с образованием энергосилового блока.
Дальнейшее описание распространяется на частные, рекомендуемые как рациональные, случаи выполнения заявляемого устройства.
Между КП 2 и МРМ (МПП) 3 может быть предусмотрена понижающая одноступенчатая главная передача (ГП), в данном случае цилиндрическая (см. фиг.2 справа снизу).
ЭД 1 может быть установлен на ТС поперечно (см. фиг. 1).
ТС может быть выполнено колесным или гусеничным.
В описании заявляемого устройства уместна следующая дополнительная информация.
В качестве «интегрированного» в трансмиссию МРМ (МПП) 3 может быть использован, в принципе, как любой из описанных в обзорной части [2, 3], так и вновь разработанный. Поскольку в источниках [2, 3] содержится полное описание устройств, работы и технического эффекта, здесь этот материал вынесен в ссылки.
Т3 и Т4 как элементы управления планетарных рядов в составе МРМ (МПП) 3 имеют электромеханический или гидравлический привод и в последнем случае могут работать в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ, подробнее см. [2, 3]) давления рабочей жидкости, что повышает плавность перераспределения крутящего момента. В колесных ТС привод на ВК 7 и 8 организован через полуоси, предпочтительно, с использованием шарниров равных угловых скоростей (ШРУС, не показаны). Для контроля за работой МРМ (МПП) 3 на выходных звеньях устанавливают датчики частоты вращения (например, датчики Холла или датчики индукционные).
Для выполнения функции простого дифференциала (Д) 4 необходимо обеспечить значение кинематического параметра k0=2. Значения k1 и k2 выбирают под конкретный ЭД 1.
Заявляемое устройство работает следующим образом (способ функционирования устройства).
При прямолинейном движении ТС работает ЭД 1 (с оптимизацией системой управления режима его работы). В зависимости от дорожных условий (сопротивление грунта), в КП 2 включена первая (включен тормоз Т1) или вторая (включен тормоз Т2) передача (режим). Тормоза Т2 и Т3 в МРМ (МПП) 3 выключены, вследствие чего в МРМ (МПП) 3 мощность поступает на (Д) 4 и распределяется между левым и правым «бортами» поровну, поскольку ВК 7 и 8 связаны с КП 2 через ряд (Д) 4, выполняющий функции простого дифференциала в традиционной трансмиссии. В БР 5 и 6 крутящие моменты повышаются до требуемого значения на ВК 7 и 8.
При развитии буксования одного из ВК 7, 8, включается (от системы управления) соответствующий тормоз (Т3 или Т4), вследствие чего крутящие моменты перераспределяются между ВК 7 и 8 в пользу ВК, находящегося в лучших сцепных условиях. При использовании системы управления с ШИМ, контроль буксования включенного тормоза позволяет плавно изменять передаваемый момент.
При повороте ТС также возможно перераспределение крутящего момента между «бортами» (ВК 7 и 8), путем рационального оперативного подбора режима работы тормозов Т3 и Т4.
Технический результат заключается в улучшении ТЭХ(В), в том числе уменьшении общих массы и габаритов МРМ и ТС в целом, образовании блока (который можно назвать «электромеханическим модулем»).
Таким образом, использование заявляемого устройства решает поставленную задачу.