ПОЛНОПРИВОДНЫЙ АВТОМОБИЛЬ
ALL-WHEEL DRIVE VEHICLE

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано в полноприводных автомобилях.
Важной для полноприводных автомобилей является задача по улучшению тяговых возможностей, влияющих на проходимость автомобиля в сложных дорожных условиях. Кроме того, традиционная конструкция полноприводных автомобилей требует использования в составе трансмиссии шумных и вибронагруженных узлов и механизмов. При этом полноприводные автомобили потребляют больше топлива, поскольку имеют значительную дополнительную массу и существенные механические потери в агрегатах трансмиссии. Оптимальное распределение мощности между ведущими колесами позволяет улучшить показатели управляемости, устойчивости на дороге и топливной экономичности автомобиля.
Технические решения направленные на улучшение характеристик автомобиля за счет перераспределения мощности между ведущими колесами широко известны, в том числе из источников патентной информации. Условно такие решения можно разделить на две основные группы. К первой группе следует отнести решения связанные с изменениями конструкции узлов, непосредственно распределяющих выходную мощность между приводами колес, в том числе, конструкции коробок передач, конструкции различных видов межколесных дифференциалов, а также решения направленные на усовершенствование различных электронных систем управления указанными устройствами.
Решения второй группы связаны с изменениями общей компоновки элементов трансмиссии и силового агрегата, оптимизацией их размещения на кузове или его раме.
Предлагаемое в качестве изобретения устройство объединяет в себе признаки, относящиеся к техническим решениям обеих групп.
6
Среди решений первой группы наибольший интерес представляют: известная из описания полезной модели к патенту RU 50473, публ. 20.01.2006 г., МПК B60K 17/00, B60K 17/34 трансмиссия полноприводного автомобиля, включающая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валам, при этом кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает, по меньшей мере, одну упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент.
6
Также из описания к патенту на изобретение RU 2120864, публ. 27.01.1998 г., МПК B60K 5/02, B62D 31/00 известен автомобиль полноприводный, содержащий кузов с сиденьями для водителя и пассажира, силовую двигательную установку, включающую в себя двигатель, коробку передач и межосевой дифференциал. Автомобиль содержит также передний и задний мосты, каждый из которых включает в себя главную передачу с дифференциалом. Упомянутый межосевой дифференциал связан с главной передачей каждого моста с помощью карданного вала. Кузов автомобиля выполнен одноообъемным. Автомобиль снабжен также несущей рамой, на которой установлен указанный кузов. Сиденья водителя и пассажира расположены одно за другим с правой стороны рамы, а упомянутая двигательная установка расположена с левой стороны указанной рамы на одинаковом расстоянии от переднего и заднего мостов в направлении продольной оси автомобиля.
Из описания к патенту на изобретение RU 2111871, публ. 27.05.1998 г., МПК6 B60K 17/34 известно устройство трансмиссии полноприводного транспортного средства 4×4 оборудованной двухступенчатым делителем передач, размещенным в одном комплектном устройстве с главной передачей переднего моста, и коробкой передач, содержащей межосевой дифференциал с принудительной блокировкой, один из ведомых валов которого соединен с главной передачей переднего моста, а второй ведомый вал дифференциала соединен через карданный вал с главной передачей заднего моста.
7
Из относящихся ко второй условной группе технических решений, в частности известен автомобиль с присоединяемым полным приводом, описание к патенту WO 2005080117, опубликовано 1.09.2005 г., МПК В60К 23/0817/35, включающий в себя: двигатель с ведущим валом, два колеса главного привода, постоянно присоединенные к ведущему валу двигателя посредством коробки передач имеющей первое сцепление; и два колеса второстепенного привода выборочно присоединяемых к ведущему валу двигателя через присоединяемую систему приводов. Присоединяемая система приводов содержит второе сцепление которое с одной стороны присоединено с неизменным передаточным отношением к ведущему валу двигателя, расположенное против направления движения автомобиля до коробки передач, и на другой стороне присоединено с неизменным передаточным отношением к колесам второстепенного привода.
5
Также из описания к патенту US 4981193, публикация от 9.02.1989 г., МПК B60K 17/344, F16H 37/06, известно устройство двигателя и трансмиссии, предназначенное для полноприводного автомобиля содержащее двигатель в основном размещенный вдоль продольной центральной осевой линии автомобиля. Коробка передач получает тяговую силу от двигателя и устройства разделяющего крутящий момент, присоединенного к выходному валу коробки передач, передавая часть силы на последнее звено заднего привода и часть силы на последнее звено переднего привода. Каждый из последних звеньев приводов, передний и задний, содержат ведущий вал который в основном пролегает вдоль центральной продольной оси автомобиля и по меньшей мере часть одного из ведущих валов простирается над значительной частью двигателя.
Из описания к патенту US №2132450, опубликованному 11.10.1938 г., МПК B60K 5/08, (фиг.67 на стр.10 и абзац 10-20, на стр.9) известна автомашина, которая в соответствии с одним из вариантов исполнения, имеет двигатель расположенный по центру поперечного направления транспортного средства и между передним и задним мостами. Двигатель выполненный в виде горизонтально оппозитного типа имеет два блока цилиндров, а каждый конец коленчатого вала двигателя снабжен сцеплением установленным внутри колоколообразного картера присоединенного к коробкам передач. Мощность от двигателя передается к заднему и переднему мостам через соответствующие карданные валы.
Последнее техническое решение использовано в качестве прототипа.
Совокупность существенных признаков предлагаемого устройства включает в себя как признаки относящиеся к общей компоновке, взаимного расположения узлов трансмиссии и силового агрегата, так и признаки относящиеся к устройствам управления узлами и агрегатами предлагаемого устройства. В частности, за основу принято устройство управления приводом клапана двигателя внутреннего сгорания, известное из описания к патенту на изобретение RU 2406831, опубликованное 10.06.2010 г., по классу МПК F01L /1/02, F01L 9/00, позволяющее организовать управление работой двигателя посредством отключения отдельных цилиндров на ходу за короткий промежуток времени. При решении поставленной технической задачи предлагаемым изобретением особенно важной является возможность управления двигателем полноприводного автомобиля как в ручном, так и в автоматическом режимах. Совокупность компоновочного решения с указанным устройством управления приобретает новое техническое достоинство, заключающееся в установлении кинематической связи между коленчатым валом двигателя и полным приводом колес с минимальными механическими потерями и эффективном управлении такой связью в широком диапазоне динамических характеристик. Указанные свойства возникают за счет того, что выходная мощность с коленчатого вала оппозитно передается в обе стороны, на валы отбора мощности, в предварительно заданном объеме, величина которого определяется как посредством датчиков, так и на основе субъективной оценки водителем динамики автомобиля и текущих дорожных условий. Кроме того, включение и отключение в нужный момент времени, размещенных непосредственно на мостах, коробок перемены передач, а так же компоновка силового агрегата на кузове позволяют до минимума сократить потери полезной мощности, и соответственно в целом, повысить топливную экономичность автомобиля.
Таким образом, технической задачей на решение которой направлено предлагаемое изобретение является повышение топливной экономичности полноприводных автомобилей.
Решение указанной задачи заключается в том, что полноприводный автомобиль содержащий кузов с сиденьями для водителя и пассажиров, силовую двигательную установку, размещенную вдоль продольной оси автомобиля, включающую, по меньшей мере, две коробки перемены передач, двигатель снабженный устройством регулирования фаз газораспределения, выполненным с возможностью отключения клапанов газораспределительного механизма, передний и задний валы отбора мощности, а также передний и задний мосты с установленными на них колесами, согласно предлагаемому изобретению на обоих концах коленчатого вала двигателя оппозитно закреплены маховики снабженные демпферами крутильных колебаний, один из которых (передний) присоединен к переднему валу отбора мощности соединенному с первичным валом передней коробки перемены передач, установленной на передний мост, а второй (задний) присоединен к заднему валу отбора мощности соединенному с первичным валом задней коробки передач установленной на задний мост, при этом обе коробки перемены передач снабжены установленными на их торцах сцеплениями, а на одной из них, кроме того, размещен корпус привода агрегатов двигателя.
Также при использовании изобретения могут быть получены преимущества, выражающиеся:
- в улучшении динамических характеристик полноприводного автомобиля за счет равномерного распределения масс как в продольном и поперечном направлениях, а также и относительно центра тяжести автомобиля;
- в увеличении ресурса двигателя и узлов трансмиссии за счет применения системы управления фазами газораспределения, которая позволяет в зависимости от дорожных условий отключать из рабочего режима отдельные клапаны и цилиндры, дозировано распределять передачу крутящего момента между передним и задним мостами автомобиля используя двухсторонний отбор мощности с коленчатого вала двигателя;
- в повышении надежности и улучшении ремонтопригодности и удобства обслуживания узлов и навесных агрегатов полноприводного автомобиля, за счет их размещения в местах свободного инструментального доступа на шасси автомобиля;
- в улучшении комфорта в салоне автомобиля за счет исключения источников вибраций в трансмиссии автомобиля и за счет повышения общей жесткости кузова;
- в расширении модельного ряда полноприводных автомобилей за счет применения компактных элементов силовой двигательной установки, трансмиссии и подвески, их рационального размещения в моторном отсеке и на кузове, за счет применения кузовов различного функционального назначения, в том числе например, предназначенных для автомобилей грузового типа, пикапов, микроавтобусов и т.п.
Другие преимущества заявляемого изобретения поясняются представленным ниже описанием предпочтительного, но не ограничивающего варианта выполнения устройства совместно с представленными графическими материалами.
Полноприводный автомобиль 1 содержит кузов 2 с сиденьями для водителя 3 и пассажиров 4, силовую двигательную установку 5, размещенную вдоль продольной оси 6 автомобиля 1, которая включает, по меньшей мере, две коробки перемены передач 7 и 8, двигатель 9, снабженный устройством регулирования фаз газораспределения (не показано), выполненным с возможностью отключения клапанов газораспределительного механизма (не показаны) и соответственно цилиндров 10, передний 11 и задний 12 валы отбора мощности. Кроме того, автомобиль содержит передний 13 и задний 14 мосты с установленными на них колесами 15. При этом, на обоих концах коленчатого вала (не показан) двигателя 9 оппозитно закреплены маховики 16 и 17 снабженные демпферами крутильных колебаний 18 и 19, один из которых (передний) 18 присоединен к переднему валу отбора мощности 11, соединенному с первичным валом (не показан) передней коробки перемены передач 7, установленной на передний мост 13, а второй (задний) 19 присоединен к заднему валу отбора мощности 12 соединенному с первичным валом (не показан) задней коробки передач 8 установленной на задний мост 14, при этом обе коробки перемены передач 7 и 8 снабжены установленными на их торцах сцеплениями 20 и 21, а на одной из них 7, кроме того, размещен корпус 22 привода агрегатов двигателя, к которым относятся, в том числе: масляный насос 23, водяной насос 24, стартер 25, генератор 26, топливный насос высокого давления 27, и, в зависимости от комплектации автомобиля, насос кондиционера 28, насос гидроусилителя руля 29.
Работает полноприводный автомобиль следующим образом.
Двигатель 9 в режиме холостого хода, после его запуска стартером 25 управляется устройство регулирования фаз газораспределения (не показан). В данном режиме, с учетом показаний датчиков, регистрирующих состояние дорожных условий, работа двигателя может быть организована по математическому алгоритму, полученному с помощью вычислительного устройства (не показано), в соответствии с которым в работе может находится необходимое количество цилиндров. При включении на одной из коробок перемены передач, например передней 7, той передачи, которая предназначена для начала движения автомобиля 1, происходит передача крутящего момента с коленчатого вала (не показан) через маховик 16, снабженный демпфером крутильных колебаний 18 на передний вал отбора мощности 11, далее на первичный вал (не показан) передней коробки передач 7, затем через включенное сцепление 20 - производится отбор мощности на передний мост 13 - автомобиль начинает движение. Предложенная конструкция, таким образом, позволяет адаптировать уже движущийся автомобиль к изменяющимся дорожным условиям, в том числе неблагоприятным: движение на подъемах, движение по дорогам с различным покрытием, при обгонах, при движении в городских условиях с плотным потоком транспортных средств и т.д., за время, максимально равное периоду совершения распределительным валом двигателя одного полного оборота. Указанная возможность обеспечивается известными устройствами регулирования фаз газораспределения, в том числе, например, см. публикацию от 10.06.2010 г., к патенту RU 2406831, МПК F01L /1/02, F01L 9/00 в которой описано устройство управления приводом клапана двигателя внутреннего сгорания, позволяющего отключать клапаны двигателя и отдельные цилиндры соответственно. Выходная мощность двигателя под управлением указанного устройства в начале движения имеет минимальное значение величины крутящего момента коленвала. При этом, коробки перемены передач спроектированы таким образом, что при приближении величины передаваемого от коленчатого вала двигателя крутящего момента к значениям, превышающим половину от максимального значения величины крутящего момента коленвала двигателя, датчик, регистрирующий количество оборотов, передаваемых на вал отбора мощности, установленный на коробке перемены передач направляет управляющий импульс в систему управления, который служит сигналом для включения в работу второй коробки перемены передач, соответственно, второго моста и, соответственно, передачи полного привода на обе оси автомобиля. В дальнейшем, в зависимости от различных дорожных условий, с учетом их изменений, возможно использование широкого ряда рассчитанных заранее комбинаций и сочетаний режимов работы цилиндров 10 и подключаемых коробок перемены передач 7 и 8. При этом, предлагаемая конструкция автомобиля позволяет использовать как автоматическое, так и ручное управление режимами. Таким образом, управляемое распределение между мостами крутящего момента в заданном диапазоне позволяет получить необходимые динамические характеристики автомобиля. Распределение мощности может варьироваться, например в автоматическом режиме управления, как было описано выше, мощность, передаваемая на переднюю коробку перемены передач 7, составляет до 50%, затем при повышении передаваемого момента включается задняя коробка перемены передач 8 - автомобиль работает в полноприводном режиме, последовательность включения коробок перемены передач также может меняться от задней 8 к передней 7 и наконец, существует режим работы, который предусматривает одновременное включение в работу двух коробок перемены передач 7 и 8 с равномерным распределением между ними мощности, величина которой меньше 50% от максимального значения величины крутящего момента коленвала двигателя. Кроме того, предусмотрена возможность ручного управления коробками перемены передач и работа в режиме максимальной постоянной нагрузки.
Преимущества предлагаемого полноприводного автомобиля, связанные с возможностью различного расположения силовой двигательной установки относительно центра в продольном направлении, поясняются графическими материалами, представленными на фиг.2 и 3.
Так например, на фиг.2 показан полноприводный автомобиль, содержащий силовую двигательную установку 5, расположенную в задней части кузова 2. Такое расположение позволяет разместить в передней части кузова 2 комфортные сиденья для водителя 3 и пассажиров 4, одновременно используя свободное подкапотное пространство, например, для перевозки грузов или размещения органов управления, в частности, для размещения систем впуска, оснащенных турбонаддувом. Предлагаемое компоновочное решение, кроме расположения силовой двигательной установки 5, отличается креплением корпуса 22 привода агрегатов двигателя, соответственно, на задней коробке перемены передач 8. Такое решение также позволяет использовать конструкции кузовов различного функционального назначения, как например в варианте исполнения предлагаемого изобретения, показанном на фиг.3, где полноприводный автомобиль содержит сиденья водителя 3 и пассажиров 4, а так же силовую двигательную установку 5 размещенную в средней части кузова 2.
Устройство по изобретению воспроизводимо известными техническими средствами и может быть использовано в условиях серийного производства с использованием унифицированных агрегатов.
Использование изобретения позволяет улучшить показатели управляемости, устойчивости на дороге и топливной экономичности полноприводного автомобиля.