RU210368U1 - Транспортное средство - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к наземным транспортным средствам (ТС), преимущественно «вседорожным» легким шасси, а также сверхлегким колесным и гусеничным машинам, включая багги и активные прицепы. Транспортное средство (ТС) содержит 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 (БРл и БРп) (5 и 6). 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 ТЗ и Т4. Все перечисленные устройства выполнены в картере (9), с образованием энергосилового блока. Предусмотрен ряд дополнительных конструктивных признаков. Технический результат заключается в улучшении технико-эксплуатационных характеристик (возможностей), в том числе уменьшении общих массы и габаритов МРМ и ТС в целом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

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.

Claims (5)

1. Транспортное средство, содержащее последовательно соединенные двигатель, коробку передач, дифференциальный механизм распределения мощности между левым и правым колесами, а также понижающие бортовые редукторы, отличающееся тем, что 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.

2. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что между коробкой передач и механизмом распределения мощности предусмотрена понижающая одноступенчатая главная передача.

3. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что электродвигатель установлен поперечно.

4. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено колесным.

5. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено гусеничным.

Images