Нетрадиционные виды автомобилей

     Преимущества применения мотор-колес на транспортных средствах:

• компоновка автомобиля улучшается благодаря достаточно свободному выбору места установки мотор-колеса относительно других агрегатов автомобиля;
• общая масса агрегатов электропривода (не только мотор-колес) снижается по сравнению с массой агрегатов гидромеханического привода;
• желаемое распределение массы автомобиля по осям получается вследствие возможности варьировать базой автомобиля;
• число деталей и узлов механической передачи, подверженных интенсивному износу в эксплуатации, сокращается, что повышает надежность системы в целом;
• возможность реализации одним мотор-колесом большой мощности, что позволяет повысить грузоподъемность автомобиля без увеличения числа ведущих колес;
• возможность бесступенчатого или в крайнем случае двухступенчатого регулирования силы тяги;
• торможение на затяжных уклонах большой величины высокоэффективно и надежно благодаря использования электрического тормоза

     Управление  машиной осуществляется рукояткой  типа "джойстик", установленной  между креслами водителя и пассажира. На рукоятке также находятся кнопки включения фары, поворотов, сигнала  и др. Управление осуществляется изменением передаточного числа вариатора. При наклоне рукоятки "вперед-назад" и "влево- вправо" происходит соответственно торможение-разгон и повороты машины. При максимальном отклонении рукоятки "вперед" может происходить срабатывание дополнительного тормозного захвата заднего колеса.

     Панель  управления имеет небольшие габариты, цифровую индикацию на светодиодах  и может быть размещена в любом  удобном месте, например на зеркале  заднего вида в центре машины. Вместо индикации можно применить синтезатор речи.

     Индицировать  можно:

1. Скорость  движения машины;

2. Повороты (можно заменить огнями на зеркалах  заднего вида);

3. Положение  дверей (люков) и багажников (открыты или закрыты).

     В монокаре ручку управления и панель приборов лучше убрать в сторону. Так как перед водителем и пассажиром больше не существует травмирующего препятствия, то возможно применение векторной системы безопасности. В такой системе кресло обладает возможностью в случае лобового столкновения откатываться вперед, в свободную зону с одновременным наклоном назад. После удара кресло на амортизаторах возвращается в исходное положение. Такая система более надежна, чем ремни и подушки безопасности. При особенно сильных ударах возможно даже применить катапультирование кресла через лобовое стекло до полного погашения инерции удара.

     Боковые удары для машины с работающим маховиком безопасны, поскольку  не смогут привести к опрокидыванию. Машина, подобно маятнику, только качнется вокруг вертикальной оси. А при движении по обочине или косогору машина все  равно будет сохранять вертикальное положение кузова. Если при очень  крутом боковом наклоне обычная  машина опрокинется, монокар будет только скользить вниз по склону, сохраняя вертикальное положение.

     При равномерном движении кресло находится  в вертикальном положении. При резком торможении кресло откатывается по направляющим вперед, одновременно поворачиваясь  в горизонтальное положение. При  этом угол наклона кресла зависит  от силы торможения и при снижении этой силы кресло возвращается в исходное положение.

     В машине можно предусмотреть несколько  способов торможения:

     Кинетическое. Основной способ. Это когда кинетическая энергия машины превращается в кинетическую энергию маховика.

     Электродинамическое. Электроэнергию с мотор-колес можно гасить на балластном сопротивлении. Например, направить на электроотопитель.

     Дифференциальное. Если переднее мотор-колесо включить в противофазе с задним, то оно станет вращаться в противоположном направлении вплоть до полной остановки машины и переднего колеса.

     Шаговое. Мотор-колесо является шаговым электродвигателем. Можно задать частоту вращения магнитного поля ротора сколь угодно низкой влоть до нуля. Это фактически будет являться остановкой ротора.

     Фрикционное. Если между ротором и статором помесить фрикционную прокладку, и подвесить ротор в магнитном поле или на воздушной подушке (газовый подшипник), то при выключении подшипника ротор всей массой машины ляжет на статор. Это аналог обычных дискового или барабанного тормоза.

     Механическое. Если изменить высоту подвески, то машина может лечь на днище и тормозить выступающими частями кузова. Таким способом можно затормозить даже на льду.

     Фара  находиться под колпаком переднего  колеса. Она может опускаться в  нишу из переднего багажника. Фара может  также поворачиваться в горизонтальной плоскости на 360°, обеспечивая освещение при поворотах и движении задним ходом. 
Фара сделана в виде цилиндра, в центре оптической оси которого находиться источник света. Часть цилиндра сделана прозрачной, остальная часть покрыта отражающим слоем. В задней части может быть установлен красный светофильтр, который при повороте фары при движении назад будет светить вперед, выполняя функции стоп-сигнала.

     В машине используется зависимая тросовая система подвески и компенсирующий амортизатор. Передняя и задняя подвески соединены тросом таким образом, что нагрузка на переднее колесо, отклоняющая  колесо вверх компенсируется отклонением  заднего колеса вниз и наоборот. В качестве амортизирующей силы используется половина веса машины. Изменением длины  троса можно регулировать высоту машины вплоть до опускания на днище  на стоянке или в режиме экстренного  торможения. 

     Технические характеристики монокара:

     Длина - 4000 мм.

     Ширина - 1500 мм.

     Высота - 1500 мм.

     База - 3000 мм.

     Клиренс - 350 мм.

     Количество  мест - 3 чел.

     Количество  дверей кузова - 2.

     Грузоподъемность - 200-250 кг.

     Привод  -вероятно, полный.

     Подвеска - зависимая.

     Низкий  расход топлива (не более 1л. на 100км.).

     Пониженный  уровень выхлопов СО2 и CN.

     Малый вес (не более 400 кг).

     Простота  и надежность конструкции.

     Простота  в управлении и обслуживании.

     Высокая маневренность (радиус разворота около 4 м).

     Низкий  коэффициент аэродинамического  сопротивления.

     Низкая  стоимость 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.Гелиотранспорт 

     Электромобили, солнцемобили, солнечные велосипеды, электромоторные суда с солнечными батареями - все эти экологически чистые транспортные средства появились всего лет 15-20 назад. За прошедшие годы электромобили перестали быть редкостью. Они находят все большее применение, особенно в крупных городах, перенасыщенных автотранспортом. Что касается солнцемобилей, то сегодня их можно встретить на дороге очень редко. Это очень дорогое удовольствие. Между тем становится все более популярным и доступным по цене водный гелиотранспорт - маломерные суда, приводимые в движение солнечной энергией. Более всего они подходят для водного туризма и рыбалки.

     Солнцемобили в большинстве своем машины уникальные. В их конструкции используются оригинальные технические решения и новейшие материалы. Отсюда и очень высокая цена. Например, двухместный солнцемобиль "Мечта" (рис.6.1) обошелся японской автомобильной компании "Хонда" в 2 миллиона долларов. Но деньги были потрачены не напрасно. Трассу трансавстралийского ралли 1996 года протяженностью 3000 км он прошел со средней скоростью почти 90 км/ч, а на прямом скоростном участке достиг 135 км/ч. Рекорд "Мечты" до сих пор никем не побит.

     

     Рисунок 6.1. Солнцемобиль-рекордсмен "Мечта"

     Солнцемобиль - это электромобиль, снабженный фотоэлектрическими преобразователями (солнечными батареями) достаточно большой мощности, в которых энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговый двигатель и заряжающий аккумуляторы.

     Конструирование солнцемобилей и испытание их в гонках постепенно оформились в новый технический вид спорта - "брейнспорт". По сути дела - это состязания интеллектов создателей солнцемобилей. На них отрабатываются параметры транспортных средств будущего. Чтобы солнцемобиль с максимальной мощностью солнечных батарей и электромотора всего 1,5-2 кВт мог соперничать с автомобилем, необходимо использовать самые легкие и прочные конструкционные материалы, высокоэффективные системы электропривода, последние достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и других наук.

     Специалисты полагают, что солнечный транспорт  станет всерьез конкурировать с  автомобильным, когда эффективность  доступных по цене солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) составит 40-50%. Пока же их КПД всего 10-12%. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных батарей 1,5-2 кВт "догнали" автомобили с двигателями в 100 раз мощнее, необходимо использовать легкие и прочные конструкционные материалы, эффективные системы электропривода, достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и других наук. Конструкции транспортных средств будущего и отрабатываются на ралли солнцемобилей.

     У солнцемобилей достигнут минимальный для наземных экипажей коэффициент аэродинамического сопротивления (0,1). Опыт концерна "General Motors" при разработке рекордного солнцемобиля "Sunracer" ("Солнечный гонщик") (рис.6.2) использован в проектировании электромобиля "Impact" ("Удар"), серийное производство которого началось в 1996 г. Его скорость достигает 130 км/ч, до 100 км/ч он разгоняется за 9 с и на обычных свинцово-кислотных аккумуляторах проходит 100 км.

     

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 6.2. Солнцемобиль Sunraycer

     Специально  для солнцемобилей сконструированы легкие бесколлекторные двигатели постоянного тока с магнитами из редкоземельных металлов и КПД до 98%, а также эффективные микропроцессорные системы управления. В 1993 г. на трех солнцемобилях - лидерах трансавстралийских гонок впервые низкооборотные двигатели встроили непосредственно в ступицы ведущих колес. Идея мотор-колеса, сама по себе не новая, в солнцемобилях позволила отказаться от трансмиссии и довести КПД привода до 96-97%. В 1996 г. в трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций, а компания "Honda", вдохновленная успехом своей "Мечты", приступила к серийному выпуску электровелосипедов с мотор-колесом. Известные производители шин - "Michelin", "Bridgestone", "Dunlop" - разрабатывают новые материалы и протекторы для покрышек солнцемобилей. Уже созданы шины, которые при хорошем сцеплении с дорогой обладают самым низким коэффициентом сопротивления качению - всего 0,007. Фирма "Michelin" производит подобные энергосберегающие шины и для серийных автомобилей.

     Солнечные батареи небольшой мощности на обычных  автомобилях кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы на стоянках, питают радио- и телеаппаратуру.

     Однако  существует гелиотранспорт, который, весьма вероятно, станет популярным и доступным в самое ближайшее время. Речь идет о маломерных судах, лодках, катерах, катамаранах, яхтах и других водных транспортных средствах, приводимых в движение солнечной энергией. Именно на воде задолго до появления электромобиля было испытано первое транспортное средство с электрическим приводом. В 1833 году лодка с двумя электромоторами и 27 гальваническими батареями поднялась по Неве на несколько километров. Принадлежала она работавшему в Петербурге немецкому инженеру Морицу Якоби. Но из-за низкой энергоемкости батарей эксперименты пришлось прекратить.

     В начале ХХ века появились маломерные суда с двигателями внутреннего  сгорания. Энергоемкость углеводородного  топлива была значительно выше той, что могли дать гальванические батареи. Лодки и катера с мощными бензиновыми  моторами очень быстро получили самое  широкое распространение. А электромоторные  суда и их сухопутные "братья" - электромобили - из-за ограниченного  ресурса аккумуляторных батарей  и сложности их зарядки до недавнего  времени оставались исключительной редкостью.