МАЛОГАБАРИТНЫЙ ГУСЕНИЧНЫЙ ВЕЗДЕХОД С ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ Российский патент 2024 года по МПК B60F5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к транспортной технике, а точнее к устройствам вездеходов, снегоболотоходов.

Уровень техники

Из уровня техники известна вездеходная технологическая гусеничная машина, содержащая амфибийное шасси в виде водоизмещающего корпуса с кабиной водителя-оператора, гусеничные движители, моторный отсек, расположенный в водоизмещающем корпусе, технологическое оборудование с автономным управлением, выполненное в виде грузоподъемного, и/или землеройного, и/или бурового, и/или насосного оборудования, при этом гидравлическая система технологического оборудования соединена гидравлическими магистралями с гидронасосом, установленным на раздаточной коробке шасси, причем снабжена гребными винтами или водометами.

Также из уровня техники известен вездеход (RU2549300C1, 27.04.2015), содержащий корпус катера, двигатель внутреннего сгорания, колеса, рычажно-пружинные подвески колес, лебедку, гидропривод движителя вездехода на воде, кабину водителя с системой управления вездеходом, салон, двери в задней части салона, при этом внутри корпуса катера размещена силовая рама, на которой расположен многотопливный дизельный двигатель с гидравлической насосной станцией, силовые агрегаты и водомет, снаружи левого и правого бортов корпуса установлены и закреплены к силовой раме передние и задние механизмы радиального подъема колесных блоков, приводимые в действие гидромоторами для опускания и подъема колесных блоков, левый и правый колесные блоки являются идентичными конструкциями, состоящими из несущих траверс, закрепленных шарнирно на механизмах радиального подъема, при этом на каждой траверсе установлены четыре независимые пружинно-гидравлические подвески колес, состоящие из системы рычагов, расположенных параллельно траверсе, а на основании нижнего рычага закреплен корпус центробежного гидромотора, имеющего ступицу колеса, при этом силовая передача крутящего момента осуществляется гидравлической жидкостью по системе трубопроводов к гидромоторам всех колес, к гидромотору водомета, гидромоторам исполнительных механизмов, а распределение, интенсивность и направление подачи потока гидравлической жидкости к гидромоторам исполнительных механизмов осуществляется системой управления с компьютерным программированием.

Недостатками данных решений являются чрезмерно сложная и не надежная конструкция, обвешанная массой дополнительных устройств и имеющая большое количество механических связей, кроме того, данные решения имеют большие масса-габаритные показатели, неправильную развесовку, не рассчитаны на передвижение с высокой максимальной скоростью и вдали от заправочных станций, имеют малый межремонтный пробег, требуют больших трудозатрат на ремонт и обслуживание, не имеют достаточного полезного пространства для размещения экипажа и груза.

Раскрытие изобретения

Техническая задача заключается в создании малогабаритного, надежного и простого по конструкции вездехода, имеющего минимальное число механических связей, имеющего малые масса-габаритные показатели, рассчитанного на передвижение с высокой максимальной скоростью и вдали от заправочных станций, в том числе при любых климатических условиях, имеющего малый межремонтный пробег и не требующего больших трудозатрат на ремонт и обслуживание, обладающего наилучшей развесовкой и достаточным полезным пространством для размещения экипажа и груза.

Технический результат: упрощение конструкции и повышение надежности, снижение масса-габаритных показателей, обеспечение передвижения с высокой максимальной скоростью и вдали от заправочных станций, в том числе при любых климатических условиях, обеспечение наилучшей развесовки и увеличенным полезным пространством для размещения экипажа и груза, увеличение межремонтного пробега и снижение трудозатрат на ремонт и обслуживание.

Технический результат достигается за счет того, что малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией содержит силовой каркас, гусеничные движители, а также установленные в силовом каркасе и соединенные между собой ДВС-генератор, который в свою очередь соединен с двумя бензобаками, два тяговых электродвигателя, каждый из которых соединен со своим тяговым инвертором, накопитель энергии и блок управления, причем силовой каркас содержит пол, крышу и стенки, образующие общее внутренне полезное водоизмещающее пространство, объединенное с дополнительными водоизмещающими полезными пространствами, расположенными с двух сторон от общего внутреннего полезного водоизмещающего пространства в подгусеничном обводе движителей, при этом тяговые электродвигатели установлены в передней части силового каркаса в блоке с редукторами и соединены с узлом ведущего колеса карданной передачей для организации переднего привода гусеничного движителя или установлены снаружи передней части силового каркаса и выполнены в виде непосредственно электродвигателей-колес в качестве ведущих колес, причем ДВС-генератор установлен на полу силового каркаса в задней его части, бензобаки установлены по обе стороны вездехода, между ДВС-генератором и тяговыми электродвигателями, частично на полу силового каркаса в общем внутреннем полезном водоизмещающем пространстве и частично с размещением в дополнительном водоизмещающем полезном пространстве подгусеничного обвода движителей, а накопитель энергии установлен на полу силового каркаса между тяговыми электродвигателями и бензобаками.

Кроме того, ДВС-генератор, тяговые электродвигатели и накопитель энергии электрически соединены между собой через высоковольтный коммутационный блок посредством CAN-шины и проводов управления.

Кроме того, высоковольтный коммутационный блок имеет систему контроля изоляции с непрерывным измерением сопротивления изоляции и отправки их значений в CAN шину.

Кроме того, только два тяговых электродвигателей–редукторов имеют механическую связь, а все остальные элементы трансмиссии связаны между собой исключительно по CAN-шине и проводами управления.

Кроме того, ДВС-генератор соединен с высоковольтным коммутационным блоком через AC-DC преобразователь.

Кроме того, дополнительно с высоковольтным коммутационным блоком соединен DC-AC инвертор.

Кроме того, накопитель энергии снабжен системой BMS.

Кроме того, накопитель энергии снабжен блоком терморегулирования.

Кроме того, малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией дополнительно снабжен низковольтным коммутационным блоком, с одной стороны соединенным с главным блоком управления и органами управления, а с другой с высоковольтным коммутационным блоком через DC -DC преобразователь, объединенный с блоком бортового зарядного устройства.

Кроме того, общее внутренне полезное водоизмещающее пространство, объединенное с дополнительным водоизмещающим полезным пространством, расположенным в подгусеничном обводе движителей, полностью защищены от попадания пыли и воды.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – Основные элементы конструкции вездехода с тяговыми электродвигателями, установленными в передней части силового каркаса в блоке с редукторами и соединенные с узлом ведущего колеса карданной передачей, вид в изометрии;

Фиг. 2 – Основные элементы конструкции вездехода с тяговыми электродвигателями, установленными в передней части силового каркаса в блоке с редукторами и соединенные с узлом ведущего колеса карданной передачей, вид сверху;

Фиг. 3 – Основные элементы конструкции вездехода с тяговыми электродвигателями, установленными в передней части силового каркаса в блоке с редукторами и соединенные с узлом ведущего колеса карданной передачей, вид спереди;

Фиг. 4 – Основные элементы конструкции вездехода с тяговыми электродвигателями, установленными снаружи передней части силового каркаса и выполненные в виде непосредственно электродвигателей-колес в качестве ведущих колес, вид в изометрии;

Фиг. 5 – Основные элементы конструкции вездехода с тяговыми электродвигателями, установленными снаружи передней части силового каркаса и выполненные в виде непосредственно электродвигателей-колес в качестве ведущих колес, вид сверху;

Фиг. 6 – Основные элементы конструкции вездехода с тяговыми электродвигателями, установленными снаружи передней части силового каркаса и выполненные в виде непосредственно электродвигателей-колес в качестве ведущих колес, вид спереди;

Фиг. 7 – Схема электрического соединения элементов конструкции.

На фигурах позициями отмечены следующие элементы:

1 – ДВС-генератор;

2 – Бензобаки;

3 – Тяговый электродвигатель;

4 – Накопитель энергии (аккумуляторная батарея);

5 – Редуктор;

6 – Ведущее колесо;

7 – Тяговый инвертор;

8 – Блок управления;

9 – Блок терморегулирования накопителя энергии;

10 – Высоковольтный коммутационный блок;

11 – AC-DC преобразователь;

12 - DC-AC инвертор;

13 – Низковольтный коммутационный блок;

14 - Комбинация приборов;

15 - CAN-логгер;

16 - DC-DC преобразователь;

17 - Блок бортового зарядного устройства.

Осуществление изобретения

Заявленный малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией содержит силовой каркас, гусеничные движители, а также установленные в силовом каркасе и соединенные между собой ДВС-генератор 1 (генераторный модуль, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, вращающего синхронный генератор на постоянных магнитах переменного тока), который в свою очередь соединен с двумя бензобаками 2, два тяговых электродвигателя 3, каждый из которых соединен со своим тяговым инвертором 7, накопитель энергии (батарею) 4 и блок управления 8.

Силовой каркас содержит пол, крышу и стенки, образующие общее внутренне полезное водоизмещающее пространство, объединенное с дополнительными водоизмещающими полезными пространствами, расположенными с двух сторон от общего внутреннего полезного водоизмещающего пространства в подгусеничном обводе движителей.

При этом тяговые электродвигатели 2 обоих бортов могут быть установлены в передней части силового каркаса в блоке с редукторами 5 и соединены с узлом ведущего колеса 6 карданной передачей для организации переднего привода гусеничного движителя (фиг.1,2,3) или могут быть установлены снаружи передней части силового каркаса и выполнены в виде непосредственно электродвигателей-колес в качестве ведущих колес (фиг.4,5,6).

ДВС-генератор 1 установлен на полу силового каркаса в задней или средней его части, а бензобаки 2 установлены по обе стороны вездехода, между ДВС-генератором 1 и тяговыми электродвигателями 3, частично на полу силового каркаса в общем внутреннем полезном водоизмещающем пространстве и частично с размещением в дополнительном водоизмещающем полезном пространстве подгусеничного обвода движителей. Бензобаки 2 имеют одинаковую конструкцию, одинаковую емкость и систему перелива. Накопитель энергии 4 установлен на полу силового каркаса между тяговыми электродвигателями 3 и бензобаками 2, снабжен системой BMS и блоком 9 терморегулирования. Такое расположение ДВС-генератора, бензобаков и накопителя энергии необходимо, в том числе, для увеличения полезного объема для топлива, для увеличения полезного пространства для экипажа и/или груза, а также для улучшения развесовки. Создание идеальной развесовки дает равномерное опирание на опорную поверхность, что в условиях слабонесущих грунтов или воды повышает качества проходимости и непроваливаемости, что в свою очередь является огромным плюсом для любого вездехода. Наличие у батареи системы BMS и блока терморегулирования может дополнительно обеспечивать надежную и долгую работу как самой батареи, так и всей трансмиссии в целом, позволяя продолжительное время передвигаться вездеходу вдали от заправочных станций при любых погодных условиях.

ДВС-генератор 1, тяговые электродвигатели 3 с инверторами 7 и накопитель энергии 4 электрически соединены между собой через высоковольтный коммутационный блок 10 посредством CAN-шины и проводов управления. При этом только тяговые электродвигатели–редукторы имеют механическую связь, а все остальные элементы трансмиссии связаны между собой исключительно по CAN-шине и проводами управления. Такая простота конструкции (без множества механических связей и дополнительных элементов) обеспечивает ее высокую надежность и работоспособность, минимальное обслуживание, повышение межремонтного пробега, малый вес и габариты вездехода, и другие здесь перечисленные преимущества.

Высоковольтный коммутационный блок 10 имеет систему контроля изоляции с непрерывным измерением сопротивления изоляции и отправки их значений в CAN шину.

Как видно из схемы (фиг.7) ДВС-генератор 1 вездехода соединен с высоковольтным коммутационным блоком 10 через AC-DC преобразователь 11, при этом дополнительно с высоковольтным коммутационным блоком 10 соединен DC-AC инвертор 12. Кроме того, вездеход снабжен низковольтным коммутационным блоком 13, с одной стороны соединенным с главным блоком управления 8, комбинацией приборов 14, CAN-логгером 15, штатной АКБ, замком зажигания и органами управления, а с другой с высоковольтным коммутационным блоком 10 через DC-DC преобразователь 16, объединенный с блоком 17 бортового зарядного устройства с выходом на розетку 220 вольт.

Высоковольтный коммутационный блок (ВКБ) предназначен для:

- Обеспечение централизованного подключения всех высоковольтных блоков трансмиссии;

- Обеспечение защиты блоков, не имеющих собственных систем защиты от высоких токов (предохранителей);

- Наличие собственной системы контроля изоляции с непрерывным измерением сопротивления изоляции и отправки их значений в CAN шину;

- Наличие световой индикации состояния на корпусе (готов/не готов).

Низковольтный коммутационный блок (НКБ) предназначен для:

- Централизованное подключение всех низковольтных устройств и распределение электрической энергии между низковольтными потребителями ЭМТ вездехода;

- Подключение и отключение низковольтных потребителей по команде главного блока управления.

Накопитель энергии предназначен для:

- Эффективное накопление энергии, хранение и распределение между внутренними накопительными блоками (балансировка батареек) и стабильная отдача энергии потребителям. Имеет жидкостный контур для подключения системы охлаждения и подогрева.

Блок терморегулирования для накопителя энергии предназначен для:

- Обеспечение охлаждения температурного режима накопителя энергии до рабочего и предварительный подогрев накопителя энергии при запуске в отрицательных температурах.

Главный блок управления (ГБУ) служит для управления всеми элементами ЭМТ. К ГБУ подключаются блоки всех систем ЭМТ вездехода по шине цифровой связи, и предназначен для:

- Обеспечение формирования управляющих сигналов для всех подключенных блоков;

- Обработка телеметрической информации;

- Реализация предустановленных управляющих правил в зависимости от получаемой информации (штатные и аварийные алгоритмы работы).

- Управление скоростью / крутящим моментом тяговых электродвигателей;

- Управление током заряда / разряда накопителя энергии;

- Управление мощностью AC-DC преобразователя генератора;

- Управление бортовым зарядным устройством;

- Распределение крутящего момента по бортам;

- Управление блоком терморегулирования накопителя;

- Управление включением потребителей (например, насосов систем охлаждения и вентиляторов) через низковольтный коммутационный блок;

- Обеспечение снижения мощности тяговых приводов при повышении температуры двигателей или инверторов;

- Обеспечение снижение токов или мощности AC-DC преобразователя в зависимости от температурного состояния ДВС, генератора или самого преобразователя;

- Обеспечение снижение токов заряд-разряда накопителя в зависимости от допустимых токов, выдаваемых системой управления накопителем энергии;

- Обеспечение процесса зарядки накопителя энергии при извлеченном ключе зажигания;

- Обеспечение реагирования системы управления при повреждениях изоляции на основании данных контроля изоляции в ВКБ;

- Обеспечение возможности калибровки параметров системы (например, максимальная скорость, максимальные тяговые усилия, коэффициенты системы рулевого управления и пр.) через сервисное Windows-приложение;

- Обеспечение обработки сигналов датчика уровня топлива;

- Обеспечение обработки сигналов датчика температуры ДВС в случае отсутствия данных о температуре в CAN-шине блока управления ДВС.

Модуль записи данных бортовых CAN-шин (CAN-логгер) предназначен для:

- Обеспечение сохранения данных бортовых CAN-шин на энергонезависимую память за период не менее 24 часов в необработанном виде.

Комбинация приборов предназначена для:

- Отображение актуальной информации состояния компонентов ЭМТ.

Селектор режимов движения предназначен для:

- Переключение ЭМТ в режим - движение вперед/нейтраль/движение назад

Тяговые электродвигатели предназначены для:

- Преобразование электрической энергии в механическую для приведения в движение транспортного средства.

Тяговые инверторы предназначены для:

- Обеспечение продолжительной работы тяговых электродвигателей на номинальной мощности во всем диапазоне рабочих напряжений (рабочего уровня заряда) накопителя энергии

Генераторный модуль состоит из двигателя внутреннего сгорания, вращающего синхронный генератор на постоянных магнитах переменного тока и предназначен для:

AC-DC преобразователь предназначен для:

- Преобразование переменного тока, вырабатываемого генераторным модулем в постоянный ток для накопителя энергии.

DC-DC преобразователь предназначен для:

- Понижение высоковольтного напряжения постоянного тока до 12-ти вольтового напряжения постоянного тока для питания бортовых электроприборов и зарядки штатного 12-ти вольтового аккумулятора.

Бортовое зарядное устройство предназначен для:

- Обеспечение заряда накопителя энергии от внешних источников.

DC-AC инвертор предназначен для:

- Преобразование высоковольтного напряжения постоянного тока в бытовую э/э переменного тока для бытовых нужд.

Электронный датчик рулевой колонки предназначен для:

- Создание зависимого от угла поворота рулевой колонки сигнала для ГБУ, для обеспечения различной скорости на тяговых электромоторах при осуществлении поворота.

Общее внутренне полезное водоизмещающее пространство, объединенное с дополнительным водоизмещающим полезным пространством, расположенным в подгусеничном обводе движителей, и соответственно электротрансмиссия, полностью защищены от попадания пыли и воды.

При такой конструкции у заявленного вездехода есть возможность страгиваться с места в условиях тяжелой геометрической проходимости (крутые подъемы, овраги, выход с плава на лед и т.д.) по принципу электровоза (который страгивает с места огромную массу груза). Использование свойства электромотора создавать максимальный крутящий момент на валу в диапазоне скоростей от 0 км/ч до максимальной обеспечивает возможность преодоления вездеходом препятствий с максимальным усилием на минимальной скорости, что значительно повышает вездеходные возможности вездехода по сравнению с традиционными конструкциями трансмиссий. Передвижение по условиям экстремального бездорожья на минимальной скорости значительно повышает безопасность, комфорт и сохранность вездеходного транспортного средства.

В том числе за счет использования генератора меньшей мощности для подзарядки батареи и работы его в режиме лучшего КПД увеличивается общий пробег вездехода.

Использование электротрансмиссии позволило отказаться практически от всех механических связей, что дало возможность применить различные компоновочные решения с равномерной развесовкой, что очень важно для любого вездехода на слабонесущей опорной поверхности и на воде. Конструкция является универсальной – в зависимости от компоновочной необходимости она может обеспечить передний или задний привод гусеничного вездехода и создать идеальную развесовку машины.

Также обеспечивается возможность использования вездехода, как электростанции бытовой электроэнергии, вдали от источников энергии.

Кроме того, размещение элементов вездехода частично в подгусеничном пространстве значительно увеличит полезное пространство транспортного средства, что в свою очередь за счет высвобождения сделает данное транспортное средство полностью универсальным и многовариантным для использования.

Применение электромеханической трансмиссии позволит сделать сочлененное гусеничное транспортное средство, значительно повышающее вездеходные возможности в преодолении препятствий. Для этого необходимо соединить вездеход на свободную шаровую сцепку с аналогичным транспортным средством, обладающим электромеханической трансмиссией. В отличие от постоянно сочлененных вездеходов это можно делать кратковременно, только для преодоления тяжелых видов препятствий. Электротрансмиссия заявленного вездехода имеет наилучший показатель по соотношению масса машины/тяга на крюке и рассчитана на передвижение ТС с высокой максимальной скоростью за счет небольшого веса всей конструкции и применения развитой подвески.

Вышеописанный вездеход обладает простой и надежной конструкцией, он не обвешан массой дополнительных устройств и имеет минимум механических связей, при этом имеет улучшенную правильную развесовку и увеличенное полезное пространство для размещения, например, экипажа и/или груза, может передвигаться вдали от заправочных станций при любых погодных условиях, имея малый межремонтный пробег и не требуя больших трудозатрат на ремонт и обслуживание.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к малогабаритным гусеничным вездеходам с электромеханическими трансмиссиями. Вездеход содержит силовой каркас, гусеничные движители, ДВС-генератор, два бензобака, два тяговых электродвигателя, накопитель энергии и блок управления. Тяговые электродвигатели установлены в передней части силового каркаса в блоке с редукторами и соединены с узлом ведущего колеса карданной передачей для организации переднего привода гусеничного движителя. ДВС-генератор установлен на полу силового каркаса в задней его части. Накопитель энергии установлен на полу силового каркаса между тяговыми электродвигателями и бензобаками. Достигается упрощение конструкции. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией, характеризующийся тем, что содержит силовой каркас, гусеничные движители, а также установленные в силовом каркасе и соединенные между собой ДВС-генератор, который в свою очередь соединен с двумя бензобаками, два тяговых электродвигателя, каждый из которых соединен со своим тяговым инвертором, накопитель энергии и блок управления, причем силовой каркас содержит пол, крышу и стенки, образующие общее внутренне полезное водоизмещающее пространство, объединенное с дополнительными водоизмещающими полезными пространствами, расположенными с двух сторон от общего внутреннего полезного водоизмещающего пространства в подгусеничном обводе движителей, при этом тяговые электродвигатели установлены в передней части силового каркаса в блоке с редукторами и соединены с узлом ведущего колеса карданной передачей для организации переднего привода гусеничного движителя или установлены снаружи передней части силового каркаса и выполнены в виде непосредственно электродвигателей-колес в качестве ведущих колес, причем ДВС-генератор установлен на полу силового каркаса в задней его части, бензобаки установлены по обе стороны вездехода, между ДВС-генератором и тяговыми электродвигателями, частично на полу силового каркаса в общем внутреннем полезном водоизмещающем пространстве и частично с размещением в дополнительном водоизмещающем полезном пространстве подгусеничного обвода движителей, а накопитель энергии установлен на полу силового каркаса между тяговыми электродвигателями и бензобаками.

2. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что ДВС-генератор, тяговые электродвигатели и накопитель энергии электрически соединены между собой через высоковольтный коммутационный блок посредством CAN-шины и проводов управления.

3. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.2, характеризующийся тем, что высоковольтный коммутационный блок имеет систему контроля изоляции с непрерывным измерением сопротивления изоляции и отправки их значений в CAN шину.

4. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что только два тяговых электродвигателей–редукторов имеют механическую связь, а все остальные элементы трансмиссии связаны между собой исключительно по CAN-шине и проводами управления.

5. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что ДВС-генератор соединен с высоковольтным коммутационным блоком через AC-DC преобразователь.

6. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно с высоковольтным коммутационным блоком соединен DC-AC инвертор.

7. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что накопитель энергии снабжен системой BMS.

8. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что накопитель энергии снабжен блоком терморегулирования.

9. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно снабжен низковольтным коммутационным блоком, с одной стороны соединенным с главным блоком управления и органами управления, а с другой с высоковольтным коммутационным блоком через DC-DC преобразователь, объединенный с блоком бортового зарядного устройства.

10. Малогабаритный гусеничный вездеход с электромеханической трансмиссией по п.1, характеризующийся тем, что общее внутреннее полезное водоизмещающее пространство, объединенное с дополнительным водоизмещающим полезным пространством, расположенным в подгусеничном обводе движителей, полностью защищены от попадания пыли и воды.