Двс в колесе: Мотор-колесо с ДВС: engineering_ru — LiveJournal

Содержание

Белка в колесе: Мотор-колесо

Появление на Парижском автосалоне новейшего концепта небольшой экзотической автокомпании из Монако не случайно. Вот уже семь лет, с тех пор как у Venturi появился новый хозяин, Гильдо Пастор, компания удивляет публику невероятными разработками. Кредо Venturi — экологически чистый электропривод и эпатажный дизайн, автором которого является знаменитый французский дизайнер со славой бунтаря и хулигана Саша Лакич. Первой его работой стал родстер Venturi Fetish, показанный в Париже в 2002 году. Затем были созданы фантастический Astrolab, не похожий ни на что первый в мире автономный электромобиль Eclectic, использующий энергию солнца и ветра, и, наконец, Volage. Лучшего способа продемонстрировать уникальные качества Active Wheel, чем оснастить чудо-колесами Volage, было не придумать. Хайтек на грани реальности — вот что получилось в итоге.

Venturi Volage — это двухместный родстер снаряженной массой 1075 кг, созданный на модернизированном шасси концепта Fetish. Основа кузова — очень легкая и жесткая платформа из полых алюминиевых панелей с сотовой структурой, облицованных с двух сторон карбоновым волокном. Для крепления мотор-колес спереди и сзади на платформе установлены жесткие подрамники из авиационной стали. Передний подрамник выполняет еще одну важную функцию — формирует переднюю сминаемую зону безопасности. На заднем помещается литий-полимерный аккумулятор французской компании Zebra. Кузовные панели отформованы из многослойного карбонового листа. По словам создателя Volage Саши Лакича, дизайн родстера продиктован законами аэродинамики и вычитанием лишнего — ненужного двигателя, трансмиссии, подвески и еще целой кучи металлолома.

Развесовка автомобиля идеальна — 45% массы на передней оси и 55% — на задней. Для полноприводного автомобиля с четырьмя ведущими и управляемыми колесами это очень важно. Мощность каждого мотор-колеса составляет 75 лошадок. Итого 300! До сотни с места эта бесшумная ракета разгоняется всего за 4,9 с и развивает максималку 150 км/ч. Умная электроника чутко прислушивается к работе моторов, подвески и мгновенно корректирует малейшие отклонения от курса, заставляя каждое колесо вращаться со своей скоростью. Щербатую мостовую Volage преодолевает так, что седоки могут спокойно наслаждаться горячим кофе.

Через три года в продаже появятся первые экземпляры Volage ручной сборки. Venturi оценивает обладание фантастическим электромобилем в ?300 000. Автолюбители поскромнее уже в следующем году смогут приобрести серийный суперкомпакт Heuliez WILL с передними мотор-колесами Michelin Active Wheel суммарной мощностью 81 л.с. и запасом хода на одной зарядке литий-полимерной батареи от 150 до 400 км. Стоимость автомобиля составит ?20 000. В качестве бонуса Heuliez предоставит клиентам широкополосный мобильный интернет-доступ прямо в салон и кучу полезных online-сервисов от корпорации Orange.

​Риск остаться без колеса на электромобиле в 2 раза выше, чем на ДВС

Если вы – счастливый владелец электромобиля, который только и видит во сне карту зарядных станций, то отныне можете спать спокойно. Исследования британской аварийно-дорожной службы LV= Britannia Rescue показали, что у вас гораздо больше шансов встать на обочине с проколом колеса, чем оказаться обесточенным. А ещё, собираясь на работу, не забудьте убедиться, что за окном не лето.

По собственным данным компании, статистика за последние три года вполне однозначна: звонки с просьбой приехать и заменить колесо составляют 37% обращений к аварийным бригадам, в отличие от 11%, связанных с опустевшей в пути батареей. Для сравнения приводятся данные для автомобилей с циклом Отто: обычные ДВС-машины страдают повреждениями резины в два раза реже, на уровне 11% вызовов.

В отчёте не уточняется, какого рода повреждения имеются ввиду – обычный шуруп в протекторе, или разрыв покрышки с её полным уничтожением.

Britannia Rescue полагает, что значительная доля инцидентов с повреждениями резины именно на электромобилях связана с двумя основными фактами. Прежде всего, это б

ольшая масса автомобиля. В среднем машина на аккумуляторной тяге ощутимо тяжелее своего жидкотопливного собрата-одноклассника: по данным исследователей, до 50%. Плюс, чтобы как-то компенсировать сильно возросшую массу, львиная доля электрокаров не оснащается даже докаткой — в лучшем случае в багажник положат набор для ремонта шин. Но, во-первых, не всякое повреждение им можно починить, а во-вторых, будем откровенны – даже наши рукастые соотечественники зачастую не знают, как поддомкратить машину и открутить колесо, не говоря уж о каких-то непонятных ремнаборах.

Помимо описанных факторов можно предположить ещё один, не столь очевидный. Многие современные электромобили оснащены автопилотом той или иной степени автономности. Функция, без сомнения, удобная. Но вряд ли кто-то станет отрицать, что зачастую обилие электронных помощников расхолаживает водителя и ослабляет его бдительность. Возможно, та самая яма, в которую влетел недостаточно бдительный виртуальный ассистент, была бы благополучно объехана под контролем водителя.

И конечно, в конце отчёта не забыли англичане дать несколько ценных советов автолюбителям. Нужно регулярно проверять шины, не тратить много времени на прогрев (чтобы батарейки хватило на дорогу) и само собой, вооружиться прогнозом погоды. Дабы поехав на 5% заряда на работу и остановившись на полпути, внезапно не обнаружить, что за окном холодно, а с неба падает что-то белое. Впрочем, подобными сезонными нетленками ежегодно пестрит и отечественная пресса.


Колесо с мотором

Идея применения электромотора, интегрированного прямо в колесо, давно привлекает разработчиков гибридов и электромобилей. Электрические мотор-колеса наделяют машину невиданными возможностями и преимуществами.

Содержание статьи

Устройство и премущества мотор-колеса

Устройство мотор-колеса

Во-первых, отпадает необходимость в трансмиссии – сцеплении, коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это существенно снижает вес, а снижение веса – это дополнительная экономия топлива и снижение вредных выбросов. Кроме того, уменьшается стоимость автомобиля и снижаются затраты на его обслуживание и ремонт. Конструкция существенно упрощается, а, как известно, чем проще – тем надежнее. Отсутствие узлов трансмиссии освобождает больше полезного объема для размещения пассажиров и груза и позволяет конструкторам и дизайнерам шире проявить фантазию.

Во-вторых, машина получает отличную динамику: компактные и легкие электродвигатели развивают максимальный крутящий момент сразу же, как только на них подается питание. Значения крутящего момента могут достигать 700 Н*м.

В-третьих, управляемое мотор-колесо делает автомобиль чрезвычайно маневренным – ведь все колеса могут вращаться с разной скоростью и даже в разных направлениях. Машина способна разворачиваться на 360 градусов, парковаться в самых сложных условиях и мгновенно адаптироваться к качеству дорожного покрытия.

В-четвертых, значительно упрощается конструкция важнейшей для электромобилей системы регенерации энергии торможения.

В-пятых, ничто не сможет сравниться с мотор-колесом в обеспечении активной безопасности движения – любые алгоритмы систем ABS, ESP, Traction Control, Brake Assist и других легко программируются в блоке управления и могут воздействовать на каждое колесо индивидуально.

Недостатки мотор-колеса

Но на пути массового внедрения мотор-колес стоит и несколько нерешенных пока проблем. Главная из них – масса механизмов, помещаемых внутрь обода. Высокооборотные электродвигатели нуждаются в понижающем редукторе. Он должен быть компактным и герметичным. Редуктор добавляет несколько килограммов к общей массе колеса. Большая неподрессоренная масса, или, говоря проще, тяжелые колеса, резко снижают комфорт и управляемость, повышают износ подвески, передают на кузов больше вибраций. Оптимальный вес колеса для среднеразмерного автомобиля составляет от 10 до 30 кг без учета шины. Вписаться в эти жесткие рамки мотор-колесу очень непросто.

Практические разработки Michelin

Французская компания Michelin, всемирно известная не только своими разработками в области шин, но и исследованиями по созданию экономичного и экологически чистого транспорта, уже пятнадцать лет занимается разработкой инновационных мотор-колес для электромобилей. Мотор-колеса «Michelin active wheel» совмещают в одном узле тяговый электродвигатель, элементы управления и подвески и тормозной системы. Они могут применяться как в переднеприводном, так и в заднеприводном варианте, в зависимости от условий эксплуатации.

И все это при общем весе 35 килограмм, что не превышает вес обычного колеса легкового автомобиля! Ключевое место в этой технологии моторизированного колеса занимает миниатюрный электродвигатель. Разработанный Michelin, на сегодняшний день он является самым компактным на рынке. Беспрецедентное соотношение его мощности к массе предоставляет уникальную возможность для уменьшения неподрессоренной массы ходовой части автомобиля. Подобные попытки предпринимались и другими производителями, например Mitsubishi и Siemens, но они так и не дошли до серийного производства.

Мотор-колесо от Protean Electric

Несмотря на всю заманчивость идеи мотор-колеса, автопроизводители несколько лет назад отказались от нее из-за технических трудностей и недостатков. Но нашлись энтузиасты в лице американской компании Protean Electric, которая находится в полушаге от создания практической конструкции. Ее система под названием Protean Drive успешно прошла испытания на автомобилях Mercedes-Benz SLS AMG Coupe, Volvo C30, пикапе Ford F-150 и фургоне Vaxhaull Vivaro. В декабре 2012 года авторитетный американский журнал Car and Driver внес Protean Drive в десятку самых многообещающих технологий 2013 года. При ее разработке было получено 23 патента. Производственный образец компания продемонстрировала в апреле 2013 года, а полномасштабное производство планируется развернуть в 2014 году на вновь построенном заводе в Китае.

Protean Drive предназначена для использования в гибридных автомобилях и электромобилях. Причем она легко может быть адаптирована к уже выпускаемым моделям или для переоборудования автомобилей с ДВС в гибридные. С ее помощью можно реализовать передний, задний или полный привод. В комплект Protean Drive входит мотор, инвертор и блок управления с программным обеспечением. Все перечисленное легко помещается внутри обычного колеса размером от 18 до 24 дюйма. Благодаря прямому приводу отпадает необходимость в коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это ведет к уменьшению потерь на трение при передаче крутящего момента, позволяя сохранять энергию батареи и увеличить пробег без подзарядки. Protean Drive позволяет улучшить топливную экономичность более чем на 30%, в зависимости от размера батареи и режима движения.

Существенное снижение количества деталей приводит к значительному снижению стоимости, веса и повышению надежности. Высвобождаемое пространство «развязывает руки» дизайнерам и конструкторам, которым становится легче воплотить все свои творческие и технические замыслы. Каждое мотор-колесо может управляться контроллером независимо от остальных, что обеспечивает гораздо лучшую управляемость по сравнению с традиционными системами привода ведущих колес. Кроме того, мотор-колесо позволяет гораздо проще и эффективнее реализовать работу систем безопасности автомобиля – антипробуксовочной (traction control), контроля начала движения (launch control) и распределения крутящего момента (torque vectoring). К недостаткам следует отнести увеличение неподрессоренных масс и более слабое ускорение по сравнению с обычными автомобилями.

Мотор-колесо от Protean Electric на сегодняшний день имеет самые высокие показатели удельной мощности (110 л.с.) и крутящего момента (800 Нм) среди всех существующих электроприводных систем. И это при весе всего в 31 килограмм! Protean Drive также превосходит другие конструкции по возможностям рекуперации – до 85% энергии торможения используется для подзаряда батареи. Это позволяет увеличить пробег до 30%, уменьшить размеры батареи и снизить ее стоимость.

Просто о сложном. Двигатель

Все вышло из воды

Двигатель – это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механическую работу.

Двигатели разделяют на первичные и вторичные.

К первичным относятся те виды двигателей, которые преобразуют природные энергетические ресурсы в механическую работу. Это ветряное и водяное колесо, гиревой механизм, тепловые двигатели.

Вторичные – двигатели, которые преобразуют выработанную или накопленную энергию другими источниками. К ним относят электрические, пневматические и гидравлические.

Первичные двигатели, такие как парус и водяное колесо, были известны с незапамятных времен и использовались повсеместно.

До середины XVII века человек обходился первичными двигателями и довольствовался силой воды, ветра и тяжести.

Первым шагом на пути к двигателю стала пароатмосферная машина, созданная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери, которая сама по себе не могла служить механическим приводом, и к ней необходимо было водяное колесо.

В 1763 году механик Иван Ползунов по собственному проекту изготовил стационарную паровую машину, которая хоть и была далека от совершенства, но работала без сбоев.

К 1784 году английский механик Джеймс Уатт создал более совершенную паровую машину, которая была названа универсальным паровым двигателем.

В машине был предусмотрен жесткий поршень, по обе стороны которого поочередно подавался пар. Подача пара происходила автоматически, а поршень через кривошипно-шатунную систему вращал маховик, который обеспечивал плавность хода. Такая модификация машины Севери не была привязана к водонапорной башне и могла стать самостоятельным приводом различных механизмов. Уатт создал элементы, которые в дальнейшей истории двигателестроения в той или иной вариации входили во все паровые машины, получившие широкое распространение. Их использовали как приводы станков, экипажей для перевозки людей и грузов, судов и локомотивов на железных дорогах.

Следующим шагом в двигателестроении стала паровая турбина, изобретенная в конце XIX века, которая применялась на морских судах и на электростанциях в начале XX века.

Индустрия двигателестроения не стояла на месте, и в конце XIX века на первый план вышли двигатели внутреннего сгорания.

Первым в семействе ДВС стал механизм, созданный французским инженером Этьеном Ленуаром в 1860 году. Его конструкция представляла собой одноцилиндровый двухтактный газовый двигатель. Ленуар использовал принцип работы поршня двигателя Уатта, но рабочим телом служил не пар, а продукты сгорания смеси воздуха и светильного газа, вырабатываемого газогенератором.

Двигатель Ленуара стал первым в истории серийно выпускавшимся ДВС.

В 1897 году инженер Рудольф Дизель предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, который был впоследствии назван его именем.

Двигатели внутреннего сгорания стали основой развития автомобильного транспорта в XX веке.

В первой половине XX века были созданы новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 1950-х и ядерные силовые установки.

В 1834 году русский ученый Борис Якоби создал первый пригодный для практического использования вторичный двигатель – электродвигатель постоянного тока.

Двигатели можно классифицировать по источнику энергии, по типам движения, по устройству, по назначению и т.д.

Отрасль двигателестроения является одной из наиболее развивающихся. В год по всему миру подается до 50 заявок на патентование в категории «Двигатели». В основном это модификации существующих механизмов с новым соотношением элементов либо с принципиальными новинками. Новые конструкции же появляются редко.

А вместо сердца – пламенный мотор

В авиации используются в основном тепловые двигатели, которые создают тягу, необходимую для поднятия летательного аппарата в воздух.

По способу создания тяги авиационные двигатели можно разделить на три группы: винтовые, реактивные и комбинированные.

Винтовые двигатели создают тягу вращением воздушного винта, а реактивные преобразуют энергию топлива в кинетическую энергию вытекающей из двигателя газовой струи, вызывающей силу реакции, непосредственно используемой в качестве движущей силы. Воздушно-реактивные двигатели используют для сгорания кислород атмосферного воздуха.


Комбинированные создают тягу, складывающуюся из силы реакции потока продуктов сгорания, вытекающих из двигателя, и тяги, создаваемой обычным или специальным воздушным винтом. Комбинированные двигатели разделяются на турбовинтовые, турбореактивные и винтовентиляторные. Также их называют газотурбинными авиадвигателями.

Такие двигатели с легкостью поднимают в небо трансатлантические лайнеры, но их мощности недостаточно для того, чтобы поднять ракету в космос.

Для ракет используют реактивные двигатели, в них для сгорания топлива используется окислитель, транспортируемый самим летательным аппаратом.

Кроме того, сила тяги реактивного двигателя не зависит от наличия окружающей среды, а также от скорости самой ракеты.

Взлетные технологии

Развитие отрасли двигателестроения в России, стремящейся к независимости от импортных механизмов, началось в 1980-х гг. Такие предприятия, как УМПО, НПП «Мотор», рыбинское НПО «Сатурн», включились в мировую гонку за создание передового двигателя, который составит конкуренцию продукции таких гигантов промышленности, как Pratt & Whitney, которой комплектуют самолеты линейки Boeing и Airbus.

В результате многолетней кропотливой работы всех предприятий и НИИ отрасли, а также интеграции частного и государственного капитала был создан авиационный двигатель ПД-14. Он предназначен для новейшего российского среднемагистрального самолета МС-21, который в конце 2017 года совершил тестовый перелет с аэродрома корпорации «Иркут» на аэродром Жуковский для проведения дальнейших испытаний.

ПД-14 представляет собой турбореактивный двухконтурный двухвальный двигатель. Взлетная тяга ПД-14 может достигать 18 тонн.

Эксперты сравнивают ПД-14 с двигателями для среднемагистральных самолетов компаний Pratt & Whitney и Rolls-Royce.

На базе ПД-14 ведутся разработки вертолетного двигателя ВК-2500М. Подготовка демонстрационной модели двигателя нового поколения запланирована на 2021 год. Как и в ПД-14, в конструкции ВК-2500М будут использованы новейшие материалы, что позволит облегчить массу на 15% по сравнению с существующими аналогами без потери мощности.

Первая модификация указанного двигателя ВК-2500 активно вводится в эксплуатацию, а также выводится на международный рынок путем валидации сертификатов в странах-импортерах. 

Мы наращиваем объемы производства двигателей ВК-2500 в интересах государственного заказчика, а также планируем существенно нарастить экспорт. При этом сборка ведется полностью из российских комплектующих

Анатолий Сердюков, индустриальный директор авиационного кластера Госкорпорации Ростех

В отличие от своего предшественника, новый вертолетный двигатель оснащен цифровой системой автоматического управления с современным электронным блоком автоматического регулирования и новейшими датчиками. Использование современных технологий и новейших материалов позволило обеспечить поддержание режимов в более широком диапазоне температур наружного воздуха, повысить ресурсы и показатели топливной экономичности. Такие двигатели позволят вертолетам семейства Ми-17 и аналогичным расширить потенциал своих возможностей в высокогорных районах и районах с жарким климатом.

Российское двигателестроение развивается в направлении как гражданской, так и военной авиации. В апреле 2018 года завершились работы по стендовым испытаниям опытного двигателя АЛ-41Ф-1.Данная разработка предприятия «ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение» является двигателем первого этапа для истребителя пятого поколения Су-57. АЛ-41Ф-1 является авиационным турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой и управляемым вектором тяги.

Несмотря на гонку технологий, существуют системы, проверенные временем и доказавшие свою эффективность даже спустя многие годы. Ракетные двигатели РД 107/108 на протяжении более полувека являются основой пилотируемой космонавтики в России.

Именно благодаря РД 107/108 Юрий Гагарин совершил свой легендарный полет. Двигатели РД-107 устанавливаются на блоках первой ступени, а РД-108 – второй.



РД-107/108 показали себя как одни из самых надежных и удачных двигателей, поднимающих космические корабли. Они стоят на серийном производстве и доставляют на орбиту российских космонавтов, американских астронавтов и космических туристов.

Российский ракетный двигатель уже назван рекордсменом. За 60 лет использования он не утратил своего первенства в отрасли. На основе первых двигательных систем разработано 18 модификаций.

Когда в 2011 году США прекратили использование шаттлов, единственным способом отправки космонавтов на МКС остались корабли «Союз», оснащенные двигателями РД-107/108. 

Выводы

  • Отрасль двигателестроения является одной из наиболее востребованных и перспективных как для развития промышленности страны, так и для выхода на международный рынок.

  • Внедрение частного капитала и интеграция научно-технической базы предприятий, занимающихся разработкой и производством двигательных систем и комплектующих, позволили создать полный производственный цикл отечественных двигателей, способных составить конкуренцию мировым аналогам.

Рекомендации

  • Интеграция научно-технических достижений и новейших технологий в области двигателестроения для оперативного реагирования отрасли на запросы гражданской и военной авиации, а также космонавтики и своевременного ввода в эксплуатацию новых двигательных систем, отвечающих вызовам времени и не уступающих мировым аналогам.

  • Создание и поддержание научно-технической базы, способной обеспечить российскую авиационную отрасль двигательными системами отечественного производства, сокращение объемов импорта, а также вывод конкурентоспособной продукции на мировой рынок.

Ещё один автопроизводитель вскоре откажется от ДВС

Японская компания Honda намерена в течение ближайших 20 лет полностью отказаться от двигателей внутреннего сгорания.

Редакция

Такое решение было одобрено новым генеральным директором бренда Тошихиро Мибе. Отметим, что ранее о полном переходе на производство и продажу электромобилей заявили компании Bentley, Volvo и General Motors. Первые две планируют это сделать через 10 лет, а GM — с 2035 года.

Согласно озвученным планам, к 2030 году 40% автомобилей Honda будут иметь электрическую основу, а к 2035 году таких машин станет почти 80%. Спустя 20 лет, все авто марки будут на 100% электрическими. Кроме того, к 2050 году автопроизводитель намерен стать полностью углерод-нейтральной компанией. Это означает, что будут сведены к нулю антропогенные выбросы СО2 во всех аспектах деятельности марки.

Так, в течение ближайших пяти лет Honda планирует разработать более десятка новых электромобилей. Для этого в течение этого срока компания инвестирует в новые технологии около 5 триллионов иен (около 46,5 миллиарда долларов).

Причём в США у японского бренда есть стратегическое партнерство с General Motors. Соответственно, автопроизводитель планирует в полной мере использовать эти отношения для разработки аккумуляторов для новой платформы Ultium. В рамках этого альянса будет представлено два больших кроссовера, созданных на новой архитектуре. Одну модель выпустят под маркой Honda, а другую под брендом Acura.

Редакция рекомендует:






Хочу получать самые интересные статьи

равномерность и надежность работы двигателя

Маховик: равномерность и надежность работы двигателя

В любом поршневом двигателе внутреннего сгорания можно найти массивную деталь кривошипно-шатунного механизма и других смежных систем — маховик. Все о маховиках, их существующих типах, конструкции и принципе работы, а также о выборе, ремонте и замене данных деталей — читайте в представленной статье.


Роль и место маховика в двигателе

Маховик (маховое колесо) — узел кривошипно-шатунного механизма (КШМ), сцепления и системы запуска поршневого ДВС; расположенный на хвостовике коленчатого вала металлический диск большой массы с зубчатым венцом, обеспечивающий стабильное функционирование мотора за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии.

Работа поршневых ДВС неравномерна — в каждом из его цилиндров за два оборота вала совершается четыре такта, и в каждом такте скорость движения поршня различна. Для устранения неравномерности вращения коленвала одинаковые такты в разных цилиндрах разнесены во времени, также в состав КШМ вводится дополнительный узел — маховик, выполненный в виде массивного металлического колеса, зафиксированного на задней части коленвала.

Маховик решает несколько ключевых задач:

  • Обеспечение равномерности угловой скорости коленчатого вала;
  • Обеспечение вывода поршней из мертвых точек;
  • Передача крутящего момента от коленчатого вала на механизм сцепления и далее на КП;
  • Передача крутящего момента от шестерни стартера на коленвал при пуске силового агрегата;
  • Некоторые типы деталей — гашение крутильных колебаний и вибраций, развязка КШМ и трансмиссии транспортного средства.

Маховик в сборе с коленчатым валом двигателя

Данная деталь за счет значительной массы накапливает кинетическую энергию, получаемую во время рабочего хода, и отдает ее коленвалу на остальных трех тактах — этим обеспечивается как выравнивание и обеспечение стабильности угловой скорости коленвала, так и вывод поршней из ВМТ и НМТ (за счет возникающих сил инерции). Также именно через маховик осуществляется связь двигателя с трансмиссией автомобиля и передача крутящего момента от шестерни электростартера на коленвал при пуске мотора. Маховик критически важен для нормальной эксплуатации транспортного средства, поэтому при его неисправности необходимо как можно скорее выполнить ремонт или полную замену. Но прежде, чем начинать ремонтные работы, следует разобраться в существующих типах, конструкции и особенностях работы маховиков современных ДВС.


Типы и устройство маховых колес

На современных моторах используются различные по конструкции маховики, но самое широкое распространение получило три типа этих деталей:

  • Сплошной;
  • Облегченный;
  • Демпферный (или двухмассовый).

Наиболее простое устройство имеют сплошные маховики, которые находят применение на большинстве поршневых ДВС — от малолитражных, до самых мощных промышленных, тепловозных и судовых. Основу конструкции составляет чугунный или стальной диск диаметром 30-40 см и более, в центре которого выполнено посадочное место для установки на хвостовик коленчатого вала, а на периферии запрессован венец. Посадочное место для коленвала обычно выполнено в виде расширения (ступицы), в центре которого имеется отверстие большого диаметра, а по окружности располагается 4-12 или больше отверстий для болтов, посредством которых маховик фиксируется на фланце хвостовика вала. На наружной поверхности маховика выполнено место для установки сцепления и отформирована кольцевая контактная площадка для ведомого диска сцепления. На периферии маховика запрессовывается стальной зубчатый венец, посредством которого в момент пуска передается крутящий момент от шестерни стартера на коленвал.

Обычно при изготовлении маховик балансируется для предотвращения биений во время работы двигателя. При балансировке в различных местах маховика удаляются излишки металла (сверловкой), также с целью балансировки в определенном положении устанавливается сцепление и другие детали (если они предусмотрены). В дальнейшем ориентация маховика и сцепления не должна изменяться, в противном случае возникнет опасный для коленчатого вала и всего двигателя дисбаланс.


Облегеченный маховик

Аналогичную конструкцию имеют и облегченные маховики, однако в них для снижения массы выполнены окна различной формы и размеров. Выборка металла маховика с целью снижения его массы обычно выполняется в целях тюнинга и форсирования двигателя. Установка такого маховика несколько снижает стабильность работы силового агрегата на переходных режимах, но обеспечивает быстрый набор максимальных оборотов и в целом позитивно сказывается на мощностных характеристиках. Однако установка облегченного маховика может производиться только параллельно с выполнением других работ по тюнингу/форсированию двигателя.

Двухмассовые маховики имеют гораздо более сложную конструкцию — в их состав входят различные по устройству и принципу действия гасители крутильных колебаний и демпферы. В простейшем случае этот узел состоит из двух дисков (ведомого и ведущего), между которыми располагается гаситель крутильных колебаний — одна или несколько дуговых (свернутых в кольцо или изогнутых дугой) витых пружин. В более сложных конструкциях между дисками располагается ряд шестерен, которые выполняют роль планетарной передачи, а количество пружин может достигать десятка и более. Двухмассовый маховик, как и обычный, монтируется на хвостовик коленчатого вала и удерживает на себе сцепление.


Конструкция двухмассового маховика

Работает демпферный маховик довольно просто. Ведущий диск соединен непосредственно с фланцем коленчатого вала, получая от него крутящий момент, а также все колебания, вибрации и возникающие на переходных режимах толчки. Крутящий момент от ведущего диска на ведомый передается через пружины, однако они за счет своей упругости поглощают значительную часть вибраций, толчков и колебаний, то есть — выполняют функции демпфера. В результате такой развязки ведомый диск, а также соединенное с ним сцепление и трансмиссия, вращаются более равномерно, без колебаний и вибраций.

В настоящее время двухмассовые маховики, несмотря на их сложную конструкцию и относительно высокую стоимость, все чаще устанавливаются на двигатели легковых и грузовых автомобилей. Рост популярности этих деталей обусловлен их лучшим качеством работы и защитой трансмиссии от негативных воздействий со стороны силового агрегата. Однако маховики сплошной конструкции благодаря своей цене, надежности и простоте очень широко используются на бюджетных авто, большинстве тракторов, грузовиков и иной технике.


Вопросы выбора, замены и обслуживания маховика

В процессе эксплуатации двигателя маховик подвергается значительным механическим нагрузкам, поэтому со временем в нем возникают разного рода неисправности — трещины, износ поверхности контакта с ведомым диском сцепления, износ и выломы зубцов венца, деформации и даже полное разрушение (этому подвержены чугунные детали). Неисправности маховика проявляются повышением уровня вибраций и шумов во время работы двигателя, ухудшением работы сцепления, ухудшением или невозможностью запуска мотора стартером (вследствие износа зубчатого венца) и т.д. При появлении этих признаков маховик необходимо осмотреть, при необходимости демонтировать и подвергнуть дефектации, а в случае обнаружения неисправностей — выполнить замену детали в сборе.

Наиболее часто в маховиках сплошной конструкции причиной проблемы становится зубчатый венец, а также трещины и поломки самого диска. При нормальном состоянии маховика венец можно заменить, на замену следует брать деталь того же типа и модели, что стояла ранее. В случае необходимости можно использовать венец с иным числом зубов, однако такая замена не всегда возможна. Демонтаж строго венца обычно выполняется механически — ударами молотка через зубило или иной инструмент. Установка нового венца производится с его нагревом — вследствие температурного расширения деталь легко встанет на свое место, а после остывания надежно зафиксируется на маховике.

В демпферных маховиках зачастую возникают более сложные неисправности — поломка или полное разрушение дуговых пружин, износ подшипников, износ трущихся деталей дисков и т.д. В большинстве случаев двухмассовый маховик не подлежит ремонту, а заменяется в сборе. В отдельных ситуациях возможна замена венца и подшипников, но эти работы лучше доверять специалистам. Диагностика демпферного маховика проводится как на двигателе, так и на снятой детали. В первую очередь проверяется угол отклонения ведомого маховика и люфт, если угол слишком большой или, напротив, маховик заклинил, то деталь должна быть заменена.

Все диагностические работы и замена маховика должны выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту и обслуживанию транспортного средства. Для доступа к детали в большинстве случаев приходится демонтировать коробку передач и сцепление, что связано с дополнительными затратами времени и сил. При монтаже нового маховика необходимо соблюдать ориентацию сцепления, а также использовать определенных тип крепежа и, если это нужно — типы смазочных материалов. Если маховик подобран и заменен правильно, то двигатель и трансмиссия будут надежно работать, уверенно выполняя свои функции.

Другие статьи

#Палец поршневой

Палец поршневой: прочная связь поршня и шатуна

02.02.2022 | Статьи о запасных частях

В любом поршневом двигателе внутреннего сгорания присутствует деталь, соединяющая поршень с верхней головкой шатуна — поршневой палец. Все о поршневых пальцах, их конструктивных особенностях и способах установки, а также о верном подборе и замене пальцев различных типов подробно рассказано в статье.

#Уплотнитель стекла

Уплотнитель стекла: прочная установка автомобильного стекла

17.11.2021 | Статьи о запасных частях

Для монтажа автомобильных стекол в кузовные элементы используются специальные детали, обеспечивающие уплотнение, фиксацию и демпфирование — уплотнители. Все об уплотнителях стекол, их типах, конструктивных особенностях и характеристиках, а также о подборе и замене этих элементов — читайте в статье.

#Переходник ключа карданный

Переходник ключа карданный: удобная работа под углом

10.11.2021 | Статьи о запасных частях

В практике авторемонта и при выполнении слесарно-монтажных работ возникает необходимость работы с резьбовым крепежом, имеющим неудобное положение или наклон. В этих ситуациях на помощь приходят карданные переходники для ключей — об этих приспособлениях, их конструкции и применении читайте в статье.

Что такое торможение двигателем и насколько оно безвредно

Торможение двигателем — это замедление автомобиля без нажатия на педаль тормоза. Одни автомобилисты используют метод в целях экономии топлива и ресурса колодок. Другие прибегают к нему, чтобы избежать заноса на скользкой дороге или при движении по горной местности. Третьи — когда есть проблемы с тормозами. Так или иначе, торможение двигателем имеет две стороны медали. В сегодняшнем материале расскажем о пользе и вреде этого метода.

Что значит тормозить двигателем


Под выражением подразумевается снижение скорости автотранспорта путем отпускания педали акселератора при включенной передаче. Другое название способа — «принудительный холостой ход». Чтобы понять, как это работает, приведем простой пример. Движущийся на скорости водитель, увидев на значительном расстоянии красный сигнал светофора, перестает газовать, в этот момент машина начинает двигаться по инерции, постепенно замедляясь, так что перед перекрестком остается лишь плавно нажать на тормоз. Как правило, процесс идет через последовательное понижение передачи и оборотов двигателя. Рассмотрим подробнее, что происходит в этот момент с автомобилем.

Механическое трение на самом деле не является главной причиной, из-за которой происходит замедление, как думают многие. Исключение составляют дизельные моторы, в которых нет дроссельной заслонки. В отличие от них, у бензиновых агрегатов перекрытие впуска в значительной мере способствует снижению скорости. Водитель отпускает газ — как следствие, топливо перестает поступать в мотор. С этого момента двигатель больше не передает энергию на коробку передач. Скорость замедляется вследствие сопротивления инерции, которая в свою очередь пытается нарастить вращения коленчатого вала. Обороты снижаются, и возникает прямо противоположный эффект — энергия поступает через вращающиеся колеса и трансмиссию в двигатель. Коленвал производит вынужденную работу, за счет механических потерь обороты карданной передачи снижаются, компрессионное сопротивление в цилиндрах растет, скорость снижается — то есть машина тормозит двигателем.

Теперь разберемся с тем, как работает коробка передач, — это даст нам понять, почему тормозить двигателем можно только с переходом на пониженные передачи. При разгоне автомобиля в стандартном режиме коробка дозирует энергию согласно выбранной передаче, если у вас механика. На машине с автоматической коробкой это происходит само собой. Например, если вы едете на пониженной передаче (1-3), то на колеса передается много силы, при этом достичь высокой скорости не получится. На повышенных передачах (4-7) передаваемая на колеса мощность меньше, машина может двигаться быстрее, однако динамика разгона значительно хуже. При движении в таком режиме сопротивление двигателя и коробки минимально, возрастает роль инерции. Отсюда вывод: быстрый разгон возможен только на низких передачах. Если в этот момент перестать давить акселератор, возникнет существенное сопротивление инерции и машина быстро замедлится. Если проделать то же самое на высоких передачах, сброс скорости произойдет менее интенсивно.

Плюсы и минусы метода


Торможение двигателем в значительной степени снижает вероятность заноса на скользкой дороге — в этом, пожалуй, его главная выгода. При таком способе замедления колеса не блокируются, в отличие от использования штатных тормозов, а значит, нет опасности потери управляемости. Даже в машинах с ABS полностью исключить заносы на скользком покрытии невозможно, хотя наличие электронных систем безопасности в значительной мере повышает устойчивость на дороге.

Также торможение двигателем часто используется в горной местности при движении по серпантину, — в основном по причине значительного перегрева колодок вследствие их интенсивного использования. При возникновении нештатной ситуации, требующей быстрого реагирования, все же лучше давить на тормоз, а не тратить время на торможение двигателем, которое точно не поможет быстро остановиться.

В городе двигателем тормозят чаще всего из-за экономии топлива. Автолюбителей привлекает тот факт, что машина движется при отсутствии подачи топлива. При этом не истираются покрышки колес и тормозные колодки. На деле экономия оказывается незначительной, а ошибка в последовательности действий может испортить двигатель.

Метод нередко применяется, если тормоза вышли из строя. Конечно, в этом случае мы рекомендуем обращаться в сервис. Но если транспортировать автомобиль с помощью эвакуатора невозможно, некоторые смельчаки практикуют перемещение машины с использованием данного метода. Скорость замедляется с помощью переключения на пониженные передачи, далее машина останавливается посредством стояночного тормоза (ручника).

Основной недостаток торможения двигателем заключается в том, что стоп-сигналы в момент замедления не зажигаются, значит, идущие сзади автомобили могут не сразу заметить, что ваша машина снижет скорость, повышается риск возникновения аварийной ситуации. Однако гораздо печальней, что злоупотребление способом не лучшим образом сказывается на состоянии механизмов.

Вообще обратные нагрузки плохо переносятся двигателем. Надо понимать, что поршни современных моторов размещены несимметрично и при замедлении с помощью двигателя растут боковые нагрузки. Также повышается разряжение (давление становится ниже атмосферного) во впускном коллекторе, соответственно, увеличивается нагрузка на вентиляционную систему и могут возникнуть утечки. Масло перетекает прямо с распредвала во впускной коллектор. Смазка сочится через поршни прямо в цилиндры, а если машина оснащена турбиной, то еще и через нее. Избыточное масло скорее всего приведет к нагару свечей и порче поршневых колец, не говоря уже о засорении катализатора. В целом скачки давления отрицательно влияют на состояние элементов впуска. Загрязнение впускного коллектора тоже происходит по причине злоупотребления торможением двигателем. Это особенно вредно, если катализатор находится близко к коллектору.

Алгоритм действий


Торможение двигателем на машине с коробкой-автомат обычно ограничивается снятием ноги с педали акселератора: далее «умная» система самостоятельно понижает передачи в нужной последовательности. Однако это возможно не на всех машинах. Подробности об алгоритме действий изложены в инструкции каждой конкретной модели. Так, встречаются АКПП, где сначала нужно включить режим овердрайв (который соответствует третьей передаче), далее по достижении определенной скорости (не более 92 км/ч) следует перейти поочередно сначала на D2, затем при снижении скорости до 54 км/ч и ниже включить L, что соответствует второй и первой передаче. Иногда достаточно включить ручной режим.

С машинами на механике все не так просто. Существует стандартный способ и с «прогазовкой». В первом случае водитель поступает следующим образом: отпускает педаль газа, нажимает сцепление, включает третью передачу, далее по мере падения скорости — вторую и первую. Если вы едете на высокой передаче, переход на пониженную следует делать только через третью передачу. Если сразу перейти на низкую, колеса могут заблокироваться и машину закрутит. Кроме того, излишняя нагрузка не лучшим образом скажется на двигателе и коробке.

Режим с «прогазовкой» считается более щадящим. Основное отличие в том, что перед переходом на пониженные передачи водитель выжимает сцепление, переводит коробку в нейтральное положение, немножко газует и только потом осуществляет переключение на пониженную передачу.

В любом случае, ни при каких условиях нельзя переходить с высокой передачи сразу на первую. Выжимать педаль сцепления следует максимально плавно и только тогда, когда обнаружится связь двигателя с трансмиссией.

Подведем итоги


Торможение двигателем из всех способов сброса скорости наименее интенсивный и характеризуется большим тормозным путем. Злоупотреблять им не стоит, экономия топлива и фрикционного покрытия колодок здесь минимальны. В целях безопасности такой метод оправдан на резких поворотах и при езде по скользкой дороге. Если сцепление с дорожным покрытием плохое, рекомендуем применить комбинированное торможение: сначала с помощью педали тормоза, а затем двигателем. В любом случае правильным будет выбирать скорость, при которой требуется минимум торможений вообще, и действовать в соответствии с ситуацией на дороге.

Как работают моторы в колесах | HowStuffWorks

До сих пор мы узнали, что комбинация нескольких двигателей в колесах может выдавать более 600 лошадиных сил и что они могут получать свою собственную энергию при торможении, но как насчет мгновенной мощности, которая иногда требуется на колеса? Другими словами, обеспечивают ли эти встроенные в колеса электродвигатели достаточный крутящий момент для любого применения? В конце концов, крутящий момент играет важную роль во времени отклика и производительности любого автомобиля, не так ли?

В транспортном средстве, оснащенном электродвигателями в колесах, имеется большой крутящий момент, фактически практически мгновенный.Электродвигатели создают большой крутящий момент, и, поскольку это усилие передается непосредственно на колесо, при передаче теряется очень мало. Каждое колесо может быть оснащено датчиками для определения требуемого крутящего момента в любой момент времени. Подобные системы уже существуют в автомобилях на дорогах, но время отклика немного меньше из-за количества задействованных компонентов и более сложных путей электрической связи.

В автомобиле, оснащенном электродвигателями в колесах, несколько основных систем размещены внутри самого колеса.Таким образом, само собой разумеется, что многие из основных компонентов традиционного автомобиля могут быть удалены. В начале этой статьи мы упомянули, что двигатель, трансмиссия, сцепление, подвеска и другие связанные детали могут быть исключены из транспортных средств, оснащенных электродвигателями в колесах, поскольку компоненты в колесах выполняют все эти функции. Эту замену механических функций электрическими функциями часто называют технологией по проводам , такой как, например, привод по проводам или тормоз по проводам.

Устранение двигателя позволяет добавить дизайну и конструктивным улучшениям транспортное средство. На сегодняшний день испытания системы электродвигателя в колесе проводились многими автопроизводителями и технологическими компаниями, в том числе корпорацией Venturi из Монако для использования в ее концептуальном автомобиле Volage, но вопросы надежности, долговечности и безопасности трудно сообщить без широко распространенного использования системы.

Для получения дополнительной информации о колесных электродвигателях и компаниях, разрабатывающих и тестирующих эту технологию, перейдите по ссылкам на следующей странице.

Внутриколесные двигатели Protean Electric могут сделать электромобили более эффективными Интерес к электрификации автомобилей. Этот интерес особенно силен в Китае, где правительство заявило, что к 2020 году на дорогах должно появиться около 5 миллионов электромобилей. — системы привода автомобиля.К счастью, наша компания Protean Electric может хорошо обслуживать этот рынок — с колесным двигателем, который передает мощность именно туда, где она вам нужна: в колеса. Это упрощает механику, обеспечивает больше места для пассажиров и груза, а также улучшает управляемость.

При поддержке инвесторов и компаний-партнеров по всему миру Protean строит производственные мощности в Китае. Наш первый завод, расположенный в Тяньцзине, в настоящее время производит моторы для колес в небольших объемах, и мы работаем со многими китайскими автопроизводителями над внедрением нашей технологии в их электрические и подключаемые гибридные автомобили.Если все пойдет по плану, мы с минуты на минуту увидим автомобили с нашими двигателями в продаже. Итак, давайте более подробно объясним, как работают эти двигатели и почему мы думаем, что они представляют собой будущее автомобильной электрификации.

Присоединение двигателей непосредственно к колесам кажется очевидным путем, хотя бы из-за механической простоты, которую обеспечивает эта стратегия. Тем не менее, ни один из крупных производителей не делает этого с гибридными или аккумуляторными электромобилями. Почему нет?

Для некоторых производителей нежелание внедрять двигатели в колесах связано с опасениями по поводу так называемой неподрессоренной массы.Эта фраза относится к массе всего, что находится между системой подвески автомобиля и дорогой. В обычном транспортном средстве это тормоза, подшипники, колеса, шарниры равных угловых скоростей (устройства на концах ведущих осей, которые позволяют им передавать мощность под углом) и шины. Он не включает остальную часть трансмиссии, а именно двигатель или двигатель и трансмиссию, которые размещены на шасси автомобиля, как правило, под капотом.

Сведение неподрессоренных масс к минимуму — это хорошо.Его уменьшение улучшает качество езды для водителя и пассажиров и облегчает подвеске удержание шин в контакте с дорогой.

Все в одном: Pd18, флагманский продукт Protean Electric, подходит для 18-дюймового (46-сантиметрового) обода колеса. Двигатель может генерировать до 75 киловатт или чуть более 100 лошадиных сил на каждое приводное колесо. Без какой-либо трансмиссии он может развивать крутящий момент, сравнимый, если не лучший, с крутящим моментом обычного автомобиля. Система ProteanDrive также содержит подшипники и тормоза, поэтому для этих функций не требуются отдельные компоненты. Фото: Protean Electric

Транспортное средство, приводимое в движение электродвигателями в колесах, конечно, будет иметь значительно большую неподрессоренную массу, потому что вес двигателя приходится на каждое приводное колесо. Таким образом, многие автомобильные дизайнеры считают, что двигатели в колесах по своей сути проблематичны. Но действительно ли эти опасения оправданы?

В самом начале мы обратились в компанию Lotus Engineering в Англии, признанного эксперта в области плавности хода и управляемости, и попросили ее инженеров объективно исследовать влияние неподрессоренных масс на управляемость автомобиля.Для нашей компании это было бы решающим испытанием.

Lotus добавил массу до 30 кг к каждому из четырех колес Ford Focus и оснастил автомобиль приборами для измерения вибрации и движения. Компания поддержала свою работу с помощью компьютерного моделирования, чтобы лучше понять эффекты добавления как статической, так и вращающейся массы к колесам. Кроме того, обученные водители выполнили стандартизированные оценки, чтобы предоставить дополнительную информацию о том, как дополнительная масса повлияла на плавность хода и управляемость.

Lotus обнаружил, что эффект увеличения неподрессоренной массы, хотя и заметный для опытного водителя, на самом деле не так уж и значителен. Добавленная масса заставила автомобиль чувствовать, что его подвеска и рулевое управление еще не подверглись обычной настройке, которая является стандартной частью разработки автомобиля.

Инженеры Lotus смогли устранить большую часть эффекта дополнительной неподрессоренной массы, используя немного большую амортизацию подвески. Более того, они обнаружили, что, когда эта неподрессоренная масса исходила от реальных двигателей, прикрепленных к колесам, способность независимо приводить в действие каждую сторону автомобиля существенно улучшала управляемость автомобиля.

Сейчас мы провели аналогичные исследования на других транспортных средствах. И во всех случаях мы обнаружили, что как только амортизаторы перенастраиваются и мы добавляем индивидуальное управление колесами, чистый эффект на управляемость автомобиля становится лучше. Так что неподрессоренная масса на самом деле не является решающим фактором.

Присоединение двигателей непосредственно к колесам кажется очевидным, хотя бы из-за механической простоты, которую обеспечивает эта стратегия. Однако никто из крупных производителей этого не делает.

Еще одна проблема, связанная с использованием колесных двигателей, связана с дополнительной сложностью программного обеспечения для контроллера двигателя.Это программное обеспечение должно принимать решения о том, какой крутящий момент требуется от каждого двигателя в каждый момент времени, исходя из состояния автомобиля и команд водителя. В нормальных условиях запустить два двигателя вместо одного несложно. Но если в одном двигателе возникает неисправность, контроллер должен предотвратить развитие опасной асимметрии, которая может привести к неконтролируемому уводу транспортного средства в одну сторону.

Наш ответ на эту очень важную проблему безопасности состоял в том, чтобы встроить в наши двигатели две полностью независимые системы, которые могут обнаруживать неисправность и выравнивать крутящий момент между двумя или более двигателями.Транспортные средства должны соответствовать стандарту безопасности ISO 26262, который требует доказательства того, что опасный технический сбой будет чрезвычайно маловероятным. Это чрезвычайно сложный стандарт, но мы уверены, что наши двигатели помогут автопроизводителям в соблюдении этих требований.

Как насчет стоимости? Независимо от того, насколько хороша технология, если она слишком дорогая, клиенты будут уклоняться. Мы сравнили стоимость типичной электрической трансмиссии с коробкой передач, двигателем, дифференциалом и карданным валом со стоимостью двух колесных двигателей.Хотя два двигателя несколько дороже, чем один центральный двигатель и трансмиссия, внутриколесная система более эффективна, поскольку имеет меньшую массу и не страдает от потерь на трение в трансмиссии. Это означает, что во многих случаях автопроизводитель может поставить автомобиль, который едет быстрее или дальше (или и то, и другое), и при этом стоит не больше, чем конкурирующие модели.

Комната для восьми: в апреле Protean Electric объявила о стратегическом партнерстве с LM Industries, чтобы предоставить мотор-колеса для автономного пассажирского шаттла этой компании, нового транспортного средства, получившего название «Олли». Фото: Local Motors

Еще одна проблема, высказанная по поводу моторов в колесах, связана с их предполагаемой недостаточной долговечностью. Размещение двигателей в колесах, а не под капотом, означает, что они будут повреждены, когда автомобиль будет двигаться по неровной дороге. Их также забрасывает вода, песок, гравий и весь другой мусор, по которому мы регулярно проезжаем. Да, эти условия могут создать проблемы, но в результате обширных испытаний в реальных условиях мы показали, что вполне возможно создать продукт, способный выдержать любые нагрузки.

Сейчас мы видим высокий спрос на приложения, в которых мотор-колеса могут обеспечить очевидные конкурентные преимущества, такие как низкопольные грузовые автомобили и электрические полноприводные автомобили и грузовики.

Подобные опасения в прошлом ослепляли большинство автопроизводителей в отношении преимуществ колесных двигателей. Некоторые из них исследовали их в концептуальных автомобилях, и несколько компаний в настоящее время пытаются вывести на автомобильный рынок приводные двигатели, которые уже давно популярны для велосипедов и скутеров.Protean Electric лидирует в этом пакете, выполнив инженерные работы, необходимые для того, чтобы сделать наши колесные двигатели действительно привлекательным способом питания электромобиля.

Наша новая система мотор-колеса , которую мы называем ProteanDrive, представляет собой полноценную трансмиссию в колесе. Но, возможно, трансмиссия — не лучшее слово для его описания: здесь нет ни шестерен, ни трансмиссии. Вместо этого ротор электродвигателя соединяется непосредственно со ступицей, передавая крутящий момент от двигателя к колесу.Это обеспечивает максимальную эффективность и компактность.

Хотя мы разработали двигатели разных размеров для различных областей применения, нашим флагманским продуктом является двигатель Pd18, названный так потому, что он предназначен для установки на обод колеса диаметром 18 дюймов (около 46 сантиметров). Pd18, который весит 36 кг (79 фунтов), может развивать крутящий момент 1250 ньютон-метров (922 фут-фунта) и 75 киловатт мощности на руле. Это означает, что два из них могут предложить до 2500 Нм крутящего момента и 150 кВт мощности.

Это может показаться непомерно большим, учитывая, что типичный автомобильный двигатель внутреннего сгорания может производить всего несколько сотен ньютон-метров.Но вы должны помнить, что в обычном автомобиле крутящий момент двигателя умножается на любое передаточное число между двигателем и колесами. На первой передаче это может быть число вроде 10; на более высоких передачах множитель будет ниже. Таким образом, пара Pd18 может соответствовать типичному уровню крутящего момента, который может обеспечить обычный автомобиль.

В основе нашего ProteanDrive лежит синхронный двигатель с постоянными магнитами и набор тесно интегрированной электроники. Электроника посылает точно контролируемые токи в обмотки электромагнитов двигателя, создавая магнитные поля, которые взаимодействуют с постоянными магнитами из редкоземельных металлов, прикрепленными к ротору.Благодаря этому механизму каждый мотор в колесе может обеспечить необходимый крутящий момент всего за миллисекунду.

Электронная схема спроектирована таким образом, чтобы соответствовать общему корпусу двигателя, и имеет общее охлаждение с двигателем, обмотки которого проходят через них с током до 90 ампер и, таким образом, выделяют много отработанного тепла. Это тепло вместе с теплом электроники отводится водой, протекающей через канал охлаждающей жидкости в корпусе двигателя. Хладагент находится в хорошем тепловом контакте как с электронными компонентами, так и с обмотками двигателя.Эти обмотки заключены в защитную эпоксидную смолу, которая помогает отводить тепло. Такая тесная интеграция двигателя и электроники привода позволяет очень маленькому двигателю генерировать большую мощность.

Программное обеспечение, работающее на микропроцессоре, поддерживаемом программируемой пользователем вентильной матрицей, принимает 16 000 решений в секунду о том, какое напряжение должно быть подано на обмотки, на основе измерений датчиков, которые передают информацию об электрическом и тепловом состоянии двигателя. а также его положение и скорость.Программное обеспечение гарантирует, что электрические токи, протекающие через двигатель, точно соответствуют требованиям плавной и бесшумной работы.

Lean and Clean: установка подвесных двигателей создает дополнительное пространство на шасси для пассажиров или груза. Фото: Protean Electric

Поскольку двигателю не требуется трансмиссия, дифференциал или шарниры равных угловых скоростей (ШРУС) для соединения с колесами, он теряет гораздо меньше энергии на трение и, следовательно, может использовать меньшую батарею для обеспечения того же диапазона.Это представляет собой значительную экономию. Это также обещает снизить эксплуатационные расходы, что оценит любой автовладелец, которому приходилось заменять порванный пыльник CV.

Пространство — еще одно преимущество. Без большого электродвигателя под капотом в машине гораздо больше места для людей и вещей. Размещение двигателей на колесах дает дизайнерам больше свободы для разработки новых компоновок транспортных средств, и наши клиенты начинают понимать, что это огромная ценность.

Управляемость, однако, это то, где двигатели в колесах действительно блестят.Обычные автомобили реализуют такие функции, как контроль тяги и устойчивости, замедляя колесо, которое вращается быстрее, чем должно. Но этот подход довольно медленно реагирует и ограничивается применением тормозящей силы. Чтобы разблокировать скользящую шину, было бы предпочтительнее приложить некоторый крутящий момент. С моторами в колесах вы можете это сделать. Действительно, вы можете обеспечить точно контролируемый тормозной или автомобильный крутящий момент в миллисекундном масштабе и тем самым значительно улучшить контроль тяги и устойчивости, сократить тормозной путь и повысить управляемость и безопасность.

В колесных двигателях

также предусмотрена так называемая векторизация крутящего момента — приложение разных крутящих моментов к разным колесам, что может заметно улучшить управляемость. Например, Honda встроила в некоторые автомобили свою систему полного привода Super Handling All Wheel Drive. Но механизмы для достижения этой цели, как правило, сложны и дороги. В автомобиле, в котором используется система двигателя в колесе, эта возможность предоставляется практически бесплатно, для этого требуется только правильное программное обеспечение. Результатом может быть автомобиль, который проходит повороты как по рельсам, который может чувствовать себя как проворным в городском потоке, так и стабильным на высоких скоростях.

Снова новинка: реконструированная версия модели Lohner-Porsche Semper Vivus начала 20-го века с двумя электродвигателями в колесах спереди отправляется в 2011 году на испытательном треке Porsche в Вайссахе, недалеко от Штутгарта. Фото: Музей Porsche

Чтобы добиться всего этого, нам пришлось преодолеть несколько сложных технических проблем. Одним из них была миниатюризация и интеграция инвертора: электроники, которая преобразовывала постоянный ток от автомобильного аккумулятора в переменный ток для двигателя.Большинство инверторов для транспортных средств имеют размер большой коробки из-под обуви, но мы упаковали наш меньше, чем вдвое, так что он может аккуратно поместиться за электродвигателем. Такая упаковка позволяет нам прокладывать только два кабеля постоянного тока к каждому двигателю, а не передавать переменный ток по шести кабелям, что нам пришлось бы сделать, если бы мы установили инвертор в другом месте.

В отличие от большинства продуктов наших конкурентов, в нашем двигателе ротор расположен снаружи. В этой конструкции зазор между статором и ротором (через который развиваются магнитные силы) имеет максимально доступный радиус, тем самым создавая максимально возможный крутящий момент в пределах обода колеса.Такой подход позволяет нашему двигателю развивать достаточный крутящий момент без необходимости в зубчатой ​​передаче, которая снизила бы эффективность и создала шум.

Конечно, для создания такого крутящего момента требуется значительное количество тока, поэтому обмотки и электроника могут выделять много тепла. Нам пришлось придумать способ отвести это тепло от двигателя, чтобы различные компоненты не подгорели. О каком количестве тепла идет речь? Так вот, один ТЭН на электроплите выдает около 3 киловатт, а наш мотор выдает до 6 киловатт.Мы справляемся с этим теплом с помощью нашей системы жидкостного охлаждения, которая включает в себя радиатор, установленный в центре автомобиля.

Мы разработали все, чтобы выдерживать различные условия окружающей среды, в которых может находиться колесо в течение всего срока службы автомобиля. И мы должны предвидеть не только удары, вибрацию, воду и камни: когда водитель потребляет мощность от автомобиля, электроника быстро нагревается, а затем остывает; это повторяющееся термоциклирование может привести к преждевременной деградации компонентов.Поэтому мы использовали специальные стенды для проверки электроники и выявления слабых мест. Теперь у нас есть то, что мы считаем очень прочной конструкцией, рассчитанной на весь срок службы автомобиля, который мы определяем как 300 000 километров, 15 лет и 8 000 часов работы — таковы общие ожидания этой очень требовательной отрасли.

Есть одна проблема , которую нам еще предстоит преодолеть: фиксированное мышление некоторых автопроизводителей. Многие из них решили, что моторы в колесах непрактичны, и их было трудно переубедить в обратном.Вот почему мы так рады нашим проектам с недавно созданными автопроизводителями как в Китае, так и на Западе, которые более открыты.

Хотя мы медленнее продвигаемся к традиционным автопроизводителям в Европе и Северной Америке, мы начинаем набирать обороты там. Сейчас мы видим высокий спрос на приложения, в которых мотор-колеса могут обеспечить очевидные конкурентные преимущества, такие как низкопольные грузовые автомобили и электрические полноприводные автомобили и грузовики. Разработчики автономных транспортных средств завтрашнего дня также очень заинтересованы в свободе, которую могут предоставить двигатели в колесах.

Хотя мы не можем быть слишком конкретными здесь, мы ожидаем, что наши клиенты и стратегические партнеры сделают несколько интересных объявлений в конце этого года. Таким образом, мы уверены, что Protean готова наконец реализовать потенциал, который некоторые из первых автомобильных пионеров предполагали, когда более века назад встраивали электродвигатели в колеса своих безлошадных повозок.

Эта статья появилась в печатном выпуске за июль 2018 года под названием «Колесные двигатели снова катятся».

Словенская компания производит встроенные в колеса электродвигатели

Словенская компания Elaphe создала встроенные в колеса электродвигатели, которые прошли испытания в самых неблагоприятных условиях зимы.

Одна из основных причин, по которой мы не видим серийных электромобилей с двигателями в колесах, заключается в том, что колесам приходится много терпеть, натыкаясь на разбитое дорожное покрытие, подъездные пути, иногда даже на бордюры, и врезаясь в выбоины. Электродвигатели в колесах не выдержали такого жестокого обращения.

Видео компании Elaphe показывает, как ее двигатели проходят испытания на покрытом льдом испытательном полигоне в Хэйхэ, Китай, предназначенном для проверки долговечности (и шума) автомобильных компонентов при сильных вибрациях.

ПРОВЕРКА: Protean запускает производство внутриколесного электродвигателя

Двигатели упакованы в виде полной ступицы колеса с дисковыми или барабанными тормозами, двигателем, подшипниками и всем, что может понадобиться автопроизводителю, чтобы прикрутить их к концу подвески.

Колесные двигатели могут помочь автопроизводителям воспользоваться одним из основных преимуществ электромобилей: они могут предложить много места внутри при относительно небольшой занимаемой площади. Им не нужен большой моторный отсек, достаточно места под полом для аккумуляторов. С двигателями в колесах им даже не нужно отдельное пространство в кузове автомобиля.

Без осей и коробок передач колесные двигатели также были бы более эффективными и увеличили запас хода электромобилей.

Электрический силовой агрегат Bosch

Еще одним преимуществом является то, что это упростило бы системы контроля тяги и устойчивости, поскольку инженеры могли бы напрямую контролировать крутящий момент или сопротивление на каждом колесе, а не контролировать мощность и торможение по отдельности, а иногда и увеличивать мощность централизованного двигателя, одновременно применяя тормоз в например, одно колесо, чтобы машина двигалась по снегу.

Крупные поставщики автомобилей также разрабатывают конкурирующие технологии, такие как электронная ось Bosch, которая объединяет двигатель, трансмиссию и блок управления мощностью на одной оси, которую можно встроить в существующую конструкцию автомобиля, например, для отдельной задней оси. полноприводного внедорожника.

Неясно, скоро ли колесные двигатели Elaphe превратятся в электромобиль или внедорожник, но видео показывает, что компания, возможно, находится на пути к решению одной из основных проблем с двигателями.

Printed Motor Works стала пионером в разработке колесных электродвигателей и поставила многие тысячи мощных и компактных колесных двигателей для роботизированной тяги и подъемных устройств, а также образцы и прототипы для широкого круга клиентов в морской отрасли. , аэрокосмическая и оборонная промышленность, тяжелая промышленность и коммерческие автомобильные рынки.

Printed Motor Works предлагает широкий ассортимент ступичных двигателей для узкоспециализированных применений. Серия XR со встроенными колесами (XR означает eXternal Rotor) позволяет заглянуть в будущее технологии приводных колес. Мы рады работать с клиентами над разработкой, производством и поставкой мотор-колес для этих специальных применений.

Внутриколесные двигатели серии XR

Колесо серии XR представляет собой бесщеточный двигатель с постоянными магнитами и внешним ротором. Бесщеточные двигатели с постоянными магнитами, как правило, являются наиболее эффективными двигателями с наивысшей плотностью крутящего момента, доступными на сегодняшний день.Серия XR имеет два явных дополнительных преимущества: магниты расположены на внешнем роторе, что дает двигателю фундаментальное геометрическое преимущество, заключающееся в том, что крутящий момент передается на самую внешнюю точку двигателя. Наконец, плотность крутящего момента более крупной серии XR максимизируется за счет высокой степени заполнения пазов. Высокое заполнение пазов достигается за счет индивидуальной намотки каждого зубца статора перед их сборкой в ​​статор.

Колёсные электродвигатели с прямым приводом, вид сбоку: мотор-колёс XR20-12 для автомобиля с автоматическим управлением, мотор-колёс XR32-13 для тяжёлого внедорожника и мотор-колёс XR32-11 для легкового автомобиля

Зубья статора более крупной серии XR являются модульными и сцеплены таким образом, что мы можем изменять диаметр и длину статора более или менее бесконечно, чтобы соответствовать как компоновке, так и требованиям к мощности приложения.Колесо серии XR может быть с жидкостным охлаждением или даже заполненным маслом для подводных применений, где требуется компенсация подводного давления.

Применение колесных двигателей серии XR включает замену больших систем гидравлического привода с высоким крутящим моментом компактным эффективным двигателем, промышленные и морские лебедки, привод промышленных роботов и других специализированных электромобилей и прицепов, тягу, например, для коммерческих электромобилей. в горнодобывающей промышленности, радарные системы с прямым приводом, железнодорожные транспортные средства с прямым приводом, компактные генераторы для вспомогательных силовых установок и общая гибридизация силовых установок транспортных средств.

Ниже приведены некоторые примеры колесных двигателей серии XR:

Двигатели серии XR Номинальные характеристики двигателя (непрерывные)      
Модель Напряжение Ток Крутящий момент Скорость Мощность
В А Нм об/мин кВт
XR15-03 9236 60 2.8 1 1400 0,15 чертеж техническое описание STEP
XR15-05 XR15-05 9251 48 10.25 8 480 480 0.4 Рисунок DataSeet Шаг
XR15-06 9237 60190 7 7 29 1380 1380 0.42 Рисунок DataSeet Шаг
XR20-09 9203 36 60 25 450 1.2 чертеж техническое описание STEP
XR20-09 (вода охлаждения) 9203 36 60190 31 31 450 1.5 Рисунок DataSeet Шаг
XR25-05 9228 460 0.5 1 1 300 0.035 Рисунок DataSeet Шаг
XR32-11 9207 66 72 60 750 4.7 чертеж техническое описание STEP
XR32-13 9210 100 213 250 250 150 3.93 Рисунок DataSeet Шаг
XR32-13 (вода охлаждения) 9210 100 3 39 300 187 5.87 Рисунок Datasheet Шаг
XR44-16 (вода охлаждения) 9141 300 250 753 753 600 47 Рисунок DataSeet Шаг

Для бесщеточных двигателей постоянного тока в колесах серии XR доступны следующие спецификации:

XR32-11 Внутриколесный двигатель PDF

Вид спереди на мотор-колесо XR 32-11 с прямым приводом для легкового автомобиля (места крепления дискового тормоза сзади).

ПОЛУЧИТЕ МОТОР СПЕЦИАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ

ДЛЯ ВАШИХ СПЕЦИФИКАЦИЙ


Printed Motor Works Limited Newman Lane, Alton, Hampshire GU34 2QW, +44 1420 594 140, зарегистрирована в Англии и Уэльсе под номером06838137
Copyright © 2022 Printed Motor Works Все права защищены

Печатный моторный завод

Давайте поговорим о внутриколесных двигателях

В последние годы мы наблюдаем, как некоторые разработчики транспортных средств переходят к конфигурациям трансмиссии, в которых двигатель устанавливается внутри колеса: система внутриколесного двигателя. Мы должны признать, что когда электродвигатели интегрированы в колеса, появляется впечатляющее количество нового пространства. И, конечно же, эти так называемые мотор-колеса или мотор-колеса имеют определенные преимущества, но они также создают некоторые проблемы.

Размер и стоимость двигателя

Мотор-колеса не новинка. В начале 20-го века в первом гибридном автомобиле Фердинанда Порше использовались электродвигатели, установленные на ступицах, на каждом колесе. Эти двигатели приводят в движение колесо напрямую. Нет необходимости в коробке передач или карданном валу. При использовании редуктора скорость снижается, а крутящий момент увеличивается. Но с мотором в колесе снижения нет. Скорость вращения колеса равна скорости двигателя, поэтому требуемый крутящий момент и мощность должны передаваться в режиме прямого привода.Каковы последствия этого? Поскольку крутящий момент двигателя напрямую зависит от размера двигателя, а увеличение крутящего момента отсутствует (поскольку нет коробки передач), для достижения требуемой производительности двигатель должен иметь больший размер. Это также оказывает значительное влияние на стоимость, поскольку уровень создания крутящего момента напрямую зависит от количества необходимого материала постоянного магнита. Особенно с 4 колесами (и, следовательно, с 4 двигателями) стоимость трансмиссии значительно возрастает.

Долговечность

Мотор-колеса подвергаются прямому воздействию пыли, соли, воды и других жидкостей, а также вибрации и ударам, что сокращает срок их службы.Это одна из основных причин, по которой Ford в конце концов решил отказаться от концепций колесных двигателей, над которыми они работали, для нового электрического F-150.

Не так много данных о практической долговечности колесных двигателей в транспортных средствах, просто потому, что их не так много в эксплуатации. Но для большинства вариантов использования мы можем ожидать, что моторы в колесах далеки от идеального решения.

Динамика автомобиля

Важным аспектом динамики автомобиля является «неподрессоренная масса».Увеличение массы колеса снижает комфорт при вождении. Это почему? Неподрессоренная масса не поддерживается подвеской автомобиля. Таким образом, снижение неподрессоренной массы является ключом к улучшению управляемости. Чем ниже неподрессоренная масса, тем легче амортизаторам и пружинам удерживать шины в контакте с дорогой на неровной поверхности. Многие проблемы, если не все, вызваны инерцией. Большая масса означает более высокую инерцию. А более высокая инерция означает большую нагрузку на амортизаторы и пружины. Если неподрессоренные компоненты имеют большую массу, их труднее ускорять/замедлять, что затрудняет поддержание постоянной нагрузки подвески на шину.

Постоянный контакт шины с дорогой необходим для управляемости и безопасности. Вот почему производители автомобилей обычно делают все возможное, чтобы сделать колеса максимально легкими, чтобы обеспечить оптимальную производительность.

Мотор-колеса напрямую увеличивают неподрессоренную массу автомобиля, поскольку они расположены «перед» подвеской при трогании с места. Эта проблема серьезно усугубляется тем фактом, что двигатели в колесах, как правило, имеют прямой привод и, следовательно, тяжелее, чем их бортовые аналоги.

Силовой агрегат на колесах обычно реализуется как система полного привода. Привод на четыре колеса положительно влияет на ходовые качества автомобиля. С полным приводом сцепление с дорогой лучше. Система распределения крутящего момента обеспечивает оптимальное сцепление каждого колеса в любой ситуации. Это повышает безопасность, ускорение и управляемость. Тем не менее, 4WD также может быть реализован с бортовыми двигателями (как это делают большинство электрических «мощных» автомобилей в наши дни), так что это ни в коей мере не является преимуществом для двигателей в колесах.То же самое касается способа рекуперации энергии при рекуперативном торможении: в этом отношении внутриколесные двигатели не дают никаких преимуществ перед бортовыми двигателями.

Эффективность

Двигатели в колесах всегда будут больше страдать от потерь холостого хода и потерь при частичной нагрузке, потому что двигатели не могут быть отсоединены от колес. Существует тенденция к установке большего количества двигателей в транспортном средстве, и то, что мы видим, например, с Porsche Taycan, заключается в том, что задние двигатели отделяются от колес при движении на скорости по шоссе, чтобы оптимизировать эффективность трансмиссии.Это очень сложно реализовать с моторами в колесах. Они всегда вращаются вместе с колесами, даже если не используются активно.

Некоторые компании утверждают, что КПД с мотор-колесами выше из-за отсутствия коробки передач. Хотя коробка передач всегда немного неэффективна, 1- или 2-ступенчатые коробки передач, которые обычно используются для электромобилей, намного эффективнее, чем сложные многоступенчатые трансмиссии, используемые в силовых агрегатах с двигателями внутреннего сгорания. Мы наблюдаем потерю эффективности коробки передач на 1 или, может быть, 2 процента.Однако эта потеря эффективности компенсируется тем фактом, что благодаря коробке передач электродвигатель может работать в своей наиболее эффективной рабочей зоне, что приводит к увеличению запаса хода транспортного средства по сравнению с системой прямого привода в зависимости от вариант использования и ездовой цикл.

Платформы для скейтборда и модули для прохождения поворотов

В недавней тенденции платформ для скейтборда мы видим 3 различных варианта установки:

  • централизованные стационарные моторы (например, Canoo),
  • моторы, расположенные близко к колесу (но не в колесе) (например,грамм. РЗЭ) и
  • мотор-колеса (например, Lightyear)

Установка двигателей ближе к колесу ставит новые инженерные задачи. Возьмем пример с торможением. Все электромобили используют ту или иную форму рекуперативного торможения, что очень полезно для эффективности. Но не все торможения можно выполнять только с помощью рекуперативного торможения, например. для экстренной остановки. Это означает, что фрикционные тормоза по-прежнему необходимы, а в двигателях колес остается очень мало места для их установки. В результате охлаждение тормозов становится проблемой.

В каких случаях целесообразно использовать конфигурации «в колесе» или «близко к колесу»?

Новые конфигурации, такие как «в колесе» и «рядом с колесом», имеют свои преимущества. Эти новые платформы могут стать достойной альтернативой, особенно в тех случаях, когда место для аккумуляторной батареи имеет важное значение, модульность является ключевым фактором, а транспортное средство будет двигаться по гладким, плоским поверхностям.

Примером являются небольшие коммерческие автомобили, которые движутся с относительно низкой скоростью и по гладким поверхностям, таким как городские районы. В сочетании с платформой электромобиля в стиле скейтборда, где все механические части встроены в платформу, такая компоновка максимально увеличивает доступное полезное пространство.

Интеграция

В компании Traxial мы верим в необходимость установки нескольких двигателей на транспортное средство, особенно при использовании преимуществ размеров двигателей с осевым магнитным потоком. Комбинация двигателя с осевым потоком с 1- или 2-ступенчатой ​​коробкой передач является очень практичным решением даже при использовании 1, 2, 3 или 4 электродвигателей на одном транспортном средстве.

Заключение

За последние 20 лет появилось много концептов и демонстраторов, но ни один пассажирский автомобиль не был серийно выпущен с мотор-колесами (пока).На данный момент мы можем сказать, что Ford был прав, отказавшись от колесных двигателей для своего пикапа F-150. Глядя на вариант их использования, стационарные двигатели имеют больше смысла, поскольку они обеспечивают лучшую динамику автомобиля и долговечность, поскольку двигатели находятся внутри кузова автомобиля и защищены от окружающей среды. Кроме того, это более энергоэффективное решение, поскольку при необходимости один или несколько двигателей можно разъединить. В большинстве вариантов использования наземной электромобили больше всего выигрывают бортовые двигатели. Для некоторых конкретных случаев использования имеет смысл использовать либо колесные, либо угловые модули.Но для большинства применений трансмиссия, сочетающая 1- или 2-скоростную коробку передач с осевым магнитным двигателем без ярма Traxial, обеспечит превосходную эффективность в минимально возможном корпусе.

Поговорите с нашим отделом продаж, чтобы изучить возможности интеграции безбугельных двигателей Traxial с осевым потоком в ваши следующие транспортные средства.

Почему у электромобилей нет четырех моторов в колесах?

Электродвигатели в колесе или ступице колеса — идея не новая. Бензиново-электрический гибрид Lohner-Porsche 1900 года, например, приводился в движение электродвигателями, встроенными в ступицы его больших колес с надувными шинами.

Сегодня электродвигатели в колесах можно найти во многих электромобилях. Просто ни один из них не является серийным автомобилем или внедорожником. Колесные двигатели производства Bosch популярны в небольших электросамокатах, таких как китайская марка Niu. Втулочные двигатели с прямым приводом также довольно широко используются в электрических велосипедах.

ПОДРОБНЕЕ: Полный совет по электромобилям и часто задаваемые вопросы
ПОДРОБНЕЕ: Объяснение технологии EV

Тем не менее, некоторые компании разрабатывают четырехколесные электромобили с двигателями в колесах.

Хотите получать последние новости и обзоры электромобилей на свой почтовый ящик? Подпишитесь на нашу еженедельную рассылку!

Американский Лордстаун, похоже, является производителем, наиболее близким к производству. Основанный в 2018 году завод стартапа в Лордстауне, штат Огайо, был куплен у General Motors. GM также инвестировала в компанию 75 миллионов долларов США.

В электромобиле Lohner-Porsche 1901 года использовались встроенные в колеса электродвигатели

. Завод в Лордстауне строит предсерийные версии своей первой модели Endurance ute.Полномасштабное производство должно начаться в сентябре 2021 года, и компания заявляет, что у нее есть 100 000 (необязательных) предварительных заказов на большой пикап с двойной кабиной.

Хотя Лордстаун изготавливает моторы внутри каждого колеса Endurance, заслуга в их разработке принадлежит компании под названием Elaphe. У этой словенской команды есть лицензионное соглашение с Lordstown.

Шасси пикапа Lordstown Endurance и его четыре электродвигателя в колесах

Endurance имеет «первую в мире полностью электрическую систему привода на колеса, созданную для работы», по словам энтузиастов с большой буквы в маркетинге Lordstown. отделение.

Lightyear One не похож на Lordstown Endurance, но у него также есть четыре мотора в колесах. Представленный в 2019 году, этот ультра-аэродинамический и очень дорогой пятиместный седан из Голландии планируется запустить в производство в конце этого года. Инженеры Lightyear, одержимые эффективностью, разработали двигатель, используемый в колесах One, с нуля.

Электромобиль Lightyear One, в котором используются электродвигатели в колесах

И Lightyear, и Lordstown подчеркивают преимущества двигателей в колесах.По их словам, они простые, энергоэффективные и экономят место. О чем не упоминают, так это о недостатках…

Стоимость — одна из них. Четыре мотора в колесах будут дороже в производстве, чем один или два мотора на шасси.

Тогда есть практические проблемы. У колесных двигателей тяжелая жизнь. Они подвергаются тем же ударам и нагрузкам, что и само колесо. Как и пассажиры электромобиля, двигатели, установленные на шасси, защищены подвеской от неровностей и ударов, а дополнительная изоляция обеспечивается монтажными втулками.

В колесных двигателях также возникает проблема, где разместить тормоза, которые обычно находятся внутри колеса. Хотя рекуперативное торможение может выполнять большую часть работы по замедлению электромобиля, по соображениям безопасности они также должны быть оснащены фрикционными тормозами.

Технология электродвигателей в колесах, разработанная Elpahe

Еще одна проблема заключается в том, что двигатели в колесах увеличивают то, что инженеры называют неподрессоренной массой. По сути, они увеличивают вес, который должен контролироваться амортизаторами системы подвески.Поэтому инженерам сложнее сделать так, чтобы электромобиль с моторами в колесах ехал плавно и хорошо управлялся.

А моторы в колесах, как правило, тяжелые штуки. Это немного усложняется, так что обратите внимание…

Выходной крутящий момент электродвигателя пропорционален объему его ротора. Не проблема обеспечить высокий крутящий момент, но мощность — другое дело. Проще говоря, мощность — это крутящий момент, умноженный на обороты двигателя, а двигатели в колесах не вращаются очень быстро. На скорости 100 км/ч колесо стандартного размера вращается со скоростью менее 1000 об/мин.

Диаграмма, показывающая компоненты колесного электродвигателя, разработанного поставщиком компонентов Protean

. Эта неизбежная взаимосвязь означает, что колесным двигателям нужны большие роторы, чтобы обеспечить достаточную мощность для обеспечения удовлетворительной производительности. Поскольку роторы изготавливаются в основном из магнитной стали, они тяжелые.

Существует альтернатива, и в настоящее время ее предпочитают все основные производители электромобилей…

Они выбирают двигатели меньшего размера, которые легко могут вращаться до скорости более 10 000 об/мин.Односкоростная коробка передач, в корпусе которой чуть больше двух шестерен, используется для умножения более низкого выходного крутящего момента. С дифференциалом двигатель может вращать два колеса. Даже с этими дополнительными компонентами установленный на шасси электродвигатель в сборе является удивительно компактным.

Технология электродвигателя в колесе, разработанная Elpahe

Таким образом, хотя электродвигатели в колесе могут сэкономить место, их преимущество не так очевидно, как может показаться на первый взгляд. Кроме того, необходимо принимать во внимание вопросы стоимости, защиты от ударов, упаковки тормозов и неподрессоренных масс.

Сложите все это, и нетрудно понять, почему у электромобилей нет двигателей в колесах. Возможно, Lordstown, Lightyear и другие изменят ситуацию, но маловероятно, что они изменят мнение производителей, использующих моторы на шасси с редукторами и дифференциалами.

Крутящий момент и скорость вращения колес транспортных средств с мотор-колесами

Для просмотра полной статьи нажмите здесь.

Транспортные средства, приводимые в движение электродвигателями в колесах, не имеют дифференциала, но передают крутящий момент непосредственно и независимо на колеса.

Большинство дорожных транспортных средств приводятся в движение одним двигателем или мотором с трансмиссией, передающей эту мощность на колеса, создавая крутящий момент на ступицах колес. Колеса должны свободно двигаться с разной скоростью относительно друг друга, чтобы можно было проходить повороты и менять дорожное покрытие.

Это достигается с помощью дифференциала, механического устройства, которое в своей простейшей форме передает одинаковый крутящий момент на оба колеса на оси, позволяя им вращаться с разной скоростью. Затем колеса могут вращаться со своей естественной скоростью, определяемой кинематикой транспортного средства.

Так называемый «открытый дифференциал» допускает любую разницу скорости вращения колес по оси. Там, где сила трения между шиной и дорогой сильно отличается на одном колесе от другого, колесо с более низким коэффициентом трения может потерять сцепление с дорогой и быстро раскрутиться. Это может произойти при прохождении поворотов, когда вес автомобиля смещается на внешние колеса, так что внутренние колеса имеют мало сцепления с дорожным покрытием, или когда одно колесо находится на поверхности с плохим сцеплением, например, на льду или рыхлых камнях.

Эта ситуация явно нежелательна, и поэтому было разработано несколько систем для противодействия потере сцепления с дорогой, при этом позволяя передавать крутящий момент на колесо с хорошим сцеплением с дорогой. Чаще всего используется «дифференциал повышенного трения» или противобуксовочная система (TCS) для предотвращения пробуксовки колес. Первый представляет собой более сложный механический эквивалент открытого дифференциала, который ограничивает дифференциал скорости вращения колес, а второй притормаживает колесо, теряющее сцепление с дорогой, чтобы предотвратить его раскручивание.

Рис. 1: Электродвигатель Protean Electric, встроенный в колесо, с электронным управлением и тормозом.

Более сложные системы «управления вектором крутящего момента» обеспечивают дальнейшее улучшение управляемости автомобиля, но встречаются редко из-за их сложности и стоимости.

Транспортные средства с двигателями в колесах не имеют дифференциала, поэтому возникает вопрос, как будет вести себя транспортное средство с точки зрения скорости вращения колес и как можно решить проблемы, связанные с отсутствием тяги. Ответы довольно прямолинейны.

Если колеса-моторы управляются одинаковым крутящим моментом каждого из моторов, транспортное средство будет вести себя точно так же, как если бы был открытый дифференциал. Систему контроля тяги можно использовать для контроля потери тяги, как в обычном автомобиле. С другой стороны, улучшенные плавность хода и управляемость автомобиля могут быть достигнуты за счет динамического изменения распределения крутящего момента между колесными двигателями.

Система мотор-колеса

Для целей настоящей статьи система внутриколесного двигателя считается состоящей из двух блоков, установленных на противоположных сторонах транспортного средства, по одному на каждое переднее колесо или по одному на каждое заднее колесо.Каждый блок состоит из электрической машины, инвертора с микропроцессорным управлением и фрикционного тормоза. В случае продуктов Protean Electric они объединены в единый блок, полностью размещенный внутри обода колеса (см. рис. 1), но можно также разместить инвертор в другом месте автомобиля.

Двигатель может обеспечивать как положительный (ускоряющий), так и отрицательный (тормозной) крутящий момент, но фрикционные тормоза сохраняются, поскольку требования к торможению обычно превышают возможности двигателя, а также в случаях, когда электрическая система транспортного средства не может принять рекуперируемый ток. во время торможения.

Рис. 2: Схема управления внутриколесными электродвигателями.

Мотор-колесо представляет собой устройство, создающее крутящий момент. В примере с двигателем Protean Electric блок управления транспортным средством (VCU) связывается с системой двигателя через шину локальной сети контроллеров (CAN), отправляя запросы крутящего момента каждые несколько миллисекунд (см. рис. 2). В ответ система двигателя развивает требуемый крутящий момент на ступице колеса. По возврату двигатель сообщает о своем состоянии и максимально доступном крутящем моменте.Он также может сообщать о своей скорости, которую VCU может использовать для расширенных функций контроля тяги.

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, электродвигатели могут создавать положительный и отрицательный крутящий момент в обоих направлениях. Это называется четырехквадрантной операцией и позволяет трансмиссиям с электродвигателями улучшать функции контроля тяги и устойчивости автомобиля. Кроме того, системы электродвигателей имеют очень быстрое время отклика. Обычно они способны переключаться с максимального положительного крутящего момента на максимальный отрицательный крутящий момент или наоборот менее чем за 10 мс.Возможна высокочастотная регулировка, которая может повысить безопасность и управляемость автомобиля, особенно с двигателями в колесах с прямым приводом, которые обеспечивают крутящий момент непосредственно на ступицах колес без каких-либо промежуточных валов, осей или шестерен.

Обратите внимание, что двигатель не является устройством с регулируемой скоростью. VCU не может запрашивать скорость от системы двигателя. Как и в случае с обычными трансмиссиями, скорость вращения колес является следствием крутящего момента, приложенного к ступице колеса, в сочетании с сопротивлением вращению, в котором преобладает инерция транспортного средства.

Дифференциальные и родственные функции

Дифференциал требуется, если для привода двух колес на ось используется один силовой агрегат, двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель. Без него два колеса на оси были бы вынуждены вращаться с одинаковой скоростью, что привело бы к неприемлемой управляемости автомобиля и износу шин. Дифференциал также является конечным передаточным числом, усиливающим крутящий момент от карданного вала к полуосям (см. рис. 3).

Рис.3: Обычный заднеприводный автомобиль с дифференциалом.

Дифференциал для неведомых колес не требуется, поскольку они физически не связаны между собой и, следовательно, могут свободно вращаться с разными скоростями.

Открытый дифференциал

Открытый дифференциал является самым простым и наиболее распространенным типом дифференциала на дорожных транспортных средствах. Скорости колес определяются кинематикой автомобиля, слегка измененной динамикой шин.

Игнорируя проскальзывание колес, при прохождении поворотов внешнее колесо будет вращаться быстрее, чем внутреннее колесо.В автомобиле с шириной колеи t и радиусом качения r , движущемся со скоростью v по повороту радиусом R , примерные угловые скорости внутреннего и внешнего колес определяются уравнением 1

(1)

 

 

Обратите внимание, что это чисто результат геометрии положения и того факта, что колеса могут свободно вращаться независимо друг от друга; здесь нет зависимости от крутящего момента, подаваемого на колеса (см.4).

Учет динамики шин изменяет уравнение. 1 немного. Приложение крутящего момента к колесу приводит к так называемому проскальзыванию колеса [1]. Это не означает потери сцепления между шиной и дорогой; скорее, это особенность динамики шины. В результате зависимость между скоростью вращения колеса и скоростью автомобиля изменяется в соответствии с:

 

 

, где s  – коэффициент скольжения.Коэффициент скольжения зависит от прилагаемого крутящего момента, а также от свойств шины и поверхности контакта шина-дорога [2]. Коэффициент скольжения может превышать 0,1, в то время как хорошее сцепление сохраняется на хорошем дорожном покрытии и при приложении высокого крутящего момента. С учетом проскальзывания, которое может быть разным для внутренних и внешних колес из-за различий в дорожном покрытии, получаем скорости колес в уравнении 2.

(2)

 

 

Поскольку скольжение является функцией крутящего момента, теперь существует некоторая зависимость от крутящего момента на каждом из колес.

Есть дальнейшие незначительные изменения в формуле. 1, которые являются результатом недостаточной или избыточной поворачиваемости транспортного средства и неровностей дорожного покрытия, но они не относятся к данному обсуждению.

Важные выводы, касающиеся поведения ведущих колес с разомкнутым дифференциалом:

  • Скорости колес полностью определяются после предположения, что на каждое колесо передается одинаковый крутящий момент и что два колеса на оси могут свободно вращаться с разными скоростями.
  • Колеса обретают свою «естественную» скорость, что обеспечивает хорошую управляемость и поведение шин на поворотах.

Пока эти два предположения верны, не имеет значения, как они достигаются.

Мотор-колеса и открытый дифференциал

Самый простой способ управления парой колесных электродвигателей на оси — потребовать равный крутящий момент обоих двигателей.

Оба колеса будут приводиться в движение с одинаковым крутящим моментом независимо от разницы скоростей, пока VCU требует одинаковый крутящий момент от обоих двигателей.

В автомобиле с мотор-колесами ведущие колеса физически не связаны полуосями, поэтому они не обязаны вращаться с одинаковой скоростью. Как и в случае с открытым дифференциалом, они могут свободно вращаться с разными скоростями без ограничений.

Таким образом, два допущения верны для транспортного средства, приводимого в движение электродвигателями в колесах, и, следовательно, также применимо уравнение 1: поведение колес в транспортном средстве, приводимом в движение электродвигателями в колесах, точно такое же, как и в транспортном средстве. с центральным силовым агрегатом, приводимым в действие через открытый дифференциал, если VCU требует одинакового крутящего момента от каждого двигателя в колесе.

Рис. 4: Аккермановская геометрия вращающегося транспортного средства.

Несмотря на отсутствие физико-механического дифференциала, мы будем называть этот режим управления двигателями в колесах «электронным открытым дифференциалом».

Ограничения открытого дифференциала

Открытый дифференциал и электронный открытый дифференциал подвержены тем же ограничениям, которые возникают, когда одно колесо на оси имеет значительно лучшее сцепление с дорогой, чем другое, и в этом случае:

  • Максимальный крутящий момент, который может передаваться на любое колесо, ограничивается колесом с более низким пределом сцепления.
  • Нет ничего, что могло бы предотвратить пробуксовку колеса с более низким сцеплением, если крутящий момент был больше, чем может выдержать контакт шины с дорогой.

Существует несколько обстоятельств, которые могут привести к асимметричным пределам тяги по оси:

  • Прохождение поворотов, при которых вес смещается на внешние колеса, что снижает предел сцепления внутренних колес.
  • «Сплит- μ » дорожное покрытие, у которого одно колесо находится на хорошем дорожном покрытии, а другое — на рыхлых камнях, льду или воде.
  • Вождение по бездорожью.

В обычных транспортных средствах используется ряд технологий для предотвращения пробуксовки колес и потери крутящего момента в этих обстоятельствах. Некоторые из них и их аналоги для колесных двигателей обсуждаются в этой статье.

Система контроля тяги

Противобуксовочная система предназначена для предотвращения пробуксовки колеса из-за отсутствия сцепления с дорожным покрытием. Он реализован как часть системы электронного контроля устойчивости (ESC), которая может задействовать тормоза отдельно для каждого колеса с помощью блока антиблокировочной тормозной системы (ABS).ESC становится все более распространенным явлением и в настоящее время является обязательным в Европе и США для легковых автомобилей.

Система контроля тяги обнаруживает, что колесо пробуксовывает, и притормаживает это колесо. Помимо контроля потери тяги, это позволяет передавать крутящий момент на противоположное колесо даже при открытом дифференциале или электронном открытом дифференциале, поскольку тормоз противодействует крутящему моменту, прикладываемому трансмиссией к пробуксовывающему колесу.

TCS можно использовать с мотор-колесами точно так же, как и в обычных автомобилях, с теми же результатами.VCU не требует специальных действий.

Ручная тяга, с другой стороны, может контролироваться без использования тормозной системы ESC в транспортном средстве с приводом от двигателя. VCU использует информацию о скорости вращения колес, передаваемую двигателями в колесах, чтобы определить, когда теряется сцепление с дорогой, и снижает требуемый крутящий момент на этом колесе. Это может быть сделано без уменьшения потребности в крутящем моменте на другом колесе. Результат может быть лучше, чем у обычной TCS, из-за быстрого времени отклика системы двигателя в колесе и способности двигателей создавать как положительный, так и отрицательный крутящий момент.Мы можем назвать это электронной системой контроля тяги (eTCS).

eTCS чем-то похожа на системы Antriebsshlupfregelung (ASR), которые являются частью системы контроля тяги в некоторых обычных автомобилях и включают в себя модуляцию крутящего момента двигателя.

Самоблокирующийся дифференциал

Дифференциал повышенного трения представляет собой более сложную форму механического дифференциала. В производстве находится ряд различных реализаций, в том числе с элементом электронного управления.Здесь они обсуждаются отдельно как «активные дифференциалы».

В отличие от открытого дифференциала, который всегда равномерно распределяет крутящий момент между двумя колесами на оси, дифференциал повышенного трения распределяет крутящий момент в соответствии с относительными скоростями двух колес, что достигается за счет добавления механизма, который противостоит относительным различиям скоростей. между двумя выходными валами. Крутящий момент уменьшается на более быстром колесе и увеличивается на более медленном колесе, что предотвращает раскручивание колеса, но не снижает общий крутящий момент.Хотя это преодолевает основные ограничения открытого дифференциала, это также приводит к большему крутящему моменту, передаваемому на внутренние колеса во время прохождения поворотов, что вызывает недостаточную поворачиваемость.

В транспортных средствах, приводимых в движение двигателями в колесах, VCU может требовать неодинакового крутящего момента от двух двигателей в ответ на скорости, сообщаемые двигателями, точно так же, как дифференциал повышенного трения. Однако на практике это не обеспечивает оптимального распределения крутящего момента при отсутствии потери тяги. Система eTCS с векторизацией крутящего момента обеспечит превосходную управляемость и контроль тяги.

В обычном автомобиле с дифференциалом повышенного трения можно обеспечить асимметричный крутящий момент на оси без существенного снижения максимального общего крутящего момента на оси. С другой стороны, в мотор-колесах уменьшение крутящего момента на одном колесе не позволяет увеличить крутящий момент на противоположном колесе сверх его максимального крутящего момента. Это неизбежно означает, что общий крутящий момент на оси, создаваемый двумя мотор-колесами, уменьшается из-за асимметрии крутящего момента.

Заблокированный дифференциал

Заблокированный дифференциал может быть эффективен для внедорожников, у которых сцепление колес с плохим и очень непостоянным.Заблокированный дифференциал заставляет два колеса на оси вращаться с одинаковой скоростью. Затем крутящий момент естественным образом перемещается туда, где есть тяга.

С моторами в колесах VCU может реализовывать контуры управления скоростью на каждом из ведущих колес для достижения того же эффекта. Как описано здесь, сами двигатели не включают управление скоростью, но связь между двигателями и VCU имеет достаточную пропускную способность, чтобы позволить блоку управления транспортным средством (VCU) запускать контуры управления для регулирования скорости вращения колес.

Активный дифференциал

Активный дифференциал — это современная система, реализованная на некоторых автомобилях с высокими характеристиками, которая улучшает управляемость и управляемость за счет активного управления распределением крутящего момента. Система реагирует на различные датчики вокруг автомобиля, которые отслеживают намерения водителя и реакцию автомобиля, которые интерпретируются электронным блоком управления (ЭБУ). Затем ECU дает команду дифференциалу с электронным управлением, который может распределять крутящий момент в соответствии с требованиями.Помимо контроля тяги, такая система может улучшить управляемость и устойчивость. Механически активный дифференциал реализован как самоблокирующийся дифференциал с электронным управлением. Двумя пакетами сцепления обычно можно управлять с помощью электроники для передачи крутящего момента с одной полуоси на другую, тем самым изменяя поведение основного открытого дифференциала под управлением систем управления динамикой автомобиля в автомобиле. Примером такой системы является электронный модуль векторизации крутящего момента GKN, реализованный в BMW X63.

Дифференциал с электронным управлением — сложный и дорогой компонент. Подобная функциональность может быть достигнута без добавления механических компонентов в транспортном средстве с приводом от электродвигателя. В этом случае VCU выполняет расчеты, аналогичные тем, которые ECU выполнял бы для активного дифференциала, и соответственно предъявляет асимметричные требования к крутящему моменту для двух колесных двигателей. Это иногда называют векторизацией крутящего момента, и его можно использовать для:

  • Повышение устойчивости автомобиля на высоких скоростях.
  • Повышение устойчивости автомобиля при наличии таких помех, как боковой ветер или колеи на дороге.
  • Улучшить маневренность автомобиля на низких скоростях.
  • Улучшение ощущения при прохождении поворотов и управляемости.

Управление вектором крутящего момента с помощью двигателей в колесах имеет преимущество перед активным дифференциалом в обычном автомобиле не только с точки зрения стоимости компонентов и массы, но и потому, что система более чувствительна и может лучше реагировать на переходные ситуации. Он также может плавно вводить тормозной момент, не используя тормозную систему, что расширяет возможности системы по поддержанию контроля над автомобилем.

Эквивалентность обычного транспортного средства и полноприводного транспортного средства

В таблице 1 обобщены различные дифференциальные и связанные с ними системы, используемые в обычных транспортных средствах с двигателем центрального сгорания или электродвигателем, а также описана реализация на автомобиле с приводом от двигателя на колесах, который приводит к такому же поведению.

В целом, управление скоростью вращения колес и, следовательно, управление транспортным средством в колесном автомобиле может быть лучше, чем в обычном транспортном средстве, и реализовано с меньшей сложностью и стоимостью.

Полный привод

В данном обсуждении рассматривалась пара ведущих передних колес или пара ведущих задних колес транспортного средства. Все выводы в равной степени относятся к транспортному средству с двигателями на всех четырех колесах.

Например, отправка одинакового крутящего момента на все четыре двигателя в колесах дает точно такое же поведение, как у обычного полноприводного автомобиля с открытыми передним и задним дифференциалами и открытым межосевым дифференциалом. Все четыре колеса могут свободно вращаться независимо друг от друга, и на каждую ступицу колеса действует одинаковый крутящий момент.

Заключение

Колёсные электродвигатели

позволяют улучшить управление динамикой автомобиля при меньших затратах и ​​сложности по сравнению с обычными автомобилями, передающими мощность на колёса через дифференциал.

Таблица 1: Эквивалентность обычного автомобиля и автомобиля IWM.
Обычная автомобильная система Эквивалент для полноприводных транспортных средств
Открытый дифференциал Одинаковая потребность в крутящем моменте для обоих двигателей
Система контроля тяги на базе ESC Контроль тяги на основе ESC, как в обычном автомобиле, или снижение потребности в крутящем моменте при проскальзывании колеса
Дифференциал повышенного трения Уменьшить долю крутящего момента для более быстрого колеса в соответствии с дифференциальной скоростью
Заблокированный дифференциал Реализовать контуры управления скоростью для каждого двигателя в VCU
Активный дифференциал Функция векторизации крутящего момента в VCU

 

Простейшая реализация управления транспортным средством для двигателей в колесах, всегда требующая одинакового крутящего момента от всех двигателей, приведет к поведению точно так же, как в автомобиле с открытым дифференциалом, но без необходимости в механическом дифференциале или полуосях.На это поведение можно наложить те же тормозные системы контроля тяги и/или устойчивости, которые используются в обычных транспортных средствах, чтобы предотвратить пробуксовку колес во время прохождения поворотов или на поверхностях с низким сцеплением. С другой стороны, улучшенные функции контроля тяги и управления вектором крутящего момента могут быть достигнуты без добавления дополнительных материалов за счет модуляции крутящего момента, требуемого от электродвигателей, в отличие от обычных транспортных средств, которые требуют сложных, тяжелых и дорогих механических систем, таких как активный дифференциал для достижения аналогичного результата.

Каталожные номера

[1] М. Бланделл и Д. Харти: Подход многотельных систем к динамике транспортных средств, Оксфорд, Великобритания: Butterworth-Heinemann, 2004.
[2] HB Pacejka: Динамика шин и транспортных средств, Оксфорд, Великобритания: Butterworth-Heinemann, 2002.
[3] GKN plc. (2016 г., 10 марта): «Электронное управление вектором крутящего момента» (онлайн).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.