1. Тягово-динамические характеристики эм

Основные тягово-динамические характеристики электромобилей:

• максимальная скорость движения на перегоне заданной длины при расчетной нагрузке на горизонтальном прямом участке дороги, км/ч;

• время разгона с места до заданной скорости с расчётной нагрузкой на горизонтальном прямом участке дороги, м/с;

• запас хода при расчётной нагрузке по трассе, профиль которой определяется принятыми стандартными перегонами и частотой их повторяемости, с использованием 80-90% полной энергоемкости ТАБ, км;

• наибольший подъём, преодолеваемый электромобилем с расчётной нагрузкой, %;

• эквивалентный ток электродвигателя, I_{д экв}, А;

• средний ток, потребляемый электродвигателем за период движения I_{д ср}, А;

• расход энергии на расчётном перегоне, W_nep, Вт∙ч/км;

• удельный расход энергии на единицу массы электромобиля на расчётном перегоне, W, Вт∙ч/т∙км;

• удельный расход энергии на единицу массы полезного груза G на расчётном перегоне, W, Вт∙ч/т∙км.

Для расчета тягово-динамических характеристик в качестве исходных данных должны быть заданы следующие параметры:

• расчётный режим движения (параметры цикла);

• расчётный вес электромобиля, G_э, кг;

• площадь поперечного сечения кузова, F_к, м²;

• коэффициент обтекаемости, K_w, кг∙с/м²;

• тип шины;

• радиус качения шины, г_к, м;

• коэффициент сопротивления качению, f_к, кгс/т;

• тип аккумуляторной батареи;

• среднее напряжение ТАБ под нагрузкой, U_6cp, В;

• полный запас энергии, W₆, кВт∙ч;

• электрическая ёмкость, С, А∙ч;

• остаточная энергия, %;

• допустимая кратковременная перегрузка по току относительно тока часового разряда;

• параметры тягового электродвигателя: род тока; напряжение, U_д, В; длительный ток, I_д, А; максимальный ток, I_{д mах}, А;

• функциональные свойства системы регулирования в режимах пуска и электрического торможения;

• передаточное число механической передачи, i_мп;

• средний к.п.д. механической передачи, η_мп

2. Применение мотор-колес в АТС с электроприводом

Мотор-колесо — разновидность ведущего колеса, комплексный агрегат, в котором объединены непосредственно колесо, электрический двигатель, силовая передача и тормозная система.

Мотор-колесо представляет собой агрегат, объединяющий колесо и встроенные в него тяговый электродвигатель, силовую и тормозную систему (таким образом, каждое мотор-колесо имеет индивидуальный привод). Устанавливается, как правило, в подвешенном к  раме  кронштейне (в случае, когда колесо не является управляемым), либо в установленном в поворотной цапфе подшипнике (в случае, когда колесо является одновременно ведущим и управляемым). Питается энергией от двигателя внутреннего сгорания через электромеханическую трансмиссию (преимущественно на автомобильной технике, главным образом тяжёлой), от контактной сети (на троллейбусах и троллейвозах) или от аккумулятора (на электромобилях и электровелосипедах, либо, в качестве дополнительного источника энергии, на автомобильной технике с двигателем внутреннего сгорания, такой как гибридные автомобили, или троллейбусах). Может функционировать в двух режимах — тяговом и генераторном. В тяговом режиме вращение передаётся с вала якоря электродвигателя, работающего в двигательном режиме, через редуктор к внутреннему зубчатому венцу ведущего колеса; в генераторном режиме, используемом для электрического торможения, электродвигатель переходит в генераторный режим работы, а электроэнергия преобразуется в тепло на тормозном реостате (реостатное торможение) либо возвращается в электрическую сеть или применяется для зарядки аккумуляторов (рекуперативное торможение).

Наибольшее распространение мотор-колёса получили на самосвалах особо большой грузоподъёмности

Мотор-колеса прямого привода устроены предельно просто. Ось колеса является осью статора двигателя. Вращающий момент, возникающий при переключении обмоток статора электронными ключами, передается непосредственно на ротор, который соединен спицами с ободом колеса. Отсутствуют  какие-либо промежуточные механические передачи. На рисунке 4 показан мотор-колесо прямого привода.

Рисунок 4 - Мотор-колесо прямого привода

Мотор-колеса с планетарным редуктором имеют примерно в 2 раза меньшие габариты и вес, чем безредукторные. Планетарный редуктор, как правило, имеет передаточное отношение примерно 4,2:1, и позволяет обеспечить высокий удельный вращающий момент. На рисунке 5 показан мотор-колесо с планетарным редуктором 

Рисунок 5 – Мотор-колесо с планетарным редуктором

В настоящий момент область применения мотор-колеса довольно широкая. Мотор-колесо устанавливаются от электросамокатов до самосвалов особо большой грузоподъёмности.

Главной причиной установки мотор-колес на самосвалы – это отсутствие валов, с помощью которых передаётся крутящий момент от двигателя к колёсам. В состав самосвала входят: дизельный двигатель, который преобразует тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. Тяговый генератор является источником питания электроэнергией для тяговых электродвигателей. Он жестко закреплен с дизелем и установлен на подмоторную раму. Ротор генератора соединен с коленчатым валом через упругую пластиночную муфту. Тяговые электродвигатели преобразуют электроэнергию, получаемую от генератора, в механическую, и через колесные редукторы передают ее на ведущие колеса. Вал якоря электродвигателя одним концом соединен с торсионным валом ведущей шестерни редуктора мотор-колеса, а ко второму концу крепиться барабан тормозного механизма стояночной тормозной системы.

Билет 15

1. Инновационные технологии в производстве автомобильной техники (унифицированные платформы, модульный принцип конструирования, унификация и пр.).

Платформа — совокупность основных компонентов, набор комплектующих, типовые конструктивные и технологические решения, применяемое оборудование в конструкции автомобиля. Платформы используются для унификации процесса производства и комплектующих. Даёт возможность снизить стоимость производства новых изделий, повысить серийность и уровень автоматизации производственных процессов. В рамках корпорации позволяет всем подразделениям использовать общую платформу, сокращая издержки и время на разработку новых моделей.

Платформа — не фиксированный набор компонентов и требований, от платформы к платформе они могут отличаться. Всё то, что будет включено в платформу определяется её разработчиками. Также платформа не всегда определяет характеристики будущего автомобиля (созданные на базе одной платформы автомобили могут попасть в разные классы, иметь различные технические характеристики). Также возможны ситуации когда автомобили одной марки с разным кузовом или модификацией будут иметь разную платформу.

Модульный принцип — особенность построения технических систем, заключающаяся в подчинении их размеров проектному модулю и (или) в обеспечении возможности комплектования разнообразных сложных технических систем с большим различием характеристик из небольшого, экономически обоснованного, количества типов итипоразмеров одинаковых первичных (типовых или стандартных) общих модуль-элементов.

Так как автомобили выполняют различные функции, то и модульность для них должна быть разных видов. В конструировании и производстве новых автомобилей используется так называемая микромодульность. Автомобиль, построенный по такой схеме, имеет каркасно-модульный кузов - кузов с оптимизированной силовой схемой, в которой отсутствующие элементы, способные лишь нести функции защиты от окружающей среды, частично или полностью заменены модулями ( крыльями, стенками и пр. ). Этот принцип проектирования позволяет резко ускорить разработку и выпуск новых модификаций на базе старой конструкции. Необходимость модернизации возникает тогда, когда автомобиль уже "морально устарел". Поэтому компания, производящая такой автомобиль, ищет новую нишу на потребительском рынке за счет привлечения потенциальных покупателей, отличающихся своими запросами от основного рынка. Каркасно-модульный кузов обеспечивает разработку конкурентно-способной продукции с новыми потребительскими качествами без больших затрат на разработку шасси автомобиля ( разработка нового автомобиля 4-5 лет, модернизация - считанные месяцы ). Для этого конструкция кузова и технология сборки изменяется. Каркас кузова формируется не за счет выштамповок листовых панелей, а формируется из трубчатых элементов, а на этот каркас навешиваются панели обшивки. При этом на одном каркасе возможна разработка целой гаммы автомобилей. Каркас кузова может длительное время не изменяться, а его конструкция должна обеспечивать высокую прочность, жесткость и безопасность всего автомобиля. А затраты, вложенные в разработку нового несущего каркаса окупаются количеством модификаций. Но такая модульность возможна лишь на стадии проектирования, ведь замена каких либо модулей может нарушить всю жесткость кузова. Второй вид модульности - средняя модульность, которая, как и микромодульность, возможна только на стадии проектирования. В настоящее время помимо микромодульности применяют и среднюю модульность для удешевления производства. Такая технология производства включает в себя одну платформу, на которой разрабатывается целая гамма автомобилей. Например, среднюю модульность использует Volkswagen, который на базе Volkswagen-Golf сделал целую серию автомобилей: Volkswagen-New-Beetle, Audi-A3, SEAT-Cordoba-II… На одной платформе может быть построено до 10-12 автомобилей разного класса. Это очень удобно, так как малыми затратами можно сделать не просто модернизированный, а совершенно новый автомобиль. Удлиняя или укорачивая платформу, можно создавать автомобили другого класса. На разработку одной платформы уходит до 3-4 года, и она может использоваться фирмой-изготовителем в течение 5-6 лет. Фирма, выпускающая автомобили, ради их удешевления имеет не более 4-х платформ (например- германские автопроизводители), японские компании используют большее число платформ. Подобная экономическая стратегия также очень характерна для корейских фирм. На одной платформе могут быть построены не только автомобили разного класса, но и автомобили совершенно разного назначения. Например, минивэн Kia-Carens построен на базе компактного хэтчбека Kia-Shuma, который в свою очередь имеет общую основу с седаном Kia-Sefia. Разумеется, фирма, создавая новую платформу, сразу определяет круг моделей, которые будут построены на этой платформе. Например, невозможно сделать на платформе какой-нибудь малолитражки полноразмерный минивэн. Она просто не предназначена для этого. А чтобы лучше приспособить платформу к кузову ( кузов хэтчбека, например, отличается от кузова минивэна по весу ), назначению автомобиля, более тяжелому двигателю - производители изменяют жесткость пружин в подвесках, настраивают остроту руля управления и прочее. Автомобильные компании выбирают для платформы определенный набор двигателей. Это делается для удешевления процесса испытаний, которые приспосабливают двигатель к этой платформе. Вышеприведенная тактика используется для постройки концептуальных автомобилей. Ведь концепт-кары - это единичные автомобили, постройка которых обходится фирмам в миллионы долларов. Поэтому строятся все они на платформах каких-либо серийных автомобилей. Обычно крупная фирма использует для этого уже созданную и рассчитанную свою платформу, а более мелкие фирмы - чужую. Автомобильные компании, производящие эксклюзивные автомобили также используют чужие разработки. Производимые ими автомобили и так достаточно дороги. Если прибавить к этой цене и затраты на разработку своей собственной платформы, то, возможно, учитывая мизерный сбыт этих автомобилей, разработка и производство своей платформы будет экономически не целесообразным. Часто многими фирмами используется и чужой двигатель ( De-Tomaso, а теперь Qvale, для своей модели Mangusta использует платформу и двигатель от Ford-Mustang; причем даже передняя панель позаимствована у того же Mustang ). Другим примером средней модульности могут служить рамные автомобили. Нагрузку на таких автомобилях берет на себя мощная металлическая рама. Поэтому кузов можно ставить практически любой. Но эта концепция используется, прежде всего, на грузовиках и пикапах. Основной недостаток - плохая управляемость и низкий комфорт. На пикапах и джипах лонжеронная рама имеет успех в связи с её "неубиваемостью". На бездорожье очень важна прочность, которую и обеспечивает рамная конструкция автомобиля. Примером рамных автомобилей может служить любой американский или японский пикап ( Ford-F150, - F250, -F350, Chtvrolet-S10, Toyota - Tundra, Nissan-Pickup, Chevrolet-Silverado ). Часто на базе этих пикапов делается внедорожный автомобиль, он же SUV, он же джип ( Ford-Excursion на базе Ford-F250, Chevrolet-Blazer на базе Chevrolet-S10, Nissan-Pathfinder на базе Nissan-Pickup и пр. ). Необходимость грузовиков перевозить тяжелые грузы сделали невозможным использование несущей конструкции кузова. И пока единственный выход для них - это рама. Имея одно рамное шасси, производители грузовиков или мелкие фирмы ставят на него свои кузова от открытой платформы до изотермического фургона. Интересно устроены спортивные автомобили. Эти гоночные автомобили имеют очень жесткий каркас, который берет на себя всю нагрузку, а также выполняет роль каркаса безопасности при перевороте автомобиля. Для того, чтобы провести процесс ремонта его во время гонки быстрее, кузов сделан из крупных блоков. Имеются отдельная носовая часть различной конструкции, боковины кузова и прочный ,так называемый "монокок"(Формула-1), возможно, единая передняя часть с капотом и крыльями (автомобили для ралли). Модульность спортивных автомобилей - промежуточная стадия между средней и микромодульностью. Последним видом модульности является укрупненная модульность или макромодульность. Данный вид наиболее наглядно демонстрирует преимущества модульных автомобилей. Все автомобили, представленные в первой главе являются примерами крупномодульных автомобилей. Кузова, поставляемые вместе с моделью, можно легко поменять в домашних условиях силами 2-3 человек. Такая процедура занимает не более 1-2 минут. Поэтому такие машины наиболее приспособлены к меняющимся требования со стороны потребителя. Если надо перевезти груз - пикап, поехать на вечеринку - купе или кабриолет, а если всей семьей ехать на пикник - универсал на 6 мест. Конечно, основными недостатками таких автомобилей являются недостаточная жесткость кузова и невысокая пассивная безопасность (как следствие первого). Но достоинств у этих автомобилей гораздо больше, и, если пустить такие автомобили в продажу, они будут иметь огромный успех у потребителей. С увеличением модульности (от микро- к макровиду ) увеличиваются и затраты производителей на разработку модульных конструкции, увеличивается стоимость сменных модулей ( сравните стоимость капота и крыши со стеклами и стеклоочистителем ). Макромодульность, в силу "неопробованности" конструкции имеет свои характерные черты, на которые, возможно, следует обратить внимание. Во-первых, это недостаточная жесткость кузова. Отсутствие крыши (а именно она чаще всего меняется) не могло не сказаться на всей конструкции кузова. Ведь крыша - важный силовой элемент автомобиля. При его отсутствии вся нагрузка распределяется между силовыми элементами, находящимися в нижней части кузова, что приводит к утяжелению всего автомобиля. Эту проблему уже частично научились решать при проектировании кабриолетов, пусть и путем увеличения общего веса автомобиля. Вторая проблема возникает сразу из первой. Это недостаточная пассивная безопасность. Дело в том, что при ударе недостаточно жесткий кузов может просто сложиться в гармошку, сжав пассажиров внутри автомобиля. Но с этой проблемой можно бороться путем создания спереди автомобиля энергопоглащающей зоны и установки дополнительных жесткостных элементов в дверях, помогающих при боковом ударе. Другую проблему решить довольно сложно. Так как крыша в большинстве случаев сделана из легкого материала (чаще легкого композитного материала) и не существует жесткого каркаса над головами пассажиров, то последствия переворота автомобиля могут быть довольно печальными. При фронтальном же ударе съемный модуль может просто сорваться с крепления, повредив головы пассажиров. Существующие проблемы пассивной безопасности частично решаются на отдельных концепт карах. И пока эти проблемы полностью не удастся решить производить модульные автомобили не будут ( они просто не пройдут сертификацию ). При укрупненной модульности возможно повышение высоты автомобиля. Отсюда следуют множество недостатков: увеличение расхода топлива, ухудшение аэродинамических показателей, снижение устойчивости из-за высокого центра тяжести, а также ухудшение динамических показателей. Сейчас модульный автомобиль это в большинстве случаев - "городской автомобиль". Конструкция пока ограничивает их область применения чертой города, то есть остаются "незакрытыми" некоторые области их применения, такие как автострада или бездорожье. Модульные автомобили имеют посредственные динамические характеристики, высокий центр тяжести, что может быть приемлемо для города, но вызывает серьезные проблемы на высоких скоростях. Вследствие этого происходит уменьшение универсальности модульных автомобилей. Зато способность смены кузова, возможность более полно учесть пожелания и требования потребителя - вот положительные качества модульных автомобилей. Модульный автомобиль имеет такое важное преимущество, как изменчивость дизайна кузова, т.е. имеется возможность полностью подстроить свой автомобиль под свое настроение. Но, чаще, смена дизайна - это побочный эффект . Главной целью смены кузовов являются меняющиеся потребительские требования. Другим преимуществом является более быстрая разработка новых модификации и, следовательно, их удешевление. Имея одну базу, производители просто разрабатывают новые кузова, которые не имеют ни жесткого каркаса, ни механической части. 

В технике

Унификация – это распространённый и эффективный метод устранения излишнего многообразия посредством сокращения перечня допустимых элементов и решений, приведения их к однотипности. Унификация является разновидностью систематизации, которая преследует цель распределения предметов в определённом порядке и последовательности, образующей чёткую систему, удобную для пользования.

Унификация в процессе конструирования изделия – это многократное применение в конструкции одних и тех же деталей, узлов, форм поверхностей. Унификация в технологическом процессе – это сокращение номенклатуры используемого при изготовлении изделия инструмента и оборудования (например, все отверстия одного или ограниченного значений диаметров, всё обрабатывается только на токарном станке, применение одной марки материала).

Унификация позволяет повысить серийность операций и выпуска изделий и, как следствие, удешевить производство, сократить время на его подготовку. С другой стороны, унификация ведет к увеличению габаритов, массы, снижению КПД и т.п. вследствие не всегда оптимальных значений используемых параметров и изделий. Поэтому целесообразность повышения степени унификации должна подтверждаться, например, на основе сравнения разных вариантов технических решений и соответствующего им соотношения затрат и выгод.

Уровень унификации изделия определяется с помощью системы показателей, например, коэффициентом, равным отношению числа унифицированных (одинаковых) элементов к общему их количеству. Если в конструкции имеется несколько групп унифицированных элементов, то общий коэффициент обычно получается свёрткой. Возможна оценка степени унификации по отношению массы или стоимости унифицированных деталей к общей массе или стоимости всего изделия.

Заранее заложенная в конструкцию унификация упрощает последующее совершенствование таких изделий и их приспособление к новым условиям. Существуют следующие направления создания унифицированных конструкций:

• метод базового агрегата. Разнообразие получаемых изделий основывается на наличии у них общей, базовой части (агрегата) и дополнительных частей, создающих это разнообразие. Например, разные по виду салона модели легковых автомобилей могут обладать одним и тем же двигателем и шасси (это – базовый агрегат);

• компаундирование. Увеличение производительности изделия достигается параллельным присоединением и одновременной работой ряда однотипных изделий. Например, подключение дополнительных насосов, установка второго двигателя (а не увеличение мощности прежнего);

• модифицирование. Это – приспособление уже выпускаемого изделия к новым условиям без изменения в них наиболее дорогих и ответственных частей. Например, замена материала корпуса асинхронного двигателя на другой с целью обеспечения возможности эксплуатации его в новых климатических условиях;

• агрегатирование (принцип модульности). Новое изделие создается на основе комбинации уже имеющихся унифицированных агрегатов, которые обладают полной взаимоза-меняемостью (совместимостью) по эксплуатационным показателям и присоединительным размерам.

Унификация может осуществляться до стандартизации, если её результаты не оформляются стандартом. Но стандартизация изделий и их частей обязательно предполагает их унификацию.

Билет №15 вопрос 2