Новые виды транспорта

компании Азии, Америки и Европы. Власти Китая считают, что

электровелосипеды способны заменить десятки тысяч чадящих и тарахтящих

мотороллеров и мотоциклов и тем самым существенно улучшить транспортную

ситуацию. В Шанхае, например, уже открыто 15 центров зарядки велосипедных

аккумуляторов и более 100 пунктов их замены. Кроме того, планируется

построить сеть аварийных зарядных станций, где любой велосипедист сможет,

опустив в автомат монету и вставив вилку зарядного устройства в розетку

электрозарядной колонки, быстро зарядить аккумулятор.

Современный электровелосипед - вполне комфортное, экологически чистое

транспортное средство, требующее минимальных затрат на содержание и совсем

мало места в гараже и на стоянке. Что касается скоростных качеств

электровелосипеда, то на горизонтальном участке дороги его без особого

труда может обогнать обычный спортивно-туристский велосипед. И дело тут не

в низкой мощности мотора. Электровелосипед специально сконструирован так,

что электропривод вырабатывает ток только тогда, когда велосипедист жмет на

педали. Как только он перестает работать ногами или разгоняется до скорости

20-24 км/ч, мотор автоматически отключается. Хочешь ехать быстрее - крути

педали.

На так называемых "тихих" электровелосипедах, развивающих скорость до

24 км/ч, электропривод выполняет вспомогательную функцию - с ним

велосипедист затрачивает меньше усилий, что особенно важно в поездках на

большие расстояния, при встречном ветре или подъеме в гору. Мощность

электромотора не превышает 250 Вт - это величина, соизмеримая с мощностью,

которую может достаточно долго развивать сам велосипедист. На

электровелосипеде трогаются с места на одних педалях. Когда же скорость

достигает 2-3 км/ч, специальный датчик на вилке приводного колеса

автоматически включает мотор. Но есть электровелосипеды с более сложными

датчиками, они включают электромотор сразу после трогания с места.

В Швейцарии и некоторых штатах США выпускают более мощные "быстрые"

электровелосипеды, скорость которых не ограничивается 20-24 км/ч. На них

устанавливают электромоторы мощностью 400 Вт и более, работающие независимо

от педалей. Мощность двигателя и соответственно скорость регулируются

ручкой "газа". На "быстром" электровелосипеде электрический привод играет

основную роль, а мускульный - вспомогательную. Технические характеристики у

такой машины примерно такие же, как у легкого мопеда. Ездить на "быстром"

электровелосипеде можно только в защитном шлеме, с правами на управление

мопедом и номерным знаком (его выдают вместе со страховым полисом). Привод

электромотора передает усилие на переднее или заднее колесо велосипеда при

помощи шестеренчатого редуктора, цепной передачи или фрикционного ролика,

который прижимается к покрышке ведущего колеса (рис. 2.1).

[pic]

Рисунок 2.1. "Быстрый" электровелосипед американской компании «EV Global

Motors».

Вот уже несколько лет японские, тайваньские и немецкие фирмы выпускают

электровелосипеды с мотор-колесами мощностью 200-250 Вт, которые

встраиваются в ступицу. Идея мотор-колеса не нова, но до последнего времени

эта конструкция не находила широкого применения. Использование мотор-колеса

на электровелосипедах дало возможность отказаться от механической

трансмиссии, а значит, значительно повысить эффективность электропривода.

Специалисты считают, что управляемое бортовым микропроцессором мотор-колесо

- наиболее удачная и перспективная конструкция привода электровелосипеда.

На электровелосипедах обычно применяют никель-кадмиевые аккумуляторные

батареи емкостью 7-10 ампер-часов, весом 5-7 килограммов и более дешевые,

но менее долговечные и энергоемкие, герметичные свинцово-цинковые

аккумуляторы с желеобразным электролитом. Время зарядки аккумуляторной

батареи - 4-5 часов, запас хода при полной зарядке - 20-30 километров и

более. Хотя уже появились электровелосипеды третьего поколения, например

"Старкросс" фирмы "Ямаха", с запасом хода свыше 40 километров. Есть и

новые, пока еще достаточно дорогие никель-металлгидридные и никель-

водородные аккумуляторы, увеличивающие пробег электровелосипеда без

подзарядки до 50 километров.

В США, Японии, Германии и других, наиболее развитых, странах уже сейчас

электровелосипед вполне может заменить второй семейный автомобиль, который

обычно используют для поездок на расстояние в среднем до 15 километров,

например на работу или за покупками. Особенно он пригодится не слишком

спортивным и пожилым людям, всем тем, кто осознает необходимость умеренных,

но регулярных физических нагрузок. В гараже, на стоянке, на проезжей части

электровелосипед занимает места во много раз меньше, чем малогабаритный

автомобиль. И самое главное, он не загрязняет окружающую среду.

В последнее время "электротранспортным островом" стали называть

Тайвань. Пять лет назад здесь насчитывалось всего 67 электромопедов и

электромотоциклов, а в прошлом году их продали уже около пяти тысяч.

Правительственное агентство по охране окружающей среды (ЕРА) установило

квоту на продажу этих электротранспортных средств в размере не менее 2% от

объема продаж мопедов, мотороллеров и мотоциклов. По прогнозам, в нынешнем

году объем продаж электромопедов и электромотоциклов возрастет в три раза и

составит 16 тысяч штук. Государство компенсирует часть затрат на

приобретение электротранспортных средств таким образом, чтобы для

покупателя их стоимость была сопоставимой с ценой мопедов и мотороллеров с

объемом двигателя 50 смз.

Электровелобум можно наблюдать и в Италии. В декабре 1998 года в

историческом центре итальянской столицы, где ежегодно бывают миллионы

туристов, начали создавать парк сдаваемых в прокат электророллеров и сеть

электрозарядных станций. Этот проект финансируют муниципалитет Рима,

Министерство защиты окружающей среды, ассоциации WWF и "Italia Nostra".

Строительством зарядных станций и организацией проката электророллеров

Lepton занимается итальянская компания "Atala Rizzato". На первом этапе

планируется открыть 85 станций для "медленной" шести-, семичасовой зарядки

аккумуляторов с использованием 16-амперных зарядных устройств и

30 станций для "быстрой" одно-, полуторачасовой зарядки. Первые рассчитаны

на одновременную зарядку аккумуляторных батарей четырех экипажей, а вторые

- только двух. Все станции строятся в местах парковки, на них можно будет

заряжать аккумуляторы как муниципальных, так и частных электророллеров,

электровелосипедов и электромобилей. Ориентировочная стоимость проката

электророллера - 1,3-1,8 доллара в час.

В западных странах "тихие" электровелосипеды, у которых мотор лишь

помогает движению, наиболее популярны среди людей старше 40 лет. Больше

всего на них ездят в Японии и европейских странах. Молодежь привлекают

скоростные модели с мощным электроприводом и современным дизайном. На

"быстрых" электровелосипедах можно изменять мощность мотора, а постоянно

крутить педали необязательно. Они доминируют в США и Китае. Фото "тихого"

электровелосипеда представлено на рис. 2.2.

[pic]

Рисунок 2.2. "Тихий" электровелосипед тайбейской фирмы "Elebike Co., Ltd" с

мотор-колесом постоянного тока мощностью 250 Вт, напряжением 36 В и со

свинцово-цинковой аккумулятор ной батареей емкостью 7 ампер-часов (в

пластиковом корпусе на наклонной раме).

Цены на электровелосипеды в Европе, Японии и США колеблются от 1000 до

2000 долларов. Самые дешевые - в Китае и на Тайване, там их можно

приобрести за 200-350 долларов. Еще дешевле купить обычный велосипед и

самому или в мастерской поставить на него комплект электропривода: мотор,

аккумуляторную батарею, зарядное устройство, электронный блок, пульт и

ручку управления. Одна из моделей элктровелосипедов, пользующихся спросом,

представлена на рис. 2.3.

[pic]

Рисунок 2.3. Электровелосипед "Dracle" японской фирмы "Panasonic"

По прогнозу специалистов, к 2003 году количество электровелосипедов в

мире превысит два миллиона.

По материалам, предоставленным компанией "Honda", она будет производить

четыре базовых экипажа: двухместный электромобиль City Pal, одноместный

экипаж с комбинированной двигательной установкой Step Deck, одноместный

электророллер Mon Pal и электровелосипед Raccon.

Одноместный электророллер Mon Pal (рис. 2.4) очень удобен для

повседневных поездок на небольшие расстояния. Его скорость не более 6

километров в час. Электророллер вполне подходит для езды в пешеходных

зонах, на садово-парковых дорожках, в больших торговых и выставочных

помещениях, что наверняка понравится людям пожилого возраста. Габаритные

размеры Mon Pal - 1450 х 690 х 1080 мм (1625 мм с тентом). Привод

коллекторного электродвигателя постоянного тока осуществляется на заднюю

ось.

[pic]

Рисунок 2.4. Электророллер для пожилых людей Mon Pal.

Электровелосипед Raccon 26LX-3В (рис. 2.5) хорош тем, что требует от

велосипедиста значительно меньше усилий при езде на большие расстояния, на

затяжных подъемах и против ветра, чем все другие модели. Его вес 31 кг,

габаритные размеры 1885 х 580 х 770-920 мм (в зависимости от высоты седла).

Электровелосипед оборудован передним и задним багажниками на 4 и 10 кг.

Raccon снабжен малогабаритным коллекторным двигателем постоянного тока

напряжением 24 В, мощностью 220 Вт и компактной никель-кадмиевой

аккумуляторной батареей емкостью 5 А.ч размером с не очень толстую книгу

формата А4. Полностью заряженной аккумуляторной батареи, которую обычно

помещают на раме позади переднего багажника, хватает на то, чтобы проехать

27 километров и при этом освещать дорогу фарой с лампой мощностью 3,8 Вт.

Магнитные датчики скорости и электронный блок управления равномерно

увеличивают мощность электропривода при возрастании скорости движения от 0

до 15 километров в час и обеспечивают постоянную мощность в интервале

скоростей 15-23 километра в час. На большей скорости электродвигатель

автоматически отключается. Хочешь ехать быстрее - крути педали!

[pic]

Рисунок 2.5. Электровелосипед Raccon фирмы "Honda".

3.Автомобили, движущиеся по рельсам

Среди многочисленных проектов, которые призваны решить проблему

перегруженности транспортных сетей мегаполисов, всё чаще встречаются

предложения направить городской транспорт, в том числе и автомобили, по

рельсам.

Один из самых смелых проектов представила датская компания RUF

International. Предлагаемая датчанами транспортная система представляет

собой сеть монорельсовых дорог, по которым движется общественный и личный

электротранспорт.

Небольшие участки пути транспорт преодолевает по обычным дорогам, после

чего въезжает на рельсы и объединяется в своеобразные поезда.

Конструкция автомобиля, движущегося по рельсам представлена на рис. 3.1

[pic]

Рисунок 3.1. Конструкция автомобиля, движущегося по рельсам

Вставшим на рельсы транспортом не нужно управлять — водитель задаёт

программу и может спать, читать, выходить в Интернет или смотреть

телевизор — информация передаётся некоему "главному диспетчеру" и

автоматическая система всё сделает сама, руководствуясь показаниями

установленных повсюду, в том числе и под землёй, датчиков.

В случае необходимости, водитель сможет снова взять управление на себя.

Подразумевается, что скорость езды по рельсам будет 120 км/час.

Согласно проекту RUF International, сеть дорог будет состоять из 25-

километровых рельсовых участков со специальными "переходами" через каждые

пять километров, чтобы одни водители могли присоединиться к "поезду", а

другие свернуть или съехать с рельсов (рис.3.2-3.3). Максимальная скорость

между "переходами" (150 км/час) при приближении к развязкам автоматически

снижается до 30 км/час.

[pic]

Рисунок 3.2. Переход на кольцевую линию

[pic]

Рисунок 3.3. Переход с рельсов в дорожное полотно

Участки пути без рельсов также автоматизированы: установленные под

землёй датчики образуют своеобразный фарватер, так что водитель может

совсем не управлять своим авто.

Энергия для электромобилей подаётся непосредственно по монорельсу — это

и обеспечивает электропитание во время движения в "поезде", и заряжает

аккумуляторы для непродолжительной езды по обычным дорогам.

По прибытии к месту назначения водитель выходит из машины и

отправляется по своим делам — автоматика сама отправит автомобиль на

ближайшую стоянку, откуда хозяин может вызвать его для продолжения пути.

Есть и другой вариант — безо всяких стоянок, когда каждый может

использовать первый попавшийся автомобиль. В качестве защиты от вандализма

разработчики предлагают следующую схему: при входе в машину водитель

"предъявляет" некую карту, удостоверяющую личность, которую машина

идентифицирует.

Машина "запоминает" того, кто последним ездил на ней, а новый водитель

должен будет при входе в авто оценить его состояние. Только в случае

"приёмки" машины новый водитель идентифицируется и на некоторое время

становится её владельцем.

Машины для транспортной системы RAF могут быть любыми — "легковушка",

грузовик, автобус — но для езды по рельсам у всех у них должен быть V-

образный канал, проходящий по днищу кузова машины (рис. 3.4).

[pic]

Рисунок 3.4. Конструкция рельсов

"Прорезь" проходит посередине и внутри делит салон на две части.

Разработчики предлагают использовать "бугор" в качестве подлокотника или

"места для ребёнка".

Монорельсовая система предназначена для крупных городов, но авторы

проекта не забыли и о жителях пригородной зоны: предусмотрен гибридный

транспорт с электрическим и топливным двигателями. Например, общественный

пригородный транспорт, названный Maxi-RUF, — это автобус, который может

перевозить десять пассажиров, не считая водителя.

Компания работает над своей концепцией с 1988 года. У RUF International

16 спонсоров, в числе которых нет ни одного автопроизводителя, но есть

датский филиал Siemens и датские же министерства энергетики и окружающей

среды.

Над аналогичным, но куда более реалистичным проектом работают

англичане. Монорельсовый проект под названием ULTra (Urban Light Transport)

компании Advanced Transport Systems впервые будет реализован в 2004 году. А

в январе 2002 года запустили экспериментальную ветвь неподалёку от

Бристоля в городе Кардифф (рис.3.5). Если результаты тестов будут признаны

удовлетворительными, сети ULTra построят сначала в Кардиффе, а потом и в

других городах Великобритании.

[pic]

Рисунок 3.5. Фото экспериментальной ветви в Кардиффе

ULTra — это одна из форм персонального скоростного транспорта (Personal

Rapid Transit — PRT). По сути, это монорельсовая дорога, по которой

движутся небольшие полностью автоматизированные вагонетки — наземное метро,

только без машинистов и, собственно, поездов.

Похожие на капсулы небольшие вагонетки, рассчитанные на несколько

человек, будут двигаться по монорельсу со скоростью 25 км/час.

Проект ULTra, который ещё называют "такси без водителя" (driverless

taxi), Advanced Transport Systems разрабатывала совместно со специалистами

из Бристольского университета.

Первая построенная в Кардиффе испытательная "ветка", по которой будет

двигаться 30 "капсул", будет протяжённостью 1,5 км. В развитой сети

количество вагонеток увеличится до 120. Движение каждой "капсулы" будет

контролироваться центральной системой посредством всевозможных датчиков.

Посадка-высадка пассажиров будет осуществляться на специальных

станциях. Нужно отметить, что "капсулы" не останавливаются на главной

трассе, а подъезжают к станциям по отдельным путям.

При входе пассажир должен будет вставить в "приёмник" смарт-карту, на

которой и будет обозначен маршрут его поездки. Возможно, посредством этой

карты будет производиться и оплата за проезд (тариф такой же, как и за

проезд в автобусе).

Разработчики утверждают, что, во-первых, их электротранспорт не

загрязняет окружающую среду, во-вторых — он лёгкий (вес вагонетки 800 кг),

в-третьих, им удалось "минимизировать визуальное вторжение" в архитектурный

облик городов и окружающую среду, и, наконец, ULTra — безопасный транспорт.

Действительно, при скорости 25 км/час (а вблизи остановок 5 км/час)

мало что может случиться. Тем не менее, каждая вагонетка оборудована

специальной "системой обнаружения", которая автоматически остановит

"капсулу", если впереди препятствие.

Поломка (вероятность любой из них, по мнению создателей, крайне мала)

одной из вагонеток не блокирует всю транспортную систему, а встроенная

"система контроля" передаст сигнал в "Центр".

Система предназначена исключительно для городов и, по признанию

разработчиков, не заменит автобусы и автомобили, а станет лишь дополнением

к существующим видам общественного транспорта.

4.Монокар

В современном мире существуют два основных типа транспортных средств.

АВТОМОБИЛИ имеют более высокий комфорт, безопасность, грузоподъемность

и т.д., но нельзя не отметить и тот факт, что существующая концепция

четырехколесного транспортного средства (автомобиля) не менялась со времен

появления телеги и уже не удовлетворяет современным требованиям по

маневренности, экономичности, уровню выбросов в окружающую среду и т.п.

МОТОЦИКЛЫ отличаются предельной простотой и надежностью конструкции.

Это рама с седлом, двигатель и колеса, переднее из которых - поворотное.

Они обладают высокой маневренностью и проходимостью, но практически не

защищают водителя от погодных условий, не обеспечивают его безопасность,

поэтому почти вытеснены автомобилями.

Но существует концепция, которая объединяет преимущества мотоциклов и

автомобилей. Это машина с кузовом автомобиля и двухколесной конструкцией

ходовой части. Такая машина (монокар) может обладать комфортом,

грузоподъемностью и безопасностью автомобиля и маневренностью,

экономичностью и проходимостью мотоцикла.

Устойчивость мотоцикла зависит от равновесия действующих на него сил.

Мотоцикл может быть устойчивым только при совпадении точки опоры и

равнодействующих сил. При прямолинейном движении такая сила одна. Это сила

тяжести, приложенная к центру масс и направленная вертикально вниз.

Отклонений от точки опоры она не имеет, следовательно, нет и опрокидывающей

силы.

При движении по окружности на машину действует еще и центробежная сила,

направленная наружу и создающая опрокидывающий момент. Для удержания машины

в равновесии равнодействующая этих сил должна проходить через точку опоры.

В мотоциклах баланс достигается либо отклонением водителя в сторону,

противоположную опрокидывающему моменту, либо поворотом руля в сторону

наклона машины. То есть либо центр тяжести отклоняется до совпадения с

точкой опоры, либо точка опоры отклоняется к центру тяжести. При этом

равновесие должно поддерживаться с высокой точностью, в противном случае

неизбежно опрокидывание мотоцикла в сторону наибольшей действующей силы.

Следовательно, устойчивость мотоцикла при движении по окружности зависит

от:

1. Скорости движения мотоцикла

2. Радиуса поворота

3. Угла наклона мотоцикла

4. Смещения вылета переднего колеса

Предельный угол наклона машины зависит от конструкции и формы кузова

машины. Существует зависимость скорости движения и безопасного радиуса

поворота.

V2 = g * R* ctg a,

где V - скорость движения мотоцикла, м/сек,

g - ускорение свободного падения, 9,8 м/сек2,

R - радиус поворота мотоцикла, м,

ctg a - котангенс угла наклона.

При выполнении этих условий переднее колесо нужно поворачивать к центру

вращения.

Если требуется пройти поворот с большей скоростью, то мотоцикл должен

наклоняться на больший угол при вхождении в поворот и переднее колесо

мотоцикла должно быть повернуто в сторону, противоположную повороту. Это

делается для большего смещения точки опоры мотоцикла к центру тяжести. Если

для сохранения равновесия этого недостаточно, то водитель отклоняет тело от

центра вращения до совпадения равнодействующих сил и точки опоры. Для

одноколейного транспортного средства подобные маневры могут быть невозможны

из-за более широкого кузова.

Ошибочно считают, что при этом на мотоцикл оказывает влияние

гироскопический момент колес. Влияние его незначительно, так как при массе

покрышки и обода 3кг, скорости вращения 833 об/мин и скорости поворота руля

0,2 об/мин гироскопический момент колеса равен: 0,35кг. В то же время

отклонение центра тяжести или точки опоры мотоцикла на 10 см при высоте

центра тяжести 100 см и массе мотоцикла и водителя 140 кг создает

отклоняющую силу в 14 кг.

Таким образом, при повороте дополнительное отклонение центра тяжести от

точки опоры в килограммах должно быть равно восстанавливающей силе

гироскопического момента маховика в килограммах.

Наверное, каждый видел, как на мотогонках мотоциклист, не вписавшись в

поворот, скользит по земле в сторону заноса, а следом кувыркается его

мотоцикл. Это может произойти с каждой двухколесной машиной. Отличительной

особенностью любой двухколесной машины является то, что на виражах она

может наклоняться к центру поворота. Это позволяет проходить повороты без

заносов с большим ускорением. Но только до тех пор, пока центробежная сила

не превысит силу трения. И тогда вылет на обочину неизбежен.

Для двухколесных машин существует определенная зависимость предельного

угла наклона от радиуса поворота. Угол наклона монокара зависит от

особенностей конструкции, например, ограничен размерами кузова (35

градусов). Если вывернуть руль слишком круто, то монокар ляжет на бок и

будет скользить на нем по дороге в сторону заноса. Кувыркатся подобно

мотоциклу монокар не сможет из-за маховика. У него слишком большой

гироскопический момент сил. Скорее всего, он будет поворачиватся вокруг

точки контакта, да и то вряд ли. Водитель и пассажир, разумеется, останутся

внутри. Ощущения у них, наверное, будут не из приятных, но каких-либо

повреждений или травм им удастся избежать. Их даже внутри кузова болтать не

будет, поскольку вектор центробежной силы только вдавит их в кресло.

На выступающей части кузова слева и справа можно установить небольшую

площадку - опору. Тогда в случае крутого разворота монокар ляжет не на

кузов, а на опору. Это позволит в прямом и переносном смысле слове сделать

КРУТОЙ разворот.

Для сохранения равновесия одноколейных транспортных средств можно

использовать маховик, который также используется и для рекуперации энергии

при разгонах и торможениях. Задача маховика заключается в компенсации

возникающих возможных отклонений. Восстанавливающая сила маховика зависит

от скорости его вращения. При снижении скорости вращения маховика с

горизонтальной осью вращения он начинает отклоняться от вертикали на угол,

определяемый равнодействующей силы тяжести и восстанавливающего

гироскопического момента.

На остановке гироскопический момент маховика будет максимальным,

удерживая машину в вертикальном положении, а при увеличении скорости он

будет постепенно снижаться, позволяя наклонять машину для совершения

поворотов, так как энергия маховика должна расходоваться на движение

машины.

В некоторых конструкциях ось вращения маховика была горизонтальна и

маховик вращался в ту же сторону, что и колеса. Наклон такого маховика

влево вызывает дополнительный поворот машины влево. Это может облегчить

вхождение в поворот, но может служить и дестабилизирующим фактором.

Из этого следует вывод: если направление вращения маховика с

горизонтальной осью вращения совпадает с направлением вращения колес, то

такая машина более маневренна, но менее устойчива. И, соответственно,

наоборот.

Если ось вращения маховика вертикальна, то ее следует отклонять вперед-

назад. Но при вертикальной оси гироскопический эффект может вносить

дополнительный занос в поворот (подобно винту одноосного вертолета), и

понадобиться ставить второй маховик с противоположным направлением

вращения. Кроме того, маховик с вертикальной осью обладает

дестабилизирующим фактором. При движении в гору или под гору на машину

будет дополнительно влиять гироскопический момент, отклоняющий машину

вправо или влево. Для компенсации такого эффекта потребуется компенсирующее

отклонение руля или установка дополнительного маховика с противоположным

направлением вращения.

На гирокаре П.П. Шиловского маховик крепился на раме, позволяющей

отклонять его ось, восстанавливая тем самым равновесие машины. Рама

отклонялась по сигналу датчиков крена. Можно вместо рамы дополнительно

поворачивать или наклонять переднее колесо до совпадения точки опоры с

центром тяжести. Поворачивать колесо можно также по сигналу датчика крена.

Но если удастся найти точную зависимость между влияющими на машину

силами, то можно будет обойтись и без датчиков крена и т.д.

Зависимости:

. отклонение от точки опоры зависит от угла поворота переднего колеса

. угол поворота переднего колеса зависит от радиуса поворота машины

. радиус поворота зависит от скорости движения машины

. скорость вращения маховика зависит от скорости движения машины

. восстанавливающая сила маховика зависит от скорости его вращения

. от направления вращения маховика с горизонтальной осью зависит

устойчивость и маневренность машины

. от предельной скорости движения зависит мощность двигателя

Применение маховика на автомобиле имеет следующие преимущества:

. снижение расхода топлива вдвое за счет рекуперации (возврата)

энергии

. уменьшение требуемой мощности двигателя до 40 %

. возможность работы двигателя в точке оптимального режима

. устранение различных систем пуска двигателя и режима холостого

хода

. более эффективное (безюзовое) торможение

Удельный расход топлива минимален при работе двигателя примерно на 80 %

мощности и раза в 3-4 выше при 10 % процентах. Однако именно эти 10 %

процентов и требуются при городском движении большую часть времени. В

городском режиме движения также большая часть энергии расходуется при часто

чередующихся разгонах и торможениях. Для снижения таких расходов наиболее

реально применение гибридных двигателей, представляющих собой маховик в

сочетании с двигателем внутреннего сгорания или электромотором.

Двигатель, работая на режиме максимальной экономичности, "закачивает" в

него энергию, поддерживая частоту вращения в определенном диапазоне.

Энергия, необходимая для движения автомобиля, отбирается через

бесступенчатую передачу. В случае торможения кинетическая энергия

автомобиля переходит обратно в маховик.

Монокар позволяет уменьшить потери энергии за счет таких решений:

Масса машины. Для снижения массы можно значительно упростить и

облегчить конструкцию, удалив некоторые узлы и агрегаты. На монокаре могут

не потребоваться двигатель большой мощности (и массы), КПП, радиатор,

стартер, генератор, подвеска двух колес, трансмиссия и многое другое.

монокар можно сделать приблизительно раза в два легче обычной машины.

Аэродинамическое сопротивление. Создание кузова более обтекаемой формы.

Современный автомобиль имеет коэффициент аэродинамического сопротивления

Cx=0,4. Если попробовать сделать трехместный кузов в виде капли и

разместить двух человек в широкой части и одного сзади в узкой, то можно

получить коэфффициент Cx=0,2 или даже меньше. Но подобную форму можно

применить только на двухколесной машине, поскольку четыре колеса все равно

потребуют прямоугольной формы со всеми вытекающими последствиями.

У большинства современных автомобилей он составляет 0,4. У монокара,

благодаря более обтекаемой конструкции двухколесного кузова, он может быть

равен 0,2 или даже меньше.

Зависимость мощности от скорости представлена на рис. 4.1.

[pic]

Рисунок 4.1. Зависимость мощности от скорости

F = C х * Sm * P * V2

где F - сила сопротивления среды, H

Cx - коэффициент аэродинамического сопротивления,

Sm - мидель, м2

P - плотность среды,

V - скорость, м/с

Что составляет 0.2 * 1.22 * 1.2 * 767 = 224 Н при 100 км/час

Для пробега в 100 км потребуется 224 * 100.000 = 22.400.000 Дж, что

составляет мощность в 6.2 кВт. (8,4 л.с) при 100 км/час или 3,2 кВт при

скорости 72 км/час или 833 Вт при 36 км/час

КПД двигателя. Желательно отказаться от двигателя внутреннего сгорания

с КПД 18-20% и применять электродвигатель (КПД 90%). Существенно снизить

требуемую мощность двигателя может применение маховика.

Рекуперация энергии. Применение маховика для рекуперации (накопления)

энергии торможения с последующей отдачей при разгоне. Если в обычных

машинах эта энергия расходуется только на нагрев тормозных колодок, то с

применением маховика удается значительно (почти в 2 раза) снизить расход

топлива по сравнению с движением в городском режиме.

Сопротивление дороги. Двухколесному монокару потребуется значительно

меньше энергии на преодоление сопротивления дороги.

4000H * 0,02 = 80 H

Для пробега в 100 км потребуется 80 * 100.000 = 8.000.000 Дж, что

составляет мощность 2.2 кВт/час. (3 л.с.)

Конструкция машины представлена на рис.4.2.

[pic]

Рисунок 4.2. Конструкция монокара

В центре машины между сиденьями водителя и пассажира размещен маховик.

Над маховиком - ручка управления типа "джойстик". Непосредственно перед

маховиком - узел крепления передней подвески. Сиденье заднего пассажира

размещено точно по центру между передними сиденьями. За задним сиденьем

небольшой багажник. Под багажником -подвеска заднего колеса.

Кузов представляет собой конструкцию из металлического каркаса и

навесных элементов облицовки. Продольно в центре машины находится силовая

рама с маховиком и подвесками колес. Кузов двухдверный, с вертикальным

открыванием дверей относительно середины лобового стекла. Машина имеет 2

небольших багажника по бокам колесной ниши переднего колеса. Над колесной

нишей заднего колеса багажников нет в целях улучшения аэродинамики кузова.

Решением многих проблем монокара будет применение так называемых мотор-

колес. Причем технологически оправдано применение трех однотипных мотор-

колес. Двух непосредственно в колесах и одного в качестве маховика. Они

будут отличаться только максимальной скоростью вращения и массой ротора.

Для маховика масса ротора должна быть не менее 20 кг.

Таким образом, вся кинематика машины будет состоять только из двух

колес, маховика и электронного блока управления. Блок управления нужен для

передачи энергии с маховика на колеса и обратно.

Японскими фирмами сконструированы легкие бесколлекторные

электродвигатели постоянного тока на редкоземельных магнитах с максимальным

КПД до 98% и высокоэффективные микропроцессорные системы управления. Эти

низкооборотные двигатели встроены непосредственно в ступицы ведущих колес.

Это дало возможность отказаться от механической трансмиссии и благодаря

этому довести общий КПД привода до 96-97%. Серийно производятся мотор-

колеса мощностью 200-250 Вт для легких электротранспортных средств -

например, для электровелосипедов, которые уже появляются на дорогах мира.

Преимущества применения мотор-колес на транспортных средствах:

. компоновка автомобиля улучшается благодаря достаточно свободному

выбору места установки мотор-колеса относительно других агрегатов

автомобиля;

. общая масса агрегатов электропривода (не только мотор-колес)

снижается по сравнению с массой агрегатов гидромеханического

привода;

. желаемое распределение массы автомобиля по осям получается

вследствие возможности варьировать базой автомобиля;

. число деталей и узлов механической передачи, подверженных

интенсивному износу в эксплуатации, сокращается, что повышает

надежность системы в целом;

. возможность реализации одним мотор-колесом большой мощности, что

позволяет повысить грузоподъемность автомобиля без увеличения

числа ведущих колес;

. возможность бесступенчатого или в крайнем случае двухступенчатого

регулирования силы тяги;

. торможение на затяжных уклонах большой величины высокоэффективно

и надежно благодаря использования электрического тормоза

Управление машиной осуществляется рукояткой типа "джойстик",

установленной между креслами водителя и пассажира. На рукоятке также

находятся кнопки включения фары, поворотов, сигнала и др. Управление

осуществляется изменением передаточного числа вариатора. При наклоне

рукоятки "вперед-назад" и "влево- вправо" происходит соответственно

торможение-разгон и повороты машины. При максимальном отклонении рукоятки

"вперед" может происходить срабатывание дополнительного тормозного захвата

заднего колеса.

Панель управления имеет небольшие габариты, цифровую индикацию на

светодиодах и может быть размещена в любом удобном месте, например на

зеркале заднего вида в центре машины. Вместо индикации можно применить

синтезатор речи.

Индицировать можно:

1. Скорость движения машины;

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

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

В монокаре ручку управления и панель приборов лучше убрать в сторону.

Так как перед водителем и пассажиром больше не существует травмирующего

препятствия, то возможно применение векторной системы безопасности. В такой

системе кресло обладает возможностью в случае лобового столкновения

откатываться вперед, в свободную зону с одновременным наклоном назад. После

удара кресло на амортизаторах возвращается в исходное положение. Такая

система более надежна, чем ремни и подушки безопасности. При особенно

сильных ударах возможно даже применить катапультирование кресла через

лобовое стекло до полного погашения инерции удара.

Боковые удары для машины с работающим маховиком безопасны, поскольку не

Страницы: 1, 2, 3, 4