Устройство регулирования скорости вращения колес автомобиля при повороте
Владельцы патента RU 2285624:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области транспортной техники и может быть использовано в качестве регулятора скорости вращения колес автомобиля. Устройство регулирования скорости вращения колес автомобиля при повороте снабжено электронной системой, состоящей из датчика угла поворота рулевого вала и цифрового спидометра, устанавливающего линейную скорость автомобиля, блоком управления, определяющим радиус поворота автомобиля при движении и находящим по заданному алгоритму необходимую скорость вращения каждого из колес и выдающим от аккумулятора и генератора подзарядки требуемый ток разной полярности, но одинакового значения. Исполнительные механизмы выполнены в виде высокомоментных электродвигателей постоянного тока на каждой из полуосей мостов автомобиля, причем якорь каждого электродвигателя встроен в полуось, а статор - в кожух полуоси моста. Технический результат - повышение скорости вхождения в поворот и устойчивость при высоких скоростях маневрирования. 4 ил.
Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в качестве регулятора скорости вращения колес автомобиля.
Существует устройство регулирования скорости вращения колес автомобиля при повороте (патент US 5343971, 1994 г.) и принятое за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при применении известного устройства ограничения скорости, принятого за прототип, относится то, что привод вращения колес автомобиля осуществляется только за счет встроенных в каждом из них электромоторов.
Технический результат - возможность использования предлагаемого устройства на автомобилях с традиционной трансмиссией для повышения скорости вхождения в поворот и устойчивости при высоких скоростях маневрирования.
Особенность заключается в том, что предлагаемое устройство содержит встроенные в полуоси мостов высокомоментные электродвигатели с возможностью отдельного регулирования скорости каждого из колес автомобиля в зависимости от условий движения путем подачи на электродвигатели электрических токов противоположных знаков и равных по величине с целью нагружения полуоси, находящейся на внешнем радиусе, дополнительным моментом и торможения полуоси, находящейся на внутреннем радиусе, равным по величине тормозящим моментом.
Сущность изобретения заключается в следующем: устройство встраивается в автомобиль и имеет электронную систему, состоящую из датчика угла поворота рулевого вала, цифрового спидометра устанавливающего линейную скорость автомобиля, блока управления, определяющего радиус поворота автомобиля при движении и находящего по заданному алгоритму необходимую скорость вращения каждого из колес, и выдающего требуемый ток разной полярности от аккумулятора и генератора подзарядки на исполнительные механизмы в виде высокомоментного электродвигателя постоянного тока на каждой из полуосей мостов автомобиля, причем якорь встраивается в полуось, а статор - в кожух полуоси моста.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема устройства, на фиг.2 изображен электродвигатель в мосту автомобиля, на фиг.3 - механизм автомобильного дифференциала, на фиг.4 - блок-схема работы устройства.
Устройство содержит (Фиг.1): датчик угла поворота рулевого колеса 1, цифрового спидометра 2, электронный блок управления 3, аккумулятор 4, генератор 5, электродвигатели 6.
Работа устройства осуществляется следующим образом: при повороте рулевого механизма на угол α, больший заданного значения, на блок управления 3 поступает сигнал с датчика угла поворота рулевого колеса 1. Электронный блок управления запрашивает действительную линейную скорость движения автомобиля V в данный момент с цифрового спидометра 2. В блоке управления вычисляются требуемые частоты вращения колес и определяются управляющие токи для каждого электродвигателя 6. Подача управляющих токов происходит с аккумулятора 4, подзаряжаемого во время движения автомобиля генератором 5. При внезапном отказе автомобиль продолжает движение как автомобиль с обыкновенной трансмиссией.
На фиг.2 - конструктивное изображение реализации установки электродвигателя. Кожух полуоси моста 1 вырезается на величину корпуса электродвигателя 2 и они взаимно фиксируется штифтами 3. В корпусе электродвигателя находится статор электромотора 4, а в полуоси ведущего моста якорь 5. Электроток подается на колодку 6, откуда на якорь через щетки 7 и на статор через проводку корпуса 8. Для защиты электродвигателя от трансмиссионного масла, находящегося в кожухе моста, предназначены прокладки 9 и манжеты 10.
На фиг.3 показан механизм автомобильного дифференциала. Предположим, что центр автомобиля описывает окружность радиуса R. Если расстояние между колесами будет d, то радиус внешней окружности будет а внутренней 
Пусть скорость центра автомобиля V. Тогда, если радиус колес равен r, то угловая скорость первой шестерни будет 
а второй 
Угловая скорость кожуха 
и относительная угловая скорость сателлитов 
Выполнение вышеприведенных соотношений обеспечивает вращение колес без проскальзывания.
Алгоритм вычисления управляющих токов следующий (фиг.4): при входе автомобиля в поворот на блок управления через фильтр Ф, в целях подавления белого шума, поступает мгновенное значение угла поворота рулевого колеса α, одновременно поступает сигнал со спидометра V. Исходя из конструкции рулевого управления, а в частности его передаточного числа I, определяется угол поворота управляемых колес и радиус поворота 
Для достижения требуемой угловой скорости первого колеса а второго 
являющейся оптимальной и позволяющей каждому из колес автомобиля в повороте двигаться без проскальзывания, тем самым обеспечивая постоянное сцепление колес с дорожным покрытием, необходимо одно из колес докрутить, а второе притормозить на ту же самую величину, равную 
Для этого необходимо совершить работу, равную
где J - приведенный момент инерции вращающихся масс передней оси (J1) и задней оси (J2).
Электродвигателю необходимо совершить работу
А=UIΔt,
где U - напряжение в управляющей сети автомобиля, Δt - время совершения работы.
Соответственно управляющий ток 
Для колес передней оси с разной полярностью и значением: 
соответственно для колес задней оси: 
Устройство регулирования скорости вращения колес автомобиля на повороте, содержащее электродвигатели постоянного тока, электронную систему, состоящую из датчика угла поворота рулевого вала и цифрового спидометра, устанавливающего линейную скорость автомобиля, блок управления, связанный с датчиком угла поворота рулевого вала и спидометром, определяющий средний радиус поворота автомобиля R и требуемую скорость вращения каждого из колес автомобиля для обеспечения их вращения без проскальзывания и передачи требуемого значения управляющих токов на аккумулятор, выдающий необходимый ток на электродвигатели на каждой из полуосей мостов автомобиля, отличающееся тем, что у каждого электродвигателя якорь встроен в полуось и статор - в кожух полуоси моста, причем в указанном блоке управления изменение угловой скорости колес определяется зависимостью 
где d - колея автомобиля, г - радиус колес автомобиля, V - линейная скорость автомобиля.
