Оглавление:
Самый могущественный во вселенной.
Материализация визуализации.
На пути к массовому производству.
Чем больше, тем лучше.
Революционные технологии. Мотор Магнетар.
Двухрычажная подвеска.
Даешь единый стандарт.
Да будет свет.
Спортивные сидения для спортивного электромобиля.
Руль твоей мечты.
Педали на каждый день.
Мозг EVO.
Работает как часы.
Самый могущественный во вселенной
«Использование электротранспорта
лучшее изменение в 21 веке»
Антон Дубина
Мы живем в мире развивающихся технологий. Автомобиль — это техническое устройство, состоящее из множества деталей, которые изменяются вместе с технологиями. Сейчас в мире зарегистрировано более миллиарда автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Ядовитые вещества,
содержащиеся в выхлопных газах, являются причиной легочных заболеваний и вызывают раковые опухоли у людей, живущих в городах.
Конструкция электрического автомобиля не имеет больших механических узлов таких как стартер, карбюратор, коробка передач. Автомобиль
с электрическим мотором быстрее разгоняется. Он во многом превосходит
автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Все чудесные возможности электропривода еще не раскрыты. Пройдет не мало лет прежде, чем
его свойства будут полностью реализованы.
В 2014 году я начал работу над проектом электрического автомобиля.
В то время я был удивлен отсутствием в городах автомобилей, работающих
от электричества. Люди могут приехать домой с работы и поставить автомобиль на зарядку в ночное время, когда тариф на электроэнергию меньше, а на утро отправиться по своим делам не тратя время на заправке.
Но почему-то они этого не делают. Наверное, потому что в мире мало моделей электрических автомобилей и цены на них слишком большие. Поэтому я принял решение сделать красивый и недорогой электрический автомобиль.
При проектировании автомобиля DUBINA EVO я основывался на правилах, совершенствующих конструкцию. Желание создать идеальный автомобиль помогало мне делать правильный выбор и находить правильное решение. Отличительная особенность моего спортивного автомобиля в том, что
он сочетает в себе лучшие свойства оптимизированные при соотношении
цены и качества. Производство автомобиля осуществляется при минимальных материальных затратах с быстрым, отлаженным механизмом. Весь
производственный процесс выполняется на заводе небольшой площади.
Во избежание остановки производственного процесса сборочные операции
независимы друг от друга. При производстве автомобиля нельзя забывать
об экологии. Большое количество деталей изготовлены из переработанных
бытовых и промышленных отходов. Наша обязанность сохранить нашу планету зеленной, небо голубым, а горизонт светлым. В этом выпуске представлен результат моей деятельности за 2020 год. За этот год было принято
множество технических решений, улучшивших конструкцию автомобиля.
Мне интересны ваши отзывы. Вы, будучи читателем этого журнала, яв-
ляетесь наиболее важным критиком. Ваше мнение ценно для меня, и мне
хотелось бы знать, что было сделано правильно, что можно было бы сде-
лать лучше, какие темы хотели бы вы увидеть и любые другие ваши поже-
лания. Вы можете отправлять свои сообщения по электронной почте.
e-mail: dubina.corporation@gmail.com
website: www.dubina.biz
Материализация визуализации
Основой проектной деятельности является программное обеспечение.
Инструментами для проектирования служат программы, выполняющие
различную функцию. Создание информационной модели автомобиля
DUBINA EVO начиналось с эскизного проекта. Эскиз был создан в бесплатном растровом графическом редакторе Krita. Это программное обеспечение с открытым кодом, входящее в состав KDE. Krita разрабатывается
преимущественно для художников и фотографов, распространяется
на условиях GNU GPL. Программа поддерживает неразрушающее редактирование слоев и масок, работу в различных цветовых пространствах
и с различными цветовыми моделями — RGB, CMYK, LAB, в режиме
от 8 до 32 бит с плавающей точкой на канал. Кроме того, реализованы
популярные фильтры (такие как нерезкое маскирование), корректирующие слои, маски и динамические фильтры, а также серия инструментов
для ретуши. Однако основным приоритетом разработчики ставят реализацию возможностей для художников. В эскизном проекте представлялась
концепция автомобиля, его габаритные размеры, конструктивные особенности. После определения основных размеров и конструктивных особенностей создавались чертежи будущего автомобиля.
Чертежи выполнялись в программе LibreCAD. LibreCAD (ранее
CADuntu) — кроссплатформенная, открытая и свободная САПР для 2-мерного черчения и проектирования, создана на основе QCad. LibreCAD позволяет решать задачи двухмерного проектирования, такие как подготовка инженерных и строительных чертежей, схем и планов. Работает под управлением операционных систем Linux, Windows и Mac OS X. Распространяется
под лицензией GNU General Public License версии 2. Исходный код написан
на языке программирования C++ с использованием библиотек Qt. Далее
по чертежам строилась трехмерная модель. Для трехмерного моделирования оптимальна программа Blender. Blender — это комплексная программа,
сочетающая в себе все актуальные возможности 3D моделирования. Программа не требовательна к характеристикам компьютера, в ней можно провести дизайнерское проектирование, организовать сборочную конструкцию и подготовить модель для печати на 3D принтере. Использование всех
основных видов моделирования: свободные формы и скульптинг, работа
с твердыми телами (в том числе и прямым редактированием), возможность
задания параметрических размеров, а также поддержка форматов obj и stl
в качестве импортируемой геометрии. Все элементы, которые смоделированы, могут использоваться в качестве дальнейших шаблонов для работы.
Программное обеспечение поддерживает различные форматы файлов 3D
для импорта и экспорта, в том числе Alembic, 3D Studio (3DS), Filmbox (FBX),
Autodesk (DXF), SVG, STL (для3D-печати), UDIM, USD, VRML, WebM
Трехмерные модели деталей автомобиля собирались в сборочные единицы и соединялись в основные части автомобиля. Кузов автомобиля
строился в режиме скульптинг. Построение было начато с создания одного полигона, который был разбит на 4 равных полигона. Прибавляя один
полигон за другим придавалась форма кузова. В местах, требующих большее количество полигонов, полигоны были поделены на необходимое количество. Построив и отредактировав продольную половину корпуса, был
применен модификатор симметрия. Модификатор создает симметричную
копию детали. Получившееся деталь меняет свою форму при изменении
формы оригинальной детали. Соединив две симметричные части кузова,
получился кузов при изменении, формы которого с одной стороны меняется форма другой стороны. Для придания корпусу ровных гладких линий
применялись трехмерные лекала. Для построения ровной окружности колесных арок использовался цилиндр. Прикладывая цилиндр к колесной
арке как шаблон, выравнивались линии полигонов. Для построения прямых линий на дверях и пороге корпуса использовались прямоугольные
плоскости. Трехмерные лекала позволяют проверить прямолинейность
линий полигонов со всех сторон. Еще для визуального определения гладкости формы корпуса используются материалы, имеющие глянцевую поверхность. На визуальное определение гладкости поверхности влияют
не только тип материала, но также и цвет.
Детали механизмов, шестеренки редукторов делались в программе
FreeCAD. FreeCAD — параметрическая САПР общего назначения с открытыми исходными кодами (на базе лицензии LGPLv2+). Основой геометрического моделирования твёрдых тел в FreeCAD является принцип граничного
представления, в то же время имеется поддержка полигональных сеток.
Геометрическим ядром FreeCAD является OpenCASCADE. Кроме задач машиностроения, FreeCAD может использоваться для таких задач, как архитектурное проектирование, или инженерный анализ методом конечных
элементов. Freecad поддерживает более 30 форматов файлов для импортирования.
Для изготовления деталей автомобиля применялась 3Д печать. Технология 3Д печати универсальна. Размер детали для 3D печати ограничен
только размером принтера. 3D принтер — это периферийное устройство,
использующее метод послойного создания трехмерного объекта по цифровой 3D модели. Для 3D печати не требуется дополнительная оснастка. Все
типы деталей изготавливаются на одном принтере. Для того чтобы напечатать деталь на ЗД принтере необходимо сначала исходный формат ЗD модели конвертировать в G-код. G-код — условное именование языка программирования устройств с числовым программным управлением (ЧПУ).
Был создан компанией Electronic Industries Alliance в начале 1960-х. Для
конвертирования STL формата в формат G-code применяется программа
Slic3r.
В этой программе можно установить скорость печати, коэффициент заполнения и многое другое. После конвертации файл с G-кодом загружается
в ЗД принтер. Из-за послойного формообразования можно изготавливать
детали любой сложности. Для 3D печати используются различные материалы. Наиболее распространённые PLA, ABS, PVA пластики, нейлон, резина,
металлический порошок. Самый производительный процесс ЗД печати —
это процесс стереолитографии. В процессе стереолитографии слой материала образуется на всей площади поверхности одновременно. Яркие лучи
света, передаваемые от проектора, попадают на прозрачное стекло. Стекло
находится на дне ванны с жидким светоотверждающим материалом. Проектор под стеклом передает изображение поперечного сечения каждой части детали. Таким образом материал на стекле отвердевает и вытягивается
слой за слоем из ванной вверх.
Управление автомобилем производится по программе написанной
в интегрированной среде разработки Arduino IDE. Это кросс-платформенная приложение (для Windows, MacOS, Linux), разработанное на C и C ++.
Оно используется для написания и загрузки программ на Arduino-совместимые платы, а также на платы других производителей. Исходный код для
среды IDE выпущен под общедоступной лицензией GNU версии 2. Arduino
IDE поддерживает языки C и C ++ с использованием специальных правил
структурирования кода. Arduino IDE предоставляет библиотеку программного обеспечения из проекта Wiring, которая предоставляет множество общих процедур ввода и вывода. Для написанного пользователем кода требуются только две базовые функции для запуска эскиза и основного цикла
программы, которые скомпилированы и связаны с заглушкой программы
main () в исполняемую циклическую исполнительную программу с цепочкой инструментов GNU, также включённой в дистрибутив IDE.
На пути к массовому производству
Кузов автомобиля является важнейшей конструктивной, наиболее ответственной, материалоемкой и дорогостоящей частью автомобиля. Он составляет примерно половину автомобиля по массе, стоимости и сложности
изготовления. Кузов является основанием для установки и крепления всех
систем и механизмов автомобиля. Кузов обеспечивает безопасность автомобиля. Конструкция кузова и его параметры оказывают серьезное влияние на эксплуатационные свойства, обеспечивающие движение автомобиля (маневренность, устойчивость, плавность хода,), и на эксплуатационные
свойства, не связанные с движением автомобиля (вместимость, прочность,
долговечность, ремонтопригодность, приспособленность к погрузке и выгрузке). DUBINA EVO имеет несущий кузов из стеклопластика. Он воспринимает все нагрузки, которые действуют на автомобиль при движении.
Это означает, что все элементы кузова, за исключением дверей и люков,
являются несущими. Кузовная несущая система позволяет уменьшить массу автомобиля, его общую высоту, понизить центр тяжести и, следовательно, повысить его устойчивость.
Проектирование несущего кузова состоит в наиболее рациональном
распределении материала в каждом элементе, позволяющем наилучшим
образом использовать максимально возможную несущую способность материала. С целью придания конструкции четкую и непрерывную форму,
обеспечивающую непосредственную передачу нагрузки от точки ее приложения до точки, в которой возникает реакция. Конструкция несущего
кузова должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечивать возможность точного управления, быть легкой, чтобы инерционные нагрузки
и нагрузки, вызываемые колебательным угловым движением подрессоренных частей относительно вертикальной оси, были малы, быть прочной долговечной, чтобы воспринимать циклические дорожные нагрузки,
нагрузки со стороны силовой установки, водителя и пассажира. Отсюда
ясно, что конструкция автомобиля оценивается не по прочности,
а по жесткости, и исследование состояния конструкции связано с изучением скорее ее деформируемости, чем напряженного состояния. Прогибы
при изгибе в середине пролета автомобиля не должны превышать 1,3 мм,
а деформации контура дверных проемов не должны быть более 1,2 мм
в случае действия сосредоточенной в середине пролета нагрузки, равной
6700 Н. Стеклопластик не такой жесткий как сталь или алюминий поэтому в конструкции кузова применяются усиливающие накладки, кронштейны и ребра жесткости. Стеклопластик прочный и лёгкий материал.
Ещё одним большим плюсом стеклопластика является отсутствие кор-
розии. Важными частями, вносящими вклад в общую жесткость конструкции, являются продольные брусья крыши, верхние брусья и стойки
рамы ветрового стекла, дверные навески, передние и задние лонжероны
основания кузова, панели боковины задней части кузова, дверные стойки. Кузовная несущая система из стеклопластика обеспечивает хорошую
изоляцию пассажирского салона от вибрации и шума работающих агрегатов и механизмов, а также от шума шин, возникающего при их качении по поверхности дороги. Детали кузова изготовлены из стеклопластика толщиной 2…3 мм. Кузов автомобиля DUBINA EVO имеет форму c
отделениями для двигателей, пассажирский салон и багажные отделения.
Он имеет стеклопластиковый неразъемный кокпит, левую и правую боковины с задними крыльями, крышу и передние крылья. Получившаяся
конструкция кузова выполнена неравнопрочной. Отдельные его части
имеют различную жесткость и, следовательно разную сопротивляемость
удару при дорожно-транспортных происшествиях. В результате при
столкновениях автомобиля за счет деформации передней и задней частей кузова гасится энергия удара, и пассажирский салон предохраняется от деформации. Это обеспечивает сохранение пространства выживания людей при столкновениях автомобиля. Сборка кузова DUBINA EVO
производится на сборочном стапеле первого этапа производственной линии. Двое рабочих соединяют нижнею часть кокпита с туннелем с помощью эпоксидного клея, затем к нижней части кокпита присоединяется
отдел для батареи, после этого присоединяется передняя часть и задняя
часть, потом левая половина и правая половина в конце устанавливается
крыша.
Все части кузова изготовлены из стеклопластика методом ручной формовки. Формовка деталей кузова состоит из наложения слоев стеклоткани
в матрицу. Поскольку при изгибе только наружная поверхность детали испытывает максимальные напряжения, она является районом укладки высокомодульных углеродных волокон. Первый слой стеклоткани является
наиболее тонким (300 г/м2), что обеспечивает максимально гладкую поверхность изделия. Стеклоткань должна в точности повторять все изгибы
формы матрицы без отслоений и образования воздушных пазух. Раскрой
стеклоткани выполняют по шаблону, изготовленному из плотного картона
по размерам матрицы. Детали кузова, имеющие сложную форму, используют раскрой стеклоткани, состоящий из нескольких отдельных элементов.
В зависимости от толщины детали готовится необходимое количество слоев материала, которые складируются в удобном, легкодоступном месте,
в порядке их формования в матрице.
Разделительный слой, наносимый на поверхность формы матрицы, служит для обеспечения возможности безопасного извлечения готового изделия после высыхания смолы. В качестве материала, из которого выполняется разделительный слой, применяется воск и спирт PVA. В подготовленную матрицу укладывается стекломатериал затем матрица накрывается крышкой, повторяющей форму детали. Эта крышка плотно прижимает стекломатериал к матрице и создает правильную деталь. Процесс создания детали
проще с такой крышкой. После закрытия матрицы крышкой из нее выкачивают воздух и закачивают эпоксидную смолу. После высыхания смолы деталь вынимают из матрицы и отправляют в зал механической обработки.
Для увеличения прочности матрицы на нее наклеиваются ребра жесткости
из пенополиэтилена. После этого их обклеивают стеклотканью. Сложные
детали кузова изготавливаются из объемной матрицы, состоящей
из нескольких частей.
На листе выкроек детали обозначены номерами модели, назван цвет
контура выкройки (красный, синий, зеленый или черный). Номера деталей
имеют тот же цвет, что и контуры выкройки. Выкройку необходимо распечатать в масштабе 1:1 на прочной матовой баннерной ткани шириной
3.2 м. Для создания трафарета детали выкройки положите распечатанную
выкройку на плотный картон и обведите контур детали мягким карандашом. Вырежьте из картона деталь выкройки.
Чем больше, тем лучше
Аккумуляторная батарея DUBINA EVO сочетает в себе множество
свойств. Она имеет большую емкость, быстро заряжается, немного весит
и имеет небольшие размеры. В автомобиле используется батарея с дополнительным аккумулятором, для того чтобы основная батарея не разряжалась во время длительной парковки из-за паразитных токов в электронных устройствах. Основная батарея напряжением 400 В имеет емкость 50 кВт и дополнительная напряжением 12 В и емкостью 1 кВт. Основная батарея
состоит из 16 модулей в каждом модуле по 8 аккумуляторов. Всего в основной батарее 125 аккумуляторов, соединенных последовательно. Напряжение одного аккумулятора 3,2 В. Емкость одного аккумулятора 125 Ач. Размер одного аккумулятора 320х420х12 мм. Аккумуляторная батарея имеет
размеры 1780х1300х100 мм. Аккумуляторная батарея расположена под
днищем кокпита. Таким образом центр масс находится на средней линии,
между передней и задней осями автомобиля в нижней точке. Такое расположение распределяет равномерно нагрузку и не нарушает устойчивость
при движении.
Аккумулятор состоит из анода (+) и катода (-). Емкость батареи C зави-
сит от площади поверхности электрода S, расстояния между электродами d
и электропроводности электролита. Чем больше площадь поверхности
электрода S, тем больше емкость батареи.
С ~ S,
Чем меньше расстояние между электродами d, тем больше емкость ак-
кумулятора.
C ~ 1 / d,
Чем больше проводимость электролита, тем больше емкость батареи.
С ~ ε,
Общая формула емкости батареи.
C = εε0 S / d,
Литиевые батареи имеют высокую плотность энергии и напряжение,
длительный срок службы и низкий уровень саморазряда, они имеются
в продаже и широко используются.
Катод (-) батареи изготовлен из алюминиевого токосъемника с нанесен-
ным на него LiFePO4. Алюминий используется в качестве катодного токосъемника, поскольку алюминий обладает высокой электропроводностью,
малым весом и низкой стоимостью по сравнению с другими материалами.
Среди соединений оливиновой структуры LiFePO4 имеет высокое напряжение 3,5 В и высокую объемную плотность 3,6 г/см3 по сравнению с литием,
имеет теоретическую емкость 170 мАч/г и демонстрирует превосходную
высокотемпературную стабильность по сравнению с кобальтом (Co) и использует дешевый Fe, что делает его весьма приемлемым в качестве активного материала катода для литиевых батарей. Фосфат лития-железа
(LiFePO4) оливинового типа находится в форме вторичных частиц, в которых первичные частицы агрегируют и имеют высокую пористость, обеспечивая тем самым превосходную электропроводность и высокую плотность,
которые являются преимуществами более мелких первичных частиц, а также высокой эффективностью процесса, которая является преимуществом
вторичных частиц.
Использование литий-железного фосфата оливинового типа в форме
вторичных частиц позволяет уменьшить количество связующего вещества
и растворителя, используемых для изготовления электрода, и сократить
периоды перемешивания и сушки. Суспензия, приготовленная смешением
катодной смеси, наносится на токосъемник толщиной 15 мкм. Катодная
суспензия состоит из LiFePO4, связующего вещества, проводящей добавки
и растворителя. Поливинилиденовое связующее является компонентом,
который способствует связыванию активного материала с токопроводящим материалом и токосъемником. Связующее добавляется в количестве
3% от общей массы соединения, включая активный материал анода. Проводящий материал графит (С) добавляют в количестве 3% от массы всего
катода. Анод (+) батареи выполнен из графитовой фольги толщиной
100 мкм. Разделитель размещен между катодом и анодом. В качестве сепаратора используется тонкая изолирующая пленка с высокой ионной проницаемостью и механической прочностью. Сепаратор имеет диаметр пор
0,05 мкм и толщину 10 мкм. Нетканый полипропилен используется в качестве сепаратора.
Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г/т,
в морской воде — 0,17 мг/л. Месторождения лития известны в Бразилии, Австралии, Чили, Боливии, США, Аргентине, Конго, Китае
Механизм работы аккумулятора
Зарядка
Катод (-) LiFePO4 = Li + FePO4
Анод (+) 6C + Li = LiC6
Разрядка
Катод (-) Li + FePO4 = LiFePO4
Анод (+) LiC6 = 6C + Li
Революционные технологии. Мотор Магнетар
DUBINA EVO оснащен силовой установкой состоящей из четырех электромоторов Магнетар. По два мотора расположены с передней и задней части кокпита. На каждое колесо приходится по одному мотору. Автомобиль
имеет полный привод. Автомобиль с полным приводом быстрее разгоняется
и лучше управляется. Электрическая силовая установка — это сердце авто-
мобиля. Она преобразует электрическую энергию в механическую. Электромотор Магнетар мощный, легкий и бесшумный. Мотор Магнетар это реверсивный бесколлекторный многополюсный электромотор. Бесколлекторный двигатель имеет многополюсный неодимовый постоянный магнит в роторе и питаемые электрическим током магниты в статоре. Такая особенность конструктивно отличает бесколлекторный электродвигатель от других подобных ему устройств. Бесколлекторный электродвигатель осуществляет вращение за счет потребления постоянного электрического тока. Основным отличием и преимуществом является то, что у двигателя отсутствует коллектор. Это значительно снижает расходы и время на обслуживание, снижает электропотребление. Ранее в связи с износом щеток коллекторного электродвигателя могло произойти увеличение потребления им тока без сопутствующего увеличения мощности. Искры, образующиеся на щетках при работе электродвигателя, создают радиопомехи. Способ исполнения бесколлекторного двигателя делает его конструкцию простой и компактной, а также экономичной и надежной. С приходом технологии производства неодимовых магнитов, мощность бесколлекторных двигателей возросла, а размер же, наоборот, снизился кратно. Но, в отличие от других, бесколекторный двигатель имеет сложный и дорогой электронный блок управления. Бесспорным плюсом наличия такого блока управления является возможность изменения числа оборотов работающего электродвигателя. Блок управления отвечает за своевременное переключение подачи напряжения на соответствующие вращению ротора обмотки. Подача напряжения переключается за счет датчиков положения ротора. Напряжение на обмотки двигателя подается в зависимости от положения ротора. Электроника определяет положение ротора двигателя. Для этого применяются датчики положения на основе эффекта Холла (SS41). Благодаря таким датчикам электронный блок управления всегда знает, в каком положении находится ротор и на какие обмотки подавать напряжение в каждый момент времени. Для электромотора необходимо быстрое изменение значения и направления скорости движения. Из курса физики известно, что ускорение Е при вращательном движении какого-либо материального тела (в данном случае ротора двигателя) прямо пропорционально моменту М, действующему на это тело, и обратно пропорционально моменту инерции J этого тела относительно оси вращения:
E=M/J
Из приведенной формулы следует, что для получения больших ускорений (замедлений) необходимо, чтобы двигатель развивал значительный
вращающий момент М, а его ротор имел небольшой момент инерции J.
Выражение для максимального значения момента двигателя Мmax в со-
ответствии с формулой может быть записано следующим образом:
Мmax = ВIS = 2ВILR
L- длина проводников рамки (длина ротора двигателя);
R — расстояние от оси вращения рамки 00» до проводников (радиус ро-
тора двигателя).
Момент инерции J цилиндрического тела (ротора двигателя) относи-
тельно оси вращения подсчитывается по формуле:
J=mR2
m — масса цилиндра (ротора);
R — радиус цилиндра (ротора).
Подстановка выражений в формулу приводит к следующему соотноше-
нию:
E=2BIL/mr
Полученная формула определяет способы повышения быстродействия
двигателя. Они состоят в следующем:
1) Повышение индукции магнитного поля двигателя;
2) Выполнение ротора двигателя с минимально возможной массой
и с максимально возможным отношением длины к радиусу;
3) увеличение тока в обмотках двигателя.
Уменьшить массу ротора (якоря) двигателя можно сделав его полым.
Постоянные неодимовые магниты располагаются на якоре. Якорь двигате-
ля выполняется в виде тонкостенного стакана из немагнитного материала.
Для нормальной работы двигателя постоянного тока необходимо изменять
направление тока в проводниках обмотки при изменении положения рото-
ра. Это переключение в обычных двигателях постоянного тока обеспечива-
ется с помощью коллектора. Вращающий момент асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором изменяется в зависимости от частоты вра-
щения ротора по кривой.
Вращающий момент Мвр — мера этого усилия, изменяющего угловую
скорость:
ω = 2πn / 60
n — частота вращения двигателя, об/мин.
Между мощностью двигателя Р (Вт), угловой скоростью ω (рад/с), силой
F (Н), радиусом шкива r (м), и вращающим моментом Мвр (Н·м) существует
следующая зависимость:
Мвр = Р/ω = Fr
Подставив значение угловой скорости ω получим:
Мвр = Р/ω = Р/2πn/60 = 60Р/2πn = 9,554Р/n
Электромотор во время работы вращается с большой частотой
и небольшим крутящим моментом. Крутящий момент, который создает
электромотор недостаточен для того, чтобы автомобиль мог тронутся
с места. Поэтому для увеличения крутящего момента используется пони-
жающий редуктор. Понижающий редуктор уменьшает частоту вращения
и увеличивает крутящий момент. Для увеличения крутящего момента
применяется планетарный редуктор. При небольшом поперечном разме-
ре, планетарный редуктор имеет большое передаточное отношение.
Торможение двигателем*
Особенность электромотора — это способность мгновенно менять на-
правление вращения ротора. Благодаря такой способности в автомобиле
появилась возможность производить торможение методом противотока.
При нажатии на педаль тормоза в двигателях автомобиля меняется на-
правление тока, которое создает обратный крутящий момент. Эта техноло-
гия упрощает конструкцию автомобиля. Теперь в автомобиле нет тяжелых
механических тормозов. Торможение производится на уровне программ-
ного управления.
Рекуперация.
Пока автомобиль катится по дороге без тяги двигателя или при спуске
с горы, двигатель продолжает вращаться. В это время ротор вращающегося
двигателя работает как генератор тока. Генерируемый ток возвращается
в батарею. Чтобы энергия не рассеивалась в цепи управления двигателем,
устройство включает двигатель в качестве генератора. Такое устройство
выполняет рекуперацию.
Гиперскорость.
Электродвигатель может работать в течение небольшого промежутка
времени с пиковым током. Пиковый ток обладает большой силой, которая
дает огромную мощность, но только на короткий период времени. Функ-
ция пикового тока включается кнопкой, расположенной на руле.
Повышение маневренности.
DUBINA EVO имеет полный привод. На каждое колесо приходится
по одному мотору. Такая конструкция позволяет повысить маневренность,
с помощью изменения частоты вращения колес в зависимости от угла по-
ворота. Колесо, находящееся на большем радиусе при повороте, вращается
с частотой, превышающей частоту другого колеса на процент, равный углу
поворота.
Движение автомобиля вокруг оси.
Машина может вращаться вокруг оси. Потому что на каждое колесо
приходится по одному мотору. Движение вокруг оси активируется кнопкой
на руле.
Двухрычажная подвеска
В автомобиле применяется двухрычажная подвеска. В отличии от других типов подвесок, конструкция двухрычажной подвески предлагает более прогрессивную геометрию. Чем больше сжата подвеска с двойными
поперечными рычагами, тем больше будет отрицательный развал, что осуществляется благодаря использованию рычагов разной длины. Это положительно сказывается на управлении в такие моменты, когда водитель
сильно закладывает в поворот и автомобиль начинает соскальзывать с траектории. В эти моменты система подвески на поперечных рычагах будет
поддерживать лучший контакт шины с дорогой. А значит, автомобиль будет устойчивее. Дополнительным плюсом двухрычажной подвески считаются меньшие габариты верхнего рычага относительно нижнего. В связи
с этим во время движения колеса вверх меняется угол развала, в результате
чего плоскость колеса остается перпендикулярной дорожному покрытию
даже во время кренов кузова. В общем в зависимости от длины и расположения самих А-образных рычагов можно регулировать угол развала
и схождения. Направляющим устройством подвески являются нижние
и верхние рычаги, упругим устройством — витые цилиндрические пружины, гасящим — телескопические гидравлические амортизаторы двухстороннего действия, а стабилизатором поперечной устойчивости — упругий
П-образный стержень.
Верхние и нижние рычаги подвески установлены поперек автомобиля
и имеют продольные оси качения. Ось нижнего рычага и верхнего рычага
прикреплены к кронштейну в кузове. Внутренние концы верхних и ниж-
них рычагов соединены с осями резинометаллическими шарнирами.
Верхние и нижние резинометаллические шарниры имеют одинаковое
устройство и отличаются только своими размерами. Применение резинометаллических шарниров обеспечивает бесшумную работу подвески и исключает необходимость смазывания шарниров. Наружные концы верхних
и нижних рычагов подвески соединены с поворотным кулаком шаровыми
шарнирами. Шаровые шарниры выполнены неразборными, имеют одина-
ковое устройство, взаимозаменяемы и в процессе эксплуатации не требу-
ют смазывания. Пружина подвески установлена между нижней опорной
чашкой, прикрепленной к нижнему рычагу, и верхней опорной чашкой,
соединенной с опорой, которая связана с поперечиной подвески между
концами пружины и опорными чашками установлены виброшумоизоли-
рующие прокладки. Амортизатор нижним концом прикреплен к крон-
штейну опорной чашки с помощью резинометаллического шарнира.
Верхний конец амортизатора крепится к кронштейну через резиновые
подушки. Ход колеса вверх ограничивается буфером сжатия, который закреплен на опоре, установленной внутри пружины подвески. При статической нагрузке буфер сжатия касается нижней опорной чашки пружины, что
обеспечивает его постоянную работу. Упор ограничивает сжатие буфера.
Ход колеса вниз ограничивается буфером отдачи, который установлен
в кронштейне, соединенном с поперечиной и опорой. При ходе колеса
вниз буфер отдачи упирается в специальную опорную площадку верхнего
рычага. Стабилизатор поперечной устойчивости представляет собой упругое устройство торсионного типа, установленное поперек автомобиля.
Стержень стабилизатора имеет П-образную форму и круглое сечение. Он
изготовлен из рессорно-пружинной стали. Средняя часть стержня стабилизатора и его концы крепятся в резиновых опорах обоймами к кузову автомобиля и к кронштейнам опорных чашек нижних рычагов.
Даешь единый стандарт
Очень медленно происходит развитие электромобилей в мире. Одна
из причин — это огромное количество типов розеток зарядки. В автомобилях должен применяться один тип розетки способный принимать малую
и большую мощность заряда. Зарядная станция и автомобиль должны автоматически определять мощность заряда. Такое решение упростит использование зарядных станций и электротранспорта, что в свою очередь
приведет к экономическому росту и улучшению экологии. Для автомобиля
с левосторонним управлением важно учитывать, на какой стороне находится зарядная станция. Для правостороннего движения зарядная станция
находится справа. Поэтому розетка находится на правой стороне автомобиля. Чтобы человек мог положить большие сумки с покупками из красивого большого магазина в багажник, ему нужен удобный подход. Поэтому
розетка в автомобиле DUBINA EVO расположена спереди на правой стороне.
Из всех применяющихся типов розеток более оптимален тип розетки
IEC 62196—3 type 2. Разъем имеет круглую форму с плоским верхним краем. Диаметр разъема 70 миллиметров, высота 63 миллиметра. Это 7-ми контактный разъем состоящий из 1 земля, 3 положительных, 1 отрицательный, 2 сигнальных.
Особенность разъема заключается в возможности использовать одно-
фазную и трехфазную сеть, с максимальным напряжением 480 В и силой
тока 300 А. Разъем допускает использование зарядных станций с режима-
ми работы Mode 2, Mode 3. В январе 2013 года Европейская комиссия вы-
брала разъем IEC 62196 типа 2 в качестве официального зарядного разъема
в Европейский союз. С тех пор он был принят в качестве рекомендуемого
соединителя в некоторых странах за пределами Европы, включая Новую
Зеландию.
Да будет свет
В автомобиле для приборов освещения и сигнальных устройств приме-
няются светодиоды с различной яркостью. Передние фары устанавливают-
ся попарно симметрично с правой и левой стороны автомобиля. Передняя
фара выполнена в едином корпусе, в котором объединены: ближний свет,
дальний свет, габаритный огонь, указатель поворотов и дневные ходовые
огни. Ближний свет ассиметричный, при правостороннем движении лучше
освещена правая часть дороги и обочины. Дальний свет представляет со-
бой симметричный световой луч высокой интенсивности.
Габаритный огонь используется для обозначения размеров транспорт-
ного средства. С боковой стороны автомобиля предусмотрен повторитель
указателя поворота. Все указатели поворота работают синхронно. В качестве сигнала поворота используется источник света желтого цвета, работающий в режиме мигания. Частота работы указателя составляет 2 мигания
в секунду. Указатели поворота также используются в качестве сигнала ава-
рийной остановки. Дневные ходовые огни представляют собой вручную
управляемый ближний свет фар пониженной интенсивности.
Задняя фара выполнена в виде связанных трех блоков, установленных
в кузове и крышке багажника. Фонарь объединяет следующие световые
приборы: задний габаритный огонь, стоп-сигнал, задний указатель поворота, фонарь заднего хода. Стоп-сигнал активизируется автоматически
при нажатии водителем педали тормоза. Задний габаритный огонь и стопсигнал имеют красный цвет, но стоп-сигнал горит ярче. На автомобиле реализован т.н. адаптивный стоп-сигнал, при котором световая интенсивность находится в зависимости от интенсивности торможения. Фонарь заднего хода обеспечивает освещение при движении автомобиля задним ходом. Активизируется автоматически при включении режима заднего хода. Установлено два симметричных фонаря заднего хода белого цвета. Задние противотуманные фонари используются для предупреждения сзади идущих автомобилей в условиях плохой видимости. Конструктивно выполнены в заднем бампере.
Спортивные сидения для спортивного электромобиля
В автомобиле установлены два спортивных кресла «Ковш». Сиденье
изготовлено из прочного стеклопластика, без разделения спинки и сиде-
нья, без регулировки наклона спинки. Вес кресла 8,5 кг. Обивка кресла
из велюра. Задняя часть имеет глянцевое защитное покрытие черного
цвета. Форма кресла обеспечивает идеальную фиксацию, правильное по-
ложение позвоночника и суставов. Имеются съемные подушки, для выбо-
ра оптимального положения пилота в сиденье. Предусмотрены проходные
пластиковые окошки для использования трех, шести точечных ремней
безопасности. Кресло установлено на салазки при помощи кронштейнов.
Для установки кронштейнов и салазок в кресле предусмотрены крепеж-
ные отверстия с резьбой М8. С помощью кронштейнов регулируется угол
наклона кресла. С помощью салазок регулируется положение кресла.
Руль твоей мечты
1 — звуковой сигнал; 2 — омыватель стекла; 3 — дворники; 4 — сигнал
правого поворота; 5 — пэд меню; 6 — задний ход; 7 — движение вокруг оси;
8 — голосовой помощник; 9 — аварийная сигнализация; 10 — ограничитель
скорости; 11 — режим езды; 12 — гипер-скорость; 13 — сигнал левого пово-
рота; 14 — ближний, дальний свет; 15 — обдув стекла.
Руль автомобиля DUBINA EVO рассчитан для спортивного вождения.
Диаметр рулевого колеса 310 мм. Небольшой диаметр рулевого колеса уве-
личивает скорость поворачивания. Рулевое колесо изготовлено из карбона.
Карбон обладает большой прочностью, малым весом и низкой теплопровод-
ностью. Руль состоит из четырех частей: подушка безопасности, модуль
с кнопками, рулевое колесо, ступица руля. Модуль с кнопками крепится к ру-
левому колесу. Внутри модуля установлена печатная плата с сдвиговыми ре-
гистрами и кнопками управления. Особенность рулевого управления в том,
что в нем отсутствует рулевой вал. Вместо него применяется магнитный дат-
чик. Магнитный датчик, установленный в неподвижной части корпуса при-
борной панели, определяет положение руля с точностью в 0,06 градуса. Пре-
имущество в использовании магнитного датчика это небольшие размеры,
бесконтактная работа, высокая точность, длительный срок работы.
Сигналы от кнопок на руле передаются через сдвиговые регистры
74HC165 установленные на печатной плате в рулевом колесе. Компьютер
автомобиля получает последовательные цифровые сигналы с сдвиговых
регистров 74HC165
Микросхема 74HC165 — сдвиговый регистр, преобразующий парал-
лельный входной сигнал в последовательный выходной. Она позволяет
увеличивать количество цифровых входов микроконтроллера. Чип пре-
образовывает входящий параллельный сигнал на 8 пинах (Dx) в выход-
ной последовательный сигнал на 1 пине (Q7). Передача синхронна. Для
такта используется дополнительный пин (CP). Также отдельным пином
управляется регистр данных (PL), что позволяет «загружать» параллель-
ный сигнал для последовательного считывания с 8 выходов единовре-
менно. Таким образом из трёх пинов микроконтроллера, можно полу-
чить 8 цифровых входов. Из регистров 74HC165 можно делать каскады,
подключая один за другим, и таким образом из всё тех же 3 входящих
линий получать 16, 24, 32 и т. д. цифровых входов. Используйте сдвиго-
вый регистр для увеличения количества входов микроконтроллера. На-
пример, для определения нажатий среди большого количества кнопок.
Педали на каждый день
Педальный блок в автомобиле DUBINA EVO состоит из трех педалей. Ле-
вая педаль стояночного тормоза, в центре педаль тормоза, правая педаль
тока. Педали изготовлены из алюминиевого конструкционного сплава.
На педалях регулируются положение педальных пластин, угол наклона,
жесткость пружины. Педали тока и тормоза электронные. Они осуществля-
ют управление через центральный микроконтроллер. Когда педаль тормо-
за нажата, вал и магнит движутся одновременно. Магнитные датчики
на печатной плате выявляют протяженность перемещений магнита и вы-
дают выходные сигналы для микроконтроллера. Микроконтроллер обраба-
тывает сигналы и производит управление моторами. Педали с магнитным
датчиком обладают высокой точностью и надежностью т.к. в них отсут-
ствуют трущиеся детали, подвергающиеся износу. Стояночный тормоз ме-
ханический. При нажатии на педаль стояночного тормоза стальной тросик
вытягивает стопор, который попадает в паз шестеренки, установленный
на валу привода, и стопорит ее. Педали установлены на полу кокпита для
удобства в использовании. Размер педального блока 43х43х28 см.
Мозг EVO
Автомобиль управляется микрокомпьютером Raspberry Pi 4. Этот ком-
пьютер представляет собой небольшую плату чуть больше банковской кар-
ты. На компьютере использован специализированный дистрибутив
Raspbian. Плата построена на базе SoC Broadcom BCM2711, которая содер-
жит четыре 64-разрядных ядра ARM Cortex-A72 с тактовой частотой
1.5 ГГц. На компьютере доступно 8 ГБ LPDDR4 SDRAM оперативной памя-
ти. VLI VL805, обеспечивает USB 3.0 Hub через шину PCI Express. Gigabit
Ethernet предоставляется с использованием Broadcom BCM54213PE отдель-
но от USB. Беспроводная связь обеспечивается чипом Cypress CYW43455,
двухдиапазонная беспроводная сеть IEEE 802.11.b/g/n/ac 2,4 ГГц и 5 ГГц,
а также Bluetooth 5.0 и Bluetooth LE. Разъем питания USB-C, компьютеру
требуется до 3 А. Raspberry Pi 4 Model B имеет поддержку двух экранов 4K
со скоростью 30 кадров в секунду. Рядом с двумя портами micro-HDMI есть
4-полюсный стереовыход и композитный видеоразъем. Хранение обеспе-
чивается картой Micro-SD с разъемом на нижней стороне платы. Разъем
GPIO стандартный 40-контактный.
Работает как часы
Мини-завод проектировался для мелкосерийного производства DUBINA
EVO. Это первый завод компании на котором планируется производство
автомобиля. Завод включает в себя производственную линию, состоящую
из трех этапов. Кухню D на 35 человек. Студию дизайна B, в которой будут
моделироваться детали кузова и интерьера. Инженерный отдел G состоя-
щий из семи человек. Раздевалку Y. Производственные участки I, H, G, J, K,
L, M, X, R и т. д. Общая площадь завода 1500 м2. На первом этапе производ-
ственной линии выполняется сборка кузова. Стекломатериал из которого
изготавливаются детали кузова раскраивается на участке HS. Раскроенный
стекломатериал на столе ah укладывается в матрицу детали кузова ai. Мат-
рица детали ai снятая с модели ag в студии дизайна B поступает в формо-
вочный зал N1 или N2.
Технологический процесс раскроя занимает меньше времени процесса
формования поэтому в производственном процессе два зала формования
N1 и N2. При формовании детали кузова в зале N1 и N2 стекломатериал
пропитывается эпоксидной смолой, а затем поступает в печь O1 и O2 для
высыхания. После печи O1 и O2 матрица с деталью попадает в зал меха-
нической обработки P1 и P2 для выемки детали из матрицы и механиче-
ской обработки при которой с детали удаляется облой и делаются техни-
ческие отверстия. После механической обработки деталь поступает
на склад готовых деталей Q или на сборочный участок R если она являет-
ся частью другой детали. Все детали кузова собираются на стапеле перво-
го этапа производства. После процесса сборки на первом этапе кузов по-
ступает в покрасочную камеру al второго этапа производства. Покраска
кузова длительная и сложная процедура, состоящая из нескольких этапов.
На первом этапе шлифовки кузова требуется прекрасная вентиляция, ко-
торая должна не только удалять пыль внутри покрасочной камеры,
но и фильтровать воздух, подаваемый в камеру. После нанесения краски
в камеру подается горячий воздух для сушки краски.
После покраски кузов автомобиля поступает на третий финальный этап
производства. Двое рабочих под номером 14 и 15 в определенном порядке
устанавливают всё оборудование автомобиля и монтируют электропровод-
ку. На кузов устанавливаются силовая установка, собранная на участке V,
батарея, собранная на участке T, приборная панель, собранная на участке
W. После установки деталей рабочие проверяют работу всех систем авто-
мобиля и уже после этого автомобиль готов перейти в руки своего хозяина.
Этапы производства: 1 этап — сборка кузова; 2 этап — покраска кузова;
3 этап — установка оборудования.
Участки производства: A1, A2 — склад; B — студия дизайна; С — сану-
зел; D — кухня; Е — капитанский мостик; F — комната инженера робото-
техники; G — инженерный отдел; H — участок вакуумной формовки; HS —
участок раскроя материалов; I — механический участок; J — участок ЧПУ
станков; K — участок 3D печати; L — кузнечно-прессовый участок; M —
сварочный участок; N1; N2 — зал формовки; O1; O2 — печь 1, 2; P1; P2 —
зал механической обработки; Q — склад деталей; R — производственная
линия; S — участок сборки деталей; T — участок сборки батареи.
Персонал завода: 1- Антон Дубина; 2 — инженер робототехники; 3; 4 —
инженер-программист; 5; 6 — инженер-конструктор; 7; 8 — инженер-тех-
нолог; 9 — охранник; 10 — сборщик аккумуляторной батареи; 11;12 —
сборщик кузова; 13 — моляр; 14; 15 — установщик оборудования; 16; 17 —
сборщик деталей кузова; 18 — сборщик приборной панели; 19 — сборщик
силовой установки; 20 — сборщик системы управления; 21 — мастер 3D пе-
чати; 22 — сварщик; 23 — оператор станков ЧПУ; 24 — слесарь; 25 — мо-
дельщик; 26 — раскройщик; 27; 28 — формовщик; 29; 30 — обработчик; 31 -
кладовщик;
Инвентарь завода: ab — стеллажи; ac — листы пластмассы; ad — бочки
эпоксидной смолы; ae — профиля; af — вакуумный формовщик; ag — мо-
дель кокпита; ah — стол раскроя; ai — матрица детали для формования
из композита; aj — стапель сборки кокпита; ak — стапель сборки крыши;
al — покрасочная камера; am — станок изготовления аккумулятора; an —
корпус батареи; ao — чпу станок; ap — модель кузова автомобиля; as —
приборная панель; ar — сварочный пост.
