CZ2018480A3 - Způsob a zařízení pro rychlou a bezpečnou automobilovou dopravu na visutých panelových vozovkách - Google Patents

Abstract

Jednou složkou zařízení je motorové vozidlo s elektrickým pohonem pojezdových kol (12a)a vzduchových turbín (14)a s asistenčním systémem pro jízdu na virtuální koleji. Druhou složkou je nadzemní visutá panelová vozovka (21)s elektro vodivými lištami (25),umožňující rychlou, bezpečnou a ekologicky a ekonomicky příznivou jízdu. Vozidlo sestává ze dvou částí, tj. z kabiny (15)a z podvozku, přičemž kabina je v nouzové předhavarijní situaci od podvozku oddělena, je katapultována a vzduchové turbíny (14)na ní osazené jí umožňují měkké přistání. Visutá vozovka je smontována z prefabrikovaných panelů (21)a její variantní formy lze vhodně umístit na opěrných sloupech (22) jednak nad stávajícími pozemními vozovkami (20) nebo po jejich okrajích a výhodně též v různých jinak stavebně obtížných terénech, zejména nad zemědělskými a lesními pozemky a též nad údolními, horskými a sídelními oblastmi. Visutá panelová vozovka má minimálními nároky na zábor půdy, neovlivňuje životní prostředí a je investičně a provozně podstatně levnější než vozovka pozemní.

Description

Způsob a zařízení pro rychlou a bezpečnou automobilovou dopravu na visutých panelových vozovkách

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro rychlou, bezpečnou a ekonomicky a ekologicky příznivou autonomní jízdu vozidel na speciálních visutých vozovkách, představujících výhodnou formu rozvoje automobilové dopravy v účelné koexistenci s její současnou podobou. Technické řešení kombinuje pohon vozidla pojezdovými koly s pohonem vzduchovými turbínami, včetně využití dynamických možností z oblasti letadel, přičemž jsou zachovány všechny příznivé a uživatelsky příjemné vlastnosti osobních automobilů, s významnou technickou možností operativního přechodu mezi jízdou na běžné pozemní vozovce a jízdou po virtuální koleji nadzemní visuté vozovky.

Dosavadní stav techniky z hlediska vynálezu

Současná automobilová doprava je realizována vozidly se stále zdokonalovanými asistenčními systémy zvyšujícími její komfort a bezpečnost, včetně prosazující se autonomní jízdy bez přímého ovládání řidičem. Tento technický vývoj však již naráží na nepřekročitelné fýzikální hranice bezpečné a pohodové jízdy, které se projevují ve stále houstnoucím automobilovém provozu různým omezením a časovými ztrátami, a které předložený vynález řeší následujícím způsobem:

a) Brzdné zpomalení současných automobilů, dané adhezí kol v kontaktu s vozovkou, má i při velmi příznivých podmínkách suché vozovky obtížně dosažitelnou hodnotu 10 m/s², kterou vrstva vody na vozovce až pětkrát a vrstva ledu až patnáctkrát snižuje. Výsledkem je poměrně dlouhá brzdná dráha, která je téměř vždy doprovodnou příčinou čelních střetů při hromadných haváriích na dálnicích a odstředivého vybočení vozidla do protisměru nebo mimo vozovku v ostřejších silničních zatáčkách. Současný sofistikovaný systém ovládání jedoucího vozidla se zde míjí účinkem, protože fýzikální možnosti kontaktu pneumatiky s vozovkou neposkytují potřebnou opěrnou sílu pro eliminaci nechtěných a nebezpečných dynamických projevů vozidla. Podle vynálezu je uvedený problém řešen dodatečnou silou, kterou se vozidlo opírá o okolní vzduch pomocí lopatkových planetových turbín s operativně řízeným směrem tažné síly, která udržuje požadovanou trajektorii jízdy a výrazně snižuje brzdnou dráhu bez ohledu na adhezi pojezdových kol s vozovkou.

b) Lidský organizmus zpravidla snese zpomalení několikanásobně vyšší, až 50 m/s², což sice vyvolává nepříjemný tělesný pocit, ale může to zachránit život. Jelikož však vyšší brzdné zpomalení je u současných vozidel prakticky nerealizovatelné, zůstává u nich pouze tradiční nouzové řešení havarijní situace pomocí deformační zóny karosérie, bezpečnostních pásů a airbagů, což samo o sobě nestačí a hlavně se projevuje příliš pozdě, až při kontaktu s překážkou. V náhlé nouzové havarijní situaci, např. při rychlosti 100 km/h a vzdálenosti 20 metrů před pevnou překážkou, mají osoby v současných vozidlech již malou naději na záchranu života. Podle vynálezu je v mimořádné nouzové předhavarijní situaci od podvozku vozidla oddělena a katapultována jeho kabina, načež na ní umístěné vzduchové turbíny, poháněné krátkodobě až pětinásobně přetíženými elektromotory, ji po dobu několika minut udrží v levitační poloze a autonomně s ní přistanou v okolí, třeba i na vodní ploše. K posílení bezpečnosti jsou po katapultování kabiny na jejím vnějším povrchu automaticky aktivovány airbagy, zmírňující případné nárazy s okolím. O tom, zda bude kabina katapultována, nebo bude celé vozidlo pouze intenzívně brzděno, rozhoduje výpočetní technika, spřažená s příslušnými čidly.

c) Z ekonomického hlediska je např. v evropských podmínkách téměř nemyslitelné udržovat současné vozovky přiváděným teplem po celé zimní období bez ledu, sněhu a vody, což má

- 1 CZ 2018 - 480 A3 velmi nepříznivý vliv na zvýšenou životy ohrožující nehodovost. Podle vynálezu je uvedený problém řešen pomocí soustavy úložišť elektrické energie, např. po jednom kilometru podél celé trasy panelové vozovky. Zejména špičkové hodnoty levné větrné a sluneční energie se v těchto úložištích pomocí elektrického motor-kompresoru akumulují v podobě stlačeného vzduchu. Horký stlačený vzduch bezprostředně proudí od kompresoru do vyhřívacích průduchů vozovky, výhodně se v nich zbavuje kompresního tepla a stále ještě pod vysokým tlakem je nasměrován do zásobníků. Dále pak, pomocí rekuperační fůnkce kompresoru jako vzduchového motoru, je v případě špičkové spotřeby elektřiny získána ze stlačeného vzduchu podstatná část, 50 až 60%, původně do jeho komprese vložené energie, přičemž veškeré teplo pro vyhřátí vozovky je realizováno jako přídavný energetický zisk plynoucí s vysokou účinností z principu tepelného čerpadla. Při expanzi ve vzduchovém motoru je vzduch ochlazován a přijímá teplo z okolního atmosférického prostředí, takže celý proces ohřívání vozovky probíhá formou odčerpání nízko potenciální tepelné energie z okolního atmosférického vzduchu a její změny na vysoko potenciální tepelnou energii stlačeného vzduchu vyhřívajícího vozovku. V případech, kdy vozovku není potřeba vyhřívat, funguje tato technologie pouze jako akumulace energie pro výhodné vyrovnání mezi její špičkovou nabídkou a špičkovou spotřebou, a to s obdobnou účinností, jako je tomu u jiných běžných metod její akumulace. I v takovémto případě je to však technologie výhodná, v plném souladu se současným účelným trendem celoevropských elektrických rozvodných systémů, které směřují k technicky příznivé decentralizaci akumulace elektřiny v bezprostřední blízkosti koncových spotřebitelů. Předložený návrh automobilové dopravy na visutých panelových vozovkách se tudíž může stát jednou z významných složek decentralizovaného inteligentního systému akumulace a spotřeby elektrické energie.

d) Životní prostředí mimořádně zatěžuje současná stále rozsáhlejší držba automobilů v osobním vlastnictví, spojená s malým využíváním dopravních služeb. Zřejmě to je též proto, že tyto služby nemohou poskytnout možnost individuálního prostoru kabiny vozidla, srovnatelného s intimním prostorem osobně vlastněného automobilu. Jedna možnost řešení je v současném rozšiřujícím se trendu „sdílení věcí“, který však v této oblasti zatím neposkytuje zmíněné individuální požadavky. Podle vynálezu je navržena účelná technická možnost, při níž může být v osobním vlastnictví majitele pouze od podvozku vozidla oddělitelná poměrně lehká, levná a snadno uskladnitelná kabina, přičemž na objednávku autonomně přijede podvozek vozidla, který je ve vlastnictví dopravního podnikatele, a kabinu s cestujícími rovněž autonomně dopraví až na požadované libovolné místo, třeba i tisíce kilometrů vzdálené. Uvedené sdílené podvozky jsou podle vynálezu účelově přizpůsobivé tak, že dokážou projet nejen po navržených panelových vozovkách, ale i na vozovkách stávajících, v obtížném terénu a případně i po vodní hladině, což vše přispěje k celkovému komfortu dopravy bez přestupování až do konečného cíle.

e) Parkování nebo garážování osobních vozidel je zejména ve městech stále větším problémem, který v konečném efektu podstatně snižuje komfort využívání automobilů. Pro uživatele je ideální mít své osobní vozidlo ve vzdálenosti několik metrů od svého bytu a rovněž tak potřebuje s vozidlem dojet až ke vstupu do budovy svého zaměstnání, nebo ke vchodu do volnočasového zařízení apod. Toto je však v případě současné podoby osobních automobilů zpravidla nemožné z hlediska nedostatku volného prostoru k parkování, zejména u městských činžovních domů. Podle vynálezu je uvedený problém výhodně řešen uložením oddělitelné kabiny vozidla v půdním nebo ve sklepním prostoru domu, a to pomocí některého z běžných automatizovaných způsobů opatřených skladovacím výtahem.

f) Poněkud odlišná je problematika parkování osobních vozidel u výrobních podniků, kde při střídání pracovních směn dochází k běžné nezvládnutelnému přeplnění okolních vozovek. Obdobná situace je u sportovních stadionů. Podle vynálezu je vhodným řešením poměrně levná stavba panelové vozovky, která umožňuje jízdu jak vozidel speciálních, tak i běžných vozidel současných, a tím vyvede a rozptýlí dopravu do několika jiných dopravně méně vytížených oblastí, nejlépe přímo do vnitřního a vnějšího městského okruhu.

g) S rozvojem techniky je neustále oživována snaha vyvinout vozidlo v podobě dokonalého

-2CZ 2018 - 480 A3 hybridu mezi osobním automobilem a malým letadlem. Avšak, letu schopné vozidlo, u něhož by byly současně zachovány podstatné výhody osobního automobilu i letadla, se zatím jeví značně problematické a jeho rozsáhlejší využití dosti vzdálené. Podle vynálezu není uvedený problém řešen komplexně, ale současná technika je pouze využita ke krátkodobému vzletu pozemního vozidla a k jeho bezpečnému přistání v blízkém okolí. Výhodně se zde jeví využití v letectví ověřeného katapultačního systému „nula-nula“, který vynese vzhůru objekt ze země a přistane s ním opět na zemi s pomocí padáku rychle otevřeného malou náloží. Mimo to, je pouze otázkou přijatelného zvýšení energetického zdroje, aby navržené vozidlo pomocí vzduchových turbín vzdušnou cestou překonalo nevelkou vzdálenost např. přes vodní tok, přes bažiny, přes chráněné území k horskému hotelu apod. S využitím současných lehkých pevných materiálů se to jeví i ekonomicky příznivě.

h) Očekávaný rozvoj automobilizmu nesporně vyžaduje rozšiřování stávajících vozovek o další jízdní pruhy. Nové rekonstrukce dosavadních čtyřproudých dálnic již nyní nutně vyžadují přidání dalšího pruhu v obou směrech, čili přechod ze čtyřproudých na šestiproudé, případně i víceproudé. Toto je však nejen z technického, ale hlavně z ekonomického hlediska velmi obtížně realizovatelné. Podle vynálezu mohou navržené panelové vozovky s poměrně malými náklady fůnkčně rozšířit mnoho stávajících vozovek o další pruh v obou směrech. Tyto nové trasy mohou být umístěny jednak na opěrných sloupech zapuštěných do okrajů stávajících vozovek a jednak mohou ve visutém provedení překračovat různé terénní překážky bez klasických mostů a tunelů. Současný stav techniky to umožňuje, avšak vývoj zřejmě musí být pozvolný a nenásilný, což je podle vynálezu respektováno možností hybridní jízdy speciálních vozidel jak po běžné vozovce, tak i po panelové vozovce s virtuální kolejnicí.

i) Současná výpočetní a řídící technika umožňuje autonomní jízdu skupiny vozidel v těsném vlakovém závěsu, což sice poskytuje možnost výhodného zvýšení intenzity pozemní dopravy, avšak z hlediska bezpečnosti se to v případě individuálních osobních automobilů setkává s nedůvěrou a zatím to ani není legislativně přípustné. Podle vynálezu je možnost jízdy navržených vozidel v těsném vlakovém závěsu výhodně technicky realizovatelná, přičemž, s pomocí virtuální kolejnice a s využitím dynamických vlastností hnacích vzduchových turbín, může vykazovat vyšší standard bezpečnosti, než je tomu u stávajících individuálních vozidel na stávajících vozovkách. V návrhu je to doprovozeno vysunutím relativně delších teleskopických nárazníků v předu i vzadu vozidla, které mechanicky převezmou část tlumícího účinku vzájemného silového kontaktu vozidel jedoucích v těsném závěsu.

j) Současné automobily, pokud se v havarijní situaci ocitnou na vodní hladině, nemají technickou možnost posílit naději na záchranu života cestujících. Podle vynálezu, pokud v uvedené situaci nedojde ke ztrátě fůnkce alespoň jedné hnací turbíny, lze tuto turbínu využít k udržení vozidla a nebo jenom jeho kabiny nad vodou. V případě dvou fůnkčních turbín je již zabezpečena manévrovací schopnost vozidla a jeho pojezdová kola pouze usnadní výstup na břeh. S variantní úpravou dokonalé vodotěsností se též vozidlo může všemi směry pohybovat i pod vodní hladinou.

k) Současná automobilová technika je zaměřena pouze na dvoustopá vozidla, u nichž však běžné nerovnosti vozovek a odstředivé síly v zatáčkách způsobují nejen svislé výkyvy jako u vozidel jednostopých, ale i fýziologicky nepříjemnější výkyvy boční. Podle vynálezu je kombinace pohonu vozidla pojezdovými koly a lopatkovými planetovými turbínami výhodným prostředkem ke spolehlivému udržení vozidla v jednostopé jízdě, což se jeví jako příznivá varianta současných dvoustopých osobních automobilů.

l) V současné dopravní technice se objevují prototypově realizovaná řešení s lanovkovou dráhou na jejímž laně se pohybuje lineární motor se zavěšeným osobním vozidlem v podobě kompromisu mezi automobilem a letadlem, s údajnou rychlostí do 1.000 km/h. Jedná se zřejmě o účelnou alternativu přeplněných vnitrokontinentálních leteckých tras, včetně výhodného využití ekologického elektrického pohonu. Podle vynálezu navržený dopravní systém na panelových

-3 CZ 2018 - 480 A3 vozovkách má též určité výhody i vůči uvedenému systému vozidel zavěšených na volném laně. Zejména je to dáno tím, že panelová vozovka umožňuje jízdu na vlastních kolech vozidla s bezproblémovým přechodem na běžné vozovky pozemní a že řeší havarijní situaci čelního střetu vozidla s pevnou překážkou, k čemuž má nad vozidlem volný prostor pro levitační vzlétnutí a nikoliv pevné lano. Při tom všem si systém podle vynálezu zachovává intimitu a pohodlí kabiny soukromého osobního automobilu. Nevýhodou navrženého systému podle vynálezu však je nižší uvažovaná cestovní rychlost. Vysoká cestovní rychlost pozemních vozidel se však zatím nejeví výhodná z důvodu ekonomiky provozu při překonávání vysokého odporu vzduchu, kde potřebný výkon roste s třetí mocninou rychlosti a spotřeba energie s druhou mocninou ujeté dráhy.

m) V současném technickém vývoji evropské osobní železniční dopravy, ve čtvrté generaci vysokorychlostních jednotek ICE-4, se snižuje cestovní rychlost vlaků na 250 km/h, a to s přijatou filozofií „pohodové, spolehlivější a ekonomičtější dopravy“. Nové se u těchto vlaků prosazuje automatické rozpojováním souprav a nasměrování jejich částí do různých cílových stanic. Je to odůvodněno celkovým příznivým efektem pro cestující, kteří budou takto dopravováni pohodlněji bez přestupování co nejblíže k cílovým místům. Podle vynálezu je v navrženém systému dosahována obdobná cestovní rychlost, bezpečnost a ekonomika provozu jako u současných železničních rychlovlaků, a to bez nepříznivé vazby na stávající robustní a drahý pozemní kolejový systém. Navržený systém přitom poskytuje individuální komfortní dopravu z libovolného výchozího místa do kteréhokoliv cílového místa, které je dosažitelné současným terénním automobilem, což železniční rychlovlak neumožňuje.

η) V současné době začíná pronikat do automobilizmu vodíková technologie, při níž je vodík uložen pod vysokým tlakem v malé nádrži z karbonových vláken a palivové články z něj vyrábějí elektrickou energii pro vozidlové motory. Podle vynálezu, může být navržené vozidlo variantně poháněno vodíkem při jeho případné i dlouhé jízdě mimo panelovou vozovku. Problematické těžké lithiové akumulátory tím zcela odpadnou, přičemž úschova energie, pro náhodnou předhavarijní záchrannou akci a pro potřebu občasného krátkodobého zvýšení dynamiky jízdy, je realizována pouze lehkými vysokokapacitními kondenzátory s nanotenkými polepy.

o) Na současných pozemních vozovkách se zpravidla bez omezení společně pohybují osobní a nákladní automobily. Z technického a bezpečnostního hlediska by zřejmě bylo účelné vyčlenit pro nákladní vozidla speciální trasy, což je však ekonomicky neúnosné. Podle vynálezu, lze pro nákladní automobily poměrně levně realizovat oddělené úměrně robustnější visuté panelové vozovky, nenáročné na zábor pozemků a s jednoduchým mimoúrovňovým křížením s ostatní pozemní dopravou. Představuje to levné řešení umožňující zvýšit rychlost osobní dopravy a zachovat optimálně nižší ekonomicky výhodnější rychlost dopravy nákladní.

Podstata vynálezu

Základním smyslem navrženého zařízení je řešení problematiky levnější, rychlejší, a z hlediska bezpečné autonomní jízdy podstatně výhodnější alternativy dosud nezbytného rozšiřování stávajících silničních a dálničních sítí. Dosáhne se toho podstatně vyšší elektronicky řízenou jízdní rychlostí při vyšší hustotě provozu s malými odstupy vozidel jedoucích po virtuální koleji, zásadně bez předjíždění. Jeden jízdní pruh navržené nadzemní visuté panelové vozovky při uvažované rychlosti 300 km/h může nahradit dva až tři běžné pruhy dálniční s dosavadní rychlostí 130 km/h, a to s vyšší bezpečností za všech povětrnostních podmínek, investičně a provozně levněji a ekologičtěji. Předložený systém individuální automobilové dopravy vychází z potřeby účelné návaznosti na systém stávající, což se prolíná všemi detailními aspekty návrhu

V uvedené souvislosti, vedle základního pojetí ve formě moderního automobilu (10), přejímá navržený systém též určité výhody kolejové dopravy, dané virtuální kolejnicí a sběrnici energie (26), a rovněž tak některé výhody dopravy letecké, dané využitím silových účinků proudu vzduchu pro bezpečné operativní ovládání dynamiky vozidla.

-4CZ 2018 - 480 A3

Technická a ekonomická stránka uvedené problematiky je podle vynálezu řešena tím, že podstatná část osobní automobilové dopravy se přesune do investičně a provozně výrazně levnějších nadzemních visutých vozovek (21), umístěných zčásti výhodně ve volném prostoru nad vozovkami stávajícími (obr. 4), případně po jejich okrajích (obr. 3), ale hlavně ve volném pro dosud běžné vozovky stavebně obtížném terénu, s minimálními nároky na zábor půdy a na ekologické ovlivnění okolí (obr. 5 až 11).

Navržené visuté vozovky, tvořící jednu složku zařízení, jsou osazeny vodící virtuální kolejnicí a sběrnicí energie (26) pro napájení vozidel a jsou vhodně tvarované pro různé terénní podmínky a relativně levně smontovatelné z prefabrikovaných panelů.

Druhou složkou zařízení jsou variantní formy speciálních vozidel (10) vybavených hnacími pojezdovými koly (12) a vzduchovými turbínami (14). Tato vozidla mohou v určených místech z běžného silničního provozu vstupovat na jízdní plochu visutých vozovek a z ní opět vystupovat a pokračovat v jízdě po libovolné vozovce pozemní, nebo i v terénu, na sněhu a ledu, a s vodotěsnou úpravou i po vodní hladině.

Z hlediska úspory energie mají vozidla (10) základní hnací pohyb přes vozidlová kola (12a nebo 12b) osazená běžnými pneumatikami, přičemž přídavná tažná a brzdící síla (51) vzduchových turbín (14) je využívána zpravidla pouze v kritických jízdních situacích, při nichž zcela eliminuje odstředivou sílu působící na vozidlo v zatáčkách a zabezpečuje výrazně příznivější brzdící a rozjezdovou dynamiku vozidla, než je tomu v současné pozemní dopravě. Umožňuje tím jízdu např. rychlostí 300 km/h s vyšší bezpečností a s kratší brzdnou dráhou, než dosahují současné automobily při rychlosti 90 km/h na pozemních vozovkách.

Navržený systém má individuální komfort vlastních nebo sdílených osobních vozidel a jeví se výhodné, aby pro vnitrokontinentální vzdálenosti se stal alternativou dopravy letecké, přičemž by však zásadně zůstal na pozemských visutých trasách se všemi jejich výhodami. Uze očekávat, že do vzdáleností dvou tisíc kilometrů bude cestující ve srovnatelném čase jako letadlem dopraven navrženým systémem pohodlněji z libovolného výchozího místa do libovolného cíle cesty, a to bez přestupování i do míst jinak velmi obtížně přístupných. Po celou dobu přitom zůstává cestujícímu zachován individuální komfort vlastního nebo sdíleného vozidla, naprostá nezávislost cestovních časů na povětrnostních podmínkách a zřejmě je zde i podstatně menší nebezpečí narušení dopravy teroristickou akcí.

Uvažovaná cestovní rychlost by u daného zařízení mohla být z technického hlediska podstatně větší, avšak s podstatně vyšším energetickým příkonem, což se při současných omezených a ne levných možnostech výroby elektřiny jeví neracionální. Nabízí se sice možnost uzavřít panelovou vozovku do podtlakového potrubí, což však komplikuje operativnost vstupu vozidel na ní a výstupu z ní, ale především neumožňuje předhavarijní záchrannou akci v podobě vzlétnutí vozidla před náhodnou pevnou překážkou.

Předložené komplexní zařízení též využívá a nově modifikuje účinnější verzi vzduchové turbíny, uvedené v následujících přihlašovatelem již dříve podaných dokumentech: Česká přihláška vynálezu č. PV 2017-087 „Neobjemový tekutinový stroj“, Evropská patentová přihláška č. EP 18 000134.9 „Non-volume fluid machine“ a Německý užitný vzor Nr. 20 2018 100 654 „Schaufelplanetenantrieb“.

Objasnění výkresů

Na připojených výkresech jsou schematicky znázorněny příklady provedení podle vynálezu, kde značí:

-5 CZ 2018 - 480 A3

Obr.l Verze vozidla poháněného pojezdovými koly a lopatkovými planetovými turbínami osazenými pouze na podvozku, s možností jízdy na panelové vozovce i na běžné silnici a s možností katapultace kabiny a jejího přistání pomocí padáku a vnějších airbagů.

Obr.2 Verze vozidla poháněného pojezdovými koly a lopatkovými planetovými turbínami osazenými na podvozku a na kabině, s možností jízdy na panelové vozovce i na běžné silnici a s možností katapultace kabiny, jejího krátkodobého udržení v levitačním stavu pomocí na ní osazených turbín a následného měkkého přistání do vyhledaného místa.

Obr. 3 Vozidlo na panelové vozovce, která je umístěna na okraji silnice nebo dálnice.

Obr. 4 Visutá panelová vozovka umístěná nad silnicí, dálnicí, nebo i nad městskou ulicí.

Obr. 5 Visutá panelová vozovka nad městskou ulicí, doplněná visutými parkovacími místy, která jsou propojena pěší lávkou se schodišťovou podestou okolního domu.

Obr. 6 Uložení oddělitelných kabin vozidla v kójích konstrukčně přilehlých k obytnému domu, např. s využitím lodžií a balkónů, a s návazností na sdílený vozidlový podvozek pomocí skladovacího výtahu.

Obr. 7 Visutá panelová vozovka, doplněná postranními lopatkovými turbínami určenými pro výrobu elektřiny z větru a ze solárních článků umístěných na povrchu lopatek.

Obr. 8 Visutá panelová vozovka obloukového provedení v podobě řetězovky, umístěná nad terénní nerovností (30) a vybavená eliminací jejích stranových výkyvů vzduchovými turbínami osazenými na tělese vozovky.

Obr. 9 Visutá panelová vozovka rovinného provedení s eliminací jejích stranových výkyvů příhradovým systémem řetězovek.

Obr.10 Visutá panelová vozovka nad městským sídlištěm, obloukového provedení, vybavená nájezdovými a sjezdovými plošinami (31) napojenými na pozemní vozovky (20).

Obr. 11 Příklad nadzemního městského systému visuté panelové dopravy, v návaznosti na dopravu pozemní a na visutou dopravu dálkovou.

Obr. 12 Lopatková planetová turbína s mechanicky řízeným oběhovým a rotačním pohybem lopatek.

Obr. 13 Lopatková planetová turbína s elektronicky řízeným oběhovým a rotačním pohybem lopatek pomocí servomotorů.

Obr. 14 Schéma neokrouhlými koly řešeného mechanického převodu mezi centrálním kolem a kolem spřaženým se satelitní lopatkou mechanicky řízené turbíny na obr. 12.

Obr. 15 Schéma planetového a rotačního pohybu lopatek planetové turbíny na obr. 13 s korekcí jejího rotačního pohybu za účelem zvýšení účinnosti a zklidnění vibrací.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad zařízení, znázorněného na obr.l až 3, sestává jednak z variantních forem speciálního vozidla 10 s pojezdovými koly 12 a vzduchovými turbínami 14 a jednak z visuté panelové vozovky 21 osazené virtuální kolejnicí v podobě elektrovodivé lišty 25. Panelová vozovka je vhodně tvarovaná pro alternativní terénní podmínky, znázorněné na obr. 3 až 11, a ve všech

-6CZ 2018 - 480 A3 alternativách je relativně levně smontovatelná z prefabrikovaných panelů.

U speciálního vozidla 10, např. o velikosti osobních automobilů, je výrazným znakem jeho konstrukční pojetí v podobě dvou v provozu operativně oddělitelných částí, tj podvozku 11 a kabiny 15, s možností katapultace kabiny a jejího měkkého přistání. Jízdní kola jsou jednak s výhodou v provedení jednostopém 12a a nebo též v provedení dvoustopém 12b, obojí s okamžitou možností přechodu z jízdy po běžné pozemní vozovce 20 na jízdu po nadzemní visuté vozovce panelové 21.

Vzduchové turbíny 14 umístěné na vozidle jsou lopatkového typu s planetovým oběhem lopatek 46 ve dvou variantních formách. Jedna forma (obr. 12) má mechanické ovládání planetového oběhu kolem osy centrálního kola 44 pomocí unášečů 43 a rovněž mechanické ovládáním rotace lopatek 46 kolem jejich vlastní osy pomocí mechanického převodu 45. Toto řešení se vyznačuje možností rychlé změny směru tažné síly 51 pouhým natočením centrálního kola 44 planetového systému, což lze realizovat v jedné až dvou desetinách sekundy. Na rozdíl od klasického vrtulového pohonu zde nedochází k relativně pomalému natáčení celého vrtulového tělesa v jednotkách sekund, jako je tomu u kolmo startujících letadel, nebo helikoptér anebo i u dronů osazených několika vrtulemi, u nichž se za účelem změny směru tažné síly natáčejí vrtulová tělesa společně s celým kokpitem dronu. V nouzové předhavarijní situaci před čelním střetem pozemního vozidla s pevnou překážkou hraje ztráta času významnou roli.

Podstatným znakem zvyšujícím výkonovou účinnost mechanicky ovládané turbíny na obr.12 je variantní volba na obr. 14 znázorněného mechanického převodu mezi neokrouhlým centrálním kolem 44b a rovněž neokrouhlým kolem 47b, spřaženým s úhlovými posuny s každou jednotlivou satelitní lopatkou 46. Nastaví se tím vhodná nerovnoměrná rychlost rotace satelitních lopatek kolem jejich os, a to za účelem výhodného usměrnění proudů vzduchu vstupujícího do turbíny, zejména v případě, kdy je turbína osazena třemi a více vzájemně se ovlivňujícími lopatkami.

Druhá variantní forma (obr. 13) lopatkové planetové turbíny má elektronické ovládání planetového oběhu lopatek 46 pomocí řízené frekvence otáček hlavního motoru 41 pohánějícího unášeč 43 a rovněž má elektronické ovládání rotace jednotlivých lopatek kolem jejich os pomocí servomotorů 49. Tímto způsobem jsou vzájemně nezávisle řízeny plynulé změny úhlových poloh (a) oběhového pohybu lopatek kolem osy rotace unášečů 46 vůči úhlovým polohám (β) rotačního pohybu lopatek kolem jejich vlastních os, včetně úhlu (γ) směru tažné síly turbíny, vše měřeno od nulového úhlu totožného s vodorovnou rovinou. Pomocí matematického vztahu je tím exaktně přesně nahrazeno výše uvedené řízení mechanické, se všemi příznivými důsledky na zvýšení výkonové účinnosti turbíny usměrněním proudů do ní vstupujícího vzduchu.

V obou variantních formách turbín je tažná síla 51 jejich lopatek využita nejen k posílení dynamických vlastností jedoucího vozidla, ale též k plné eliminaci odstředivých sil v zatáčkách a u přednostně navržené jednostopé verze vozidla též k řízení jeho dokonalé boční stability za všech jízdních situací.

Průmyslová využitelnost

Průmyslová výroba zařízení podle vynálezu je využitelná v rámci rozvoje automobilové dopravy, kde může vytvořit technicky účelnou a ekonomicky výhodnou alternativu dosud pouze plošného rozšiřování jejích stávajících forem. Prefabrikáty jednotlivých částí visutých panelových vozovek zřejmě mohou investičně a provozně levně vyřešit zejména problematiku přeplněných městských vozovek a též stavebně velmi náročných vozovek dálničních.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení, zejména pro dopravu osob, variantně i nákladů, sestávající jednak z motorového vozidla poháněného elektrickým nebo jiným motorem a vybavené asistenčním systémem pro jízdu na virtuální koleji umístěné na vozovce, která je uzpůsobená vysokým nárokům na rychlost, bezpečnost a hospodárnost jízdy, vyznačující se tím, že jedna složka zařízení, představuje speciální vozidlo, které sestává ze dvou konstrukčně samostatných částí, pevně spojených a během jízdy operativně vzájemně oddělitelných, z nichž:

   jedna část vozidla je tvořena podvozkem (11), osazeném hnacími pojezdovými koly (12), variantně v provedení jednostopém (12a) nebo dvoustopém (12b) a nejméně dvěma vzduchovými turbínami (14a), přičemž směr tažné síly každé jednotlivé turbíny je řiditelný palubním počítačem, který je napojen na čidlo proudění okolního vzduchu, na čidlo rychlosti a zrychlení vozidla a na čidlo registrující trajektorii jízdy po virtuální koleji, přičemž: druhá část vozidla je tvořena osobní, variantně i nákladní kabinou (15), opatřenou katapultačním mechanizmem (neznázoměn), umožňujícím v nouzové předhavarijní situaci vystřelení kabiny do volného prostoru, přičemž:

   druhá složka zařízení představuje visutou panelovou vozovku, která sestává ze vzájemně spojených prefabrikovaných panelů (21), s výhodou ve tvaru žlabu, které jsou uloženy zpravidla v nadzemním prostoru na opěrných sloupech (22) zabudovaných v zemním podloží a zajištěny jsou tažnými lany (27), přičemž na jízdní ploše panelů jsou umístěny elektro vodivé lišty (25), které slouží jednak jako virtuální kolej jedoucího vozidla (10) a jednak jako přívod silové elektřiny pomocí sběracích kladek (26) k napájení hnacích motorů a též k akumulaci energie pro krátkodobé zvýšení výkonu v předhavarijní situaci, včetně nouzové jízdy bez dodávky elektřiny.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že kabina (15) je konstrukčně řešena ve dvou alternativách (15a, 15b), které lze střídavě vkládat do jednoho a téhož podvozku (11), přičemž:

   v prvé alternativě je kabina (15a) osazena airbagy (18) a padákem (19), jejichž spouštěcí mechanizmy jsou elektronicky propojeny s palubním počítačem vybaveným programem pro měkké přistání kabiny, kdežto:

   ve druhé alternativě je kabina (15b) osazena nejméně dvěma vzduchovými turbínami (14b) s vlastním zdrojem energie, umožňujícími po její katapultaci řízené přistání, přičemž při časové rezervě je vlastním energetickým zdrojem zabezpečena možnost krátkého vzletu celého vozidla, s následným jeho řízeným měkkým přistáním, s výhodou zpět do jízdní dráhy za pevnou překážkou (16a).
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že k zabezpečení klidné jízdy (obr.3) jsou mezi sloupy (22) a panely (21) umístěny stranové a výškové seřizovači šrouby (24) pro eliminaci stavebních tolerancí a případných geologických posunů sloupů (22), a dále pak jsou turbíny osazené na vozidle (10) opatřeny klouby (28) pro nastavení jejich poloh a vozidlo je vybaveno nárazníky (13), jejichž teleskopické vysouvání a tlumící sílaje řiditelná palubním počítačem.
4. 4. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že visutá panelová vozovka je umístěna (obr.3) na opěrných sloupech (22) na okraji (23) pozemní vozovky (20), nebo je umístěna (obr.4) ve střední části pozemní vozovky (20), tj. nad silnicí, dálnicí nebo nad městskou ulicí,

   - 8 CZ 2018 - 480 A3 neboje umístěna (obr.5) nad městskou ulicí s možností visutého parkování (37) propojeného pěší lávkou (38) se schodišťovou podestou (39) okolního domu, nebo je umístěna (obr.6) v prostorové návaznosti na úložiště oddělených kabin (15) v kójích propojených s okolními domy pomocí skladovacího mechanizmu s přímočarým motorem (17a), pákou (17b), atažným lanovým ústrojím (17c), nebo je umístěna (obr.7) s výhodou na návětmé straně terénní nerovnosti a vybavena postranními lopatkovými turbínami (14d) pro výrobu bezprostředně využitelné elektřiny z větru a ze solárních článků umístěných na povrchu jejich lopatek, nebo je umístěna (obr.8) nad terénní nerovností na nejméně dvou nosných lánech v podobě podélné řetězovky (21a), jejíž větrem způsobené stranové výkyvy jsou eliminovány vzduchovými turbínami (14c), osazenými na tělese vozovky, neboje umístěna (obr.9) nad terénními rovinnými plochami s eliminací stranových výkyvů vozovky systémem podélných (27a) a příčných (27b) tažných lan v podobě řetězovek, neboje umístěna (obr. 10) nad sídelními útvary a vybavena je nájezdovými a sjezdovými plošinami (31) napojenými oběma jízdními směry (32) na pozemní vozovky (20), neboje umístěna (obr. 11) v soustavě panelových vozovek jako součást komplexní městské dopravy, s visutými okruhy vnitřními (34) a vnějším (35)), s nájezdy a sjezdy (33) a s návazností na dálkové visuté panelové vozovky (36).
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že podél trasy panelové vozovky jsou rozmístěny kogenerační výrobny a úložiště elektrické energie, s výhodou z místních biologických zdrojů, jako vedlejší špičkový zdroj proudu do vodivých lišt (25) a současně jako zdroj teplého vzduchu do průduchů (29) v panelech (21), v rozsahu potřebném k udržení jejich povrchu bez sněhu a námrazy.
6. 6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že podél trasy panelové vozovky jsou rozmístěna tepelná čerpadla, určená pro vyhřívání vozovky pomocí motor-kompresorem stlačeného vzduchu procházejícího průduchy (29), přičemž vzduch zbavený kompresního teplaje ukládán v tlakových zásobnících jako akumulátor energie, která je ve špičkové spotřebě odčerpána pomocí reverzačního chodu motor-kompresoru ve funkci elektro-generátoru.
7. 7. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že lopatkové vzduchové turbíny (40a), mechanicky řízené (obr. 12), mají planetový systém obíhání lopatek v podobě satelitů (46) kolem centrálního kola (44a nebo 44b) prostřednictvím unášeče (43), poháněného hlavním motorem (41), přičemž lopatky (46) současně rotují řízenou rychlostí kolem své vlastní osy (54) a jsou poháněny ozubeným řemenem nebo řetězem (45), případně ozubenými koly vloženými mezi centrální kolo (44a nebo 44b) a s lopatkou (46) spřažené kolo (47a nebo 47b), přičemž rychlost rotace lopatek vůči jejich oběhové rychlosti je mechanicky variantně řízena, a to jednak jako rychlost rovnoměrná v důsledku okrouhlého tvaru centrálního kola (44a) a jednak jako rychlost nerovnoměrná v důsledku centrálního kola v neokrouhlém tvaru (44b), přičemž mají kola (47a nebo 47b) satelitních lopatek rovněž odpovídající okrouhlost nebo neokrouhlost (obr. 14), přičemž osovým pootočením a zafixováním nastavitelné polohy centrálního kola (44a nebo 44b) pomocí elektronicky ovládaného mechanizmu (48) lze operativně seřídit směr (51) tažné síly turbíny.
8. 8. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že lopatkové vzduchové turbíny (40b), elektronicky řízené (obr. 13), mají planetový systém obíhání satelitních lopatek (46) prostřednictvím unášeče (43) kolem osy hlavního motoru (41), variantně uloženého buď pevně vůči spojovacímu členu (42) turbíny s vozidlem, nebo otočně pomocí výstředníku (59) kolem osy

   -9CZ 2018 - 480 A3 kružnice (58) znázorněné na obr. 15, vymezující obrys pohybu lopatek (46), přičemž současný rotační pohyb jednotlivých lopatek kolem jejich os je realizován pomocí servomotorů (49) a na spojovacím členu (42), nebo přímo na podvozku (11), jsou osazena čidla (55), registrující okamžité úhlové natočení podvozku vůči vodorovné rovině, přičemž na statoru hlavního motoru (41) je umístěno čidlo (56), registrující okamžité úhlové natočení každého jednotlivého ramene unášeče (43) vůči podvozku vozidla (11), z čehož jsou odvozeny (Obr.15) okamžité úhly (ai), udávající natočení každého v pořadí i-tého ramene unášeče (43) vůči vodorovné rovině (50), přičemž na jednotlivých ramenech unášeče (43) jsou umístěna čidla (57) registrující okamžité úhlové natočení každé satelitní lopatky (46) vůči jí příslušnému rameni unášeče (43), z čehož jsou odvozeny okamžité i-té úhly (βί), udávající natočení každé jednotlivé i-té lopatky (46) vůči vodorovné rovině (50), přičemž pro požadovaný směr (γ) tažné síly turbíny jsou prostřednictvím hlavního motoru (41) a jednotlivých servomotorů (49) operativně palubním počítačem řízeny okamžité i-té úhly (βί), a sice podle výpočetního vztahu:

   βί Tj'Wfe vyjádřeného v obloukové míře, měřené od vodorovné roviny (50) ve směru (53) rotace unášečů lopatek.
9. 9. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že pro speciální oddělené rychlé dopravní trasy jsou vozidlová kola (12) při jízdě zatažitelná do podvozku (11) a výsledná tažná síla (51) turbín (14a a 14b) je operativně řiditelná do směru udržující vozidlo na vzduchovém polštáři, a to s odpovídající energetickou náročností od malé rozjezdové rychlosti až do vysoké cestovní rychlosti podzvukové.