HRP20100070A2 - Pogon kotača na temelju momenta generiranog ekscentrom i njegova primjena na električnom vozilu - Google Patents

Abstract

Izum se odnosi na pogon kotača na temelju momenta generiranog ekscentrom i njegovu primjenu na kompaktnom električnom vozilu. Ekscentarski kotač se sastoji od kola (11), glavine (13) i žbica (12). Žbice su promjenjive duljine i njihovu funkciju vrše linearni električni motori (14), koji su za kolo i glavinu vezani zakretnim zglobovima. Svaki od linearnih motora je zasebno upravljan, i njihovim rezultantnim djelovanjem se vrši ekscentarsko otklanjanje središta glavine od središta kola. Ekscentarsko gravitacijsko vozilo (18) je dvosjed namijenjen prvenstveno urbanom transportu, i ima dva ekscentarska gravitacijska kotača bočno postavljena na tijelu vozila. Kotači su takvog promjera da se težište tijela vozila s teretom nalazi dovoljno ispod središta glavina za trajnu stabilnost. U stanju van pogona vozilo miruje položeno dnom s osloncima (34, 35) na tlo. U stanju pogona tijelo vozila se odiže od tla i dinamičkim djelovanjem i upravljanjem motora postiže se ekscentričnost kotača takva da se uspostavi moment na kotače razmjeran težini vozila i uspostavljenom horizontalnom odmaku središta glavine od središta kola. Upravljanjem ovim odmakom - ekscentričnošću - zasebno za svaki kotač postiže se željeni moment, tj. kretanje vozila prema naprijed, prema natrag, usporavanje, i skretanje, koje se postiže različitom ekscentričnošću svakog kotača. Vozilo je napajano električnom energijom iz akumulatora (20) smještenih na dnu tijela vozila. Željena ekscentričnost kotača se u kretanju održava dinamičkim upravljanjem. Kotači su na tijelo vozila vezani uležištenim poluosovinama, na kojima su izvedeni klizni električni kontakti (16) za napajanje i upravljanje žbicama-linearnim motorima (14). Prigušenje njihanja kabine, rekuperacija mehaničke energije uz kočenje i dodatni pogon za svladavanje uzbrdice se postiže aktiviranjem rekuperacijsko-prigušnog sklopa (19) koji mehanički preko spojki povezuje kotače i tijelo vozila. Vozilo je upravljano računalno, logičko-upravljačkim sklopom koji u svakom trenutku registrira ekstenziju svakog od linearnih motora, zakret kotača prema referentnoj točki, i nagib tijela vozila. Iz tih se parametara proračunava pozicija vozila, smjer i brzina te određuje i održava potrebna ekscentričnost, odnosno momenti na svakom kotaču. Ovo električno vozilo je vrlo kompaktnih dimenzija i velikih manevarskih sposobnosti, s izuzetno malim polumjerom zakretanja.

Description

Područje na koje se izum odnosi

Ovaj se izum odnosi na pogon kotača temeljen na postizanju zakretnog momenta ekscentarskim smicanjem centra kotača te na njegovu primjenu u električnom vozilu; prema međunarodnoj klasifikaciji (MKP) klasificiran kao:

kotač/pogon:

B60K7/00 – smještaj motora u pogonskom kotaču,

B60B9/28 – kotač s elastičnim (promjenjivim) žbicama s teleskopskim kretanjem, ili vozilo:

B62D61/00 – motorna vozila karakteristična po broju ili rasporedu kotača,

B62D57/00 – vozila karakteristična po pogonskim sredstvima.

Tehnički problem

Od početka ovog stoljeća postoji naglašena potreba za razvojem električnih automobila namijenjenih prvenstveno urbanom transportu, pri čemu se najprije razmatraju automobili manjih dimenzija. Ta je potreba diktirana težnjom za smanjenjem štetnih emisija iz prometa te za smanjenjem prometnog zagušenja u većim gradovima, i u osnovi nalaženjem novog koncepta individualnog transporta. Razvoj takvih vozila se uglavnom zasniva na konvencionalnoj konfiguraciji vozila s četiri kotača i indukcijskim rotacionim električnim motorima kao pogonskim agregatima. Nisu zastupljeni inovativniji koncepti s drugačijim pogonskim agregatima, drugim principima pokretanja i većim manevarskim sposobnostima vozila.

Stanje tehnike

U dosadašnjem razvoju ovog pogonskog principa prisutni su izumi koji razvijaju pogon kotača putem ekscentarskog otklona središta glavine kotača u odnosu na središte kola postizanjem promjenjivosti duljine žbica. Postoji patent US 3,672,458 s prioritetom od 17.02.1969. prema (tadašnjoj) čehoslovačkoj prijavi izumitelja Juliusa Mackerlea (u daljnjem tekstu D1) te patent GB 2,118,496 A od 20.04.1983. izumitelja Paula Bibbingtona (u daljnjem tekstu D2).

Patent D1 poučava o samopogonjenom kotaču za vozila koji se sastoji od većeg broja linearno produljivih žbica jednoliko raspoređenih oko glavine, gdje je svaka žbica zasebno spojena na napajanje stlačenim fluidom, pri čemu razdjelni uređaj selektivno opskrbljuje žbice fluidom tako da uslijed njihovog produljenja dolazi do zakreta kotača.

Dokument D2 također poučava o hidrauličkom pogonu kotača. Ovdje ekscentarski posmična glavina izvedena tako da se može rotirati unutar kola ima veći broj hidraulički produljivih i skrativih žbica u izvedbi klipa i cilindra, koje polaze iz glavine te ekspandiraju prema kolu kotača, s tim da mogu kliziti po unutrašnjoj strani kola na krajevima udaljenima od glavine. Glavina komunicira s osovinom kotača i zakretno je montirana na nju, pri čemu se vrši napajanje i upravljanje hidrauličkim fluidom koji ulazi u žbice, tako da se postiže ekspanzija tih žbica u jednoj polovini kotača uz omogućavanje kontrakcije žbica u drugoj polovini kotača. To se vrši tako da se u pogonu ostvari ekscentrični položaj glavine u odnosu na centar kotača i njen posmak u željenom smjeru kretanja, tako da se ostvari zakret kola kotača. Izum je izvorno namijenjen pogonu bicikla.

U stanju tehnike nije identificiran pogon kotača na temelju ekscentričnosti i promjene duljine žbica takav da se za pogon koristi električna energija s odgovarajućim električnim pogonskim agregatima na položaju žbica. To je predmet ovog izuma.

Popis crteža

Popratni crteži, koji su uključeni u izlaganje i opis i koji čine dio objašnjenja principa i opisa izuma, ilustriraju funkcioniranje i moguće ostvarenje te način primjene izuma uz varijacije.

Slika 1: Osnovni prikaz kotača

Slika 2: Princip kretanja

Slika 3: Načelni prikaz vozila – pogled bočno

Slika 4: Načelni prikaz vozila – pogled sa strane

Slika 5: Razni položaji pri ekscentričnosti kotača

Slika 6: Položaj vozila u nagibu

Slika 7: Granični nagib kosine

Slika 8: Ekscentarski kotač s 8 linearnih motora – koncentrični položaj

Slika 9: Ekscentarski kotač s 8 linearnih motora – ekscentrični položaj

Slika 10: Sile u žbicama pri jednostrukom

Slika 11: Sile u žbicama pri dvostrukom djelovanju motora

Slika 12: Ekscentarski kotač s 8 zakretnih motora i koljenastim žbicama – koncentrični položaj

Slika 13: Ekscentarski kotač s 8 zakretnih motora i koljenastim žbicama – ekscentrični položaj

Slika 14: Zglobovi i blokada žbica

Slika 15: Bitni dijelovi u unutrašnjosti

Slika 16: Bitni dijelovi u unutrašnjosti tijela vozila – pogled odozgo

Slika 17: Prednja i stražnja podizna vrata na vozilu

Slika 18: Spoj kotača na tijelo vozila

Slika 19: Detalji spoja kotača

Slika 20: Alternativni pogon RPS-a s vratilom

Slika 21: Prikaz RPS-a u presjeku

Slika 22: Prikaz RPS-a u presjeku - tlocrt

Slika 23: Dispozicija unutarnjih elemenata

Slika 24: Kočne obloge

Slika 25: Geometrija kotača s 4 žbice

Slika 26: Polumjeri skretanja

Slika 27: Maksimalni bočni nagib vozila

Slika 28: Uspinjanje uz rad RPS-a

Slika 29: Izvedba blatobrana

Slika 30: Izvedba štitnika uz kolo

Slika 31: Integralna izvedba štitnika

Izlaganje suštine izuma

Kotač za pokretanje vozila s vlastitim pogonom, koji se sastoji od kola kotača, najmanje tri žbice i glavine, pri čemu se duljina žbica mijenja tako da se ostvari ekscentarski posmak središta glavine u odnosu na središte kola tako da se postiže moment proporcionalan masi vezanoj za glavinu i horizontalnoj komponenti odmaka središta glavine i kola. Taj se ekscentarski pomak ostvaruje korištenjem električnih linearnih motora u funkciji žbica, ili korištenjem električnih zakretnih motora u sklopu koljenastih mehanizama koji su u funkciji žbica, a pritom je glavina uležištena na poluosovinu ili osovinu oko koje se slobodno okreće i preko koje dobiva napajanje električnom energijom i razmjenjuje upravljačke i senzorske signale, a to napajanje i signali se kroz glavinu distribuiraju motorima u sklopu žbica.

Detaljan opis jednog načina ostvarivanja izuma

Suština izuma ima dva aspekta – jedan je sami princip djelovanja ekscentarskog gravitacijskog kotača, koji je temeljna inovacija ovdje, a drugi je primjena tog principa na osobno vozilo, dakle stvarna upotreba te inovacije. Najprije će se izložiti djelovanje ekscentarskog gravitacijskog kotača, te opis vozila kakvo bi ga primijenilo.

- Djelovanje ekscentarskog kotača s vlastitim električnim pogonom

Princip mehanizma kotača će se objasniti na krajnje pojednostavljenom dijagramu, slika 1. Osnovni dijelovi kotača 10 su kolo 11, glavina 13 i žbice 12. Teoretski minimalni broj žbica 12 u kotaču 10 je tri, a praktični četiri, dok njihov maksimalni broj ovisi o prostornim i izvedbenim ograničenjima. Za ovu razradu se pretpostavlja kotač s osam žbica. Žbice 12 su promjenjive duljine, što jest bit djelovanja ovog mehanizma. Hvatišta žbica 12 na kolo 11 i na glavinu 13 su izvedena putem zakretnih zglobova. Promjenjiva duljina žbica omogućuje promjenu položaja glavine unutar kola – željenu ekscentričnost. Kolo i vanjski dio žbica, gledano radijalno, su zakretni dio, a glavina i unutarnji dio žbica su otklonski dio kotača. Težište masa otklonskog dijela i tereta ovješenog o glavinu se nalazi u centru glavine ili ispod njega. U stacionarnom su stanju sve žbice jednake duljine te su kolo i glavina koncentrični. U dinamičkom stanju se duljine žbica mijenjaju i središte glavine oG se otklanja od središta kola oK. Otkloni li se središte glavine 13 po horizontali za neku duljinu x, ulijevo kao na slici 2, razvija se zakretni moment ovisan o masi m otklonskog dijela i tereta. Moment iznosa mg×x zakreće kotač 10 obrnuto od kazaljke na satu, do položaja na desnoj strani slike 2, i središte kola se pomiče udesno za put u iznosu četvrtine vanjskog opsega kola. Kotač se time zakreće za 90° (nakon određenog njihanja ulijevo i udesno do ravnotežnog stanja) – ukoliko se duljina žbica nakon otklona za x ne mijenja. No, pretpostavi li se da se duljina žbica u svakom trenutku mijenja, i to tako da se zadani otklon x - i položaj oG prema oK - drži stalnim, kotač će stalno biti podvrgnut jednakom zakretnom momentu te će ubrzavati. Odabere li se zadani otklon x takav da razvija upravo onoliki zakretni moment koliki je potreban za svladavanje mehaničkih otpora (uslijed trenja i drugog), kotač će se gibati stalnom brzinom. Odabirom otklona udesno, dakle negativnog u odnosu na početni, razvit će se suprotni moment te će kotač usporavati – što je osnovni način kočenja. Dakle, postavljanjem otklona – variranjem ekscentričnosti glavine u odnosu na kolo – upravlja se ubrzanjem, brzinom, usporavanjem te samim smjerom gibanja kotača.

- Vozilo pokretano opisanim kotačem

Vozilo 18 pogonjeno ekscentarskim kotačima je dvosjed s dva bočno smještena prethodno opisana kotača 10, na koja je ovješen preko odvojenih poluosovina, kao na slikama 3 i 4, gdje je prikazan u pogledu zdesna i u pogledu od naprijed. Ta inovativna izvedba omogućuje izuzetne manevarske mogućnosti – vrlo mali radijus okretanja i veliku pokretljivost vozila. Kotači su radijalnim i aksijalnim ležajevima vezani za poluosovine oko kojih se slobodno obrću. Dakle, pozicija središta glavina u odnosu na tijelo vozila je stalna, dok se pozicija središta kola mijenja Težište vozila se radi stabilnosti mora nalaziti ispod osi poluosovina, tj. osi glavina.

U stanju izvan pogona, i u stanju bez napajanja energijom, tijelo vozila 18 je spušteno tako da dno leži na tlu. U stanju pogona žbice 12 podižu vozilo u stabilno stanje mirovanja ili gibanja. Pri stabilnom mirovanju, središte glavine 13 se poklapa sa središtem kola 11 ili je ispod njega. Da bi se vozilo gibalo po pravcu, oba kotača 10 postižu identičnu ekscentričnost – središta glavina se otklanjaju od središta kola, kako je prethodno izloženo. Pri tome središta glavina mogu biti u istoj visini kao središta kola, nešto niža, ili nešto viša, a samo horizontalna komponenta otklona određuje moment. Spušteni položaj, otklon za kretanje prema naprijed, otklon za kretanje prema natrag i središte glavine iznad središta kola su prikazani na slici 5. Obzirom da je riječ o gravitacijskom vozilu, referentni koordinatni sustav u kojem se promatra gibanje vozila uvijek ima vertikalnu os paralelnu s vektorom sile teže, bez obzira na položaj vozila. Vozilo u gibanju može ubrzavati, kretati se konstantnom brzinom ili usporavati, ovisno o veličini i orijentaciji nametnutog momenta. Također, može prijeći u stanje inercijskog gibanja, ukoliko se središta poklapaju i ne uspostavi se ekscentričnost – vozilo se slobodno giba i usporava zbog trenja.

Za navedena stanja pravocrtno gibanje vrijedi samo ako su ekscentričnosti jednake i na desnom i na lijevom kotaču. Ukoliko nisu jednake, vozilo će skretati. Ukoliko npr. lijevi kotač ima ekscentričnost prema naprijed a kod desnog su središte glavine i kola koncentrični, vozilo će skretati udesno – kao i ako je ekscentričnost desnog kotača manja nego lijevog. Ako se kod svakog kotača uspostavi suprotan moment, tj. jedan kotač ima otklon prema naprijed, a drugi otklon istog iznosa prema natrag, vozilo će se okretati oko svoje vertikalne osi. Kombinacija različitih ekscentričnosti oba kotača određuje smjer i kut skretanja.

Kako, pod pretpostavkom odgovarajućeg upravljanja, mehanizam kotača omogućuje ekscentričnost u bilo kojem radijalnom smjeru, mogu se uspostaviti različite visine središta glavina, tako da je moguć bočni nagib vozila. Na slici 6. je prikazano vozilo u bočnom nagibu, pogled s prednje strane. Maksimalni nagib je zadan graničnim produljenjem žbica. Ovo svojstvo je značajno za svladavanje oštrijih zavoja – nagibom se vozilo može prilagoditi kutu i brzini ulaska u zavoj, poput motorkotača. Time se ostvaruje velika stabilnost vozila – jednoliko opterećenje dodirnih površina oba kotača s tlom, manje zanošenje i veća udobnost putnika. Tijelo vozila se može podići i tako da su središta glavina iznad središta kola, kako je ilustrirano na slici 5. To smanjuje stabilnost, ali u kraćim intervalima ima praktične primjene, kao što je svladavanje prepreka na putu i dr.

Ekscentarsko gravitacijsko vozilo može svladavati uspon na kosinu povećanjem ekscentarskog otklona u smjeru kretanja. Maksimalna kosina koju može svladati određena je maksimalnim otklonom. Kako je vidljivo na slici 7, granični kut uspona, na kojemu vozilo zastaje, odgovara nagibu tangente koja dodiruje obod kola u točki koja je točno ispod središta glavine pri najvećem horizontalnom otklonu xmax. Ukoliko je potrebno svladati još veću kosinu, to se može postići konstrukcijskim rješenjem koje će biti izloženo u opisu načina primjene izuma.

- Temeljne značajke mehanizma pokretanja vozila

Mehanizam djelovanja ovog izuma u mnogome je analogan mehanizmu ljudskog kretanja, što bitno razlikuje ekscentarsko gravitacijsko vozilo od konvencionalnih vozila na kotačima. Gibanje se ne odvija po inerciji, već je potrebno kontinuirano djelovanje upravljačkog sustava i odvojeni rad svih pogonskih agregata – žbica (osim u stanju koncentričnosti kada se vozilo inercijalno giba). Kretanje čovjek, pogotovo pri trčanju, dijelom postiže naginjanjem prema naprijed i izlaskom iz stanja ravnoteže. Nožnim mišićima se otiskuje od tla i drži težište svoje mase na odgovarajućoj visini, a horizontalni otklon tog težišta od ravnotežnog stanja – onog pri uspravljenom mirovanju – određuje brzinu trka. Usporavanje trkač vrši pomicanjem svog težišta prema natrag. To se sve postiže kontinuiranim svjesnim djelovanjem i radom potrebnog mišićnog sklopa. U tome je analogija s principom gibanja ovog izuma. Za njegovo funkcioniranje je bitno dinamičko razvijanje sila u žbicama 12 promjenjive duljine, i složeno upravljanje cjelokupnim sklopom. Također, vozilo u svakom trenutku može uspostaviti upravo onoliki zakretni moment koliki je potreban za trenutno zadane pogonske uvjete, bez suvišnog rasipanja energije. Način ostvarenja toga bit će opisan u nastavku.

U nastavku će se opisati funkcionalna konstrukcija kotača i vozila te djelovanje bitnih elemenata u ovom načinu ostvarenja izuma.

- Konstrukcija kotača

Pogonski agregat ekscentarskog gravitacijskog kotača je sklop linearnih indukcijskih motora, koji vrše funkciju prethodno opisanih žbica promjenjive duljine. Ovakvi motori se posljednjih godina intenzivnije razvijaju u raznovrsnim izvedbama, kataloški modeli razvijaju silu i do 2500 N. Na slici 8 je prikazan kotač 10 s 8 identičnih linearnih motora 14 kao električnih pogonskih agregata, u koncentričnom, i na slici 9 u ekscentričnom položaju. Kolo kotača 11 je naplatak s gumom i zglobovima na koje se vezuju žbice, kakvi su izvedeni i na glavini 13. Pogonski dio svakog od motora je, radijalno gledano, s unutarnje strane kotača, a izvlačni dio s vanjske. Pogonski dijelovi – „unutarnji dijelovi žbica“ iz opisa kotača u izlaganju suštine izuma – zajedno s glavinom predstavljaju otklonski dio kotača, a izvlačni dijelovi s kolom predstavljaju zakretni dio. Svaki od motora 14 je priključen na napajanje električnom energijom te na signalne priključke vodovima koji su fleksibilni unutar zglobova te prolaze kroz tijelo glavine. Električna veza tih vodova između kotača i tijela vozila, gdje su smješteni akumulatori i logičko-upravljački sklop, postiže se kliznim kontaktima. Linearni motori 14 imaju ugrađene osjetnike položaja, tako da je u svakom trenutku poznata njihova ekstenzija – duljina žbica iz prethodnog opisa. Mogu biti izvedeni s jednostrukim djelovanjem – tlačnim, ili dvostrukim, tlačno-vlačnim. Obje izvedbe imaju praktičnu primjenu na ovom kotaču. U prvom slučaju, s jednostrukim djelovanjem, svaki od linearnih motora 14 je u pogonu samo kada se nalazi na poziciji žbice koja je u donjem dijelu kotača (slika 10), dok je u gornjem dijelu u praznom hodu. U drugom slučaju, u izvedbi dvostrukog djelovanja, motori na poziciji u donjem dijelu kotača djeluju tlačno, a oni u gornjem dijelu djeluju vlačno (slika 11). Tlačne (F1 do F4), odnosno tlačne i vlačne (F1 do F8) sile su na slici 10 i 11 prikazane i u verižnim dijagramima kao komponente rezultante - sile FR, koja je iznosa m×g plus gubici. Pozicija motora u „gornjem dijelu kotača“ podrazumijeva položaj u kojem je hvatište na vanjskom (radijalno gledano) tj. kolnom zglobu iznad hvatišta na unutarnjem, tj. glavinskom zglobu. Analogno, pozicija motora u „donjem dijelu kotača“ je ona u kojoj je hvatište motora na kolnom zglobu ispod hvatišta na glavinskom zglobu. Konvencionalno, u srednjem položaju motora (žbice) oba hvatišta leže na horizontalnom pravcu. Izvedba s dvostrukim djelovanjem omogućuje odabir motora manje snage.

Alternativna izvedba linearnim pogonskim motorima kao žbicama su zakretni motori u koljenastim žbicama 15, prema slici 12 – u koncentričnom položaju, i slici 13, u ekscentričnom položaju. Tu se svaka žbica sastoji od dva segmenta nepromjenjive duljine (b) i zakretnog motora između njih (a) na poziciji koljena. Zakretanjem segmenata (za kut između segmenata tipično od 70° do 180°) svaki od motora upravlja ekscentricitetom kotača. Ova izvedba omogućuje nešto veći otklon središta glavine i kola. U nastavku će se razmatrati samo izvedba s linearnim motorima 14, no svi njeni principi vrijede i za izvedbu s koljenastim žbicama 15.

Zglobovi na naplatku kola i na glavini svojom konstrukcijom podnose udarna opterećenja u radijalnom smjeru (detalj A, slika 14), i održavaju glavinu u istoj ravnini s kolom. Kada su kotači u koncentričnom položaju, vozilo se kreće po inerciji, praktički u praznom hodu. Tada nema potrebe za opterećivanjem motora, tj. održavanjem stalnog položaja uz napajanje, pa se žbice-motori mogu odgovarajućim mehanizmom blokirati u koncentričnom položaju, tako da im se napajanje može prekinuti. Takav je mehanizam koncentrične blokade 17 naznačen na detalju B slike 14. Oslonci ugrađeni na odgovarajućim pozicijama izvlačnog dijela motora iskaču i blokiraju kotače u položaj za prazni hod. Ovaj sustav se izvodi tako da se oslonci brzo i pouzdano uvlače pri izlasku iz praznog hoda. Mehanizme koncentrične blokade 17 je dovoljno ugraditi u svakoj drugoj žbici. Kotači mogu ostati koncentrično blokirani i pri mirovanju vozila, u kojem slučaju je potrebno blokirati i vratilo regenerativno-prigušnog sklopa (opisano u daljnjem tekstu), kako bi vozilo u podignutom položaju ostalo zakočeno.

Odabrani promjer kotača ovisi o veličini tijela vozila, željenoj maksimalnoj ekstenziji žbica i drugim konstrukcijskim uvjetovanostima. Na primjeru iz ilustracija je za visinu tijela vozila od 140 cm odabran promjer kotača od 162 cm. Za normalan pogon vozila nije potrebno postizanje velike ekscentričnosti. Npr., ukoliko masa tijela vozila s korisnim teretom i masa otklonskih dijelova oba kotača ukupno iznose 800 kg, težina je 800 x 9,81 = 7848 N. Otklon od oko samo 1 cm tada razvija zakretni moment od oko 80 Nm. Na naplatak kotača se smješta odgovarajuća automobilska guma izvedena u potrebnom promjeru. Zbog fizičkih svojstava ovakvog kotača - veliki promjer, konzekventno manje trošenje guma na jednakom putu - te zbog specifičnog principa kočenja i praktičkog izostanka proklizavanja, u odnosu na klasične automobilske gume nije potrebna velika širina. Ovdje se pretpostavlja širina gume od 135 mm i niski profil.

- Konstrukcija i bitni dijelovi vozila

Unutrašnjost tijela vozila je prikazana u presjeku na slikama 15 (pogled odostraga) i 16 (pogled odozgo). Uočljivi bitni dijelovi za funkcioniranje izuma, pored kotača, su prostor za akumulatorske blokove 20, regenerativno-prigušni sklop 19, a na odgovarajućem mjestu se smješta žiroskop 21. Funkcije tih dijelova će biti objašnjene u nastavku. Ulazak u vozilo vrši se s prednje strane, te su s te strane izvedena podizna vrata, prema slici 17. Prostor za pristup sjedalima je slobodan, obzirom da upravljač vozila nije potrebno mehanički vezivati te se može izvesti fleksibilno da ne ometa prolaz. Na stražnjem dijelu su također podizna vrata za pristup prtljažnom prostoru, koji je iza vozačkog i suvozačkog sjedala. Logičko-upravljačka jedinica se može smjestiti na različitim mjestima u vozilu, te se na ilustracijama neće posebno naznačivati. Akumulatori 20 odgovarajućeg kapaciteta, kao izvor tj. spremnik energije za pogon i napajanje sustava vozila, smješteni su u prikazanom prostoru na dnu vozila. Prostor za njih je podijeljen na dva dijela radi odgovarajućeg smještaja RPS-a 19.

Akumulatorski blokovi su najmasivniji element vozila i njihovim smještajem na dno postiže se snižavanje težišta vozila i veća stabilnost. Ove se jedinice mogu izvesti s mogućnošću pomicanja naprijed nazad u hodu koji dopušta prostor vozila, kako bi se kompenziralo pomicanje težišta po horizontali uslijed promjene mase i položaja korisnog tereta u vozilu.

Rješenje vezivanja kotača na tijelo vozila je prikazano u presjeku na slici 18 (pogled odozgo u presjeku na lijevi kotač), odnosno detaljno na slici 19 (pogled odostraga na presjek glavine lijevog kotača). Na glavini kotača 10 su unutrašnji zglobovi 22 na koja su vezani linearni motori 14. Glavina je uležištena na nosač fiksiran na tijelo vozila 18 radijalno-aksijalnim ležajevima 23 kod zglobova i poluosovine, te aksijalnim ležajem 24. U unutrašnjosti šuplje poluosovine je smješten nosač kliznih kontakata 25, koji je fiksiran na tijelo vozila. Na vrh poluosovine je pričvršćen zupčanik 26 lančanog prijenosa 27 koji pogoni regenerativno-prigušni sklop. Razvod energetskih i signalnih vodova preko kliznih kontakata 16 kroz glavinu i spoj na motore je prikazan načelno, signali se alternativno prenose bežičnim putem. S unutarnje strane su senzori zakreta 28 čija će uloga biti objašnjena kasnije.

Regenerativno-prigušni sklop 19 (u daljnjem tekstu RPS) je prikazan u presjeku pogleda odostraga na slici 21. i u tlocrtnom presjeku na slici 22. Svrha RPS-a je: prigušenje njihanja kabine, usporavanje/kočenje vozila, te rekuperacija mehaničke energije. Kada vozilo naglije usporava ili koči, dolazi do njihaja tijela vozila prema naprijed, obzirom da je ono slobodno ovješeno o kotače a težište se nalazi ispod osi glavina. Za udobnost putnika to je povoljno svojstvo, obzirom da se njišu zajedno s vozilom te ih pri kočenju inercija ne gura prema naprijed već prema „dolje“, poput putnika u zrakoplovu. No, potom bi se njihanje tijela vozila naprijed-natrag nastavilo do ustaljenja, što bi bilo iritantno za putnike. Uvođenjem mehaničkog prigušivanja vozilo se nakon prvog njihaja mirno vraća u stabilan položaj. Isto vrijedi i za nagliji start vozila. Što se usporavanja/kočenja tiče, ono se, osim postizanjem prije opisane „negativne“ ekscentričnosti, vrši i RPS-om, i to ili prigušivanjem ili rekuperacijom kinetičke energije vozila, što će biti opisano u nastavku. Vratilo RPS-a je lančanim prijenosima 27 vezano za glavinu kotača. Alternativno, umjesto lanca se mogu izvesti zupčani prijenosi s vertikalnim vratilima 29, kao u presjeku na slici 20. Na vratilu RPS-a su spojke 30, generator za regenerativno kočenje 31, prigušnica 32 i kompresor sustava klimatizacije 33 s pogonskim zupčanikom 26. RPS je smješten između prednjeg i stražnjeg prostora za akumulatore 20. U vožnji, spojke 30 su otpuštene tako da se oba kotača vrte nevezano za RPS. Spojke se alternativno mogu izvesti i na poluosovinama glavina tako da u vožnji odvajaju gornje zupčanike lančanih pogona i da zagonska masa bude manja. Pri prigušivanju njihanja, spojke kopčaju, generator nije pod opterećenjem te se njegov rotor slobodno vrti, i prigušnica se ukapča na pogonski zupčanik. Prigušnica može biti izvedena kao uljna, po potrebi s dinamički promjenjivim učinkom prigušivanja, te svojim otporom usporava rotaciju i njihanje. Kada je kotač blokiran u koncentričnom položaju, usporavanje/kočenje se može vršiti RPS-om, otporom prigušnice ali i radom generatora. Pri djelovanju generatora spojke kopčaju, pogonski zupčanik ne pogoni ništa a generator je pod opterećenjem te kinetičku energiju vozila transformira u električnu, kojom se pune akumulatori. Drugi način rekuperacije kinetičke energije je korištenje kompresora klima-sustava. Kotač je tada blokiran koncentrično, spojke kopčaju, generator je bez tereta a zupčanik preko reduktora pogoni samo kompresor, dok vozilo usporava. Kompresor stlačuje rashladni medij koji se skladišti u spremniku pod tlakom i dalje djeluje u rashladnom ciklusu, čiji elementi ovdje nisu prikazani. Pri većem rashladnom opterećenju, kompresor može raditi i van rekuperativnog modusa, ukapčanjem RPS-a dok je vozilo pogonjeno uz ekscentričnost, pri čemu se troši dio pogonske energije. Pri djelovanju RPS-a, uslijed labavog vezivanja vratila i tijela vozila za kotač, nastaje moment koji nastoji zakrenuti tijelo vozila. No istovremeno sila inercije s hvatištem u težištu razvija moment koji se djelomično poništava s tim momentom zakretanja. Dispozicija RPS-a, lančanog prijenosa, sjedala i akumulatora u presjeku u pogledu s boka je prikazana na slici 18.

Opisana su dva načina usporavanja tj. kočenja vozila od ukupno tri predviđena. Prvi način kočenja koji bi se trebao što više koristiti je regenerativno putem RPS-a. Drugi način je postizanje „negativne“ ekscentričnosti kotača, njime se postiže veća upravljivost. Treći način je kočenje podlogom. To podrazumijeva spuštanje dna vozila na tlo i kočenje kočnim oblogama 34 s donje strane, postavljenima kao na slici 24, (lijevi kotač nije prikazan radi preglednosti). Ove obloge su inače oslonac vozila u spuštenom stanju, vidljivo u donjem dijelu slike 24. Kočenje podlogom je namijenjeno naglom i havarijskom zaustavljanju vozila, kao krajnja mjera sigurnosti i jamstvo da će se vozilo zaustaviti i u svim nepredviđenim okolnostima. Ukoliko, kao krajnja neželjena situacija, dođe do ispada svih sustava vozila i gubitka napajanja u motorima, druga dva sustava kočenja ne mogu djelovati, no tijelo vozila pada na „trbuh“ i fiksne kočne obloge tada trenjem zaustavljaju vozilo. U normalnim pogonskim okolnostima, ovo se koristi pri potrebi naglog zaustavljanja u izvanrednim prometnim situacijama. Kočne obloge se postavljaju na stražnjem dijelu dna vozila, tako da hvatište sile kočnog trenja ne može, obzirom na težište, razviti moment koji bi mogao zakrenuti tijelo vozila prema naprijed i prevrnuti ga. Na prednjem donjem bridu tijela vozila nalaze se robusni kotačići 35, vidljivo na slici 24, preuzimaju silu pritiska na podlogu a svojim okretanjem poništavaju moment. Za ove kotačiće se može razviti odgovarajući sustav otpuštanja, kako bi se osigurao pravocrtni put kočenja bez zanošenja vozila. Sva tri sustava usporavanja/kočenja mogu se koristiti kombinirano, ovisno o pogonskim okolnostima i željenom učinku. Korištenje RPS-a uvijek ima prednost zbog energetske efikasnosti, ekscentarsko kočenje se nadovezuje za precizno zaustavljanje, a kočenje podlogom je krajnja mjera brze intervencije. Visina kočnih obloga, tj. oslonca vozila, se projektira prema općim svojstvima vozila.

Žiroskop omogućuje logičko-upravljačkom sustavu da u svakom trenutku odredi nagib vozila. Za funkcionalno upravljanje vozilom sustav mora imati referentnu točku na tijelu vozila prema kojoj postavlja koordinatni sustav (KS) čija je vertikalna os, kao što je prije u tekstu izloženo, uvijek paralelna s vektorom sile teže. Zakret i otklon središta oG i oK kod svakog kotača određuje se prema tom referentnom KS. Kod zakretanja tijela vozila se njegova vertikalna os zakreće prema vertikali referentnog KS. Ako kut tog zakreta u svakom trenutku nije poznat, dolazi do poremećaja praćenja stanja kotača i upravljanje vozilom ne može biti djelotvorno. Stoga je potreban žiroskop koji se pokreće u stanju mirovanja vozila te uvijek pokazuje smjer vektora sile teže. Načela logike upravljanja vozilom bit će izložena u nastavku.

Logičko-upravljački sklop simultano u svakom trenutku upravlja pogonom ekscentarskog gravitacijskog vozila. Taj sustav u svakom trenutku snima bitne parametre stanja vozila te upravlja njime u skladu sa zadanim djelovanjem. Bitni parametri koji se snimaju su težina (pri startu), nagib tijela vozila, zakret svakog kotača i kutna brzina, položaj i ekstenzija svake od žbica, te stanje RPS-a. Iz tih parametara sklop proračunava trenutnu: podignutost vozila, ekscentričnost svakog kotača, smjer i brzina vozila, nagib osi glavina te zakretni moment. Zadano djelovanje vozila podrazumijeva postizanje određene podignutosti, zakretnog momenta, vektora brzine – smjera i iznosa, nagiba vozila u zavoju, te usporavanja/kočenja. Upravljanje i vođenje se vrši dinamičkim variranjem sila u svakom pojedinom motoru, i njihovih ekstenzija.

Sve te funkcije se obavljaju unutar centralne procesorske jedinice (CPJ), hardverskog procesora u koji je trajno i nepromjenjivo učitan programski kôd za upravljanje. CPJ je preko signalnih vodova povezana sa senzorima kojima snima parametre stanja, s modulima zadavanja stanja (tj. s upravljačem vozila), i s napajanjem svakog od motora - čime vrši upravljanje. Senzori stanja vozila su: senzori ekstenzije svakog od motora, mjerni osjetnici struje i napona na svakom motoru, vijenci senzora na glavinama i njima nasuprotni na tijelu vozila, senzori nagiba žiroskopa, te senzori rada RPS.

Kao CPJ se odabire industrijski robusni procesor maksimalne pogonske pouzdanosti. Uzima se najmanji radni takt procesora dovoljan za pouzdani rad, kako bi se zagrijavanje svelo na najmanju moguću mjeru. Napajanje CPJ je izvedeno maksimalno stabilno. Programski kôd je binarni, u strojnom jeziku i učitan je u CPJ bez mogućnosti izmjena i vanjskih utjecaja jednom kad je procesor ugrađen. CPJ se izvodi i smješta tako da je izolirana od svih vanjskih utjecaja koji ne dolaze od upravljačkog sklopa – mehaničkih, električkih, temperaturnih itd. – i uz odgovarajuće pasivno ili aktivno hlađenje. Radi sigurnosti i integriteta pogona, ulaz CPJ čine, osim napajanja, samo signali snimanih parametara zadanog stanja, a izlaz su samo upravljački signali. Dođe li do pada funkcija CPJ, ona se zamjenjuje novom istovjetnom. U vozilo se mogu ugraditi dvije identične CPJ radi sigurnosti – radna i rezervna. Svi neupravljački sustavi – kao što su rasvjeta, zračni jastuci, klimatizacija i grijanje, zaključavanje i dr. – nemaju utjecaja na funkcioniranje CPJ.

Vijenac senzora (26 na slici 19) je postavljen na obodu svake glavine, a njemu nasuprot su senzori na tijelu vozila. Svrha tih senzora je praćenje zakrenutosti kotača u svakom trenutku. Postavljaju se kružno u željenoj gustoći, ovisno o odabranoj preciznosti praćenja zakreta. Po jedna točka na svakoj glavini se uzima kao referentna obodna točka, određena je pripadnim senzorom na vijencu i prema njoj se određuje kut zakreta svake glavine, od 0° do 360°. Također se, snimanjem rotacije senzora na glavinama prema onim na tijelu vozila, određuje kutna brzina i smjer vrtnji glavina. Uz ostale parametre time se određuje i rotacija i brzina svakog od kola, tj. cijelih kotača. Ovi senzori su beskontaktni, izvedeni s maksimalnom pouzdanošću i s izbjegavanjem onečišćenja (mogu se izvesti štitnici i samočisteći mehanizmi).

Načela algoritma vođenja i upravljanja vozilom će se izložiti u nastavku. U početnom stanju, vozilo je u mirovanju, polegnuto. Startanjem cjelokupnog sustava najprije se pokreće žiroskop te se definira referentni KS. Određuje se pozicija referentnih obodnih točaka i ekstenzija svakog od linearnih motora – žbica. Po smještanju putnika, vozilo se podiže u položaj koncentričnosti. Pritom se „važe“ težina ukupne otklonske mase, tj. tijela vozila, tereta i otklonskih dijelova kotača. To se vrši mjerenjem struje i napona kroz motore koji vrše podizanje, te određivanjem razvijene podizne sile. Time je zadan prvi pogonski parametar koji se korigira uvijek nakon promjene mase vozila, indikator čega može biti otvaranje vrata. Može se izvesti i poseban sustav indikacije promjene mase, koji logičko-upravljačkom sustavu nalaže korektivno „vaganje“. Nakon podizanja, vozač preko upravljača zadaje željeni smjer i brzinu kretanja. Logičko-upravljački sklop snima parametre stanja i zadaje potrebnu ekstenziju svakoj žbici – motoru, tako da se postigne potrebna ekscentričnost svakog kotača, odnosno da središte svake glavine dospije u zadane koordinate xG i yG. Parametri u kretanju se snimaju kontinuirano u pravilnim intervalima. Trajanje tih intervala se određuje prema brzini odziva cijelog sustava. Ubrzavanje i usporavanje se zadaje promjenom zakretnog momenta, dakle promjenom xG i yG, u osnovi samo xG jer, pretpostavljeno, u vožnji je oG u visini oK. Skretanje se vrši zadavanjem različitog ekscentriciteta desnom i lijevom kotaču, tako da je razlika u xG veća ako je zadani kut skretanja oštriji. Brzina je u svakom trenutku poznata snimanjem rotacije obodnog vijenca senzora. Kako je poznata“izvagana“ masa vozila, dobiva se i kinetička energija u svakom trenutku. Ovisno o trenutnoj brzini i zadanom kutu zavoja, sustav postavlja razliku desnog i lijevog yG takvu da se postigne nagib vozila udesno/ulijevo u zavoju koji odgovara kompenziranju zanošenja. Pri održavanju jednolikog pravocrtnog kretanja, sustav postavlja koncentričnost kotača, uz povremeno djelovanje momenta radi održavanja brzine.

Pri usporavanju/kočenju, tj. negativnoj akceleraciji, sekvencijalno se aktiviraju sustavi usporavanja prema opisanoj hijerarhiji – RPS, negativna ekscentričnost, kočenje podlogom. Sustav upravlja djelovanjem RPS-a ovisno o potrebi prigušivanja ili mogućnosti rekuperacije. Prigušivanje se aktivira pri zaustavljanju/naglom ubrzanju i registriranom nagibu tijela vozila. U stanju mirovanja, manualnim upravljanjem se izvode kretnje kao što je podizanje, vrtnja oko osi i dr.

- Polazno matematičko modeliranje vođenja vozila

Matematičko modeliranje polazi od pojednostavljene predodžbe kotača s četiri žbice, prema slici 25. Program bi uz zadane koordinate središta glavine x i y, kao ulazne podatke, određivao ekstenzije svake od žbica prema izrazima danima dolje. Pritom je R polumjer kola a r polumjer glavine, gledano od središta do oslonca, a pretpostavlja se da četiri oslonca na kolu leže na osima x i y referentnog koordinatnog sustava. Bitno je u kojem se kvadrantu nalazi središte glavine, što je definirano predznacima koordinata. Za svaki od kvadranata, ekstenzije žbica 11 do 14 se određuju prema donjem:

[image]

Na slici 25 je dan prikaz sa središtem glavine u prvom kvadrantu. Kod koncentričnosti, x i y iznose 0 te je 11= 12= 13= 14. Kada su središta kola i glavine na istoj horizontali, y=0 te se pri kretanju naprijed izrazi za I i II kvadrant poklapaju, a pri usporavanju/kretanju unatrag to vrijedi za izraze za III i IV kvadrant. Gore su navedeni polazni izrazi za pretpostavljenu situaciju gdje su oslonci na kolu točno na poziciji 0°, 90°, 180° i 270°. Zakretom kotača treba uzeti u obzir novi koordinatni sustav obzirom na njegov kut prema referentnom KS.

Za veći broj žbica po kotaču (kao prethodno promatranih osam) vrijede izrazi modificirani ovisno o kutu između oslonaca. Za osam žbica taj kut iznosi 45°. Za zakret kotača, te kod zakreta tijela vozila, referentni KS se korigira prema kutu zakreta φ, uzimajući u obzir da je

[image]

te se prema tome razvijaju kompleksnija modeliranja ovisno o konstrukciji. Bitno je da je ekscentarsko gibanje glavine u odnosu na kolo translatorno, tj. njihove osi ostaju paralelne, bez obzira na otklon i zakret cijelog kotača.

Način primjene izuma i varijacije detalja

Ekscentarsko gravitacijsko vozilo je namijenjeno prvenstveno urbanom transportu dvije osobe uz manju do srednju masu dodatnog korisnog tereta. To znači siguran i komforan transport po urbanim prometnicama, manipuliranje teretom potrebno u svakodnevnom životu (nabava potrepština itd.) i druge namjene.

Obzirom da podaci u industrijski razvijenim zemljama ukazuju na najviše 1,7 prosječnih putnika po vozilu, ovo vozilo kao dvosjed pokriva preko 80% transportnih potreba suvremenog urbanog stanovništva.

Uz razvitak potrebnih sigurnosnih sustava, u osnovi prilagodbu već postojećih komercijalno dostupnih (zračni jastuci itd.), ovo vozilo je potpuno prikladno i za prometovanje po autocestama. Pritom treba uzeti u obzir energetsku autonomiju (intervale punjenja akumulatora). Zbog svojih svojstava je, uz jednostavne preinake, izrazito pogodno za osobe s posebnim potrebama. To se odnosi na položaj spuštenosti na tlo i proizlazeću niskopodnost, moguću izvedbu ulaznih rampi, mogući ulazak i izlazak kroz prednja i stražnja vrata, te na fleksibilnu modularnost upravljača.

Glavna komparativna prednost ekscentarskog gravitacijskog vozila u prometovanju su njegove izuzetne manevarske sposobnosti te kompaktnost dimenzija. Za unutarnje dimenzije dvosjeda koje pružaju odgovarajući komfor putnika, vanjski gabariti izvedbe vozila razmatrane u prethodnom poglavlju su širina od oko 170 cm i duljina od oko 215 cm. Uzevši u obzir sposobnost okretanja oko vertikalne osi, polumjer skretanja je samo 126 cm gledajući gabarite, a polumjer traga kotača je pritom samo 80 cm, prema slici 26. Kod zavijanja oko jednog kotača, polumjer skretanja je 195 cm. To omogućuje prolaz kroz uske prostore i izvanrednu mogućnost parkiranja na vrlo malim površinama. Mogućnost ulaska u oštre zavoje pospješena je sposobnošću bočnog naginjanja, i za više od 9°, prema slici 27. Varijabilna visina podizanja tijela vozila omogućuje izbjegavanje prepreka na putu, a različita ekscentričnost kotača po visini pruža opciju svladavanja različitih neravnina na jednom tragu kotača dok drugi kotač ostaje na ravnoj podlozi a visina tijela vozila se ne mijenja.

U osnovnoj izvedbi, uspon koji vozilo može savladati je ograničen maksimalnim otklonom u odnosu na polumjer kotača, kako je izloženo u opisu suštine izuma. Za prethodno razmatrane dimenzije vozila, uz maksimalni otklon granična kosina na kojoj vozilo staje je pod kutom od oko 9°, odnosno uspon je oko 15%. Ukoliko je potrebno svladati strmiji uspon, težište vozila bi se trebalo otkloniti prema naprijed, odnosno tijelo vozila bi se trebalo zakrenuti prema naprijed. To se može postići djelovanjem elementa u RPS-u. Ako se rekuperativni generator 31 izvede tako da može raditi kao motor, on u modusu strmijeg uspinjanja može zakretati vratilo RPS-a te time, obzirom na lančani prijenos preko glavina, zakretati i tijelo vozila prema naprijed te vršiti otklon težišta. Na taj način generator/motor svojim radom doprinosi radu žbica – linearnih motora, te zajednički uspinju vozilo. To je djelovanje prikazano na slici 28. U presjeku je vidljiv motor-generator 31, prikazana je horizontalna podloga (n), granična strmina bez RPS-a do koje je moguće uspinjanje (g) i kosina savladiva radom RPS-a (p) – ovdje uspon od oko 38%. Tada je u osnovi nagib strmine koja se može savladati ovisan o snazi generatora/motora, pored drugih ograničujućih faktora (proklizavanje guma i dr.). Ovakva izvedba RPS-a može imati i druge praktične namjene.

Problem amortizacije i ovjesa kod ovog vozila može se riješiti na više načina. Jedan je smještanje opružnih amortizera između krajeva svake žbice/linearnog motora i vanjskog ili/i unutrašnjeg zgloba. Drugi je izvedba ovjesa i amortizacije na nosaču uležištene glavine, tako da je fleksibilno vezan na tijelo vozila. Treći je način korištenje električkih svojstava linearnih motora, u kojem bi slučaju oni amortizirali udarne posmake između svojih pogonskih i izvlačnih dijelova. U prvom i trećem slučaju bi bilo potrebno softverski kompenzirati trenutne udarne otklone središta kola i glavine.

Zbog izvedbe kotača velikog promjera na bočnim stranama vozila, javlja se problem bočne preglednosti u vožnji. Ovo se može djelomično riješiti postavljanjem odgovarajućeg sustava zrcala, ali za kvalitetnu preglednost izvodi se sustav kamera i bočno postavljenih monitora, tako da se izbjegnu svi mrtvi kutovi.

Kako je upravljačka komunikacija sa sustavom isključivo signalna, bez mehaničkih prijenosa, upravljač ekscentarskog gravitacijskog vozila je u osnovi joystick koji se izvodi fleksibilno tako da prema potrebi može mijenjati poziciju unutar vozila. Ovo ujedno znači da je vozilo bez ikakvih preinaka potpuno prikladno za prometovanje i desnom i lijevom stranom ceste, ovisno u kojoj se državi koristi. Temeljno upravljanje je, kako je u prethodnim poglavljima izloženo, dinamičko zadavanje ekscentričnosti svakog kotača, no ono se na ergonomski način prevodi na upravljanje ubrzanjem (momentom) i smjerom. Mogu se izvesti samo ručne, ili i ručne i nožne kontrole. Za osobe s posebnim potrebama moguće su brojne varijacije izvedbe upravljača. Uključivanje i modus rada RPS-a odabiru se automatski, uz mogućnost manualnog zadavanja modusa. Za interventno kočenje (podlogom) izvodi se posebna prikladna kontrola. Pored toga, zasebno se izvode kontrole za manualno zadavanje ekscentričnosti svakog kotača, što sustav u principu dopušta samo u stanju mirovanja.

Svojstva ekscentarskog kotača postavljaju problem odgovarajuće konstrukcije blatobrana. Zbog velikog opsega i otvorenosti kotača, blatobrani su neophodni kako bi se izbjeglo bacanje čestica u okolinu. No, položaj blatobrana u odnosu na kola kotača mora biti stalan, tj. ne smije dolaziti do kontakta blatobrana i guma. Kako se kola se odmiču prema postavljenoj ekscentričnosti, nije moguće izvesti fiksno vezivanje blatobrana za tijelo vozila. Ta veza mora biti fleksibilna tako da blatobran translatorno prati kolo, mijenjajući položaj prema tijelu vozila. Na vozilu se stoga izvode tri nosača po blatobranu, promjenjive duljine, koju dinamički mijenjaju po sličnom principu kao i žbice kotača. To je prikazano na slici 29. Na gornjem dijelu slike su prikazani blatobrani 36 u pogledu s boka i od naprijed, a na donjem dijelu je u presjeku prikazana dispozicija nosača blatobrana 37.

Linearni motori-žbice su izloženi i u rotaciji, što je posebno svojstvo ekscentarskog gravitacijskog vozila, kojemu predstavljaju svojevrsni egzo-agregat.

S jedne strane to je povoljno svojstvo zbog prirodnog hlađenja motora u pokretu, pri rotiranju. S druge strane, rotirajuće otvorene žbice na velikim kotačima se mogu susretati s praktičnim problemima. Prvenstveno sigurnosnim – ne smije doći do situacije ozljeđivanja osoba pri eventualnom kontaktu s kotačem, niti do mogućeg zaglavljivanja vanjskih objekata između žbica. Stoga se mogu izvesti odgovarajući štitnici. Posebno se izvodi štitnik vezan za kolo, koji ostavlja prostor za ekscentrične posmake štitniku vezanom za glavinu. Na slici 30 je vidljiva izvedba štitnika vezanog za kolo kotača 38, u koncentričnom i ekscentričnom položaju, a na slici 31 je dan prikaz integralne izvedbe i štitnika na kolu 38 i štitnika vezanog za glavinu 39. U svim prikazima su prisutni blatobrani 36.

U zimskim uvjetima postoji mogućnost stvaranja leda i drugih naslaga na žbicama, što im može otežati funkcioniranje. Za te se svrhe mogu razviti odgovarajuće sezonske navlake koje obuhvaćaju pogonski i izvlačni dio linearnih motora, u duljini u kojoj se dinamički preklapaju.

Popis upotrijebljenih pozivnih oznaka

10 – kotač

11 – kolo

12 – žbice

13 – glavina

14 – linearni motor

15 – koljenasti mehanizmi

16 – klizni kontakti

17 – mehanizam koncentrične blokade

18 – vozilo

19 – regenerativno-prigušni sklop (RPS)

20 – akumulator

21 – žiroskop

22 – unutarnji zglob žbica

23 – radijalno-aksijalni ležaj

24 – aksijalni ležaj

25 – nosač kliznih kontakata

26 – zupčanik na poluosovini

27 – lančani prijenos

28 – senzori zakreta

29 – zupčani prijenos

30 – spojke regenerativno-prigušnog sklopa

31 – generator regenerativnog kočenja/motor

32 – prigušnica

33 – kompresor klimatizacije

34 – kočne obloge

35 – kotačići na donjoj podlozi

36 – blatobrani

37 – nosači blatobrana

38 – štitnik vezan za kolo

39 – štitnik vezan za glavinu

Claims (8)

1. Kotač s za pokretanje vozila s vlastitim pogonom na temelju momenta postignutog održavanim ekscentrom, koji se sastoji od kola kotača (11), najmanje tri žbice (12) promjenjive duljine i glavine kotača (13), kod kojeg su žbice (12) jednim krajem vezane za kolo (11) a drugim za glavinu (13) preko zglobova s po jednim stupnjem slobode kretanja, pri čemu je centar glavine ekscentrično smičan prema centru kola putem spregnutog povećanja odnosno smanjenja duljina svake pojedine žbice (12), glavina (13) je poluosovinom ili osovinom vezana za pokretano vozilo (18), a zakret kotača (10) se postiže momentom koji nastaje ekscentarskim odmakom centra glavine od centra kola kotača te je taj moment proporcionalan horizontalnoj komponenti tog odmaka i ukupnoj masi vezanoj za glavinu naznačen time da funkciju žbica (12) promjenjive duljine vrše linearni električni motori (14) s jednostrukim tlačnim ili dvostrukim tlačno-vlačnim djelovanjem, ili koljenasti mehanizmi (15) koji se sastoje od po jednog električnog zakretnog motora i po dva segmenta koje taj motor zakreće.

2. Kotač s vlastitim pogonom, prema zahtjevu 1, naznačen time, da se napajanje linearnih električnih motora (14) odnosno zakretnih motora u koljenastim mehanizmima (15) vrši preko glavine kotača i poluosovine ili osovine koje su električki povezane kliznim kontaktima (16), a na isti način, ili bežičnim putem, se vrši prijenos signala za upravljanje i registriranje stanja kotača.

3. Kotač s vlastitim pogonom prema zahtjevu 2, naznačen time, da su žbice promjenjive duljine opremljene senzorima koji registriraju njihovu trenutnu duljinu, te da je glavina kotača (13) opremljena senzorima (28) koji registriraju njen trenutni zakret u odnosu na poluosovinu na koju je uležištena.

4. Kotač s vlastitim pogonom prema zahtjevu 3, naznačen time, da su žbice (12) odnosno linearni motori (14) opremljeni mehanizmima (17) koji ih mogu blokirati tako da ne mijenjaju duljinu, pri čemu aktiviranjem tih mehanizama kotač zadržava stanje koncentričnosti u kojemu se središte kola poklapa sa središtem glavine a kotač ostaje slobodno zakretan prema poluosovini; ti su mehanizmi (17) izvedeni na svim ili na dijelu žbica odnosno linearnih motora.

5. Kotač s vlastitim pogonom prema zahtjevu 4, naznačen time, da je taj kotač upravljan logičkim upravljačkim sklopom koji pomoću senzora iz zahtjeva 3 registrira trenutnu duljinu svake od žbica te zakret kotača prema poluosovini i prema takvim ulaznim podacima odgovarajućim programskim kodom vrši upravljanje pogonom kotača.

6. Vozilo pogonjeno kotačem s vlastitim pogonom prema zahtjevu 4, naznačeno time, da ima dva takva kotača s vlastitim pogonom čije su poluosovine kruto vezane za vozilo te osi tih poluosovina leže na istom pravcu, pri čemu se težište vozila nalazi ispod tog pravca te je vozilo slobodno zakretno prema kotačima oko osi poluosovina.

7. Vozilo prema zahtjevu 6, naznačeno time, da je opremljeno sklopom sa žiroskopom (21) kojime se može registrirati trenutna zakrenutost vozila u pogonu u odnosu na stanje mirovanja.

8. Vozilo prema zahtjevu 6, naznačeno time, da je opremljeno mehaničkim sklopom (19) koji je lančanim (27) ili zupčanim (29) prijenosom neovisno vezan za svaki od kotača, pri čemu taj mehanički sklop ima jednu ili više spojki (30) koje ukapčaju ili iskapčaju prijenos zakreta s kotača, tako da se taj sklop u stanju kopčanja spojki zakreće zajedno s glavinama kotača i pokreće odgovarajuće uređaje u njegovu sastavu, a ti se uređaji odnose na postizanje mehaničkog otpora zakretu sklopa (19) i kotača (10) u svrhu usporavanja i kočenja vozila putem prigušnice (32), iskorištenja mehaničke energije zakreta u smislu proizvodnje električne energije putem električnog generatora/motora (31), rada kompresora (33) ili u svrhu drugih korisnih transformacija.