O desenvolvimento de um sistema que atingiu seu limite pode ser continuado no nível de um super-sistema. Tendo esgotado os recursos de seu desenvolvimento, o sistema combina com outro sistema, formando um sistema novo e mais complexo.
Fundamentos da teoria do desenvolvimento de sistemas técnicos.
Os carros elétricos diferem dos carros tradicionais, não apenas na simplicidade do design. De acordo com a lei do desenvolvimento do sistema, a transição para uma nova fonte de energia significa automaticamente uma revisão do design de todo o sistema. No momento, os carros elétricos não perderam sua semelhança externa com os carros convencionais. Não há apenas razões de design nisso, mas também completamente psicológicas.
Você compraria um carro radicalmente diferente dos comuns? E o mais importante - como se acostumar com o fato de que o restante da dinâmica e controlabilidade no futuro ficará para trás dos primeiros carros como um cavalo?
O estágio inicial da "reestruturação" do dispositivo do sistema de veículos elétricos pode ser julgado pela mudança de atitude em relação à aerodinâmica e à conservação e produção de calor.
Nos artigos anteriores,
Sistema de refrigeração por freio líquido e
Sistema de refrigeração por freio líquido. Opções de desenvolvimento de sistemas Eu falei principalmente sobre o uso de sistemas de refrigeração líquida para carros comuns e veículos híbridos elétricos. Este artigo abordará o desenvolvimento de um sistema semelhante em um veículo elétrico no qual rodas de motor serão usadas.
Um carro elétrico com rodas de motor é exatamente o futuro desse tipo de transporte, que muitos especialistas prevêem. A localização "clássica" do motor fora do volante não permite o uso total da recuperação e altera arbitrariamente a forma do carro. Nesse caso, mesmo na teoria pura, esse “cruzamento de uma roda e um motor” oferece uma eficiência mais alta em comparação com um esquema com um elemento de transmissão intermediário.
Por que, apesar de todas as vantagens das rodas motorizadas, não as utiliza? A coisa toda se deve às desvantagens inevitáveis desse design.
O primeiro, e provavelmente óbvio para todos, é a carga de calor da estrutura. Três elementos potencialmente carregados e geradores de calor estão muito próximos um do outro!
1. Rolamento da roda (uma vez que a roda possui uma massa maior que o aquecimento normal durante a operação acima).
2. O mecanismo de freio, que de fato está sujeito a um forte aquecimento, e com uma colocação tão densa, o resfriamento do ar ocorre nas piores condições.
3. Motor elétrico - potencialmente, quando sobrecarregado, aquece não apenas a si mesmo, mas também “vizinhos”.
... E qual é a solução no caso de tais problemas?
1º - dividir os elementos carregados de calor
2º - esfriar com líquido
O diagrama descreve a localização desse resfriamento.
Além disso, haverá uma explicação com fórmulas, que espero tenha deixado o mais claro possível para uma ampla gama de leitores.
Um amortecedor é um dispositivo para amortecer vibrações (amortecimento) e absorver choques e choques de elementos móveis (suspensão, rodas), bem como da carroçaria do veículo,
convertendo a energia mecânica do movimento (vibrações) em calor.Com base na definição, não é difícil adivinhar qual é o principal problema dos amortecedores no cálculo. Em média, a temperatura máxima para a maioria dos amortecedores é ajustada em não mais de 100 graus. O trabalho de exceder esse limite ou próximo a essa fronteira determina em grande parte o recurso desta unidade (vale lembrar que essa temperatura é determinada em grande parte pela durabilidade do elo mais fraco da suspensão - vedações de haste de borracha, responsáveis pela estanqueidade do sistema).
Com base no cálculo, é fácil entender que, não havendo outra alternativa além do resfriamento a ar, é necessário estabelecer determinadas reservas para a resistência e a capacidade térmica do material. Esse peso extra é uma garantia de operação estável em condições extremas. Mas mesmo essa "reserva", em regra, não economiza em condições de geada e cargas de calor extremas. A característica de amortecimento muda devido a mudanças na viscosidade do líquido e, se os parâmetros calculados forem excedidos, o amortecedor simplesmente falha. Além disso, o clima frio é caracterizado pelo aumento do desgaste se os amortecedores não "aquecerem" antes de dirigir em baixas velocidades (essa é uma recomendação comum para os motoristas no inverno), pois além do aumento do desgaste, as características do amortecedor também diminuem, reduzindo sua eficácia ao "aquecimento") .
Tudo isso nos leva a um certo "garfo" de soluções.
O primeiro (que é implementado no momento), aumenta a estabilidade dos recursos de temperatura do amortecedor devido a novos materiais e o uso de tanques-tampão (amortecedores com "gás" e outros).
A segunda solução, que procede da lógica do artigo, é a criação de uma "camisa" de água ao redor do amortecedor, enquanto a reduz com base em uma dissipação de calor mais compacta. Assim, não apenas o problema de peso será resolvido, mas também o tempo de aquecimento-resfriamento desta unidade de suspensão.
Mesmo no projeto de amortecedores, como regra, existem válvulas de compressão e recolhimento que ajudam a amortecer as oscilações de alta frequência e também servem para amortecer as oscilações no caso de aumentar a viscosidade do fluido de amortecimento a baixa temperatura ambiente (ou seja, eles desempenham uma função semelhante com um termostato - eles servem para aquecimento rápido fluido e mantendo a estabilidade do mecanismo).
Entendo que essa proposta pode causar grande indignação entre os colegas na fabricação de carros, e isso não é surpreendente. O pensamento ósseo aqui é principalmente uma dependência do ritmo de desenvolvimento da indústria, ou seja, a indústria automotiva não pode ser comparada com o desenvolvimento de processadores para computadores (caso contrário, como disseram em uma comparação bem conhecida, "os carros teriam consumido um mínimo de combustível e já voaram").
Agora vamos para o
rolamento da
roda.
Vamos começar com as histórias de horror
Infelizmente, essa afirmação não é uma tentativa de intimidar, mas a verdade banal da vida. Apesar do fato de que a qualidade dos rolamentos às vezes aumenta a possibilidade de uma “cunha” na velocidade, ninguém cancelou (e dadas as classes de precisão que são usadas agora na fabricação de rolamentos, a nitidez da operação e a cunha da roda são ainda mais altas do que antes).
Fotografar com um termovisor indica diretamente o ponto mais quente da roda (exceto a temperatura dos discos de freio).
O cálculo térmico do rolamento da roda é assim:
Do exposto segue-se que as fraquezas do rolamento, é a temperatura em condições de trabalho. O problema da resistência ao desgaste agora está bem resolvido protegendo o rolamento contra contaminação e mais ligas resistentes ao desgaste no próprio rolamento (a precisão da fabricação também afeta, mas não tanto, e ninguém coloca rolamentos de precisão no cubo, embora, em teoria, isso ainda possa aumentar a eficiência).
Particularmente bom no momento é o problema da lubrificação. Os lubrificantes modernos para resistência ao calor e durabilidade superam os análogos dos tempos da URSS.
Por que até agora ninguém resolveu o problema de resfriar o rolamento? Mas porque, na verdade, ela estava praticamente ausente, e não se levantou tão profundamente.
O calor do rolamento correu perfeitamente em diferentes direções ao longo dos elementos metálicos da suspensão. Aqui podemos dar um exemplo do motor de combustão interna, onde também havia rolamentos que não eram resfriados a óleo, mas funcionavam perfeitamente. Esses exemplos são compreensíveis, mas no caso de uma roda de motor, tentar ignorar o risco de superaquecimento pode ser muito caro! Em um acidente, você perde não apenas a roda, mas também o motor (que é várias vezes maior que o restante dos componentes)!
Como esfriar o rolamento e, ao mesmo tempo, não aumentar a massa da roda do motor?Vale lembrar que, em nosso tempo, a competição por metais na suspensão já é realizada com sucesso por vários compósitos. Portanto, você só precisa pegar o rolamento da roda, ou melhor, o local de montagem (alojamento) e transformá-lo em um composto com canais internos para o líquido de refrigeração. Isso não apenas resolve o problema de superaquecimento dos rolamentos, mas também estabiliza o regime de temperatura do próprio composto, uma vez que o ponto mais fraco dos plásticos é o aquecimento a altas temperaturas.
O próximo desafiante, e possivelmente o principal "fornecedor" de fluido de alta temperatura, será um
freio a tambor comum. Seu design é simples e direto, e a aparência do seu sistema de resfriamento de fluidos foi descrita em um artigo anterior. Agora, depois do exposto, espero que fique claro de onde outra fonte de calor virá no tambor.
O cálculo do calor para os mecanismos de freio terá a seguinte aparência:
O elemento principal da
roda do
motor - um motor elétrico resfriado a líquido - também fornecerá um certo calor. Em Habré também há material muito interessante sobre
desenvolvimentos domésticos nessa direção. Sozinho, observo apenas que, com o inevitável aumento da potência do motor, a geração de calor também aumentará.
Todas as opções acima podem ter outra função útil - diagnóstico. Medir os parâmetros de operação de componentes e montagens importantes em tempo real é quase o mesmo que monitorar a operação do motor de combustão interna por meio de uma série de sensores no motor, para obter o desempenho máximo do sistema.Obviamente, surge a questão - por que precisamos de um aquecimento de refrigeração do rolamento da roda e dos amortecedores em um carro elétrico? Por que esses fracos influxos de calor, mesmo considerando que o carro elétrico precisa de calor?
A resposta é complexa, mas bastante lógica. No momento, um carro elétrico convencional tem tração nas rodas através de uma junta de velocidade constante em uma roda. Uma opção ideal para um veículo elétrico no futuro, muitos especialistas chamam de roda do motor. Com a unidade localizada diretamente no volante, há oportunidades adicionais de recuperação e, em geral, a confiabilidade do sistema aumenta.
Por analogia com bicicletas e motocicletas elétricas, é fácil entender que o esquema da roda do motor não é um futuro distante, mas o presente próximo.
Então, olhando as conclusões
aqui , você pode ver como elas vêem o futuro dessas rodas.
Um protótipo real que combina as características máximas de manuseio e dinâmica foi mostrado em 2008!
O motor aqui é elétrico e resfriado por um fluido, e os
freios são totalmente elétricos ! I.e. tudo é exatamente como eu descrevi no artigo anterior.
Um test drive de um carro com essas rodas está
neste artigo e em mais detalhes
aqui.Como você pode ver, segue-se que o resfriamento do motor elétrico será definitivamente líquido. Devido ao grande número de elementos, o sistema se torna complexo e o resfriamento a ar convencional simplesmente não consegue lidar com a poderosa geração de calor de todos os pontos de geração de calor. A desvantagem mais óbvia aqui já será a baixa confiabilidade de alguns elementos, como freios, rolamentos de roda e amortecedores. As cargas na roda aumentarão e o balanço de calor precisará ser estabilizado em operação para aumentar a durabilidade de todos os elementos.
Há outro problema com as rodas do motor - o peso de todo o kit na roda. Essa desvantagem dos métodos de alta tecnologia é apenas parcialmente nivelada. A coisa mais razoável aqui é remover das massas não suspensas do sistema o elemento mais "flexível" - amortecedores com molas. O método de "remoção" é a transferência da roda para o lado, usando o sistema de tração deste elemento.
Você pode fazê-lo em 2CV ...
Mas você pode gostar de alguns carros esportivos.
Um fator adicional para economizar peso da roda é possível ao usar compósitos.Portanto, no momento, o composto pode ser:
Springs
Molas de suspensão em
espiral de fibra de vidro (GFRP) .
Desde 2015, eles são instalados na modificação do Audi A6 Avant ultra com um motor diesel de 190 cavalos de potência.
Subquadro
Subquadro composto para Ford (atualmente em teste).
Alavancagem
Alavanca composta "Lift". Uma tecnologia experimental que envolve a substituição de 3 elementos de suspensão de uma só vez (amortecedor, alavanca, molas).
Plataforma de veículo elétrico Williams - O FX-EXV incorpora a tecnologia de suspensão plástica.
Discos de freio (e, no nosso caso, seria bom aplicar a tecnologia de carbono nos freios a tambor)
Discos de freio em "carbono". A principal desvantagem de tais freios é a necessidade de aquecimento, e esse problema às vezes é parcialmente resolvido pelo aquecimento elétrico do disco! Um processo semelhante seria muito mais econômico em um tambor.
Discos compostos
Rodas de plástico Audi. O protótipo de 2007. Testado 250.000 km. (Alumínio não revestido). Um projeto semelhante está sendo testado pela VW. A tecnologia já está na fase de implementação na produção em massa.
O uso de tecnologias compostas na suspensão simplifica a tarefa de instalar as rodas do motor, mas não resolve o problema de aquecimento. Arrefecimento - o aquecimento de fluidos de rolamentos, freios e amortecedores aumentará o recurso e, o mais importante, a confiabilidade de todos esses elementos é independente das condições de temperatura externa.
Um sistema de aquecimento por refrigeração pode parecer realmente complicado à primeira vista. O calor gerado a partir de fontes auxiliares pode ser muito pequeno, mas no carro elétrico vejo grandes oportunidades de economia de calor (mais sobre isso nos próximos artigos).
Portanto, o que pode não ser essencial para um carro com motor de combustão interna, para um carro elétrico pode proporcionar economia tangível.
Melhorar a confiabilidade da suspensão é muito útil para carros que operam em compartilhamento de carros ou aluguel de longo prazo, bem como carros robóticos que operam em condições difíceis.
Momento crítico
- Por que complicar tanto a suspensão?
A complicação da refrigeração é fácil de entender por analogia na história. No momento da transição do ar para o resfriamento líquido, a ICE também pensou que isso criaria apenas problemas adicionais. Como resultado da transição, alguém sonha em jogar fora do motor um radiador e outras partes do sistema de refrigeração? Não existe ... mas há vantagens na forma de melhorar a confiabilidade das peças resfriadas.
Você certamente pode pensar por que todas essas melhorias são por uma questão de “eternidade”, e aqui eu gostaria de dar um exemplo de um carro
Porsche FLA Concept .
Se você transferir a ideia para carros elétricos, a questão da durabilidade pode ser aumentada por um fator. Além disso, a solução para o problema de aumentar a vida útil dos "consumíveis", no contexto da vida útil dos componentes elétricos, parece bastante lógica.
PS - Como resultado de todas as transformações descritas, é possível obter uma suspensão leve com rodas de motor, utilizando todo o potencial térmico dos mecanismos de movimentação. Nesse caso, o nível de simplicidade e confiabilidade do acionamento elétrico pode ser comparado com a durabilidade da suspensão necessária a longo prazo. Já existe uma psicologia pura, a saber, o desejo de ter um carro é ainda melhor e mais durável que o modelo anterior, além de um fator ambiental (quanto mais tempo o mecanismo for usado, menos desperdício ele criará e os custos serão principalmente para o descarte de líquidos e a substituição de peças pequenas).