Бессонов Вячеслав Федорович,

58 лет, Московская область,

Октябрь 2007 г.

 

Процесс создания детского электромобиля

 

Промежуточный вариант

 

В свое время где-то 25 лет назад, когда сыну было 5 лет, задумал я построить электромобиль. У меня был какой-то старенький педальный детский автомобильчик, по моему он назывался «Москвич». И вот на его базе я решил построить электромобиль.

Но оказалось, что он совершенно для этого не приспособлен, и от него пришлось взять только рулевую штангу и рулевое управление.

Решил делать открытую машину, типа картинга. В качестве несущей балки использовал квадратную трубу 40х25, и на ней все монтировал. В качестве двигателя использовал электродвигатель на 28 вольт от самолета, примерно ватт на 500. Аккумуляторы тоже были самолетные никель-серебрянные. Ну очень хорошие по сравнению с кислотными на тот период.

Управление газом осуществлялось мощным переключателем дополнительных сопротивлений от тенов. Колеса использовал от детского велосипеда, правда на передние колеса диски сделал из шкивов.

Делал на 7 этаже и чтобы машина входила в лифт пришлось ставить ее на попа. Для этого сзади были установлены 4 колесика от кресла, а руль сделан эллипсом.

В общем, машина получилась в то время оригинальной и прослужила до настоящего времени. На ней ездил весь двор, младший сын, внук и даже супруга тренировалась, когда училась на права.

Сейчас она выгладит примерно так:

 

 

 

 

 

 

Вид сзади, со стороны двигателей

(двигатели уже от охлаждения радиатора)

 

На этом электромобиле катались не только дети, но и взрослые, некоторые даже учились ездить на нем и особенно учились ездить задним ходом.

Электромобиль оправдал свои возможности, однако идет время, и у внуков уже другие запросы и мной было принято решение сделать электромобиль с большими возможностями. И вот в течении 5 месяцев труда по вечерам и выходным был сконструирован первый вариант электромобиля, который был назван БАЯ-1 в честь моих двух внуков Антона и Ярослава.

 

Были поставлены следующие задачи:

            - более мощный двигатель;

            - широкая резина;

            - металлические диски;

            - дисковые тормоза;

            - большая грузоподъемность;

            - современный дизайн;

            - многоскоростной;

            - электронное управление двигателем;

            - безопасность водителя;

            - защита водителя от жесткости конструкции;

            - конструкция должна быть сварная или на болтах;

 

 

            В результате получился вот такой промежуточный вариант.

 

 

 

 

 

Процесс создания электромобиля шел несколько месяцев и на сегодняшний день еще не завершен. Не установлен щиток приборов, не закреплены аккумуляторы, еще не покрашен.

 

            Для начала определился с размерами рамы. Исходным было то, чтобы можно было кататься не только маленьким внукам, но и когда они подрастут. Да и взрослым иногда тоже можно было интересно прокатиться.

            Поэтому было за основу взята рама из двух квадратных труб 40х25.

 

 

 

            В связи с тем, что при повороте передние колеса требуют уменьшения ширины рамы, было принято решение сделать раму в виде трапеции.

            В качестве колес использовались колеса от тележек для перевозки груза диаметром 250 мм с подшипниками качения. Подшипники, правда плохие и их пришлось заменить.

            В качестве задней оси использовался калиброванный пруток диаметром 20 мм. Для крепления задней оси к раме использовались 204 подшипники через хомуты для крепления сантехнических труб. Хомуты крепились к раме на 6 мм болтах.

 

           

 

 

 

            В связи с тем, что подшипники крепятся к раме через резиновые прокладки и хомуты, возникла необходимость удерживать их от поперечного смещения, что выяснилось в процессе пробной эксплуатации. При резких поворотах задняя ось вместе с подшипниками смещалась и как результат соскакивала цепь со звездочки, закрепленной на оси. Чтобы этого не происходило, были установлены «П» - образные металлические пластинки с жесткой фиксацией на крепеже хомутов. Подшипники входят своей плоскостью в эти пластины, которые ограничивают смещение  их вместе с осью в стороны.

            В первоначальном варианте оба задних колеса жестко крепились на оси, то есть было два ведущих колеса и естественно тормоза на оба колеса. Однако в дальнейшем, в процессе опытной эксплуатации, пришлось отказаться от этого и оставить на оси закрепленной только одно колесо. Это было связано с тем, что на крутых поворотах тратилось много энергии на пробуксовку одного из задних колес. Также происходит занос передней части машины в связи с тем, что основной вес приходится на задние колеса.

            Эксплуатация электромобиля показала, что одного ведущего колеса вполне достаточно при езде автомобиля по твердому покрытию. В тоже время при эксплуатации автомобиля зимой могут возникнуть некоторые проблемы с разгоном. Рассматривается вопрос о применении обгонных муфт или дифференциала.

 

 

 

 

В качестве передней балки также была использована квадратная труба 40х25 установленная на ребро и посредством 6 мм болтов жестко прикреплена к продольным трубам.

            За основу поворотного механизма была взята статья «ПИОНЕР» - карт для начинающих из журнала «Моделист-Конструктор».

           

 

В ступицу переднего колеса вставлены подшипники качения с внутренним диаметром 16 мм. Углы наклона поворотной оси (болт 10 мм) сделаны таким образом, что если отпустить руль автомобиль едет прямо.

 

 

 

 

Трапеция сделана из элементов дверного доводчика, что позволило настраивать сход передних колес.

 

 

Для ограничения поворота передних колес и чтобы они не доставали до рамы установлены специальные ограничивающие скобки.

 

 

 

 

 

Рулевая колонка сделана из трубы диаметром 18 мм и с двух сторон приварены шпильки с резьбой диаметром 12 мм. Опора для рулевой колонки является гайка приваренная к уголку, который на болтах прикреплен к передней балке. Гайка с одной стороны позволяет легко крутится в ней рулевой колонке, а с другой удерживает колонку от вертикального перемещения. Небольшое перемещение рулевой колонки на одну нитку резьбы не влияет на рулевой механизм.

 

 

 

 

 

Второй опорой рулевой колонки является кусок трубы с внутренним диаметром 18,5 мм, приваренной  к трубе 40х25, которая в свою очередь приваренная к раме.

 

 

Но оказалось, что основная опора рулевой колонки слишком близко расположена к сидению водителя, что не совсем безопасно при ударе о препятствие. Это выявилось после испытаний собранного электромобиля. В дальнейшем опора была отодвинута вперед на 10 сантиметров.

Первоначально в качестве материала для рулевого колеса использовалась металлическая труба диаметром 18 мм. С использованием засыпанного в нее песка из нее было сделано рулевое колесо диаметром порядка 28 см. К рулевому колесу  приварена металлическая пластина.  Полученное рулевое колесо посредством  этой пластины и специально выточенной втулке крепится к рулевой колонке.

 

 

            На рулевое колесо надевается разрезанный резиновый шланг и обматывается  пластиковой лентой.

 

 

 

            С двух сторон рулевое колесо жестко затягивается на рулевой колонке гайками и для исключения проворачивания фиксируется через отверстие во втулке и шпильке 5 мм болтом.

В дальнейшем в качестве рулевого колеса использовался несколько переделанный пластиковый руль от настольной игры.

 

            Для моторного отсека была сварена конструкция из квадратных труб (детали от багажника ВАЗ) и на болтах прикреплена к основанию рамы.

 

 

 

 

Много времени ушло на подбор двигателя. Рассматривались варианты со стартером, электродвигателями от самолетов и другие. И после долгих поисков двигателя подходящей мощности и экономичности было принято решение сделать двигатель состоящий из трех моторов постоянного тока от радиатора охлаждения. У этих моторов возбуждение от постоянных магнитов, что позволяет выдавать больший крутящий момент при одинаковом токе в сравнении с использованием обмотки возбуждения. Так же в нем использованы подшипники качения. Суммарная мощность составляет порядка 750-1000 Вт.  По паспорту они рассчитаны на 12 вольт и ток порядка 30А.

Строенный двигатель (мотор охлаждения радиатора Газель 38.3780) крепятся на петлях (чтобы была возможность натяжения цепи)

 

 

 

           

            Были опробованы несколько вариантов объединения мощности этих двигателей и установкой их звездой и в один ряд. Однако любое объединение посредством шестеренок, ремней связано с потерей мощности. Поэтому остановился на варианте объединение валов всех трех моторов. Были сделаны специальное приспособление для соединения валов всех моторов. Соосность достигнута с использованием регулируемого крепежа на трех 8 мм шпильках. Крутится руками легко и перекосов нет.

            В двух моторах на задних крышках по центру просверливались отверстия. В задних выступы осей этих моторов по центру сделаны резаком (болгаркой) прорези на глубину порядка 5-7 мм. На этот хвостовик первого мотора надевалась трубка внутри которой располагалась пластина входящая в прорезь. Также на второй конец трубки с пластиной насаживался второй мотор и сами моторы фиксировались 8 мм гайками на основании состоящей из 3 осей.

Третий мотор устанавливался лицом к лицу к второму мотору через надетую на валы трубку и зафиксированной шпильками из пружинного провода. И также посредством гаек достигалась соосность валов моторов. В результате получился двигатель состоящий из трех моторов соединенных между собой. Такое соединение позволило существенно сократить потери мощности.

На ось первого мотора установлена самодельная звездочка с 9 зубьями, так как готовой таких размеров не нашел. Посредством велосипедной цепи крутящийся момент с понижением оборотов примерно в 3 раза передается на велосипедную втулку SHIMANO Nexus Inter 8 (Inter 8 Роллер)Шимано.

            Собранный двигатель через одну из осей крепления посредство петель (от дверей) крепится к раме моторного отсека. Для натяжения цепи использовался специальный механизм.

 

                                  

           

 

            Аккумуляторы установлены сзади сидения водителя в специальную нишу сделанную из уголков. Ниша рассчитана на установку двух стандартных автомобильных аккумулятора, общей длиной 50см.

 

 

            Для крепления аккумуляторов делается специальный крепеж, не позволяющий на поворотах и при резком торможении аккумуляторам перемещаться.

 

            В качестве механизма переключения передач использовалась велосипедная втулка SHIMANO Nexus Inter 8 (Inter 8 Роллер) с передаточным соотношением 307%. Весь процесс переключения передач установлен внутри втулки и снабжен синхронизаторами. Количество скоростей 8. Вес втулки 1750 гр.

            Крепление втулки Шимано осуществлялось на уголках 40х40. В них проделаны прорези аналогично как на велосипеде, что позволило регулировать натяжение цепи от втулки на звездочку установленной на оси. Биение цепи незначительное.

 

 

 

            Посредством велосипедной цепи крутящийся момент от двигателя передается на ведомую звездочку (26 зубьев) втулки Шимано.

            На втулке Шимано вместо роллерного тормоза установлена маленькая звездочка (13 зубьев) и с нее передача мощности осуществляется на ведомую звездочку (35 зубьев) установленную непосредственно на задней оси электромобиля. Ведущее колесо одно, но этого оказалось достаточно.

 

            Звездочка крепится на оси через специально выточенную втулку. Сама звездочка крепится тремя болтами 6 мм на втулке. Втулка крепится на оси тремя болтами 10 мм. Чтобы втулка не прокручивалась на оси в местах соприкосновения с болтами, на оси сделаны конусные углубления сверлом. Концы болтов заточены на конус, который входит в углубления на оси. Это позволило сделать жесткое сцепление оси со звездочкой и не дает ей прокручиваться. Аналогично сделано крепление ведущего колеса

 

 

Для управления переключением скоростей применен Шифтер SHIMANO (ДисплэйБрэйк)  одноходовой TAP FIRE с  аналоговым дисплеем. Переключается кнопками под большой палец и с Шифтера через трос информация передается непосредственно во втулку Шимано. Переключатель установлен под рулем Электромобиля. Можно использовать и самодельный переключатель скоростей, вопрос только в определении длины шага переключения. Если длина шага переключения не правильна, то при переключении с 1 по 8 скорость возможно не четкое включение скорости, что может отразиться на качестве переключения скоростей в втулке Шимано.

 

           

 

 

 

Переключение передач четкое, как с нагрузкой, так и без нее, но при эксплуатации старались при переключении скоростей сбрасывать газ.

 

            На электромобиле применен самодельный дисковый тормоз.

 

 

            Диск (толщина порядка 4 мм) жестко закреплен на задней оси. Непосредственно тормоз сделан из половинок тормозной колодки от ВАЗ.

 

 

Работает эффективно, однако торможение осуществляется только на одно ведущее колесо, что не достаточно эффективно при резком торможении.

 Передача энергии с тормозной педали на тормоз тросовое.

 

 

            Педали тормоза и газа установлены на 10 мм оси, которая жестко крепится к раме через кусок квадратной трубы. Для возврата педалей в исходное положение используются пружины.

 

 

 

                                              

 

            На предыдущей машине педаль тормоза была сделана как на промышленных картингах под левую ногу. Практика эксплуатации предыдущего электромобиля показала, что дети начинают тормозить левой ногой не отпуская правую с педали газа, что приводит к перегрузкам двигателя и потере энергии. В настоящем электромобиле педаль тормоза установлена как и в настоящих, больших автомобилях. И педаль тормоза, и педаль газа установлены под правую ногу, чтобы дети могли уже на этой стадии привыкать к правильному расположению педалей. В дальнейшем им эти навыки пригодятся. При отпускании педали газа двигатели обесточиваются.

 

            В качестве сидения и спинки использовались детали от кресла. В связи с относительной жесткостью конструкции сидение и спинка дополнительно заполнены поролоном и все обито дерматином.

 

Сидение на четырех болтах жестко прикручено к раме.

 

 

Спинка сделана на шарнирах, позволяющих поднимать ее для доступа к аккумуляторам.

 

                                  

 

 

            Для пассивной безопасности сделан защитный каркас из трубы диаметром 18 мм, который позволяет защитить водителя на поворотах и столкновениях.

 

 

            Пол электромобиля сделан из корпуса системного блока ПК.

 

 

 

 

            Электрическая и электронная часть управления электромобиля в основном смонтирована в моторном отсеке.

 

 

            Управление двигателем осуществляется посредством переделанного блока Мастер Кит NM4511. Установлено 4 спаренных выходных полевых транзистора. Выходные транзисторы установлены на радиаторе процессора с вентилятором охлаждения. В качестве переменного сопротивления управления газом использовался спаренный блок сопротивлений по 100 ком. Поворот стержня сопротивления осуществляется леской, намотанной на специальный шкив. Весь механизм установлен в моторном отсеке. Передача энергии с педали осуществляется тросом.

 

 

 Для движения задним ходом используются 4 реле (Rel1, Rel2, Rel3, Rel4) меняющие полярность подключения двигателя. Реле подключены попарно параллельно. Это связано с переключением больших токовых нагрузок и с этой целью реле включены параллельно. При отказе от задней скорости можно не применять указанные реле. Однако в настоящее время задняя скорость отсутствует, так как во втулке Шимано стоит обгонная муфта и пока не решен вопрос о ее блокировании.

            В тоже время реальная эксплуатация электромобиля показала на некоторое преимущество наличия обгонной муфты, так как при сбросе газа электромобиль движется легко по инерции. При жестком сцеплении двигателя с колесом при сбросе газа идет торможение двигателем. То есть в целом расходуется больше энергии на движение электромобиля. Поэтому рассматривается вопрос задней скорости каким-то другим путем.

Подключение каждого мотора осуществляется через реле(Rel5, Rel6, Rel7). Реле второго и третьего мотора включаются через тумблеры, позволяющие электромобилю работать на 1, на 2 и на 3 моторах. Это, на мой взгляд, продиктовано следующим. Автомобильчик рассчитан на разных категорий водителей, поэтому для начинающих включается один мотор, потом два и три.

            Реле R8/1 и R8/2 включаются при полностью нажатом газе и напрямую подключают питание аккумуляторов на двигатель. Это позволяет частично снять нагрузку на выходные транзисторы при большом токе.

 

 

 

            В качестве общего обесточивания электромобиля используется спаренный автомат по 63А каждый, что позволяет держать нагрузку порядка 120А. При больших токах происходит срабатывание автомата.

 

                                  

 

            Для задних фонарей использованы блоки от грузовых автомобилей, несколько обрезанные по длине.

 

 

 

            Щиток приборов (тумблер зажигания, амперметр, вольтметр, тумблер включения задней скорости, тумблер освещения и  индикаторы) пока не установлен.

            Электромобиль  построен для использования одного или двух соединенных параллель автомобильных аккумулятора. Оптимально планируется использовать морские аккумуляторы глубокого разряда.

 

                       

 

                       

 

            Электромобиль прошел реальный испытание. Основным испытателем был внук. Вес порядка 32 кг. Летает вокруг дома уже на 6 скорости. На первой скорости электромобиль ездит спокойно со мной (88 кг) плюс на багажнике два внука (32 кг  + 20 кг). Правда идет приличный разряд аккумуляторов. Скорость Электромобиля рассчитывалась от 10 до 30 км в час. Спидометр пока еще не устанавливал. На низких скоростях, если резко газ в пол, то даже буксует ведущее колесо. Переключение передач четкое, но старались при переключении сбрасывать газ.

            В связи с тем, что электромобиль планировался как универсальный по возрасту, то пришлось сделать специальный ограничитель для левой ноги. Это позволило внуку упираться ногой в корпус электромобиля.

 

 

 

Выявленные в процессе эксплуатации недостатки:

 

- Пока нет задней скорости, так как во втулке Шимано стоит обгонная муфта и не решен пока вопрос о ее блокировании.

- Тормоз на одно заднее колесо не очень эффективен при экстренном торможении.

            - Нет пока закрепления аккумуляторов, что не очень удачно при столкновении с недвижимыми предметами.

 

А в остальном вроде пока по крупному все в порядке.

 

            Вариант описания еще предварительный.

 

Бессонов Вячеслав Федорович

Мой ICQ 261-230-024

Почта: besn(собака)mail.ru