Analiza: Kako radi i vredi li čemu sistem Hyundai Universal Wheel Drive?

Zvanične informacije koje je korejski automobilski proizvođač prezentovao pre par dana, a u vezi sistema iz naslova, preneli smo ažurno, ali možemo podestiti da je: „Na događaju nazvanom Hyundai Tech Day, entitet je predstavio sistem Uni Wheel, novi koncept za pogon točkova električnih automobila, koji štedi mnogo prostora i komponenti.“

Kratko objašnjenje svrhe ovog mehanizma

Svakom motoru, pa i električnom, neophodna je pomoć reduktora da bi pogonski točkovi dobili potreban obrtni moment. S obzirom na veliku elstičnost elektromotora, njihov reduktor se sastoji od samo jednog stepena prenosa, za visoke zahteve obrtnog momenta reduktor ima dva stepena prenosa.

Reduktor se nalazi na bočnoj strani motora, koaksijalno povezan sa njim. U zavisnosti od snage motora, kućište reduktora ima širinu od 70 do 100 mm. Ovo je vizuelna procena pošto ne raspolažem konstrukcionom dokumentacijom.

Pogonski mehanizam koji je Hyundai predstavio jeste novi tip reduktora, koji bi bio ugradjen u sam točak, a ne uz motor. Ovaj mehanizam ima sledeće zadatke:

• Redukciju broja obrtaja, koji je kod elektromotora veoma visoki ide od 8 do 10 hiljada o/min.
• Multiplikaciju obrtnog momenta.
• Dodatna funkcija koja ga čini novim u svetu tehnike a to je kompenzacija vertikalnog kretanja točka po neravnom terenu!

Pri svom vertikalnom kretanju, točak izaziva promene ugla izmedju ose točka i ose pogonskog poluvratila – „po srpski“ rečeno „i ose poluosovine“. Zadatak ovog mehanizma jeste da eliminiše pojavu tog prelomnog ugla, tako da poluvratilo stalno stoji u horizontalnom položaju.

Mnogo veća promena istog ugla nastaje kod upravljačkih točkova, kada se točak zakreće oko vertikalne ose, u proseku oko 35°. Ukupna promena ugla izmedju ose točka i ose poluvratila odredjuje se u prostoru, a ne aritmetički. Kada poluvratilo konstantno stoji horizontalno, onda se prostorni ugao točak-poluvratilo svodi na ravanski ugao, koji je manji.

Prelomni ugao koji leži u samo jednoj ravni omogućava da poluvratila budu kraća, to jest da elektromotor pridje bliže točku, nego do sada. Ovaj koncept zahteva dva motora umesto jednog. Pomeranjem oba motora prema točkovima, izmedju njih se pojavljuje novi slobodan prostor. Hyundai tvrdi da taj novi, oslobodjeni prostor može da se iskoristi za povećanje baterije (vidi slike). Stvaranje ovog novog prostora izmedju elektromotora je glavni i jedini cilj novog pogonskog mehanizma!

Analiza rešenja

Mehanizam se sastoji od deset zupčanika – to su visoko tehnološki proizvodi velike preciznosti, i izrađeni su od visokokvalitetnog metala. Svaki od njih mora da ima svoju osovinicu i ležaj, a sve zajedno mora da bude ugradjeno u jednu čvrstu i hermetički zatvorenu kutiju u kojoj se nalazi još i ulje za podmazivanje. Težina tog sklopa zavisi od veličine vozila. Da uzmemo Volkswagen Golf za primer, procenio bih težinu ovog reduktora na 7 do 8 kg, vrlo verovatno biće i teži. Znači točak Golfa će za toliko biti teži!

Na slici je prikazan aktuelni koncept pogona, sa jednim motorom i reduktorom izmedju točkova prednje osovine. Pogonski modul se sastoji od:

• Elektromotora, na slici levo;
• Reduktora sa diferencijalom, na slici desno;
• Pretvrača jednosmerne u naizmeničnu struju, sa kontrolnom elektronikom, na slici iznad motora.

Ovakav pogonski modul ima tri do četiri puta manji volumen od gorivnog motora slične snage. I pored toga, vidi se da električni modul skoro sasvim popunjava prostor izmedju prednjih uzdužnih nosaća karoserije, koji ovde nisu prikazani, ali se po širini priblizno poklapaju sa vodjicama točkova.

Nedostaci Hyundaijevog koncepta

1. Visok broj obrtaja – Hyundaijev koncept konstruktivno uslovljava prenos broja obrtaja sa motora na točak bez redukcije – reduktor je u točku. To znači da će poluosovina i homokinetički zglob da se vrte istim brojem obrtaja koji ima motor: 8 – 10 hiljada o/min! Ovako visok broj obrtaja zahteva perfektno balansiranje poluosovine i homokinetičkog zgloba!
2. Pojačani šumovi – zbog velikog broja obrtaja malih zupčanika, koji imaju mali zhvat zuba.
3. Homokinetički zglob ne podnosi visok broj obrtaja – sa povećanjem brzine rotacije smanjuje se njegova nosivost!
4. Cena dva reduktora s velikim brojem zupčanika – veoma kompaktna izrada zahteva čelik vrhunskog kvaliteta i veoma preciznu obradu!
5. Veličina novih elektromotora – prikaz dva nova motora ciji su dužina i prečnik manji od prvobitnog je nerealan! Pošto se pogon deli na dva motora, logično bi bilo da se standardni motor podeli simetrično na dva dela, što znači da bismo imali dva kraća motora čiji je zbir dužina jednak prvobitnom. Realno će zbir dužina dva nova motora biti nesto veći zbog dva kućišta. Prečnik novih motora trebalo bi da ostane isti, jer on direktno utiče na visinu obrtnog momenta!

Kakav uticaj ima Hyundaijev mehanizam na arhitekturu vozila?

Kratko i jasno – nikakav! Obrazloženje:

1. Prikaz dobijenog prostora po širini nije realan jer su prikazani nerealno mali motori.
2. Produžetak baterije u zonu prednje osovine nije poželjan jer je to zona velikih deformacija pri sudaru u kojoj baterija moze da bude oštećena.
3. Podna konstrukcija u zoni izmedju baterije i osovine ima jedan masivan poprečni nosač, koji bi produženjem baterije bio eliminisan! Ovo bi bio apsolutni kontra argument za ovaj koncept!

Na ovoj slici vidi se struktura podne konstrukcije – glavni nosači su obojeni plavom bojom. Baterija se nalazi tačno ispod putnickog prostora, tako da se jednim istim nosacima štite i baterija i putnici! Nekakvo pomeranje ili eliminisanje nosača ne dolazi u obzir!

Za optimizaciju unutrasnjeg prostora električni pogon pruža dve mogućnosti:

1. Ugradnja pogona nazad – rezultat je da je prednji deo skraćen na dužinu deformacione zone, ali će prtljažnik biti nešto plići jer elektromotor ima visinu. Osim toga, zadnji pogon ima negativan uticaj na stabilnost kretanja, pogotovu kod malih vozila.
2. Ugradnja pogona u točkove – ovime se rešavaju svi arhitektonski problemi odjednom i istovremeno se smanjuje broj mehaničkih komponenti: nema diferencijala, nema poluosovina i homokinetičkih zglobova. Osim toga, moguća je elektronski kontrolisana raspodela obrtnog momenta levo i desno, takozvani „torque vectoring“. Zbog povećane težine točka, ovaj koncept bih lično preporučio samo za vozila sa slabijim performansama, to jest za gradska vozila svih vrsta i veličina, kao i za terenska vozila. Pasivna bezbednost je u ovom slučaju idealno rešena je se motor nalazi sa strane kabine a u slucaju pomeranja tocka unazad on se naslanja na prednji stub i pragove koji su dovoljno čvrsti da ga zadrže. Osim toga postoje konstruktivni trikovi da se točak pri sudaru zakreće u stranu i time oslobadja deformacionu zonu.

Zaključak

Moje mišljenje o Hyundaijevom mehanizmu jeste da je beskoristan! Videćemo kako ce da reaguje stručna javnost. Za sada nema odjeka, još uvek se samo prenosi informacija.

Vladimir Matijašević

(2297)