Vozidlá s označením ATV (all-terrain vehicle) nachádzajú čoraz väčšie uplatnenie hlavne pri nasadení v ťažko prístupných terénoch. Vozidlá tohto typu sa využívajú ako nosiče náradia, transportéry alebo nosiče hasičských či iných nadstavieb. 

Mnohé typy týchto vozidiel sú schopné aj plavby, respektíve brodenia vo vodných tokoch. Vyrábajú sa vo vyhotovení 4x4, 6x6, resp. 8x8. Pri vozidlách riadených preklzom kolies možno využiť aj systém vybavenia pásmi OTT (over the tire) či možnosťou prestavby na pásový podvozok. Záujem o vozidlá ATV je hlavne v zložkách krízového manažmentu, ale aj v civilnej sfére u poľnohospodárov, lesníkov alebo záujmových skupín. Rovnako ako pri iných pracovných strojoch dominuje požiadavka na ekologickú prevádzku. Pre vozidlá vstupujúce do lesa platia prísne legislatívne požiadavky. Dôraz sa kladie na zníženie emisií, nielen výfukových plynov, ale aj na emisie hluku. Možností, ako dosiahnuť zníženie emisií, je viacero. Napríklad optimalizovaním výkonu spaľovacieho motora spolu so zvyšovaním efektivity využitia energie, ktoré však majú tiež svoje limity. Preto nielen automobilky, ale aj výrobcovia mobilných pracovných strojov hľadajú nové riešenia, ako sú hybridné alebo elektrické pohony pojazdu týchto dopravných prostriedkov. Tieto požiadavky si následne vyžiadali tvorbu nových variantov vozidiel ATV s hybridným či plne elektrickým pohonom. Obdobne je to v prípade vozidla UPV 3000R, ktoré bolo vyvinuté v spoločnosti CSM Tisovec, a. s. Z dôvodu uvedených požiadaviek sa pristúpilo k inovácii tohto vozidla, vznikla nová alternatíva s pracovným označením Octorota.

V rámci tohto procesu inovácie bolo treba navrhnúť novú koncepciu pohonu tohto vozidla so zachovanými jazdnými a technickými parametrami. Takéto vozidlo musí zabezpečiť transport osôb alebo nákladu. Vďaka zabudovanému prednému a zadnému trojbodovému závesu má navyše zabezpečiť realizáciu aj iných obslužných technológií. Vozidlo UPV 3000R je pôvodne vybavené spaľovacím motorom a hydrostatickým pohonom podvozka, je riadené preklzom kolies. Inovované vozidlá s označením Octorota 3000H (hybridný pohon), resp. Octorota 3000E (elektrický pohon) boli navrhované na platforme modulov UPV 3000R. Proces inovácie predpokladal hlavne zlepšenie jazdných vlastností. Ťažisko sa vďaka zámeru použitia a uloženia batérií posunulo bližšie k úrovni vozovky. To spôsobilo zlepšenie stability. Priebeh krútiaceho momentu sa zlepšil, vďaka použitiu elektromotorov. Takéto riešenie umožňuje premenu energie z brzdenia na rekuperovanú elektrickú energiu. Energia z brzdenia sa teda nepremení na odpadové teplo, ale ukladá sa do akumulátorov. Výhodou riešenia je okrem iného zvýšenie maximálnej rýchlosti z 25 km/h na 32 km/h. To sa dosiahlo pri oboch navrhovaných variantoch pohonu vozidla Octorota (H/E). Porovnanie základných parametrov uvedených vozidiel je v tab. 1

Tabuľka 1 Porovnanie parametrov vozidiel

*hodnota vypočítaná pri použití 30-litrovej nádrže pre spaľovací motor

Z porovnania je zrejmé, že vozidlo s elektrickým pohonom nemôže konkurovať variantom so spaľovacím motorom, resp. s hybridným pohonom. Hmotnosť vozidla s elektrickým pohonom je o 750 kg vyššia proti pôvodnému vozidlu UPV 3000R. Zvýšenie je z dôvodu použitia vyššieho počtu batériových článkov aj z dôvodu vyžiadanej zmeny typu kabíny. Hybridná aj elektrická verzia vo svojom návrhu obsahuje kabínu trambusového typu. Je uložená na pružných elementoch, čo zvyšuje hlavne pohodlie posádky. Pôvodné vozidlo má kabínu zabudovanú pevne v ráme vozidla. Pre použitie novej komfortnejšej kabíny má aj hybridná verzia hmotnosť o 450kg vyššiu proti pôvodnému vozidlu UPV 3000R. Zníženie parametrov (dojazd a hmotnosť) v prípade elektrického pohonu bolo hlavným dôvodom zamerania na návrh hybridnej verzie.

Porovnanie trakčnej charakteristiky vozidla UPV 3000R a vozidla Octorota 3000H je na grafe 1. Vozidlo UPV 3000R má dvojstupňovú prevodovku a Octorota 3000H jednostupňovú redukciu. Riešenie vozidla Octorota 3000H poskytuje vyššie hodnoty priebehu ťažnej sily F_t aj zvýšenie parametru rýchlosti v.

Graf 1 Trakčná charakteristika Octoroty 3000H a UPV 3000R

Po vyhodnotení možností rôznych typov hybridných pohonov (sériový, paralelný, sériovo-paralelný) sa javilo ako najvýhodnejšie použitie sériovo usporiadaného hybridného pohonu. Takéto vozidlo s hybridným pohonom bude mať zabudovaný spaľovací motor fungujúci ako pohon generátora elektrickej energie, obr.1.

Obr 1: Schéma zapojenia hybridného pohonu vozidla Octorota

1 – spaľovací motor, 2 – elektrogenerátor, 3 – elektromotor 37kW AC, 4 – elektromotor 5kW DC, 5 – invertor generátora, 6 – invertor elektromotora, 7 – konvertor batérií, 8 – batérie

Pri tomto usporiadaní spaľovací motor s generátorom dodáva energiu až pri dosiahnutí kritickej úrovne kapacity batérií a energiu generuje pri otáčkach s najnižšími emisiami. Reťazový rozvod podvozka vozidla Octorota 3000H je na obr. 2.

Obr. 2: Upravený reťazový rozvod vozidla Octorota 3000H

K navrhnutej úprave usporiadania reťaze v tvare „delta“, na prvú či druhú nápravu, došlo z dôvodu zabudovania elektromotora od firmy Danfoss a planétovej redukcie (Reggiana Riduttori). V pôvodnom koncepte bolo vozidlo poháňané hydromotorom pripojeným na druhú a tretiu nápravu. Prepojenie náprav na jednej strane šmykom riadeného vozidla bolo realizované pomocou troch rovnako dlhých reťazí. Pre väčšie zástavbové rozmery elektromotora bolo potrebné zvoliť riešenie s jednou dlhšou reťazou a dvomi kratšími reťazami na jednej strane. Ako nevýhoda tohto riešenia usporiadania pohonu vozidla sa môže javiť presunutie podstatnej časti hmotnosti na prvé dve nápravy. To má za následok posun polohy ťažiska do prednej časti vozidla. Toto posunutie však nie je výrazné, pretože batérie umiestnené v podvozku sa nachádzajú v zadnej časti vozidla a svojou hmotnosťou kompenzujú rozloženie zaťaženia vozidla. Pri zaťažení vozidla hmotou v nákladovom priestore sa poloha ťažiska dostáva takmer do stredu vozidla. Následne porovnanie jazdných vlastností možno porovnať v tab 2.

Tab 2: Porovnanie jazdných veličín

V rámci procesu inovácie vozidla bol vytvorený v systéme Catia V5R model variantu vozidla. Z dôvodu overenia funkcionality stroja a jeho tvarového riešenia bol vytvorený model vozidla Octorota 3000H (mierka 1 : 10) so snežnou radlicou ako jedným z možností prídavných pracovných zariadení, obr. 3.

Obr.3: Model vozidla octorota 3000H

Záver 

Z uvedeného návrhu alternatívy vozidla môžeme usudzovať, že hybridný pohon je vhodným alternatívnym pohonom pre vozidlá typu ATV. Menej vhodným pri súčasnej miere poznania sa zdá z uvedených dôvodov elektropohon. Navrhnutá koncepcia pohonu vozidla spĺňa náročné požiadavky kladené na vozidlá prevádzkované v terénnych podmienkach. Zároveň tento prípad inovácie vozidla poukazuje na opodstatnenosť budovania variantných konštrukcií vozidiel na spoločnej platforme. Takýto návrh s využitím výhod modulárneho projektovania umožňuje efektívnu tvorbu variantných konštrukcií aj takéhoto typu vozidiel.

Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu vedy a výskumu prostredníctvom finančnej podpory číslo APVV-17-0309, APVV-15-0524

Literatúra:

[1] Nagy, M. Koncepčný návrh osemkolesového vozidla s hybridným pohonom hmotnostnej kategórie 3 200 kg, Diplomová práca, Bratislava, 2021.

[2] https://www.csm.sk/  CSM Tisovec, a. s.

Ing. Miroslav Nagy, Ústav dopravnej techniky a konštruovania, Strojnícka fakulta STU Bratislava