Требования к разрабатываемой транспортной системе:

Скорость перемещения.
- Средняя скорость перемещения 150-200 км/ч в условиях города.
- Отсутствие промежуточных остановок, пересадок.
Удобство.
- Исключить ручное управление, только ввод пункта назначения.
- Доставка в пункт назначения с точностью до десятков метров.
- Простота использования.
Безопасность.
- Повысить надежность и безопасность по сравнению с автомобильным транспортом.
- Исключить ручное управление и связанные с ними ошибки.
Экологичность.
- Транспорт должен быть экологически чистым, не выделять вредные вещества, продукты сгорания в городском воздухе.
- Потребление энергии должно быть не менее чем в 10 ниже чем потребление автомобилем для перемещения ТС на то же расстояние.
- Транспорт должен быть менее шумным чем автомобиль.
Экономические показатели.
- Стоимость использования транспорта должна быть не выше чем у любого другого транспорта.

Выбрать необходимую форму транспорта можно руководствуясь следующими фактами:

Так как требуется высокая скорость перемещения и возможность доставки пассажиров максимально точно, на минимальное расстояние от конечного пункта назначения, размеры транспортного средства должны быть минимальными. Перевозка более двух пассажиров обычно не требуется (по статистическим подсчетам, автомобили в среднем перевозят 1.7 человека), транспортное средство наиболее рационально выбрать двухместным.
Одноместный транспорт транспорт будет не намного легче, ориентировочно 20%, не скажется на аэродинамических показателях, но будет более манвренный, 4х, 8ми - местные машины значительно увеличат массу и геометрические размеры транспорта, см. например проект http://www.austrans.com/
Для повышения скорости за счет снижения аэродинамических потерь, снижения поперечных размеров, возможности использования более узких дорог, расположение мест выбираем продольное. Ориентировочная ширина транспорта 80 см, длина 210 см. Масса машины 600-700Кг. Коэффициент аэродинамического сопротивления ~0,18.

Полотно дорог, так как движение по ним будет полностью автоматизированным и высокоскоростным необходимо делать рельсовым, по аналогии с железнодорожным или трамвайным, но меньших размеров, шириной 70-80 см, высотой рельса 2-3 см. Рельсовое полотно, кроме этого, даст повышение надежности системы, так как транспорт жестко фиксирован на поверхности рельс, наличие рельс позволит совершать подъемы и спуски под углом до 45-55°, полностью исключит влияние погоды.
Например при обледенении поверхности, за счет высокого давления создаваемого стальным колесом лед просто выдавливается передним колесом, и заднее колесо идет по чистой поверхности. Аналогично с листьями, песком, снегом.
Наличие рельсового полотна позволит многократно снизить стоимость и сложность самих транспортных средств. Нагруженная несущая механическая часть фактически сведется к 2 износоустойчивым металлическим колесам, 4м подшипникам, двигателю и системе амортизации. Такая конструкция также позволит применить простые и надежные средства диагностики. Применение сложных узлов: коробки передач, сцепления, диферинциалов, планетарных передач исключается, только прямой электрический привод на каждое колесо.

В качестве источника дешевой энергии выбираем электросеть, электродвигатель на постоянных магнитах, с удельной мощностью до 1КВт/кг. Пиковая мощность ~75КВт (100 лс). Питание от контактного провода, но с наличием резервного аккумулятора для безопасного завершения движения на ближайшей остановке.

Примерный набросок машины:

	количество пассажиров . . . . . . . мощность двигателя . . . . . . . . . . масса машины . . . . . . . . . . . . . . . масса груза . . . . . . . . . . . . . . . . . максимальная скорость . . . . . . аэродинамическое сопротивление . угол подъема/спуска . . . . . . . . .	1, 2 75Квт 700 кг 250 кг (2000 кг) 300 км/ч 0.18 45/55°
Электробус

Приблизительные размеры:

При использовании бесколлекторного двигателя на постоянных магнитах (INTETS), мощностью 18КВт, 75КВт, 150КВт, получим примерно такие диаграммы остаточной (незадействованной) мощности двигателя в зависимости от скорости движения. Диаграмма составлена с учетом воздействия сил механического и аэродинамического трения (исходники).

Двигателя мощностью 18КВт не хватит для движения на скорости 200КМ/ч, двигатель 75КВт разгонит машину до 280КМ/ч. Для скорости движения в 200КМ/ч необходима средняя мощность двигателя в 30КВт, которую и обеспечивает, например, двигатель INTETS™ Возможность кратковременной нагрузки до 75КВт дает повышение динамических характеристик - разгон с постоянным ускорением до 200Км/ч, возможноть подъема по наклонным дорогам без снижения скорости, точный контроль за скоростью движения.
Как видно из графиков, на малых скоростях необходимые для перемещения затраты энергии минимальны, почти не зависят от скорости, а при скорости выше 150-200Км/ч потери на аэродинамическое торможение оказывают принципиальное значение. Практически это проявляется в противоречии, цена перемещения - скорость перемещения, чем выше скорость перемещения, тем больше затраты энергии, что особенно актуально при перемещении на расстояния более 100Км.

Рельсы выполняют роль нулевого, заземляющего проводника, а питающее напряжение для повышения безопасности необходимо подавать через 2 отдельный контактный провода. На остановках, в местах где возможно попадание на рельсы людей, напряжение на контактном проводе нужно ограничить до 40..80В, или вообще его не использовать. Такое напряжение вполне достаточно для перемещения на небольшой скорости вблизи остановки, до недоступного для пешеходов место, где напряжение, соответственно и скорость электробуса, можно повышать до 300В. Напряжение при отсутствии машин на рельсах необходимо автоматически отключать, для повышения безопасности, снижения электрокоррозии проводников.

Сложная часть системы это стрелки, их можно делать как минимум 3х видов:
- пассивные стрелки, не содержащие двигающихся частей, отличающиеся надежностью и долговечностью, я предлагаю следующий вариант пассивных стрелок, работа которых показана в представленной анимации:

кроме отсутствия движущихся частей в такой конструкции стрелок отсутствует отверстия в рабочем полотне рельс, что исключит стук колес при переходе через стрелки, управляющие ролики также используются и для фиксации машины при обычном движении, без стрелок. Ролики не позволяют смещаться корпусу машины поперечно рельсам, удерживают от схода с рельс при поворотах даже на , при продольном и поперечном наклоне рельс до 45° при большем наклоне движение станет невозможным но всеравно аварии не произойдет, машина будет удерживаться роликами межде двумя Г - образными рельсами, см. конструкцию ниже.
- активные - перемещающиеся горизонтально, вертикально или вокруг своей оси платформы, с небольшим участком рельс, сложная конструкция, может применяться только при недостатке места, например внутри зданий
- комбинированный вариант, активная "вертикальная" развязка на рельсы внизу опускается платформа от рельс идущих сверху:

Скорость машин на стрелке необходимо синхронизировать с учетом маневров, производящихся на ней, при этом снижение скорости потока машин, при их правильной группировке будет минимальным, вне зависимости от количества стрелок:

Рельсы можно делать следующих форм:
- Обычной прямоугольной формы, основной тип рельс.

- С зубчатым зацеплением, для движения по крутым подъемам до 45°. Конструкция оригинального зубчатого зацепления позволяет подниматься по самым крутым подъемам при минимальном крутящем моменте на двигатель, так как само зацепление образует редуктор снижающее нагрузку на двигатель. (изображение предварительное, оптимизированная модель публиковаться не будет)

- В форме П-образных канавок, для дорог с малым радиусом поворота, вплоть до метров, при этом основным негативным фактором будет высокое трение колес о боковые стороны рельсов.

-В некоторых случаях вместо рельс можно применить плоскую металлическую поверхность, на которой можно осуществлять разворот на "месте", аналогично тому как это делает гусеничная техника. На рисунке показан пример такой развязки, где машина может развернуться на любой угол и перейти на любой свободный путь. Для такого маневра требуется высокий крутящий момент колес.

Поперечный разрез рельс с колесной парой на них:

Средний ролик в дополнение к боковым ободам рельс фиксирует машину на путях, позволяет переходить на стрелочных развязках с большой скоростю стрелки, не дает упасть машине даже при переворачивании рельс "кверх ногами" на 180 градусов.

Электронное оборудование можно выбирать исходя из минимальных требований, микроконтроллеры, силовая электроника для векторного управления двигателем, как правило уже встроенные производителем в корпус электодвигателя.
Центральный компьютер, способный воспроизводить сжатый звук, графическое цветное изображение на экране разрешением 640х480 для взаимодействия с пользователем. Специализированный компьютре на базе промышленного компьютера для моделирования участка трассы с учетом ее основных физических особенностей, для анализа состояния машины. Модель периодически должна синхронизироваться с учетом поправок от центральной ЭВМ, с учетом сообщений от компьютеров других машин, оборудования на трассе. Такое двойное моделирование исключит ошибки компьютеров и их программ, так как движение возможно только при условии что и центральная ЭВМ и бортовой компьютер машины обладают одинаковыми моделями, при отстутсвии помех движению. Управляющая ЭВМ должна проводить оптимизацию маршрута исходя из загруженности трасс, формировать группы машин движущихся в одном направлении для уменьшения задержек на стрелках, снижения аэродинамических потерь. Центральная ЭВМ - распределенная сеть компьютеров. Бортовая ЭВМ минимальной конфигурации на базе примышленного компьютера - экономичный 32 бит RISC процессор 50..100Мгц, ОС реального времени, энергонезависимая FLASH, и оперативная память, простой промышленный ударопрочный цветной ЖК монитор, единое ПО для всех машин, для повышения надежности транспортной системы. Допустимая ошибка позиционирования 100..200 миллисекунд.
Скорость передачи данных желательно обеспечить более 1 МБит, с задержкой передачи информационных пакетов менее 20 мс. Наиболее надежный способ передачи данные через радиосвязь гигагерцового диапазона. Для передачи данных наиболее подходит протокол подобный WiFi.

WiFi (Wireless Fidelity) – стандарт беспроводной передачи данных по радиоканалам IEEE 802.11b. Для передачи данных WiFi использует частоту 2,4 ГГц. В качестве стандартов на сегодняшний день приняты 802.11a, 802.11b и 802.11g со скоростями 54 Мбит/с, 11 Мбит/с и 54 Мбит/с соответственно. Радиомодемы с дальностью действия 100-300М имеют габариты около 10см, низкую стоимость.

Для обеспечения связи с машинами через каждые 50 - 100м на внутренней части рельсов ставится радиомодем, их радиус действия будет перекрываться, что исключит наличие "мертвых зон". (Более подробно в следующем разделе).

Для диагностики состояния машины, минимальный набор датчиков:
- Датчики температуры двигателя, температуры подшипников, температуры воздуха.
- Датчик вибрации, шума.
- Датчик скорости вращения колес.
- Инерционный датчик ускорения, положения машины в пространстве.
Такой набор датчиков позволит отслеживать состояние механического оборудования, предупреждать неисправности, ставить точный диагноз неисправностям для упрощения ремонта машины в сервисном центре, определять качество трассы при движении по ней.

Энергетическое, силовое оборудование.

Питающие трассу подстанции управляемые, на основе обычных трансформаторов переменного тока с выпрямителями, способные выдавать одно или несколько напряжений из рекомендуемых, например от 0 до 500В (разное напряжение для повышения безопасности пассажиров):

Рекуперативное торможение снизит прежде всего расход энергии при движении по пересеченной местности, при движении вниз по наклонной поверхности на небольших скоростях движения, так один спуск с высоты 100 м машины массой 800 Кг даст 800*10*100/(1000*3600)=0.22Квт·ч энергии, и во вторую очередь, при торможении перед остановками или перед транспортными развязками, так машина двигающаяся на скорости 250 км/ч массой 800 Кг обладает кинетической энергией в 800*(250/3.6)**2/(1000*3600)=1.1 КВт·ч, большую часть которой можно вернуть в электросеть или запасти в аккумуляторе рекуперативным торможением. Если динамические показатели движения не критичны, то мер к торможению можно вообще не принимать, большая часть энергии рассеется из-за аэродинамических потерь в течении 60 секунд после отключения двигателя. Аналогично при спуске, уклон в 30° даст максимальную скорость при выключенном двигателе около 200 Км/ч, и только после 1-2х минут после начала движения.