BR102019018867A2 - Sistema de controle modular para veículos comerciais - Google Patents

Abstract

"sistema de controle modular para veículos comerciais ". a presente invenção refere-se a um sistema (10) de controle modular para veículos comerciais compreendendo um módulo central (1) e ao menos um módulo paralelo (2, 3, 4, 5), o módulo central (1) sendo configurado para distribuir energia e sinais para o ao menos um módulo paralelo (2, 3, 4, 5), o módulo central (1) e o ao menos um módulo paralelo (2, 3, 4, 5) sendo configurados para assumir um comportamento de controle em função do tipo de veículo ao qual o sistema (10) está sendo aplicado, permitindo assim a flexibilização do uso do módulo em múltiplos veículos distintos.

Description

SISTEMA DE CONTROLE MODULAR PARA VEÍCULOS COMERCIAIS

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de controle modular flexível para aplicação em veículos comerciais, a partir do qual é possível derivar uma pluralidade de funções de controle de veículos de qualquer concepção, sejam destinados ao transporte de pessoas, cargas, valores, entre outros.

Descrição do Estado da Técnica

[002] O módulo de controle de um veículo de motor elétrico, denominado e-VCU (Electric Vehicle Control Unit), executa uma imensa variedade de funções que são necessárias para controlar um veículo, sendo, portanto, o componente principal, ou seja, o cérebro, de gestão do veículo. Paralelamente ao e-VCU, um veículo pode fazer uso ainda de um ECM (Engine Control Module) caso faça uso de um motor de combustão interna.

[003] No caso do ECM, entre as funções controladas pelo mesmo, é possível citar o controle da mistura de combustível, ponto de ignição, tempo de câmara de combustão variável e controle de emissões. O ECM monitora constantemente o fluxo de emissões, supervisionando e atuando no funcionamento da bomba de combustível, ventoinha de arrefecimento e carregadores.

[004] Além disso, o e-VCU interage com controladores de tração, frenagem, transmissão e estabilidade, bem como controladores de temperatura e sistemas eletroeletrônicos auxiliares. O e-VCU possui um sistema eletrônico embarcado que deve ser programado para cada tipo veículo específico (marca, modelo, ano, motor, transmissão etc.) a depender de sua configuração elétrica e eletrônica.

[005] Hoje o mercado dispõe de veículos para transporte destinados ao transporte de pessoas, de cargas, de valores e entre outros, com diferentes sistemas de propulsão alternativa, sendo já conhecidas as configurações híbridas (série e paralelo), elétricos puros, elétricos com célula de combustível etc., cada qual com sua respectiva configuração eletrônica.

[006] Usualmente, as configurações elétricas e eletrônicas destes veículos diferem entre si, não havendo sinergia e/ou flexibilidade de utilização entre os sistemas de controle desses veículos.

Objetivos da Invenção

[007] Um primeiro objetivo da presente invenção é prover um sistema de controle modular para veículos comerciais que permita ser aplicado a diversos modelos e variações de veículos, permitindo de forma modular o controle das diferentes opções veiculares disponíveis.

[008] Um segundo objetivo da presente invenção é prover um sistema de controle modular para veículos comerciais em que os múltiplos sistemas do veículo possam ser interligados através de interfaces modulares e padronizadas.

Breve Descrição da Invenção

[009] Os objetivos elencados acima são alcançados através de um sistema de controle modular para veículos comerciais compreendendo um módulo central e ao menos um módulo paralelo, o módulo central sendo configurado para distribuir sinais para o ao menos um módulo paralelo, o módulo central e o ao menos um módulo paralelo sendo configurados para assumir um comportamento de controle em função do tipo de veículo ao qual o sistema está sendo aplicado.

[0010] Em uma concretização possível, a assunção de comportamento é configurada mediante ao menos uma dentre:

[0011] - uma alteração no software de controle dos módulos central e paralelos; e

[0012] - uma alteração dos elementos componentes de cada módulo.

[0013] Em outra concretização possível, o sistema compreende um módulo paralelo de tração, o módulo paralelo de tração compreendendo um pedal acelerador, um inversor, um motor elétrico e um conjunto de transmissão e eixo.

[0014] Em outra concretização possível, o sistema compreende um módulo paralelo de energia, o módulo paralelo de energia compreendendo um banco de baterias, um módulo interno de controle, e um módulo interno de temperatura.

[0015] Em outra concretização possível, o sistema compreende um módulo paralelo de alimentação, o módulo paralelo de alimentação compreendendo um gerador, um carregador externo, um motor à gasolina, um motor à etanol, um motor de metano e um reservatório de combustível.

[0016] Em outra concretização possível, o sistema compreende um módulo paralelo de auxiliares, o módulo paralelo de auxiliares compreendendo um conversor, uma bateria, um conjunto de sistemas eletrônicos, um inversor auxiliar e um conjunto de motores auxiliares.

Breve Descrição dos Desenhos

[0017] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0018] Figura 1 – representação esquemática do sistema de controle modular e flexível da presente invenção; e

[0019] Figura 2 – representação esquemática da configuração eletromecânica do sistema da presente invenção.

Descrição Detalhada das Figuras

[0020] Para permitir a flexibilidade das diferentes configurações dos veículos híbridos e elétricos disponíveis no mercado, a presente invenção apresenta um sistema de controle modular e flexível, capaz de fazer uso de módulos com interfaces de conexão e subsistemas comuns ou globais entre eles, e que podem ser individualmente alterados para se adequar ao tipo de veículo ao qual está sendo aplicado, permitindo assim controlar uma variedade de configurações de veículos a partir da mesma base modular.

[0021] Pode-se observar na figura 1 o sistema de controle 10 da presente invenção em uma configuração considerada preferencial. Importante notar que o termo “preferencial” não deve ser entendido como “imperativo” ou “obrigatório”, e faz referência apenas a uma concretização de particular eficiência.

[0022] O sistema 10 compreende ao menos um módulo central 1 e ao menos um módulo paralelo 2, 3, 4, 5. O módulo central 1 consiste, preferencialmente, em um meio de controle (controlador) capaz de receber e distribuir energia e sinais para os demais módulos. Na concretização da figura 1, o sistema 10 compreende, conectados a este módulo central, quatro módulos paralelos 2, 3, 4, 5, quais sejam: módulo de tração 2, de energia 3, de alimentação 4 e de auxiliares 5.

[0023] Cada módulo paralelo 2, 3, 4, 5 pode compreender elementos que lhe permitem exercer uma determinada função, sendo que os elementos contidos em cada módulo 2, 3, 4, 5 são função das opções de funcionamento desejadas para sistema 10. Cada módulo paralelo 2, 3, 4, 5 exerce uma função baseada em sua estrutura de elementos, e cada elemento de cada módulo paralelo pode ser física ou remotamente alterado, extraído, ativado ou inativado em função do tipo de veículo no qual ele está sendo aplicado, ou em função da alteração realizada no veículo. Abaixo, exemplificam-se os elementos que podem estar contidos em cada módulo:

[0024] Módulo central 1: composto por diferentes módulos de controle eletrônico, capazes de processar informações analógicas e digitais, cabos de rede, cabos de sinal.

[0025] Módulo de tração 2: composto por diferentes eixos trativos, sejam eles com motor elétrico acoplado ou não, motores elétricos, transmissões, inversores, pedais de aceleração, cabeamento de baixa e alta tensão, sistemas de lubrificação e refrigeração.

[0026] Módulo de energia 3: composto por baterias, divididas em pacotes modulares, módulo de gerenciamento de energia, cabeamentos de sinal e de alta tensão, chaves de emergência, contatoras, fusíveis, sistema de refrigeração e aquecimento.

[0027] Módulo de alimentação 4: composto por plugs de recarga na rede elétrica, diferentes modelos de geradores, diferentes modelos de motores de combustão interna ou turbinas.

[0028] Modulo de auxiliares 5: composto com motores elétricos, bombas d’água, bombas de direção, de vácuo, compressores de ar condicionado, compressores de ar, conversores DC/DC, baterias de baixa tensão, inversores auxiliares, contatoras, fusíveis, reles, mangueiras, cabeamento de alta e baixa tensão.

[0029] De forma preferencial, o módulo de tração 2 compreende um pedal acelerador 21, um inversor 22, um motor elétrico 23 e um conjunto de transmissão e eixo 24. O módulo de energia 3 compreende, preferencialmente, um banco de baterias 31, um módulo interno de controle 32, e um módulo interno de temperatura 33. O módulo de alimentação 4 compreende, preferencialmente, um gerador 41, um carregador externo 42, um motor à gasolina 43, um motor à etanol 44, um motor de metano 45 e um reservatório de combustível 46. O módulo de auxiliares 5 compreende, preferencialmente, um conversor 51, uma bateria 52, um conjunto de sistemas eletrônicos 53, um inversor auxiliar 54 e um conjunto de motores auxiliares 55.

[0030] O sistema 10 é, preferencialmente, executado em uma tensão elétrica comum a todos os modelos veiculares híbridos ou elétricos, em que o trem de força elétrico pode ser acionado por baterias, as quais, por sua vez, são carregadas por um sistema de recarga externo ou interno ao veículo.

[0031] Na figura 2, vemos uma possível concretização do conjunto eletromecânico do sistema 10, compreendendo um motor a combustão interna que, independente do combustível, (seja GNV, gasolina ou etanol) estará acoplado a um gerador de energia e alimentará as baterias com tensão contínua (DC) para o seu recarregamento – esta configuração é chamada híbrida serial. A unidade de distribuição de alta tensão faz a divisão da energia da bateria de alta tensão para com todos os módulos que precisam ser alimentados em alta tensão: sejam eles os sistemas auxiliares descritos acima, o motor elétrico de tração bem como o conversor DC-DC de alta tensão para baixa tensão.

[0032] Nesta concretização da figura 2, o sistema 10 compreende uma unidade de distribuição de alta tensão 100 conectada a uma gama de outros equipamentos. Tais equipamentos incluem:

[0033] – um primeiro e um segundo inversores auxiliares 110, 120 conectados a um primeiro e segundo componentes auxiliares 111, 121;

[0034] – um terceiro componente auxiliar 130 conectado diretamente à unidade 100;

[0035] – um inversor de tração 140 conectado a um motor elétrico de tração 141;

[0036] – um conversor DC-DC 150 conectado a uma bateria de baixa-tensão 151;

[0037] – uma caixa de junção de alta tensão 160 conectada a três pacotes de bateria 161, 162, 163 através de um IDS 164.

[0038] – um retificador de potência trifásica 170 conectado à caixa de junção 160 e a um gerador elétrico 180, o qual por sua vez é ligado a um motor de combustão interna 181 através de um eixo mecânico 182; e

[0039] - uma caixa carregadora 190.

[0040] Com relação ao funcionamento do sistema 10 em si, os módulos 1, 2, 3, 4 e 5 são configurados para assumir um comportamento de controle em função do tipo de veículo ao qual o sistema 10 está sendo aplicado. Esta configuração para assunção de comportamento pode ser feita (i) através de alterações no software de controle dos módulos central 1 e paralelos 2, 3, 4, 5; (ii) pela alteração dos elementos componentes de cada módulo 2, 3, 4, 5; ou ainda (iii) por ambas as alterações. Estas alterações visam mudar o comportamento de cada módulo 1, 2, 3, 4, 5 para adequação em diferentes tipos de veículos.

[0041] Em um primeiro exemplo, considerando um veículo ao qual o sistema 10 é aplicado, é possível configurar um módulo paralelo para assumir um primeiro comportamento em função do uso de um motor à gasolina. Quando da substituição deste motor por uma outra fonte de potência (por exemplo, um motor a gás), este mesmo módulo paralelo pode ser configurado para assumir um segundo comportamento em função do novo motor.

[0042] Desta forma, a substituição de um tipo de motor à combustão por outro tipo (e.g., gás, bicombustível etc.) não afeta a forma de controle do sistema. Através do mesmo conceito, é possível a troca de um motor à combustão por outra fonte de potência não análoga (tal como uma fonte elétrica) sem prejuízo ao funcionamento do veículo, requerendo apenas a reconfiguração dos módulos pertinentes.

[0043] Em um segundo exemplo, pode-se alterar ou definir uma configuração de um módulo recém-fabricado para aplicação em um tipo de veículo diferente. Em uma linha de montagem de veículos, pode-se preparar sistemas 10 contendo módulos paralelos 2, 3, 4, 5 para aplicação em uma variada gama de veículos e, quando da determinação de qual tipo de veículo receberá determinado sistema 10, definir ou alterar aquele sistema 10 para aplicação específica naquele veículo sem a necessidade de fabricação de módulos adicionais ou específicos.

[0044] Desta forma, o sistema 10 permite flexibilidade em sua aplicação, trazendo facilidade de adaptação em um veículo em função de seu tipo e necessidades. Permite ainda a intercambiabilidade de seus módulos sem a necessidade de alteração do sistema 10 caso o veículo sofra alguma alteração. Por exemplo, o sistema 10 permite a troca de um motor elétrico por um híbrido, ou até mesmo a sua remoção, de modo que o veículo funcione apenas com o motor de combustão interna para uma configuração híbrida paralela. Em outro exemplo, é possível adicionar ou retirar pacotes de baterias com a finalidade de variar a autonomia e performance do veículo, tudo isto sem requerer a troca de módulos ou do próprio sistema.

[0045] Quando o sistema de recarga é interno ao veículo, caso a fonte seja, por exemplo, um sistema motor-gerador, pode ser composto por diferentes motores ou turbinas, alimentados, por sua vez, por diferentes combustíveis, de acordo com cada projeto e aplicação, mantendo sempre sua configuração modularizada.

[0046] O sistema 10 é aplicável aos mais variados modelos de veículos para transporte de passageiros e de carga, abrangendo, por exemplo, veículos de 3,5 toneladas até veículos de 120 toneladas de PBT (peso bruto total). Como vantagem adicional, os módulos podem ser desenvolvidos de forma isolada, desde que respeitadas as interfaces, permitindo várias equipes de engenharia trabalhando em paralelo.

[0047] A partir do sistema 10 da presente invenção, é possível utilizar diversas fontes de alimentação para o sistema de tração elétrica do veículo, como, por exemplo, um conjunto motor-gerador, que gera energia para ser recarregado em um banco de baterias, sendo o banco de baterias modular, de modo que a permite a montagem de vários pacotes de baterias, variando a autonomia do veículo de 40 km até 400km, no veículo elétrico puro.

[0048] O motor que propulsiona o gerador, por sua vez, pode ser de 4 tipos: motor gasolina, motor etanol, motor gás natural ou metano, motor diesel, turbina a gás. Os tanques de alimentação do combustível do motor também são modulares e intercambiáveis, podendo ser cilindros de gás, tanques de combustível plástico ou metálicos. Este conjunto motor-gerador também pode ser substituído por um banco de baterias, transformando o veículo em um veículo alimentado 100% por baterias, um veículo elétrico puro, onde a recarga é feita na tomada.

[0049] O veículo também pode ser uma combinação de híbrido com "plug in", ou seja, além de ter o conjunto motor de combustão e gerador para gerar energia para as baterias, um sistema de recarga na tomada pode ser utilizado em paralelo, permitindo assim a alimentação das baterias direto da rede elétrica.

[0050] Enfim, o objetivo principal do sistema de controle 10 da presente invenção é apresentar uma solução de sistema de controle que seja aplicável a múltiplos veículos de um portfólio sem a necessidade de design e fabricação de um sistema 10 para cada veículo, ou seja, permitindo a fabricação de um sistema 10 único que possa, mediante configuração adequada de seus módulos, ser adaptado a qualquer veículo do portfólio.

[0051] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims (6)

1. Sistema (10) de controle modular para veículos comerciais, caracterizado pelo fato de que compreende um módulo central (1) e ao menos um módulo paralelo (2, 3, 4, 5), o módulo central (1) sendo configurado para distribuir energia e sinais para o ao menos um módulo paralelo (2, 3, 4, 5), o módulo central (1) e o ao menos um módulo paralelo (2, 3, 4, 5) sendo configurados para assumir um comportamento de controle em função do tipo de veículo ao qual o sistema (10) está sendo aplicado.
2. Sistema (10) de controle modular para veículos comerciais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a assunção de comportamento é configurada mediante ao menos uma dentre:

   • (i) uma alteração no software de controle dos módulos central (1) e paralelos (2, 3, 4, 5); e
   • (ii) uma alteração dos elementos componentes de cada módulo (2, 3, 4, 5).
3. Sistema (10) de controle modular para veículos comerciais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um módulo paralelo de tração (2), o módulo paralelo de tração (2) compreendendo um pedal acelerador (21), um inversor (22), um motor elétrico (23) e um conjunto de transmissão e eixo (24).
4. Sistema (10) de controle modular para veículos comerciais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um módulo paralelo de energia (3), o módulo paralelo de energia (3) compreendendo um banco de baterias (31), um módulo interno de controle (32), e um módulo interno de temperatura (33).
5. Sistema (10) de controle modular para veículos comerciais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um módulo paralelo de alimentação (4), o módulo paralelo de alimentação (4) compreendendo um gerador (41), um carregador externo (42), um motor à gasolina (43), um motor à etanol (44), um motor de metano (45) e um reservatório de combustível (46).
6. Sistema (10) de controle modular para veículos comerciais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um módulo paralelo de auxiliares (5), o módulo paralelo de auxiliares (5) compreendendo um conversor (51), uma bateria (52), um conjunto de sistemas eletrônicos (53), um inversor auxiliar (54) e um conjunto de motores auxiliares (55).

Images