BR112013021872B1 - Sistema de trem de força híbrido - Google Patents
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Abstract
assistência fornecida por motor elétrico para bomba de óleo elétrica de transmissão. um método de auxiliar uma bomba de óleo de transmissão em uma sequência de energia elétrica hibrida a gerar pressão de óleo de transmissão rapidamente durante a partida de veículo. um motor elétrico é inicialmente utilizado para fornecer torque momentâneo para girar uma bomba de óleo e gerar rapidamente pressão de óleo de transmissão. depois de a assistência inicial ser fornecida pelo motor elétrico, um motor elétrico de bomba de óleo energiza a bomba de óleo e mantém a pressão de óleo dentro da sequência de energia hibrida.
Description
Esse pedido reivindica os benefícios do pedido provisório U.S. No. 61/449.136, de-positado em 4 de março de 2011.
A presente descrição se refere a um método de assistência de uma bomba de transmissão de óleo em uma transmissão elétrica hibrida, e mais particularmente a um método de auxiliar a bomba de transmissão de óleo para gerar a transmissão de pressão de óleo rapidamente durante a partida do veículo para permitir a propulsão elétrica rapidamente depois de um sinal de manivela de um operador.
Motores elétricos de trem de força (powertrain) hibrido atuais fornecem múltiplas funções incluindo a partida do motor, a propulsão elétrica, a recuperação de energia elétrica, e a estratégia de mudança sincronizada. Muitas cadeias cinemáticas hibridas permitem a operação do veículo enquanto o motor de combustão interna do veículo está completamente desligado. Para pressurizar o óleo hidráulico, que permite a operação de embreagens e outros dispositivos essenciais para a operação do trem de força híbrido, uma bomba de óleo eletricamente energizada deve tipicamente ser operada enquanto o motor de combustão interna é desligado. A bomba de óleo eletricamente energizada é tipicamente uma bomba pequena de baixa energia para custo, empacotamento, eficiência e outras razoes. Dessa forma, quando o trem de força híbrido permanece inativo por um período de tempo extenso, particularmente em climas mais frios, a natureza viscosa do óleo hidráulico combinada com o tamanho reduzido da bomba de óleo eletricamente energizada pode resultar em um retardo de vários segundos a partir de quando o trem de força híbrido é ativado até o momento no qual a pressão hidráulica atinge pressões suficientes para a operação de transmissão. Em algumas circunstâncias, pode levar mais de 2,25 segundos entre o comando de pressu- rização do sistema hidráulico até a pressão adequada ser alcançada. Em algumas circunstâncias, a bomba de óleo eletricamente energizada pode ser simplesmente incapaz de alcançar a pressão de óleo adequada sem assistência do motor de combustão interna.
Em uma forma, a presente descrição fornece um método de operação de uma sequência de energia hibrida incluindo um motor elétrico, uma embreagem de funcionamento excessivo acoplada ao motor elétrico, um motor elétrico de bomba de óleo acoplado è embreagem de funcionamento excessivo, e uma bomba de óleo acoplada ao motor elétrico de bomba de óleo. O método inclui a ativação do motor elétrico para girar a bomba de óleo e ativar o motor elétrico de bomba de óleo para girar a bomba de óleo. O método inclui a ativação do motor elétrico para girar a bomba de óleo e ativar o motor elétrico de bomba de óleo para girar a bomba de óleo. O método inclui adicionalmente a desativação do motor elétrico depois de a bomba de óleo estar girando.
Em outra forma, a presente descrição fornece um método de operação de uma se-quência de energia hibrida incluindo um motor, um eixo de entrada de transmissão acoplado ao motor, um motor elétrico acoplado ao eixo de entrada de transmissão por um conjunto de engrenagem planetária e uma embreagem de funcionamento excessivo acoplada ao dito eixo de entrada de transmissão. A embreagem de funcionamento excessivo é acoplada ao eixo de entrada de transmissão de modo que a embreagem de funcionamento excessivo possa girar com relação ao eixo de entrada de transmissão em uma primeira direção, mas seja impedida de girar com relação ao eixo de entrada de transmissão em uma segunda direção oposta. A sequência de energia hibrida também inclui um motor elétrico de bomba de óleo possuindo um rotor de motor elétrico de bomba de óleo acoplado à embreagem de funcionamento excessivo e uma bomba de óleo possuindo um propulsor de bomba de óleo acoplado à embreagem de funcionamento excessivo. O método de operação da sequência de energia hibrida inclui adicionalmente a energização do motor elétrico para girar o propulsor de bomba de óleo, energizando o motor elétrico de bomba de óleo uma vez que o motor elétrico esteja energizado, e desacoplando o motor elétrico do rotor de motor elétrico de bomba de óleo e o propulsor de bomba de óleo utilizando a embreagem de funcionamento excessivo depois de o motor elétrico de bomba de óleo ser energizado. O método de operação de sequência de energia hibrida faz com que a bomba de óleo alcance uma pressão de óleo desejada dentro de uma quantidade de tempo desejada.
Áreas adicionais de aplicabilidade da presente descrição se tornarão aparentes a partir da descrição detalhada e das reivindicações fornecidas posteriormente. Deve-se compreender que a descrição detalhada, incluindo as modalidades descritas e desenhos, são meramente ilustrativas por natureza e servem à finalidade de ilustração apenas e não devem limitar o escopo da invenção, sua aplicação ou utilização. Dessa forma, as variações que não se distanciam do cerne da invenção devem estar contidas no escopo da invenção.
A figura 1 é uma representação esquemática de uma vista lateral do trem de força híbrido de acordo com os princípios da presente descrição;
A figura 2 é um gráfico de velocidades de rotação ilustrativas do motor, o eixo de entrada de transmissão, rotor de motor elétrico de bomba de óleo, propulsor de bomba de óleo e motor elétrico;
A figura 3 é um diagrama de alavanca do trem de força híbrido durante os períodos de aumento e estabilização do motor de bomba; e
A figura 4 é um diagrama de alavanca do trem de força híbrido durante os períodos de redução e transferência hidráulica.
A figura 1 é a representação esquemática de uma vista lateral de um trem de força híbrido de acordo com os princípios da presente descrição. O trem de força híbrido inclui um motor 1, conjunto de engrenagem planetária 3, e motor elétrico 30. O motor 1 é conectado à entrada do conjunto de engrenagem planetária 3 por um eixo de entrada de transmissão 2. O eixo de entrada de transmissão 2 pode ser o mesmo eixo que um virabrequim de motor ou um eixo diferente. A saída do conjunto de engrenagem planetária 3 é conectada ao motor elétrico 30 por um eixo de transmissão 4. O conjunto de engrenagem planetária 3 pode ser um conjunto de engrenagem planetária ou qualquer outro tipo de conjunto de engrenagem como necessário por considerações operacionais do trem de força híbrido. O trem de força híbrido pode ser conectado ao resto da sequência de acionamento do veículo de qualquer forma desejada.
O eixo de entrada de transmissão 2 inclui uma embreagem de roda-livre 5 montada de forma concêntrica sobre o mesmo. A embreagem de roda-livre 5 permite o movimento de rotação livre entre a embreagem de roda-livre 5 e o eixo de entrada de transmissão 2 em uma primeira direção de rotação, mas não permite qualquer rotação entre a embreagem de roda-livre 5 e o eixo de entrada de transmissão 2 em uma segunda direção oposta de rotação. Dessa forma, a embreagem de roda-livre 5 pode girar mais rapidamente do que o eixo de entrada de transmissão 2 na primeira direção de rotação livre. A embreagem de roda- livre 5 pode ser uma embreagem de rotação livre, um suporte de via única, ou qualquer outro dispositivo que permita a rotação entre a embreagem de roda-livre 5 e o eixo de entrada de transmissão 2 na primeira direção, mas não na direção oposta.
O trem de força híbrido também inclui um motor elétrico de bomba de óleo 10 e uma bomba de óleo 20. O motor elétrico de bomba de óleo 10 inclui um rotor de motor elétrico de bomba de óleo 11 acoplado à embreagem de roda-livre 5 e um estator de motor elétrico de bomba de óleo 12 acoplado ao alojamento de transmissão 6 do trem de força híbrido. A bomba de óleo 20 inclui um propulsor de bomba de óleo 21 acoplado à embreagem de roda-livre 5 e um alojamento de bomba de óleo 22 acoplado ao alojamento de transmissão 6 do trem de força híbrido. O rotor de motor elétrico de bomba de óleo 11, o propulsor de bomba de óleo 21, e a embreagem de roda-livre 5 são todos acoplados juntos e giram de forma sincronizada em torno do eixo de entrada de transmissão 2. O rotor do motor elétrico de bomba de óleo 11, o propulsor de bomba de óleo 21, e a embreagem de roda-livre 5 todos giram quando o motor elétrico de bomba de óleo 10 é energizado. A bomba de óleo 20 é acoplada à parte hidráulica da transmissão (não ilustrada) como seria prontamente compreendido na técnica.
Durante a operação do veículo com o motor 1 operando, o motor faz com que o eixo de entrada de transmissão 2 gire. A embreagem de roda-livre 5 é engatada enquanto o motor 1 está ligado e, portanto, gira de forma sincronizada com o eixo de entrada de transmissão 2. Durante a operação com o motor 1 ligado, o motor elétrico de bomba de óleo 10 é desligado. A rotação da embreagem de roda-livre 5 também gira o rotor do motor elétrico de bomba de óleo 11 e o propulsor de bomba de óleo 21, criando, assim, uma pressão de óleo para as embreagens de energia dentro do trem de força híbrido e permitindo a operação do trem de força.
Quando o motor 1 é desligado da operação (isso é, "manobra de parada de motor"), o motor elétrico da bomba de óleo 10 é ativado, fazendo, assim, com que o rotor de motor elétrico de bomba de óleo 11 e a embreagem de roda-livre 5, à qual o propulsor de bomba de óleo 21 está acoplado, girem. Enquanto o motor 1 está desligado, o motor 1 e o eixo de entrada de transmissão 2 não giram. Enquanto isso, a embreagem de roda-livre 5 gira livremente em torno do eixo de entrada de transmissão 2. A rotação do rotor e motor elétrico de bomba de óleo 11 também gira o propulsor de bomba de óleo 21, criando assim a pressão de óleo e facilitando a operação do trem de força híbrido.
Em algumas situações operacionais, incluindo a partida a frio e partida em condições abaixo de zero, o motor elétrico de bomba de óleo 10 pode ser incapaz de fornecer pressão de óleo adequada para o trem de força híbrido dentro da quantidade de tempo desejada. O trem de força híbrido da presente descrição é capaz de fornecer uma função de assistência para o motor elétrico de bomba de óleo 10 durante a partida do veículo e como desejado.
A figura 2 é um gráfico do exemplo de velocidades de rotação do motor 1, do eixo de entrada de transmissão 2, do rotor de motor elétrico de bomba de óleo 11, do propulsor de bomba de óleo 21, do eixo de transmissão 4, e do motor elétrico 30. Com referência à figura 2, durante uma partida do veículo, inicialmente (to - ti), nenhum dos componentes do trem de força híbrido está girando. Em t1, o motor elétrico 30 é ativado, dessa forma, fazendo com que o motor elétrico 3o e o eixo de transmissão 4 girem em um primeiro número de rotações por minuto (RPM). O motor i, o eixo de entrada de transmissão 2, a embreagem de roda-livre 5, o rotor de motor elétrico de bomba de óleo ii, o propulsor de bomba de óleo 2i, todos conectados ao motor elétrico 3o através do conjunto de engrenagem planetária 3, giram em uma segunda RPM. A embreagem de roda-livre 5 é engatada pela rotação do eixo de entrada de transmissão 2. Deve-se notar que apesar de o motor i estar girando durante o método de partida da figura 2, o motor i nunca é ativado (sem fagulha ou combustível). Em algumas modalidades, o motor i pode ser seletivamente desconectado do eixo de entrada de transmissão 2 por um mecanismo de embreagem de modo que não gire durante o procedimento de inicialização.
Entre ti e t2 (aumento), as velocidades de rotação do motor elétrico 3o, do eixo de transmissão 4, do motor i, do eixo de entrada de transmissão 2, da embreagem de roda- livre 5, do rotor de motor elétrico de bomba de óleo 11, do propulsor de bomba de óleo 21 aumentam rapidamente como resultado do torque sendo aplicado pelo motor elétrico 30.
Em t2, o motor elétrico de bomba de óleo 10 é ativado. Dessa forma, entre t2 e t3 (Estabilização de Motor de Bomba), ambos o motor elétrico de bomba de óleo 10 e o motor elétrico 30 fornecem o torque para energizar o propulsor de bomba de óleo 21. Durante esse tempo, o motor elétrico de bomba de óleo 10 é estabilizado e uma pressão de óleo satisfatória é gerada para o trem de força híbrido. Dessa forma, o trem de força híbrido possui agora uma pressão de óleo adequada para permitir o uso de embreagens de trem de força hibrido e, dessa forma, permitir o movimento do veículo. Em t3, o motor elétrico 30 é desligado enquanto o motor elétrico de bomba de óleo 10 permanece ativado e assume a tarefa de ener- gização da rotação do propulsor de bomba de óleo 21 e, dessa forma, do fornecimento de pressão de óleo para o trem de força híbrido. Entre t3 e t4 (redução), o motor elétrico 30, o eixo de transmissão 4, o motor 1 e o eixo de entrada de transmissão 2, todos são desener- gizados, diminuindo rapidamente a velocidade de rotação até que em t4, não estejam mais girando. Entre t3 e t5 (transferência hidráulica), o motor elétrico de bomba de óleo 10 sem assistência do motor elétrico 10 assume a tarefa de fornecimento de pressão de óleo para o trem de força híbrido e alcança um estado estável de pressão de óleo t5 (estabilização). Depois de t5, o motor elétrico de bomba de óleo 10 estabilizou e é capaz de fornecer pressão de óleo adequada e consistente para o trem de força híbrido sem assistência do motor elétrico 30.
Em uma modalidade ilustrativa, o trem de força híbrido descrito utilizando o motor elétrico 30 para inicialmente auxiliar o motor elétrico de bomba de óleo 10 no fornecimento de pressão de óleo adequada pode alcançar pressão de óleo suficiente em menos de dois segundos. Em uma modalidade ilustrativa, a pressão de óleo adequada pode ser alcançada em menos de 1,25 segundos. Em outra modalidade ilustrativa, a pressão de óleo adequada pode ser alcançada em menos de um segundo. A pressão de óleo adequada pode ser entre 600 e 1.000 kPa, menos de 600 kPa, ou mais que 600 kPa. Em uma modalidade, a pressão de óleo adequada pode ser de 600, 700, 800, 900 ou 1000 kPa. Quando da utilização do motor elétrico de bomba de óleo da técnica anterior 10 sem a assistência do motor elétrico 30, uma pressão de óleo adequada e consistente para o trem de força híbrido não é alcançada até t6 (como indicado pela linha tracejada na figura 2). O sistema da técnica anterior pode levar mais de 2,25 segundos para alcançar a pressão de óleo adequada.
O método de operação do trem de força híbrido como apresentado na figura 2 permite a pressurização rápida do óleo dentro do trem de força híbrido. Isso permite que um veículo utilizando o trem de força híbrido se movimente mais rapidamente depois da partida do veículo do que um veículo que se baseia apenas no motor elétrico de bomba de óleo para suprir o torque para gerar pressão de óleo. Em algumas modalidades, o método ou operação podem permitir que um veículo utilizando o trem de força híbrido seja acionado quase que imediatamente. Em tal modalidade, o motor elétrico 30 não será desenergizado depois de t3. Ao invés disso, o motor elétrico 30 seria desconectado do eixo de entrada de transmissão 2 por um mecanismo de embreagem ou outro dispositivo, permitindo que o motor elétrico 30 girasse e fizesse com que o veículo se movesse sem a rotação do eixo de entrada de transmissão 2 ou motor. Em algumas modalidades, o motor elétrico de bomba de óleo 10 pode ser ativado antes, ao mesmo tempo em que, ou em qualquer momento depois do motor elétrico 30 ser ativado.
A figura 3 é um diagrama de alavanca do trem de força híbrido durante os períodos de Aumento e Estabilização de Motor de Bomba. Como apresentado pela alavanca L1, durante os períodos de Aumento e Estabilização de Motor de Bomba (t1-t3 na figura 2), a rotação do motor elétrico 30 faz com que o motor 1 e o propulsor de bomba de óleo 21 girem. Como apresentado pela alavanca L2, o torque aplicado pelo motor elétrico 30 para o propulsor de bomba de óleo 21 (TMotor Elétrico) é equilibrado pelo torque aplicado pelo alojamento de transmissão (TSolo). Durante esse período de tempo, o motor 1 não é ativado e não fornece qualquer torque.
A figura 4 é um diagrama de alavanca do trem de força híbrido durante os períodos de Redução e Transferência Hidráulica. Como apresentado pela alavanca L1 durante os períodos de Redução e Transferência Hidráulica (t3-t5 na figura 2), o motor elétrico de bomba de óleo 10 está agora energizando o propulsor de bomba de óleo 21 para girar na RPM desejada sem assistência do motor elétrico 30. Nem o motor 1 nem o motor 30 giram. A embreagem de roda-livre 5, agora desengatada da rotação do eixo de entrada de transmissão 2, permite que o rotor do motor elétrico de bomba de óleo 11 e o propulsor de bomba de óleo 21 girem livremente no eixo de entrada de transmissão 1. Como apresentado pela alavanca L2, o torque aplicado pelo motor elétrico 30 ao propulsor de bomba de óleo 21 (TMotor Elétrico) é equilibrado pelo torque aplicado pelo alojamento de transmissão (TSolo).
Dessa forma, o motor elétrico 30 pode ser utilizado para auxiliar o motor elétrico de bomba de óleo 10 a gerar inicialmente pressão de óleo para o trem de força híbrido. Uma vez que uma pressão de óleo predeterminada é alcançada, o motor elétrico 30 é desconec- tado do motor elétrico de bomba de óleo 10 e o motor elétrico de bomba de óleo sem assistência 10 mantém a pressão de óleo predeterminada para o trem de força híbrido. O motor elétrico 30 pode agora ser utilizado para propulsão ou qualquer outra função necessária pelo trem de força híbrido.
A assistência do motor elétrico descrito para o motor elétrico de bomba de óleo pode ser utilizada com qualquer trem de força hibrida incluindo, mas não limitado a, um trem de força híbrido de motor elétrico único ou um trem de força híbrido de motor elétrico duplo. Em um trem de força híbrido de motor elétrico duplo, um motor elétrico ou ambos os moto- res elétricos em combinação podem fornecer a assistência para o motor elétrico de bomba de óleo.
Claims (5)
1. Sistema de trem de força híbrido compreendendo: um motor elétrico (30); uma embreagem de roda-livre (5) acoplada a um eixo de entrada de transmissão (2); um motor elétrico de bomba de óleo (10) acoplado à dita embreagem de roda-livre (5); e uma bomba de óleo (20) acoplada ao dito motor elétrico de bomba de óleo (10); o dito motor elétrico (30) sendo configurado para girar a dita bomba de óleo (20) por um primeiro período de tempo, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente: um conjunto de engrenagem planetária (3) acoplado ao dito motor elétrico (30) por um eixo de transmissão (4); o eixo de entrada de transmissão (2) sendo acoplado ao dito conjunto de engrenagem planetária (3); em que, após o dito primeiro período de tempo, o dito motor elétrico de bomba de óleo (10) é configurado para girar a dita bomba de óleo (20) por um segundo período de tempo, de modo que tanto o dito motor elétrico (30) quanto o dito motor elétrico de bomba de óleo (10) estão girando a dita bomba de óleo (20) durante o dito segundo período de tempo; e em que, após o dito segundo período de tempo, o dito motor elétrico (30) é configurado para ser desativado.
2. Sistema de trem de força híbrido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de a dita embreagem de roda-livre (5) é acoplada ao dito motor elétrico (30) de modo que a dita embreagem de roda-livre (5) possa girar livremente com relação ao dito motor elétrico (30) em uma primeira direção de rotação, mas gire de forma fixa com o dito motor elétrico (30) em uma segunda direção de rotação oposta.
3. Sistema de trem de força híbrido, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente um motor (1) acoplado ao dito eixo de entrada de transmissão (2), em que o dito motor (1) não está ativado.
4. Sistema de trem de força híbrido, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de o dito eixo de entrada de transmissão (2) é seletivamente acoplado ao dito motor (1).
5. Sistema de trem de força híbrido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita bomba de óleo (20) atinge uma pressão de óleo de pelo menos aproximadamente 600 kPa em menos de 1,25 segundos
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