BR112014031921B1

BR112014031921B1 - Método de acionamento de veículo que tem sistema de propulsão, meio de armazenamento de dados, unidade de controle eletrônico e veículo

Info

Publication number: BR112014031921B1
Application number: BR112014031921-9A
Authority: BR
Inventors: Niklas Pettersson; Mikael Bergquist; Johan Lindstrom; Anders Kjell; Mathias Bjorkman
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2021-08-03
Also published as: WO2014003657A1; EP2867083A1; CN104487304A; RU2015102350A; RU2598653C2; SE538472C2; EP2867083B1; IN2014DN10775A; US20150149013A1; EP2867083A4; BR112014031921A2; KR20150023865A; SE1250700A1; CN104487304B; US9327714B2

Abstract

método para controle simultâneo de torque de motor de combustão e máquina elétrica em um veículo híbrido. trata-se de um método de acionamento de um veículo que tem um sistema de propulsão que compreende um motor de combustão com um eixo de saída (2a), uma caixa de engrenagem (3) com um eixo de entrada (3a), uma máquina elétrica (9) que compreende um estator e um rotor, e uma engrenagem planetária que compreende uma engrenagem central (10), uma engrenagem anular (11) e um suporte de roda planetária (12). o veículo é acionado com os membros da engrenagem planetária intertravados. a engrenagem planetária é levada à posição de liberação através do controle do torque da máquina elétrica e do motor de combustão em direção ao equilíbrio de torque na engrenagem planetária e, então, a engrenagem planetária é transferida para a posição livre.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTERIOR

[0001] A presente invenção refere-se a um método de acionamento de um veículo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 anexa.

[0002] A invenção refere-se, especialmente, porém não exclusivamente, à realização de tal método em veículos motorizados sob a forma de veículos utilitários sobre rodas, especialmente veículos pesados, tais como caminhões e ônibus.

[0003] Em conformidade, a invenção refere-se a um método de acionamento de um veículo híbrido que, em geral, é um veículo que pode ser acionado por um motor primário, neste documento, um motor de combustão e um motor secundário, neste documento, uma máquina elétrica. A máquina elétrica é adequadamente dotada de meios para armazenar energia, como uma bateria ou um capacitor para estocar energia elétrica, e equipamento de regulação para regular o fluxo de energia elétrica entre os ditos meios e a máquina elétrica. Desse modo, a máquina elétrica pode operar como motor e gerador dependendo do estado de operação do veículo. Quando se freia o veículo, a máquina elétrica gera energia elétrica que pode ser armazenada, e a energia elétrica armazenada pode ser utilizada posteriormente para, por exemplo, acionar o veículo.

[0004] A utilização de um mecanismo de embreagem convencional que desconecta o eixo de entrada da caixa de engrenagem em relação ao motor de combustão durante o processo de mudança de engrenagem na caixa de engrenagem resulta em desvantagens, como o aquecimento dos discos do mecanismo de embreagem, que resulta em um consumo de combustível elevado e desgaste dos discos de embreagem. Perdas consideráveis, então, também são causadas ao dar partida no veículo. Ademais, um mecanismo de embreagem convencional é, comparativamente, pesado e custoso. O mesmo requer, também, um espaço comparativamente amplo no veículo. Perdas por atrito são criadas, também, ao utilizar um conversor hidráulico/transformador de torque frequentemente utilizado em caixas de engrenagem automáticas. O mecanismo de embreagem convencional e as ditas desvantagens associadas às mesmas podem ser evitadas dotando o veículo de um sistema de propulsão em que o eixo de saída do motor de combustão, o rotor da máquina elétrica e o eixo de entrada da caixa de engrenagem sejam interconectados por uma engrenagem planetária. Um veículo que tem um sistema de propulsão desse tipo é conhecido através do documento n° EP 1 319 546.

[0005] Há, obviamente, um esforço constante para aprimorar a maneira de acionar um veículo que tem tal sistema de propulsão em relação à eficiência energética e a regenerar o máximo possível a energia de frenagem ao frear o veículo. A razão para acionar tal veículo com o meio de travamento na posição de travamento também é exatamente porque isso é do ponto de vista energético mais vantajoso para os torques positivos no trem de acionamento formado pelo sistema de propulsão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] O objeto da presente invenção é fornecer um método do tipo definido na introdução que considera o esforço mencionado acima. Esse objeto é, de acordo com a invenção, obtido ao se fornecer um método de acordo com a reinvindicação 1 anexa.

[0007] Em algumas situações, é desejado e, em outras, completamente necessário transferir a engrenagem planetária para a posição livre, isto é, o meio de travamento é transferido para a posição de liberação. Um exemplo disso é quando se freia com a intenção de parar de modo a frear com a máquina elétrica quando o eixo de entrada da caixa de engrenagem gira mais devagar que o primeiro componente para a velocidade de rotação em marcha lenta do motor de combustão. Durante algumas mudanças de engrenagens, é desejado que se coloque a engrenagem planetária na posição de liberação por motivos de performance. Adicionalmente, economiza-se combustível, ao se acionar o veículo com a engrenagem planetária liberada, para torques baixos no trem de acionamento. Através do controle da máquina elétrica e do motor de combustão de acordo com a invenção, com a intenção de alcançar equilíbrio de torque na engrenagem planetária, a engrenagem planetária pode ser transferida do estado de travamento para o estado de liberação ao mesmo tempo que o torque é transferido através, isto é, sem interrupção de torque. Isso é vantajoso do ponto de vista de conforto de condução, mas também do ponto de vista de eficiência energética.

[0008] De acordo com uma modalidade da invenção, o método é realizado para um veículo que tem um sistema de propulsão com a engrenagem central como o dito primeiro componente e a engrenagem anular como o dito terceiro componente e tal sistema de propulsão é descrito no documento n° SE 1051384-4 ainda não publicado e tem várias vantagens a respeito de um sistema de propulsão de acordo com o documento n° EP 1 319 546 mencionado acima, que tem a engrenagem anular como o primeiro componente e a engrenagem central como o terceiro componente. Uma construção compacta que é fácil de montar em espaços que já existem para os trens de acionamento (sistemas de propulsão) que tem mecanismos de embreagem ao invés de engrenagens planetárias é obtida através da conexão da máquina elétrica com a engrenagem anular e do eixo de saída do motor de combustão com a engrenagem central. Desse modo, uma caixa de engrenagem hibridizada pode ser tornada compatível por tamanho e peso a uma caixa de engrenagem padrão e interfaces padrão podem ser mantidas. Isso significa que a elevação de peso associada normalmente com a hibridização pode ser consideravelmente reduzida. Outra vantagem é que uma conexão da máquina elétrica com a engrenagem anular significa um possível torque de frenagem mais alto nisso em comparação a como seria se estivesse conectada à engrenagem central.

[0009] De acordo com outra modalidade da invenção, a engrenagem central e o suporte de roda planetária são interconectados através do dito meio de travamento e são liberados de modo a serem deixados girar com diferentes velocidades rotacionais. Nessa posição, é fácil obter um meio de travamento que pode ser controlado de forma segura através de meios simples. Menos torque é transferido através das rodas da engrenagem planetária. Apenas o torque da máquina elétrica é transferido através dessas rodas de engrenagem.

[0010] A invenção também se refere a um programa de computador que tem os recursos listados na reivindicação 4, um produto de programa de computador que tem os recursos listados na reivindicação 5, uma unidade de controle eletrônico que tem os recursos listados na reinvindicação 6, e um veículo de acordo com a reivindicação 7.

[0011] Outros recursos vantajosos e vantagens da invenção aparecem a partir da descrição que segue abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] Com referência aos desenhos anexos, segue abaixo uma descrição específica de uma modalidade da invenção citada como exemplo.

[0013] Nos desenhos:

[0014] A Figura 1 é uma vista simplificada de um trem de acionamento de um veículo para o qual um método, de acordo com a invenção, pode ser realizado,

[0015] A Figura 2 é ainda uma vista simplificada, porém mais detalhada de parte de um dito sistema de propulsão,

[0016] A Figura 3 é um esboço inicial de uma unidade de controle eletrônico para implantar um método de acordo com a invenção e

[0017] A Figura 4 é um fluxograma que ilustra um método de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE DA INVENÇÃO

[0018] A Figura 1 mostra um trem de acionamento para um veículo pesado 1. O trem de acionamento compreende um motor de combustão 2, uma caixa de engrenagem 3, vários eixos de acionamento 4 e rodas de acionamento 5. O trem de acionamento tem, entre o motor de combustão 2 e a caixa de engrenagem 3, uma porção intermediária 6. A Figura 2 mostra em mais detalhes os componentes da porção intermediária 6. O motor de combustão 2 é dotado de um eixo de saída 2a e a caixa de engrenagem 3 é dotada de um eixo de entrada 3a na porção intermediária 6. O eixo de saída 2a do motor de combustão é disposto de modo coaxial em relação ao eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem. O eixo de saída 2a do motor de combustão e o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem são dispostos de modo a girar ao redor de um eixo geométrico 7 em comum. A porção intermediária 6 compreende um alojamento 8 que engloba uma máquina elétrica 9 e uma engrenagem planetária. A máquina elétrica 9 compreende, como é comum, um estator 9a e um rotor 9b. O estator 9a compreende um núcleo de estator preso de uma maneira adequada no lado interno do alojamento 8. O núcleo de estator compreende enrolamentos de estator. A máquina elétrica 9 é adaptada para, em certas situações de operação, utilizar energia elétrica armazenada para fornecer potência de acionamento para o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem e, em outras situações de operação, utilizar energia cinética do eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem para gerar e armazenar energia elétrica.

[0019] A engrenagem planetária é disposta substancialmente de modo radial e internamente em relação ao estator 9a e ao rotor 9b da máquina elétrica. A engrenagem planetária compreende, como é comum, uma engrenagem central 10, uma engrenagem anular 11 e um suporte de roda planetária 12. O suporte de roda planetária 12 carrega várias rodas de engrenagem 13 que são dispostas de modo giratório em um espaço radial entre os dentes da engrenagem central 10 e a engrenagem anular 11. A engrenagem central 10 é presa a uma superfície circunferencial do eixo de saída 2a do motor de combustão. A engrenagem central 10 e o eixo de saída 2a do motor de combustão giram como uma unidade com uma primeira velocidade de rotação n1. O suporte de roda planetária 12 compreende uma porção de fixação 12a que é fixada a uma superfície circunferencial do eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem através de uma conexão ranhurada 14. O suporte de roda planetária 12 e o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem podem, através dessa conexão, girar como uma unidade com uma segunda velocidade de rotação n2. A engrenagem anular 11 compreende uma superfície circunferencial externa sobre a qual o rotor 9b é preso. O rotor 9b e a engrenagem anular 11 formam uma unidade girável que gira com uma terceira velocidade de rotação n3.

[0020] O sistema de propulsão compreende um meio de travamento pelo fato de que o eixo de saída 2a do motor de combustão é dotado de um membro de acoplamento deslocável 15. O membro de acoplamento 15 é preso ao eixo de saída 2a do motor de combustão através de uma conexão ranhurada 16. O membro de acoplamento 15 é, nesse caso, preso contra a rotação ao eixo de saída 2a do motor de combustão e deslocável na direção axial do eixo de saída 2a do motor de combustão. O membro de acoplamento 15 compreende uma porção de acoplamento 15a que pode se conectar a uma porção de acoplamento 12b do suporte de roda planetária 12. Um membro deslocável 17 mostrado de forma esquemática é adaptado para deslocar o membro de acoplamento 15 entre uma primeira posição na qual as porções de acoplamento 15a, 15b não estão mutuamente engatadas em correspondência a uma posição de liberação do meio de travamento e uma segunda posição na qual as porções de acoplamento 15a, 12b são mutuamente engatadas em correspondência a uma posição de travamento posição de travamento do meio de travamento. O eixo de saída 2a do motor de combustão e o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem nessa posição de travamento serão intertravados e dessa maneira, os mesmos e o rotor da máquina elétrica girarão com a mesma velocidade de rotação. Esse estado pode ser chamado de engrenagem planetária travada. O mecanismo de travamento também pode compreender uma bucha dotada de primeiras caneladuras que na posição de liberação, engatam segundas caneladuras em um primeiro componente da engrenagem planetária e na posição de travamento, engatam terceiras caneladuras em um segundo componente da engrenagem planetária. O primeiro componente é, nesse caso, preferencialmente, o suporte de roda planetária, e o segundo componente é a engrenagem central. O mecanismo de travamento pode, então, ser projetado como uma bucha com um formato anular que encerra o suporte de roda planetária de modo substancialmente concêntrico.

[0021] Uma unidade de controle elétrico 18 é projetada para controlar o membro deslocável 17. A unidade de controle 18 também é configurada para decidir em quais ocasiões a máquina elétrica deve operar como motor, e em quais ocasiões a máquina elétrica deve operar como um gerador. Para decidir isso, a unidade de controle 18 pode receber informações atualizadas sobre os parâmetros de operação adequados. A unidade de controle 18 pode ser um computador com software para essa tarefa. A unidade de controle 18 controla um equipamento para regular 19 mostrado de forma esquemática, que regula o fluxo de energia elétrica entre uma bateria híbrida 20 e os enrolamentos de estator 9a da máquina elétrica. Em ocasiões nas quais a máquina elétrica 9 opera como motor, a energia elétrica armazenada é fornecida da bateria híbrida 20 para o estator 9a. Em ocasiões nas quais a máquina elétrica opera como um gerador, energia elétrica é fornecida do estator 9a para a bateria híbrida 20. A bateria híbrida 20 distribui e armazena energia elétrica, sendo que a voltagem é entre 200 a 800 volts. Como a porção intermediária 6 entre o motor de combustão 2 e a caixa de engrenagem 3 em um veículo é restrito, é obrigatório que a máquina elétrica 9 e a engrenagem planetária constituam uma unidade compacta. Os componentes 10, 11, 12 da engrenagem planetária são dispostos neste documento substancialmente de modo radial interno ao estator 9a da máquina elétrica. O rotor 9b da máquina elétrica, a engrenagem anular 11 da engrenagem planetária, o eixo de saída 2a do motor de combustão e o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem são dispostos neste documento de modo a girar ao redor de um eixo geométrico 5 em comum. A máquina elétrica 9 e a engrenagem planetária ocupam através de tal projeto, um espaço comparativamente pequeno. O veículo 1 é dotado de uma função de controle de motor 21 através da qual a velocidade de rotação n1 do motor de combustão 2 pode ser regulada. A unidade de controle 18 tem, assim, a possibilidade de ativar a função de controle de motor 21 e criar um estado de torque zero na caixa de engrenagem quando engrenagens na caixa de engrenagem 3 forem engatadas e desengatadas. O sistema de propulsão, certamente, em vez de ser controlado por apenas uma unidade de controle única 18, pode ser controlado por várias unidades de controle diferentes.

[0022] Quando o método é iniciado, o veículo é acionado com o meio de travamento na posição de travamento. Isso significa que todos os três componentes da engrenagem planetária giram com a mesma velocidade de rotação. É detectada, então, uma necessidade de transferir o meio de travamento para a posição de liberação.

[0023] O método é, então, iniciado através da decisão de que o meio de travamento deve ser transferido para a posição de liberação, mediante o qual a unidade de controle 18 controla a máquina elétrica 9 para aplicar um primeiro torque através da engrenagem anular 11 para o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem que corresponde, por um lado, ao produto do torque do sistema de propulsão exigido e, pelo outro, ao produto da relação de transmissão da engrenagem planetária e a unidade de controle 21 controla do mesmo modo o motor de combustão 2 para aplicar um segundo torque para o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem que corresponde por um lado, ao produto do torque do sistema de propulsão solicitado e pelo outro, (1-ao produto da relação de transmissão da engrenagem planetária). A relação de transmissão da engrenagem planetária é o número de dentes da engrenagem anular/(o número de dentes da engrenagem central + o número de dentes da engrenagem anular), quando a engrenagem central está conectada ao eixo de saída do motor de combustão e a engrenagem anular com o rotor da máquina elétrica. Consequentemente, a máquina elétrica e o motor de combustão são controlados em relação ao torque com a intenção de alcançar equilíbrio de torque na engrenagem planetária. O meio de travamento é transferido para a posição de liberação através do deslocamento do membro de acoplamento 15 quando o equilíbrio de torque foi alcançado. Dessa maneira, a engrenagem planetária, através do método de acordo com a presente invenção, poderia ser transferida da posição de travamento para a posição de liberação ao mesmo tempo em que o torque foi transferido através das mesmas.

[0024] Foram mencionadas acima várias razões diferentes em relação a um desejo de fazer isso enquanto um dito veículo é acionado, e uma razão adicional pode ser que a posição de liberação pode ser utilizada para pular etapas de mudança de engrenagem durante a aceleração do veículo. O método, de acordo com a invenção, pode, em tal caso, ser realizado no momento da mudança para uma engrenagem superior, mediante o que o mesmo é acelerado adicionalmente por meio da faixa maior de velocidades de rotação da máquina elétrica, mediante o que a sincronização das velocidades de rotação do eixo de entrada da caixa de engrenagem com a velocidade de rotação do eixo de uma engrenagem superior na caixa de engrenagem ocorre antes de a engrenagem ser finalmente engatada.

[0025] Um código de programa de computador para implantar um método de acordo com a invenção é incluído adequadamente em um programa de computador que é legível em uma memória interna de um computador, tal como a memória interna da uma unidade de controle eletrônico de um veículo motorizado. Tal programa de computador é adequadamente fornecido através de um produto de programa de computador que compreende um meio de armazenamento de dados legível por uma unidade de controle eletrônico, cujo meio de armazenamento de dados tem o programa de computador armazenado no mesmo. O dito meio de armazenamento de dados é, por exemplo, um meio de armazenamento de dados óptico no formato de um disco de CD-ROM, um disco de DVD etc, um meio de armazenamento de dados magnético no formato de um disco rígido, um disquete, uma fita etc, ou uma memória flash ou uma memória do tipo ROM, PROM, EPROM ou EEPROM.

[0026] A Figura 3 ilustra muito esquematicamente uma unidade de controle eletrônico 40 que compreende um meio de execução 41, tal como uma unidade de processamento central (CPU), para executar um programa de computador. O meio de execução 41 se comunica com uma memória 42, por exemplo, do tipo RAM através de um barramento de dados 43. A unidade de controle 40 compreende, também, um meio de armazenamento de dados 44, por exemplo, no formato de uma memória flash ou de uma memória do tipo ROM, PROM, EPROM ou EEPROM. O meio de execução 41 se comunica com o meio de armazenamento de dados 44 através de um barramento de dados 43. Um programa de computador que compreende um código de programa de computador para implementar um método de acordo com a invenção, por exemplo, de acordo com a modalidade ilustrada na Figura 4, é armazenado no meio de armazenamento de dados 44.

[0027] A invenção não está, obviamente, restrita de qualquer maneira às modalidades descritas acima, mas muitas possibilidades para modificações das mesmas seriam aparentes para uma pessoa versada na técnica sem que se afaste do escopo da invenção conforme definido nas reinvindicações anexas.

[0028] O meio de travamento pode ser projetado para intertravar quaisquer dois dos ditos três componentes.

[0029] Uma transmissão poderia ser disposta entre o rotor e a engrenagem anular e também entre o eixo de saída do motor de combustão e a engrenagem central, tal como a montante do eixo mostrado nas figuras para ser conectado na engrenagem central. A transmissão mencionada por último também poderia ser formada por uma engrenagem variável.

[0030] Também é possível que o método seja realizado em um veículo que tenha a engrenagem anular como o primeiro componente, e a engrenagem central como o terceiro componente, embora o oposto provavelmente seja comumente preferencial por conta das vantagens do mesmo mencionadas acima.

Claims

1. Método de acionamento de um veículo que tem um sistema de propulsão que compreende um motor de combustão (2) com um eixo de saída (2a), uma caixa de engrenagem (3) com um eixo de entrada (3a), uma máquina elétrica (9) que compreende um estator (9a) e um rotor (9b), uma engrenagem planetária que compreende três componentes sob a forma de uma engrenagem central (10), uma engrenagem anular (11) e um suporte de roda planetária (12), sendo que o eixo de saída (2a) do motor de combustão é conectado a um primeiro dentre os ditos componentes da engrenagem planetária para que uma rotação desse eixo resulte em uma rotação desse componente, sendo que o eixo de entrada (3a) da caixa de engrenagem é conectado a um segundo dos ditos componentes da engrenagem planetária para que uma rotação desse eixo resulte em uma rotação desse componente, e sendo que o rotor (9b) da máquina elétrica é conectado a um terceiro dentre os ditos componentes da engrenagem planetária para que uma rotação do rotor resulte em uma rotação desse componente, sendo que o dito sistema de propulsão compreende adicionalmente um meio de travamento transferível entre uma posição de travamento em que dois dos ditos componente são intertravados para que os três componentes (10 a 12) girem com a mesma velocidade rotacional, e uma posição de liberação em que os componentes sejam permitidos girar com velocidades rotacionais diferentes, sendo que o dito método é iniciado quando o veículo é acionado com o meio de travamento na posição de travamento, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas a seguir: a) decidir que o meio de travamento será transferido para a posição de liberação, b) controlar a máquina elétrica (9) para aplicar um primeiro torque que corresponde, por um lado, ao produto do torque do sistema de propulsão solicitado e, pelo outro, à relação de transmissão da engrenagem planetária e, ao mesmo tempo, controlar o motor de combustão (2) para aplicar um segundo torque que corresponde, por um lado, ao produto do sistema de propulsão solicitado e, pelo outro a relação de transmissão da engrenagem planetária, e c) transferir o meio de travamento para a posição de liberação quando ambos os ditos primeiro e segundo torques tiverem sido obtidos e, desse modo, exista equilíbrio de torque na engrenagem planetária.

2. Método, de acordo com a reinvindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um veículo que tem um dito sistema de propulsão com a engrenagem central (10) como o dito primeiro componente, e a engrenagem anular (11) como o dito terceiro componente para o qual o método é realizado.

3. Método, de acordo com a reinvindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a engrenagem central (10) e o suporte de roda planetária (12) são intertravados pelo dito meio de travamento e eles são liberados na etapa c) de modo a poderem girar a diferentes velocidades rotacionais.

4. Meio de armazenamento de dados legível por um computador caracterizado pelo fato de que compreende instruções para implementar o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3.

5. Unidade de controle eletrônico de um veículo motorizado caracterizada pelo fato de que compreende um meio de execução, uma memória (42) conectada ao meio de execução (41) e um meio de armazenamento de dados (44) conectado ao meio de execução, em que as instruções são armazenadas no dito meio de armazenamento de dados (44) para executar o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3.

6. Veículo caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de controle eletrônico definido na reivindicação 5.