BR112014032314B1

BR112014032314B1 - Sistema de acionamento para um veículo, método de acionamento de um veículo e veículo

Info

Publication number: BR112014032314B1
Application number: BR112014032314-3A
Authority: BR
Inventors: Nils-Gunnar Vâgstedt; Niklas Pettersson
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2021-12-07
Also published as: WO2014003669A1; EP2867050B1; EP2867050A4; EP2867050A1; SE1250701A1; BR112014032314A2; SE536518C2

Abstract

sistema de transmissão e método de acionamento de um veículo. trata-se de um sistema de transmissão e um método de acionamento de um veículo (1). o sistema de transmissão compreende um motor de combustão com eixo de saída (2a) que é conectado a um primeiro componente (10) de uma engrenagem planetária, uma caixa de engrenagem com um eixo de entrada (3a) que é conectado a um segundo componente (12) da engrenagem planetária, e uma máquina elétrica (9) que é conectada a um terceiro componente (11) da engrenagem planetária. o sistema de transmissão compreende uma bateria de baixa tensão (21) com uma tensão nominal de no máximo 60 volts, e um comutador elétrico (23) com o qual a bateria de baixa tensão (21) é conectável à máquina elétrica (9) durante pelo menos um processo de partida do veículo (1).

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTERIOR

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de acionamento de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, e a um método de acionamento de um veículo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 11.

[0002] O uso de um mecanismo de embreagem convencional que desconecta o eixo de entrada da caixa de engrenagem do motor de combustão durante os processos de troca de engrenagem na caixa de engrenagem envolve desvantagens. Quando um veículo estacionário dá partida, os discos do mecanismo de embreagem deslizam uns contra os outros. Desse modo, o aquecimento dos discos é fornecido. Esse aquecimento resulta em um consumo de combustível aumentado e um desgaste dos discos de embreagem. Um mecanismo de embreagem convencional também é relativamente pesado e caro. O mesmo também ocupa um espaço relativamente grande no veículo. O uso de um conversor de momento hidráulico também resulta em perdas.

[0003] Os veículos híbridos podem ser acionados por um motor primário que pode ser um motor de combustão e um motor secundário que pode ser uma máquina elétrica. A máquina elétrica é equipada com pelo menos um armazenamento de energia para o armazenamento de energia elétrica e equipamento de controle para o controle do fluxo de energia elétrica entre o armazenamento de energia e a máquina elétrica. A máquina elétrica pode, desse modo, funcionar alternadamente como motor e gerador dependendo do estado de operação do veículo. Quando o veículo é freado, a máquina elétrica gera energia elétrica que é armazenada no armazenamento de energia. A energia elétrica armazenada é usada mais tarde, por exemplo, para o acionamento do veículo e para a operação de diferentes sistemas auxiliares no veículo.

[0004] O pedido de patente SE 105 1384-4, que não se tornou público, mostra um sistema de acionamento híbrido com uma engrenagem planetária que compreende três componentes, ou seja, uma engrenagem solar, um suporte de roda planetária e uma engrenagem anular. Um dos três componentes da engrenagem planetária é conectado a um eixo de saída do motor de combustão, um segundo componente da engrenagem planetária é conectado a um eixo de entrada à caixa de engrenagem e um terceiro componente da engrenagem planetária é conectado a um rotor de uma máquina elétrica. A máquina elétrica é conectada a um armazenamento de energia tal que o mesmo pode, alternadamente, funcionar como motor e gerador. A velocidade de rotação das máquinas elétricas pode ser controlada de uma maneira uniforme. Através do controle da velocidade de rotação da máquina elétrica, o eixo de entrada para a caixa de engrenagem pode receber uma velocidade de rotação desejada. Com um sistema híbrido de acordo com o documento SE 1051384-4 nenhum mecanismo de embreagem precisa ser usado na linha de acionamento do veículo.

[0005] Com um sistema híbrido de acordo com o documento SE 1051384-4 nenhum mecanismo de embreagem precisa ser usado na linha de acionamento do veículo. O sistema de acionamento híbrido, no entanto, depende das funções da bateria híbrida a fim de tornar possível dar partida no veículo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] O objeto da presente invenção é fornecer um sistema de acionamento para um veículo do tipo inicialmente mencionado, em que, essencialmente, sempre é possível dar partida no veículo.

[0007] Esse objeto é alcançado com um sistema de acionamento do tipo inicialmente mencionado, que é caracterizado pelos recursos que são especificados na parte caracterizando da reivindicação 1. Quando o motor de combustão é iniciado, um primeiro dos componentes da engrenagem planetária gira com a velocidade de rotação em marcha lenta do motor de combustão. O segundo dos componentes da engrenagem planetária que é conectada à caixa de engrenagem está em repouso contanto que o veículo seja estacionário. O terceiro dos componentes da engrenagem planetária que é conectada ao rotor da máquina elétrica gira para trás com uma velocidade de rotação negativa. A fim de que um momento de acionamento seja transferido para a caixa de engrenagem, se exige que o rotor da máquina elétrica seja freado. Através da conexão da bateria de baixa tensão à máquina elétrica, um momento de frenagem pode ser criado, sendo que age contra a rotação negativa do rotor. Devido a esse fato, um momento de acionamento pode ser transferido para a caixa de engrenagem tal que o veículo dá partida. Uma potência relativamente pequena é exigida a fim de frear o rotor da máquina elétrica na partida do veículo. Uma bateria de baixa tensão pode, normalmente, fornecer essa potência e realizar essa tarefa. No processo de partida, a máquina elétrica gera energia elétrica que é conduzida para a bateria de baixa tensão. Então, não há risco de que a bateria de baixa tensão seja descarregada em uma partida do veículo.

[0008] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de acionamento compreende um transformador de CC-CC que é adaptado para transformar energia elétrica que é conduzida da máquina elétrica para a bateria de baixa tensão. Uma máquina elétrica em um veículo híbrido é alimentada com uma tensão relativamente alta e normalmente gera a mesma. A fim de tornar possível transferir energia elétrica da máquina elétrica para a bateria de baixa tensão durante o processo de partida, é adequado usar um transformador de CC-CC.

[0009] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o transformador de CC-CC é bidirecional tal que o mesmo também pode conduzir e transformar energia elétrica que é conduzida da bateria de baixa tensão para a máquina elétrica. Durante determinadas condições de operação, a energia elétrica pode ser necessária para ser fornecida da bateria de baixa tensão para a máquina elétrica. A fim de possibilitar a transferência de energia elétrica nessa direção, é adequado o uso de um transformador de CC-CC bidirecional. Alternativamente, dois transformadores de CC-CC separados podem ser usados onde um transformador de CC-CC conduz a energia elétrica em uma das ditas direções e o outro transformador de CC-CC conduz a energia elétrica na direção oposta.

[0010] De acordo com outra modalidade preferencial da invenção, a bateria de baixa tensão é uma bateria de 24 volts existente no veículo que, entre outros, é usada para dar partida no motor de combustão. Os veículos mais pesados são normalmente equipados com uma bateria de partida que tem uma alta capacidade. Com a ajuda de tal bateria é possível frear o rotor da máquina elétrica e dar partida no veículo. As baterias de 24 volts convencionais em veículos são relativamente não dispendiosas. Se a bateria, ao contrário da expectativa, não puder lidar com as tensões às quais a mesma está exposta quando o veículo dá partida, a mesma pode ser facilmente trocada e substituída por uma nova.

[0011] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de acionamento compreende uma unidade de controle que é adaptada para controlar a quantidade de energia elétrica que é conduzida da máquina elétrica para a bateria de baixa tensão com a ajuda do equipamento de controle tal que o veículo obtém um aumento de velocidade desejado durante o processo de partida. Vantajosamente, o veículo pode obter um aumento de velocidade substancialmente constante durante o processo de partida. O processo de partida do veículo pode se referir ao tempo que leva para o veículo acelerar de estacionário até uma velocidade em que uma engrenagem de partida pode ser desengatada e substituída por uma engrenagem maior na caixa de engrenagem. O processo de partida pode, alternativamente, se referir a um período de tempo na ordem de 1 a 3 segundos ou outro comprimento adequado.

[0012] De acordo com uma modalidade da invenção, o sistema de acionamento compreende um armazenamento de energia e a bateria de baixa tensão é conectada à máquina elétrica quando o armazenamento de energia é estimado para ter uma função indesejada. Nesse caso, o veículo é um veículo híbrido que é acionado por um motor primário sob a forma de um motor de combustão e um motor secundário na forma da dita máquina elétrica. Com exceção do armazenamento de energia, o veículo compreende equipamento de controle a fim de controlar o fluxo de energia elétrica entre o armazenamento de energia e a máquina elétrica. A máquina elétrica também tem, desse modo, além da função de possibilitar o controle da velocidade de rotação do eixo de entrada da caixa de engrenagem, a habilidade de funcionar alternadamente como motor e gerador dependendo do estado de operação do veículo. Com a ajuda da bateria de baixa tensão e de um comutador elétrico, é possível substituir pelo menos temporariamente o armazenamento de energia quando o mesmo tem uma função indesejada. O veículo pode, depois da partida com a bateria de baixa tensão, ser dirigido para um local de manutenção ou semelhante onde o armazenamento de energia pode ser consertado ou substituído por um novo. O armazenamento de energia pode compreender uma bateria e/ou um capacitor.

[0013] De acordo com outra modalidade preferencial da invenção, o sistema de acionamento compreende uma unidade de controle que é adaptada para controlar a máquina elétrica com a ajuda da bateria de baixa tensão em ocasiões de operação quando as engrenagens são trocadas no veículo. Se a bateria de baixa tensão tiver uma capacidade suficiente, é possível usar também a bateria de baixa tensão para pelo menos ajudar a criar um estado sem momento na caixa de engrenagem quando uma engrenagem existente for ser desengatada da caixa de engrenagem e uma nova engrenagem for engatada. Esse controle pode ser combinado com uma função de controle de motor que controla a velocidade de rotação do motor de combustão quando as engrenagens são engatadas e desengatadas na caixa de engrenagem. A mesma unidade de controle ou as duas unidades de controle separadas podem ser usadas nos diferentes casos.

[0014] De acordo com outra modalidade preferencial da invenção, o sistema de acionamento compreende uma unidade de controle que é adaptada para receber informações referentes a um parâmetro a fim de determinar se o armazenamento de energia tem uma função indesejada. A unidade de controle pode, por exemplo, receber informações de um instrumento de medição elétrica que mede um parâmetro que está relacionado à energia elétrica que é conduzida entre o armazenamento de energia regular e a máquina elétrica. O instrumento de medição elétrica pode medir um parâmetro que se refere à corrente e/ou à tensão da energia elétrica. Se o armazenamento de energia não liberar ou receber, substancialmente, qualquer quantidade de energia elétrica durante operação, o mesmo provavelmente tem uma função indesejada.

[0015] De acordo com outra modalidade preferencial da invenção, o sistema de acionamento compreende um membro de indicação que indica quando o armazenamento de energia tem uma função indesejada.

[0016] O membro de indicação pode ser uma luz de alerta ou um alarme sonoro que é ativado se o armazenamento de energia não funcionar da maneira exigida. Com a ajuda de tal membro de indicação, o condutor se torna imediatamente informado quando o armazenamento de energia não funciona da maneira desejada. O fato de que o armazenamento híbrido tem uma função indesejada pode se referir ao fato de que o armazenamento de energia não libera energia elétrica de uma maneira desejada ou que o mesmo não gera energia elétrica de uma maneira desejada, sendo que o mesmo não pode manter um nível de carga exigido, etecetera. Uma unidade de controle pode ser adaptada para ajustar, automaticamente, o comutador elétrico em uma posição tal que a bateria de baixa tensão é conectada à máquina elétrica em ocasiões quando o armazenamento de energia é estimado para ter uma função indesejada. Alternativamente, o condutor pode ajustar, manualmente, o comutador elétrico com botão ou semelhante quando o membro de indicação indica que o armazenamento de energia está fora de operação.

[0017] De acordo com outra modalidade preferencial da invenção, o eixo de saída do motor de combustão é conectado à engrenagem solar da engrenagem planetária, o eixo de entrada da caixa de engrenagem é conectado ao suporte de roda planetária da engrenagem planetária e o rotor da máquina elétrica é conectado à engrenagem anular da engrenagem planetária. Com tal projeto, os componentes incluídos podem receber uma construção compacta. A engrenagem solar e o suporte de roda planetária podem ser conectados ao eixo de saída do motor de combustão e o eixo de entrada da caixa de engrenagem, respectivamente, com a ajuda das articulações estriadas ou semelhantes. Desse modo, garante-se que a engrenagem solar gire com a mesma velocidade de rotação que o eixo de saída do motor de combustão e que o suporte de roda planetária gire com a mesma velocidade de rotação que o eixo de entrada da caixa de engrenagem. O rotor da máquina elétrica pode ser disposto de maneira fixa em uma superfície periférica externa da engrenagem anular. A superfície periférica interna da engrenagem anular é normalmente dotada de dentes. A superfície periférica externa da engrenagem anular é normalmente lisa e muito bem adequada para transportar o rotor da máquina elétrica. A engrenagem anular e o rotor da máquina elétrica, desse modo, formam uma unidade giratória. Alternativamente, o rotor da máquina elétrica pode ser conectado à engrenagem anular por meio de uma transmissão. No entanto, é possível conectar o eixo de saída do motor de combustão, o eixo de entrada da caixa de engrenagem e o rotor da máquina elétrica com quaisquer dos outros componentes da engrenagem planetária.

[0018] O objeto inicialmente mencionado é alcançado também através do método de acordo com as reivindicações 11 a 20.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] A seguir, as modalidades preferenciais da invenção serão descritas, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, em que:A Figura 1 mostra uma linha de acionamento de um veículo com um sistema de acionamento de acordo com a presente invenção,A Figura 2 mostra o sistema de acionamento em mais detalhes,A Figura 3 mostra como a velocidade de rotação dos diferentes componentes na engrenagem planetária pode variar em um processo de partida do veículo,A Figura 4 mostra como o momento dos diferentes componentes na engrenagem planetária pode variar em um processo de partida do veículo eA Figura 5 mostra uma modalidade alternativa do sistema de acionamento. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS DA INVENÇÃO

[0020] A Figura 1 mostra uma linha de acionamento para um veículo pesado 1. A linha de acionamento compreende um motor de combustão 2, uma caixa de engrenagem 3, inúmeros eixos de acionamento 4 e rodas motoras 5. Entre o motor de combustão 2 e a caixa de engrenagem 3 a linha de acionamento compreende uma parte intermediária 6. A Figura 2 mostra os componentes na parte intermediária 6 em mais detalhes. 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 parte intermediária 6. O eixo de saída 2a do motor de combustão é coaxialmente disposto 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 maneira giratória ao redor de um eixo geométrico comum de rotação 7. A parte intermediária 6 compreende um alojamento 8 que inclui uma máquina elétrica 9 e uma engrenagem planetária. A máquina elétrica 9 compreende, de maneira costumeira, um estator 9a e um rotor 9b. O estator 9a compreende um núcleo de estator que é fixado de uma maneira adequada no lado de dentro do alojamento 8. O núcleo de estator compreende os enrolamentos do estator. A máquina elétrica 9 é adaptada para, durante determinadas ocasiões de operação, usar a energia elétrica armazenada para o fornecimento de potência de acionamento para o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem e, durante outras ocasiões de operação, usar a energia cinética do eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem para extrair e armazenar a energia elétrica.

[0021] A engrenagem planetária é disposta substancialmente de maneira radial dentro do estator 9a e do rotor 9b da máquina elétrica. A engrenagem planetária compreende, de maneira costumeira, uma engrenagem solar 10, uma engrenagem anular 11 e um suporte de roda planetária 12. O suporte de roda planetária 12 transporta inúmeras rodas dentadas 13 que são dispostas de maneira giratória em um espaço radial entre os dentes da engrenagem solar 10 e a engrenagem anular 11. A engrenagem solar 10 é fixada em uma superfície periférica do eixo de saída 2a do motor de combustão. A engrenagem solar 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 parte de fixação 12a que é fixada em uma superfície periférica do eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem com a ajuda de uma articulação estriada 14. Com a ajuda dessa articulação, o suporte de roda planetária 12 e o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem podem girar como uma unidade com uma segunda velocidade de rotação n2. A engrenagem anular 11 compreende uma superfície periférica externa em que o rotor 9b é encaixado de maneira fixa. O rotor 9b e a engrenagem anular 11 constituem uma unidade giratória que gira com uma terceira velocidade de rotação n3.

[0022] O veículo compreende um mecanismo de travamento que é móvel entre uma primeira posição aberta em que se permite que os três componentes 10 a 12 da engrenagem planetária girem com diferentes velocidades de rotação e uma segunda posição aberta em que a mesma trava juntos dois dos componentes 10, 12 da engrenagem planetária tal que os três componentes 10 a 12 da engrenagem planetária giram com a mesma velocidade de rotação. Nessa modalidade, o mecanismo de travamento compreende um membro de acoplamento deslocável 15. O membro de acoplamento 15 é fixado no eixo de saída 2a do motor de combustão com a ajuda de uma articulação estriada 16. O membro de acoplamento 15, nesse caso, é disposto, preso para impedir que gire, no eixo de saída 2a do motor de combustão e disposto de maneira deslocável em uma direção axial no eixo de saída 2a do motor de combustão. O membro de acoplamento 15 compreende uma parte de acoplamento 15a que é conectável a uma parte de acoplamento 12b do suporte de roda planetária 12. O mecanismo de travamento compreende um membro de deslocamento mostrado de maneira esquemática 17 é adaptado para deslocar o membro de acoplamento 15 entre a primeira posição livre I1 quando as partes de acoplamento 15a, 12b são estão em engate entre si e a segunda posição aberta I2 quando as partes de acoplamento 15a, 12b estão em engate entre si. Na primeira posição aberta, o eixo de saída 2 do motor de combustão e o eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem podem girar com diferentes velocidades de rotação. Quando as partes de acoplamento 15a, 12b estão em engate entre si, o eixo de saída 2 do motor de combustão e o eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem irão girar com a mesma velocidade de rotação.

[0023] Uma unidade de controle elétrica 18 é adaptada para controlar o membro de deslocamento 17. A unidade de controle 18 também é adaptada para decidir em quais ocasiões a máquina elétrica 9 deve funcionar como motor e em quais ocasiões deve funcionar como gerador. A fim de decidir isso, a unidade de controle 18 pode receber informações reais dos parâmetros de operação adequados. A unidade de controle 18 também controla um equipamento de controle mostrado de maneira esquemática 19 que controla o fluxo de energia elétrica entre um armazenamento de energia 20 e o estator 9a da máquina elétrica. A unidade de controle 18 pode ser um computador com um software adequado para essa finalidade. A unidade de controle 18 pode, logicamente, constituir uma ou mais unidades de controle separadas. Em ocasiões onde a máquina elétrica 9 funciona como motor, a energia elétrica armazenada do armazenamento de energia 20 é fornecida para o estator 9a. Em ocasiões quando a máquina elétrica funciona como gerador, a energia elétrica do estator 9a é fornecida para o armazenamento de energia 20. O armazenamento de energia 20 libera e armazena energia elétrica com uma tensão que é na ordem de 200 a 800 Volts. Uma vez que a parte intermediária 6 entre o motor de combustão 2 e a caixa de engrenagem 3 em um veículo é limitada, exige-se que a máquina elétrica 9 e a engrenagem planetária constituam uma unidade compacta. Os componentes 10 a 12 da engrenagem planetária são, no presente, dispostos substancialmente de maneira radial dentro do 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, no presente, dispostos de maneira giratória ao redor de um eixo geométrico comum de rotação 5. Com tal projeto, a máquina elétrica 9 e a engrenagem planetária ocupam um espaço relativamente pequeno.

[0024] O veículo compreende uma bateria de 24 volts 21 para a partida do motor de combustão 2 e para a operação de outro equipamento no veículo 1. Em veículos pesados 1, as baterias de 24 volts 21 com uma capacidade relativamente alta são usadas. A bateria de 24 volts 21 é, por meio de um cabo elétrico e um comutador elétrico 23, conectável ao estator 9a da máquina elétrica. O cabo elétrico compreende um transformador de CC-CC 22 entre a bateria de 24 volts 21 e o comutador elétrico 23. O transformador de CC-CC 22 tem uma capacidade para transformar energia elétrica que é conduzida do estator 9a da máquina elétrica, sendo que o estator libera energia elétrica com o mesmo nível de tensão que o armazenamento de energia 20, para o nível de tensão que é o caso na bateria de 24 volts 21. O transformador de CCCC 22 pode, vantajosamente, ser bidirecional. O mesmo também pode, desse modo, conduzir, se exigido, energia elétrica da bateria de 24 volts 20 para o estator 7 da máquina elétrica. Quando a energia elétrica é conduzida nessa direção, o transformador de CC-CC 22 transforma a energia elétrica com o nível de tensão de 24 volts no nível de tensão mais elevado da bateria híbrida. Nesse caso, dois transformadores de CC-CC separados podem ser usados alternativamente, os quais conduzem energia elétrica em uma direção dentre cada uma das ditas direções.

[0025] Durante a operação da máquina elétrica 9, a unidade de controle 18 recebe informações de um medidor elétrico 24 que detecta um parâmetro que está relacionado à energia elétrica que é transportada para o armazenamento e do armazenamento de energia 20. O medidor elétrico pode medir corrente e tensão. Se a energia elétrica medida estiver abaixo de um valor esperado, o armazenamento de energia 20 provavelmente não funciona da maneira pretendida. Se substancialmente nenhuma energia elétrica for transportada para o armazenamento e do armazenamento de energia 20 durante a operação do veículo, estima-se que não há uma função desejada. Se a unidade de controle 18 estimar que o armazenamento de energia 20 não tem uma função desejada, a mesma ativa um membro de indicação 25 na cabine do condutor. O membro de indicação 25 pode ser uma luz intermitente ou um alarme sonoro ou semelhantes. A tarefa do membro de indicação 25 é tornar o condutor ciente de que o armazenamento de energia 20 está fora de operação. A unidade de controle 18 pode, agora, ligar automaticamente o comutador elétrico 23 e conectar a bateria de 24 volts 20 à máquina elétrica 9 na maneira que é mostrada na Figura 2. Alternativamente, o condutor pode, manualmente, com um botão ou semelhante ativar a conexão entre a bateria de 24 volts 20 e a máquina elétrica. O veículo 1 é equipado com uma função de controle de motor 26 com a qual a velocidade de rotação n1 do motor de combustão pode ser controlada. A unidade de controle 18, desse modo, tem a possibilidade de ativar a função de controle de motor 25 quando as engrenagens são engrenadas e desengrenadas na caixa de engrenagem 3 a fim de criar um estado sem momento na caixa de engrenagem 3.

[0026] A Figura 3 e 4 mostra um exemplo de como a velocidade de rotação n e o momento T podem variar com o tempo t para o eixo de saída 2a do motor de combustão, o rotor 9b da máquina elétrica e o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem em um processo de partida do veículo 1 quando o armazenamento de energia 20 está fora de operação. A velocidade de rotação n1 e o momento T1 do eixo de saída 2a do motor de combustão são mostrados com linhas tracejadas, a velocidade de rotação n2 e o momento T2 do eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem são mostrados com linhas contínuas e a velocidade de rotação n3 e o momento T3 da máquina elétrica 9 são mostrados com linhas pontilhadas. A relação entre a quantidade de dentes z1 da engrenagem solar 9 e a quantidade de dentes z2 da engrenagem anular 10 está nesse exemplo z1/z2 = 0,7.

[0027] Se o armazenamento de energia 20 for estimado para estar fora de operação, a unidade de controle 18 ajusta o comutador elétrico 23 em uma posição tal que a bateria de 24 volts 21 fica conectada à máquina elétrica 9. O motor de combustão 2 começa em t = 0. O motor de combustão 2 inicialmente fica inoperante com a velocidade de rotação m = 500 rpm e o momento T1 = 200 Nm. O eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem está em repoiso e tem, então, inicialmente a velocidade de rotação n2 = 0 rpm. Uma vez que todos os componentes na engrenagem planetária estão conectados entre si com uma razão de transmissão predeterminada, a engrenagem anular 11 obtém uma velocidade de rotação inicial n3 que é determinada pelas duas outras velocidades de rotação n1, n2. Com a razão de transmissão acima z1/z2 = 0,7, a engrenagem anular obtém a velocidade de rotação = - 350 rpm. A engrenagem anular 11 irá, no presente, girar em uma direção oposta em relação à engrenagem solar 10.

[0028] A unidade de controle 18 controla, daqui em diante, o mecanismo de controle 19 tal que a máquina elétrica 9 fornece um momento T3 que, nesse caso, é 300 Nm. Uma vez que a engrenagem anular 11 gira na direção oposta em relação à engrenagem solar 10, a engrenagem anular é freada pelo momento T3. Desse modo, a energia elétrica é gerada a qual é conduzida da máquina elétrica para a bateria de baixa tensão 21 por meio do transformador de CC-CC 22. O eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem, no presente, obtém o momento T2 = 500 Nm que é a soma do momento T1 do motor de combustão e do momento de frenagem T2 da máquina elétrica. O momento T2 mantém o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem funcionando tal que o mesmo começa a girar, isto é, n2 se torna maior que zero. O veículo 1, desse modo, dá partida.

[0029] No tempo A, a velocidade de rotação n1 do motor de combustão é aumentada. Devido a esse fato, garante-se que a engrenagem anular 11 pode girar com uma velocidade de rotação oposta n3 de uma grandeza adequada tal que, daqui em diante, a engrenagem anular 11 também pode e garante que o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem obtenha uma velocidade de rotação crescente n2e o veículo 1 obtenha uma velocidade sucessivamente crescente durante o processo de partida. Os momentos T1, T2, T3 apresentam valores constantes até um tempo B. No tempo B, o processo de partida acabou. No tempo B, o motor de combustão 2 é freado com um freio motor, um turbo controlável ou é retardado de outra maneira tal que a velocidade de rotação é reduzida. A velocidade de rotação do motor de combustão 2 cai ao mesmo tempo em que o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem mantém uma velocidade de rotação constante n2. O veículo 1 é, agora, conduzido com uma velocidade constante. Quando a velocidade de rotação n1 do motor de combustão 2 cai ao mesmo tempo em que a velocidade de rotação n2 da caixa de engrenagem é constante, a velocidade de rotação n3 da máquina elétrica 9 aumenta. A velocidade de rotação do rotor muda de uma velocidade de rotação negativa para uma positiva. No tempo C, todos os componentes na engrenagem planetária giram com a mesma velocidade de rotação. A unidade de controle 18 ativa o membro de deslocamento 17 que desloca o membro de acoplamento 15 tal que as partes de acoplamento 15a, 12b entram em engate entre si. O eixo de saída 2 do motor de combustão e o eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem são, agora, travados um com relação ao outro e irão, desse modo, girar com a mesma velocidade de rotação. Depois disso, os componentes incluídos na engrenagem planetária foram travados, apenas o motor de combustão 2 é responsável por acionar o veículo 1. O momento T3 da máquina elétrica cai, no presente, para 0. A máquina elétrica 9 gira com a mesma velocidade de rotação n3 que o eixo de saída 2 do motor de combustão e o eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem.

[0030] Na jornada continuada, uma engrenagem maior precisa ser engatada na caixa de engrenagem 3. A unidade de controle 18 ativa o membro de deslocamento 17 que desloca o membro de acoplamento 15 para uma posição desengatada. A conexão entre o eixo de saída 2 do motor de combustão e o eixo de entrada 3 da caixa de engrenagem cessa. A unidade de controle 18 calcula a velocidade de rotação n1 com a qual o eixo de entrada 2a do motor de combustão precisa ser acionado a fim de alcançar um estado sem momento na caixa de engrenagem 3. A unidade de controle 18 ativa a função de controle de motor 26 que fornece ao motor de combustão 2 a velocidade de rotação calculada n1, depois do que a engrenagem é desengatada. Depois de essa engrenagem ter sido desengatada, uma nova engrenagem deve ser engatada. A unidade de controle 18 calcula, no presente, a velocidade de rotação com a qual o eixo de saída 2 do motor de combustão precisa ser acionado para que o mesmo gire com a mesma velocidade de rotação que o eixo de entrada 3a da caixa de engrenagem. A unidade de controle 18 ativa a função de controle de motor 26 que fornece ao motor de combustão 2 a velocidade de rotação calculada n1, depois do que a nova engrenagem é engatada. A unidade de controle 18, daqui em diante, ativa a função de controle de motor 26 novamente a fim de controlar a velocidade de rotação n1 tal que todos os componentes na engrenagem planetária obtêm a mesma velocidade de rotação n1, n2, n3. Quando todos os componentes na engrenagem planetária giram com a mesma velocidade de rotação, sendo que a unidade de controle 18 ativa o membro de deslocamento 17 que desloca o membro de acoplamento 15 tal que as partes de acoplamento 15a, 12b entram em engate entre si. Depois do travamento da engrenagem planetária, apenas o motor de combustão 2 é responsável por acionar o veículo.

[0031] Nesse caso, a bateria de 24 volts de partida 21 é usada em vez do armazenamento de energia 20 durante um processo de partida do veículo 1. O veículo 1 pode, desse modo, dar partida e ser conduzido para um local de manutenção ou semelhante onde o armazenamento de energia 20 pode ser trocado ou consertado. Durante um processo de partida, a bateria de 24 volts 21 recebe energia elétrica da máquina elétrica 9. No entanto, não se exclui usar também a bateria de 24 volts 21 e a máquina elétrica 9 para o controle da velocidade de rotação da engrenagem anular 11 a fim de obter o estado mencionado acima na caixa de engrenagem 3 quando se desengatam e se engatam as engrenagens. Nesse caso, a bateria de 24 volts 21 deve ter a capacidade tanto de receber quanto de liberar energia elétrica para a máquina elétrica 9.

[0032] A Figura 5 mostra uma modalidade simplificada do sistema de acionamento. Nesse caso, o veículo não inclui bateria híbrida. Exceto que, os sistemas de acionamento compreendem os mesmos componentes que na modalidade na Figura 2. A engrenagem planetária, a máquina elétrica 9 e a bateria de 24 volts 21, no presente, substituem um mecanismo de embreagem convencional. Nesse caso, o veículo 1 sempre dá partida com a ajuda da bateria de 24 volts 21, depois do que a função de controle de motor 26 é usada quando as engrenagens são trocadas no veículo.

[0033] A invenção não se limita à modalidade descrita nos desenhos, mas pode ser variada livremente no escopo das reivindicações. Por exemplo, uma transmissão com uma razão de engrenagem pode ser disposta entre o rotor 9 e a engrenagem anular 11. O rotor 9 e a engrenagem anular 11, então, não precisam girar com a mesma velocidade de rotação.

Claims

1. Sistema de acionamento para um veículo (1), em que o sistema de acionamento 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), e uma engrenagem planetária que compreende uma engrenagem solar (10), uma engrenagem anular (11) e um suporte de roda planetária (12), em que o eixo de saída (2a) do motor de combustão é conectado a um primeiro dos ditos componentes da engrenagem planetária tal que uma rotação desse eixo (2a) leva a uma rotação desse componente, em que o eixo de entrada (3a) da caixa de engrenagem é conectado a um segundo dos ditos componentes da engrenagem planetária, tal que uma rotação desse eixo leva a uma rotação desse componente e o rotor (9b) da máquina elétrica é conectado a um terceiro dos ditos componentes da engrenagem planetária tal que uma rotação do rotor (9b) leva a uma rotação desse componente, o sistema de acionamento caracterizado pelo fato de que compreende uma bateria de baixa tensão (21) com uma tensão nominal de no máximo 60 volts e um comutador elétrico (23) com o qual a bateria de baixa tensão (21) é conectável à máquina elétrica (9) e um armazenamento de energia híbrida (20), e sendo que a bateria de baixa tensão (21) é conectada à máquina elétrica (9) durante um processo de partida do veículo quando o armazenamento de energia hibrida (20) é estimado ter uma função indesejada.

2. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de acionamento compreende um transformador de CC-CC (22) que é adaptado para transformar energia elétrica que é conduzida da máquina elétrica (9) para a bateria de baixa tensão (21).

3. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o transformador de CC-CC (22) é bidirecional tal que o mesmo também pode conduzir e transformar a energia elétrica que é conduzida da bateria de baixa tensão (21) para a máquina elétrica (9).

4. Sistema de acionamento, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a bateria de baixa tensão (21) é uma bateria de 24 volts existente no veículo (1) que, entre outros, é usada para dar partida no motor de combustão (1).

5. Sistema de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o sistema de acionamento compreende uma unidade de controle (18) que é adaptada para controlar a quantidade de energia elétrica que é conduzida da máquina elétrica (9) para a bateria de baixa tensão (21) com a ajuda do equipamento de controle (19) tal que o veículo (1) obtém um aumento de velocidade desejado durante o processo de partida.

6. Sistema de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de acionamento compreende uma unidade de controle (18) que é adaptada para controlar a máquina elétrica (9) com a ajuda da bateria de baixa tensão (21) nas ocasiões de operação quando as engrenagens são mudadas no veículo (1).

7. Sistema de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o sistema de acionamento compreende uma unidade de controle (18) que é adaptada para receber informações referentes a um parâmetro a fim de estimar se o armazenamento de energia híbrida (20) tem uma função indesejada.

8. Sistema de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o sistema de acionamento compreende um membro de indicação (25) que indica quando o armazenamento de energia híbrida (20) é estimado estar fora de operação.

9. Sistema de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o eixo de saída (2a) do motor de combustão é conectado à engrenagem solar (10) da engrenagem planetária, o eixo de entrada (3a) da caixa de engrenagem é conectado ao suporte de roda planetária (12) da engrenagem planetária e o rotor (9b) da máquina elétrica é conectado à engrenagem anular (11) da engrenagem planetária.

10. Método de acionamento de um veículo (1), em que o veículo (1) 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) e uma engrenagem planetária que compreende uma engrenagem solar (10), uma engrenagem anular (11) e um suporte de roda planetária (12), em que o eixo de saída (2a) do motor de combustão é conectado a um primeiro dos ditos componentes da engrenagem planetária tal que uma rotação desse eixo (2a) leva a uma rotação desse componente, em que o eixo de entrada (3a) da caixa de engrenagem é conectado a um segundo dos ditos componentes da engrenagem planetária tal que uma rotação desse eixo leva a uma rotação desse componente e o rotor (9b) da máquina elétrica é conectado a um terceiro dos ditos componentes da engrenagem planetária tal que uma rotação do rotor leva a uma rotação desse componente, caracterizado pelas etapas de conectar a máquina elétrica (9) a uma bateria de baixa tensão (21) que tem uma tensão nominal de no máximo 60 volts durante um processo de partida do veículo quando um armazenamento de energia híbrida (20) no veículo é estimado ter uma função indesejada.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela etapa de usar um transformador de CC-CC (22) para a transformação de energia elétrica que é conduzida da máquina elétrica (9) para a bateria de baixa tensão (21).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa de usar um transformador de CC-CC (22) que é bidirecional tal que o mesmo também pode conduzir e transformar a energia elétrica que é conduzida da bateria de baixa tensão (21) para a máquina elétrica (9).

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pela etapa de usar uma bateria de baixa tensão na forma de uma bateria de 24 volts existente (21) no veículo (1).

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pela etapa de controlar a quantidade de energia elétrica que é conduzida da máquina elétrica (9) para a bateria de baixa tensão (21) com a ajuda do equipamento de controle (19) tal que o veículo obtém um aumento de velocidade desejado durante o processo de partida.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pela etapa de controlar a máquina elétrica (9) com a ajuda da bateria de baixa tensão (21) em ocasiões de operação quando as engrenagens são mudadas no veículo (1).

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado pelas etapas de receber informações referentes a um parâmetro a fim de determinar se o armazenamento de energia híbrida (19) tem uma função indesejada.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, caracterizado pela etapa de indicar a um motorista do veículo quando o armazenamento de energia híbrida (19) é estimado estar fora de operação.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 17, caracterizado pelas etapas de conectar o eixo de saída (2) do motor de combustão à engrenagem solar (9) da engrenagem planetária, conectar o eixo de entrada (3) da caixa de engrenagem ao suporte de roda planetária (11) da engrenagem planetária e conectar o rotor (8) da máquina elétrica à engrenagem anular (10) da engrenagem planetária.

19. Veículo caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de acionamento, do tipo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.