BR112015032427B1 - Transmissão híbrida para veículo automotivo munido com um motor térmico e com uma máquina elétrica de acionamento - Google Patents

Transmissão híbrida para veículo automotivo munido com um motor térmico e com uma máquina elétrica de acionamento Download PDF

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BR112015032427B1
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Nair Karima
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Renault S.A.S
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Abstract

TRANSMISSÃO HÍBRIDA PARA VEÍCULO AUTOMOTIVO MUNIDO COM UM MOTOR TÉRMICO E COM UMA MÁQUINA ELÉTRICA DE ACIONAMENTO A invenção refere-se a uma transmissão híbrida para veículo automotivo munido com um motor térmico (1) e uma máquina elétrica de acionamento (7), comportando: - duas árvores primárias concêntricas (1, 6), um primeiro meio de acoplamento (5) entre as duas árvores primárias (1, 6) podendo ocupar, pelo menos, três posições nas quais o motor térmico (1) é desacoplado da cadeia cinemática ligando a máquina elétrica de acionamento (7) às rodas, o motor térmico (1) aciona as rodas com ou sem o suplemento da máquina elétrica de acionamento (7), e o motor térmico (1) e a máquina elétrica de acionamento (7) são acoplados de modo a adicionar seus torques em direção às rodas, e - uma árvore secundária (10) ligada às rodas do veículo, suportando um segundo meio de acoplamento (13) capaz de conectar um ou o outro de dois pinhões secundários (11, 12) sobre esta árvore. Esta transmissão é caracterizada em que ela comporta uma árvore suplementar (17) conectada a uma máquina elétrica adicional (18), capaz de fornecer um torque motor ou um torque resistente à transmissão.

Description

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio das transmissões híbridas.
[0002] Ela refere-se a uma transmissão híbrida para veículo automotivo munido com um motor térmico e uma máquina elétrica de acionamento.
[0003] Mais precisamente, esta invenção tem por objeto uma transmissão híbrida comportando: - duas árvores primárias concêntricas, um primeiro meio de acoplamento entre as duas árvores primárias podendo ocupar, pelo menos, três posições nas quais, quer o motor térmico é desacoplado da cadeia cinemática ligando a máquina elétrica de acionamento às rodas, quer o motor térmico aciona as rodas com ou sem o suplemento da máquina elétrica de acionamento, quer o motor térmico e a máquina elétrica de acionamento são acoplados de modo a adicionar seus torques em direção às rodas, e - uma árvore secundária ligada às rodas do veículo, suportando um segundo meio de acoplamento capaz de ligar um ou o outro de dois pinhões secundários sobre esta árvore.
[0004] Pela publicação WO 2012/131259, conhece-se uma transmissão híbrida do tipo indicado acima, permitindo dispor de, pelo menos, duas relações distintas em modo elétrico e híbrido, e uma relação superior dedicada à rodagem rápida em modo térmico. A autonomia de rodagem de um veículo híbrido equipado com tal transmissão depende dos desempenhos esperados do veículo e dimensionamento de seus componentes, incluindo a máquina elétrica.
[0005] O dimensionamento das máquinas elétricas ou das baterias de um veículo híbrido impacta diretamente a massa global do veículo. Ele é ditado por tensões de implantação e de custo, notadamente quando a máquina elétrica deve funcionar em gerador para permitir recarregar a bateria de tração em parada.
[0006] A presente invenção visa aumentar a autonomia de um veículo híbrido, cuja transmissão comporta duas árvores primárias concêntricas ligadas a um motor térmico e a uma máquina elétrica de acionamento, suportando, cada um, pelo menos um pinhão de descida sobre uma árvore secundária ligada às rodas do veículo.
[0007] Com este objetivo, a transmissão comporta uma árvore suplementar ligada a uma máquina elétrica adicional, capaz de fornecer um torque motor ou um torque resistente à transmissão.
[0008] Preferivelmente, a árvore suplementar suporta dois pinhões de descida sobre as árvores primárias e um terceiro meio de acoplamento permitindo ligar em rotação um ou o outro destes pinhões de descida com a árvore suplementar.
[0009] A presente invenção será melhor compreendida com a leitura da descrição seguinte de um modo de realização não limitativo da mesma, com referência aos desenhos em anexo, em que uma transmissão híbrida é representada: - em ponto morto na figura 1, - em modo híbrido com “boost’ sobre sua relação longa na figura 2, - em modo elétrico com “boost’ sobre sua relação intermediária na figura 3, - em modo elétrico sobre a relação curta, com recarga simultânea da bateria na figura 4, - em situação de partida do motor térmico sobre a relação longa, na figura 5, - em transição da relação curta, em que a relação intermediária em modo elétrico nas figuras 6A a 6E, e - a figura 7 mostra a variação do torque transmitido às rodas, durante uma mudança de relação.
[0010] A transmissão ilustrada pelas figuras comporta uma árvore primária maciça 1, conectada diretamente por intermédio de um sistema de filtração (cubo amortecedor, “damper1', duplo volante ou similar) ao volante de inércia de um motor térmico 2. A árvore maciça 1 suporta um pinhão louco 3, podendo ser conectada com este por um primeiro sistema de acoplamento 5 (dente, sincronizador, ou outro tipo de acoplador progressivo ou não). Uma árvore primária oca 6 é ligada ao rotor de uma primeira máquina elétrica, ou máquina elétrica de acionamento 7. A árvore oca 6 pode ser iigada à árvore primária maciça 1 por intermédio do sistema de acoplamento 5. Uma árvore secundária 10 suporta dois pinhões loucos 11 e 12. Um segundo sistema de acoplamento 13 (dente, sincronizador, ou outro tipo de acoplador progressivo ou não), permite ligar os pinhões loucos 11, 12 á árvore primária oca 6. A árvore secundária 10 suporta igualmente um pinhão fixo 14 e um pinhão de descida 15 em direção a um diferencial (não representado) ligado às rodas do veículo. Por último, a árvore primária 1 suporta dentes fixos 16 ligados a uma árvore suplementar 17.
[0011] As duas árvores primárias 1, 6 são concêntricas. O primeiro meio de acoplamento 5 pode ocupar, pelo menos, três posições, em que: - o motor térmico é desacoplado da cadeia cinemática ligando a máquina elétrica 7 às rodas (posição 1), - o motor térmico aciona as rodas com ou sem o suplemento da máquina elétrica (posição 2), e - o motor térmico e a máquina elétrica 7 são acoplados de modo a adicionar em direção das rodas seus torques respectivos (posição 3).
[0012] A árvore secundária 10, ligada às rodas do veículo, suporta um segundo meio de acoplamento 13 que pode ocupar três posições, nas quais, um dos dois pinhões secundários 11, 12, ou nenhum entre os mesmos, é ligado à árvore secundária 10. Sem considerar este último, as três posições do primeiro meio de acoplamento 5, e a intervenção combinada do segundo meio de acoplamento 13, asseguram à transmissão três relações: uma relação curta e uma relação intermediária em modo elétrico, três relações em modo híbrido, e uma relação longa em modo térmico.
[0013] A árvore suplementar 17 é ligada mecanicamente a uma segunda máquina elétrica, ou máquina adicional 18, capaz de fornecer um torque motor ou um torque resistente à transmissão. Ela suporta duas pinhões loucos 19, 21, de descida, engrenando respectivamente com um dente fixo 16 da árvore primária 1 e seu pinhão louco 3. O primeiro pinhão de descida 21 aciona um pinhão secundário 14 por intermédio do pinhão louco 3 da árvore primária maciça 1. Ela assegura a transmissão do torque da máquina adicional 18, em direção da árvore secundária 10. Um segundo pinhão de descida 19 assegura a transmissão do torque entre a máquina adicional 18 e a árvore primária maciça 1. A árvore suplementar 17 suporta um terceiro meio de acoplamento 22 permitindo ligar em rotação um ou o outro dos pinhões de descida 19, 21, com a árvore suplementar. Ela pode ocupar três posições, das quais uma posição neutra, e duas posições de engate, nas quais um dos dois pinhões loucos 19, 21 é ligado à árvore suplementar 17, ou nenhum deles. No neutro (confere figura 1), a máquina elétrica 18 é desconectada da transmissão. Na posição de direita do terceiro acoplador 22 sobre os esquemas (confere figuras 2, e 3), ela fornece um torque que se aplica diretamente á árvore secundária 10, ligada à roda. Em sua posição de esquerda do acoplador 22 (confere figuras 4 e 5), ela fornece um torque adicional ao motor térmico e pode, assim, servir a dar a partida mais rapidamente.
[0014] Na figura 2, a transmissão está em modo híbrido: o primeiro acoplador 5 está em posição (2), onde o motor térmico 2 é acoplado às rodas. O segundo acoplador 13 liga o pinhão 12 à árvore 10. O terceiro acoplador 22 liga o pinhão 21 à árvore suplementar 22. A segunda máquina 18 fornece um torque adicional. A transmissão está em modo híbrido sobre a relação longa, dita “autoestrada”, com adição dos torques do motor térmico 2 e das duas máquinas elétricas 7, 18. A segunda máquina elétrica 18 permite então se beneficiar de um extra de energia, ou “boost” sobre esta relação, ou otimizar a utilização da energia elétrica, por uma distribuição ótima do torque entre as duas máquinas elétricas.
[0015] Na figura 3, a transmissão é em modo elétrico. O primeiro acoplador 5 está no neutro (posição 0). O segundo acoplador 13 liga o pinhão 12 à árvore 10. O terceiro acoplador 22 liga o pinhão 21 à árvore suplementar 17. A transmissão está em modo elétrico sobre a relação intermediária, ou “estrada”, com “boost’ elétrico. A relação curta elétrica, ou as relações curta e intermediária híbridas podem também se beneficiar do “boost' da máquina adicional 18. O torque da máquina elétrica adicional 18 pode assim acrescentar-se ao da máquina de acionamento 7 sobre todas as relações dos modos híbridos ou elétricos da transmissão.
[0016] A figura 4 mostra outra utilização da segunda máquina 18, para recarregar a bateria 23, em um modo de recarga. O primeiro acoplador 5 está no neutro (posição 0). O segundo acoplador 13 liga o pinhão 11 à árvore secundária. O terceiro acoplador está em posição à esquerda no esquema, onde ele liga a árvore primária maciça 1 à árvore suplementar 17 pelos pinhões 16 e 19. A segunda máquina elétrica 18 permite transformar o modo recarrega em modo híbrido série, permitindo uma rodagem com uma autonomia aumentada no caso de uma bateria de tração vazia. O motor térmico 2 é conectado à máquina adicional 18. A bateria 23 é recarregada por esta máquina, funcionando em gerador. Uma das vantagens da arquitetura proposta aparece assim na possibilidade de utilizar a primeira máquina elétrica 7 para acionar o veículo, enquanto que a máquina adicional 22, acionada pelo motor térmico 2, funciona em gerador. É então possível colocar a transmissão sobre pontos de rendimentos interessantes para o motor térmico (por exemplo, no exemplo 2000 rpm, e fazer girar as rodas em uma velocidade muito baixa, dado que é a máquina elétrica de acionamento 7 que faz girar as rodas.
[0017] A figura 5 apresenta outro modo de funcionamento. A transmissão está aqui em modo térmico apenas, sobre a relação longa (primeiro acoplador 5 em posição 1, e segundo acoplador 13 em neutro). O terceiro acoplador 22 está em posição à esquerda, onde ele liga a árvore suplementar 17 à árvore primária maciça 1 pelos pinhões 19 e 16. O torque da máquina adicional 18 é enviado sobre o motor térmico 2 para dar a partida. O torque da máquina elétrica adicional 18 permite fazer um arranque ultrarrápido do motor térmico, notadamente de rodagem.
[0018] As medidas propostas oferecem outras possibilidades de funcionamento ás transmissões híbridas em questão. Elas permitem notadamente realizar passagens sob torque quando das transições entre as relações em modo elétrico ou híbrido. Assim, ganha-se em velocidade. Este interesse é destacado em um exemplo pelas figuras 6A a 6E, ilustrando o caso de uma passagem entre o modo dito “elétrico cidade” para o modo dito “elétrico estrada”.
[0019] Na figura 6A, apenas o segundo acoplador 13 é fechado, ligando a árvore primária oca 10 ao pinhão secundário de primeira relação 11. A transmissão está sobre a relação curta em modo elétrico. Na figura 6B, a máquina elétrica adicional 22 intervém, graças ao acoplamento da árvore suplementar 17 com a árvore secundária pelo terceiro acoplador 22 em posição de direita. A descida de pinhões 21, 3 e 14 é utilizada. O segundo acoplador 13 pode, então, ser colocado no neutro (figura 6C), depois passado á esquerda para ligar o pinhão secundário de relação intermediária 12 à árvore 10 (figura 6D) beneficiando-se sempre do torque da máquina adicional 18, antes de desconectar a mesma (figura 6E). A perda de torque, ligada à desconexão temporária da máquina elétrica de acionamento 7 durante a transição, é compensada pela máquina adicional 18. A ajuda da máquina adicional 18 pode beneficiar, em condições análogas, a transição inversa (passagem da relação intermediária à relação curta em modo elétrico), ou ás passagens entre os modos híbridos curto e intermédio.
[0020] A figura 7 ilustra a evolução do torque global durante esta transição. Nota-se como o torque CME2 da máquina adicional 18 vem compensar a interrupção temporária do torque CME1 fornecido pela máquina de acionamento 7, durante o período de transição (t1, t2) correspondente permitindo ao segundo acoplador 13.

Claims (8)

1. Transmissão híbrida para veículo automotivo munido com um motor térmico (1) e com uma máquina elétrica de acionamento (7) comportando: - duas árvores primárias concêntricas (1, 6), um primeiro meio de acoplamento (5) entre as duas árvores primárias (1, 6) podendo ocupar, pelo menos, três posições nas quais o motor térmico (1) é desacoplado da cadeia cinemática ligando a máquina elétrica de acionamento (7) às rodas, o motor térmico (1) aciona as rodas com ou sem o suplemento da máquina elétrica de acionamento (7), e o motor térmico (1) e a máquina elétrica de acionamento (7) é acoplada de modo a adicionar aos seus torques em direção das rodas, e - uma árvore secundária (10) ligada às rodas do veículo, suportando um segundo meio de acoplamento (13) capaz de ligar um ou o outro de dois pinhões secundários (11, 12) sobre esta árvore, - uma árvore suplementar (17) ligada a uma máquina elétrica adicional (18), capaz de fornecer um torque motor ou um torque resistente à transmissão, caracterizada pelo fato de que a árvore suplementar (17) suporta dois pinhões de descida (19, 21) sobre as árvores primárias (1, 6), e um terceiro meio de acoplamento (22) permitindo ligar em rotação um ou o outro destes pinhões de descida (19, 21) com a árvore suplementar (17).
2. Transmissão híbrida de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um primeiro pinhão de descida (21) assegura a transmissão do torque da máquina elétrica (18) adicional em direção da árvore secundária (10).
3. Transmissão híbrida de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o primeiro pinhão de descida (21) aciona um pinhão secundário (14) por intermédio de um pinhão (3) girando de modo louco sobre uma árvore primária maciça (1).
4. Transmissão híbrida de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que um segundo pinhão de descida assegura a transmissão do torque entre a máquina elétrica adicional (18) e a árvore primária maciça (1) ligada ao motor térmico (2).
5. Transmissão híbrida de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o torque da máquina elétrica adicional (18) é acrescentado ao da máquina de acionamento (7), sobre todas as relações dos modos híbridos ou elétricos da transmissão.
6. Transmissão híbrida de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a máquina elétrica adicional (18) funciona em gerador para transformar a energia motriz do motor térmico (2) em energia elétrica para recarregar a bateria (23) do veículo.
7. Transmissão híbrida de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o torque da máquina elétrica adicional (22) é utilizado para dar partida ao motor térmico (2), notadamente em rodagem.
8. Transmissão híbrida de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a máquina elétrica adicional (18) é utilizada para compensar a interrupção do torque da máquina elétrica de acionamento (7) quando das transições de relações em modos elétrico e híbrido.
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