BR112017005294B1 - Método para controlar um trem de força híbrido e veículo com um trem de força híbrido - Google Patents

Método para controlar um trem de força híbrido e veículo com um trem de força híbrido Download PDF

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BR112017005294B1
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Abstract

MÉTODO PARA CONTROLAR UM TREM DE FORÇA HÍBRIDO, VEÍCULO INCLUINDO TAL TREM DE FORÇA HÍBRIDO, PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA CONTROLAR TAL TREM DE FORÇA HÍBRICO E PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR QUE INCLUI CÓDIGO DE PROGRAMA. A presente invenção se refere a um método para controlar um trem de força híbrido para obter uma operação de mudança de uma posição de baixo alcance para uma posição de alto alcance, em que o trem de força híbrido (3) compreende um motor a combustão interna (4); uma caixa de câmbio (2) com um eixo de entrada (8) e um eixo de saída (20); uma caixa de câmbio de alcances (11) conectada ao eixo de saída (20); uma primeira engrenagem planetária (10), conectada ao eixo de entrada (8); uma segunda engrenagem planetária (12), conectada à primeira engrenagem planetária (10); um primeiro equipamento elétrico (14) conectado à primeira engrenagem planetária (10); um segundo equipamento elétrico (16) conectado à segunda engrenagem planetária (12); ao menos um par de engrenagens (60, 72), conectado à primeira engrenagem planetária (10) e ao eixo de saída (20); e ao menos um par de engrenagens (66, 78), conectado à segunda engrenagem planetária (12) e ao eixo de saída (20), em que o motor a combustão interna (4) é conectado à primeira engrenagem planetária (10) por meio do eixo de entrada (8). O método inclui os passos (...).

Description

PLANO DE FUNDO DA INVENÇÃO E ESTADO DA ARTE ANTERIOR
[0001] A presente invenção se refere a um método para controlar um trem de força híbrido de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, um veículo incluindo tal trem de força híbrido de acordo com o preâmbulo da reivindicação 14, um programa de computador para controlar tal trem de força híbrido de acordo com o preâmbulo da reivindicação 15, e um produto de programa de computador incluindo código de programa de acordo com o preâmbulo da reivindicação 16.
[0002] Veículos híbridos podem ser acionados por um motor primário, que pode ser um motor a combustão interna e um motor secundário, que pode ser um equipamento elétrico. O equipamento elétrico é equipado com ao menos um dispositivo de armazenamento de energia, tal como um dispositivo de armazenamento de energia eletroquímica, para armazenamento de energia elétrica, e equipamento de controle para controlar o fluxo de energia elétrica entre o dispositivo de armazenamento de energia e o equipamento elétrico. O equipamento elétrico pode, assim, operar, alternativamente, como um motor e como um gerador, dependendo do modo operacional do veículo. Quando o veículo está freado, o equipamento elétrico gera energia elétrica, que é armazenada no dispositivo de armazenamento de energia. Isso é usualmente referido como frenagem regenerativa, que implica que o veículo seja desacelerado com o auxílio do equipamento elétrico e do motor a combustão interna. A energia elétrica armazenada é utilizada posteriormente para operação do veículo.
[0003] Uma caixa de engrenagem em um veículo híbrido pode compreender uma engrenagem planetária. A engrenagem planetária usualmente compreende, que são arranjados de forma rotatória em relação um ao outro, a saber: uma engrenagem solar, uma porta-planetária e uma engrenagem anelar interna. Com o conhecimento do número de dentes na engrenagem solar e na engrenagem anelar, as velocidades rotacionais mútuas dos três componentes podem ser determinadas durante a operação. Um dos componentes da engrenagem planetária pode ser conectado a um eixo de saída de um motor a combustão interna. Esse componente da engrenagem planetária gira, portanto, com uma velocidade rotacional correspondente à velocidade rotacional do eixo de saída do motor a combustão interna. Um segundo componente da engrenagem planetária pode ser conectado a um eixo de entrada de um dispositivo de transmissão. Esse componente da engrenagem planetária gira, portanto, com uma velocidade rotacional correspondente à velocidade rotacional do eixo de entrada de um dispositivo de transmissão. Um terceiro componente da engrenagem planetária é conectado a um rotor em um equipamento elétrico para obter operação híbrida. Esse componente da engrenagem planetária gira, portanto, com a mesma velocidade rotacional do rotor do equipamento elétrico, se estiverem diretamente conectados um ao outro. Alternativamente, o equipamento elétrico pode ser conectado ao terceiro componente da engrenagem planetária por meio de uma transmissão que possua uma relação de engrenagem. Nesse caso, o equipamento elétrico e o terceiro componente da engrenagem planetária podem girar com velocidades rotacionais diferentes. A velocidade do motor e/ou o torque do equipamento elétrico pode ser controlado sem passos. Durante modos operacionais em que o eixo de entrada do dispositivo de transmissão deve ser provido com uma velocidade e/ou de motor rotacional desejada, uma unidade de controle que tenha conhecimento sobre a velocidade de motor do motor a combustão interna calcula a velocidade rotacional com a qual o terceiro componente deve ser operado, para que o eixo de entrada do dispositivo de transmissão obtenha a velocidade rotacional desejada. Uma unidade de controle aciona o equipamento elétrico de tal modo que proveja ao terceiro componente a velocidade rotacional calculada, e, portanto, ao eixo de entrada do dispositivo de transmissão a velocidade rotacional desejada.
[0004] Ao conectar o eixo de saída do motor a combustão interna, o rotor do equipamento elétrico e o eixo de entrada do dispositivo de transmissão a uma engrenagem planetária, o mecanismo de embreagem convencional pode ser evitado. Na aceleração do veículo, um torque aumentado deve ser fornecido do motor a combustão interna e do equipamento elétrico ao dispositivo de transmissão, e, ainda, às rodas de tração do veículo. Uma vez que ambos o motor a combustão interna e o equipamento elétrico estão conectados à engrenagem planetária, o maior torque possível fornecido pelo motor a combustão interna e pelo equipamento elétrico será limitado por uma dessas unidades de acionamento, isto é, aquela cujo torque máximo for inferior ao torque máximo da outra unidade, tendo em vista a relação de engrenagens entre elas. No caso em que o torque máximo do equipamento elétrico é inferior que o torque máximo do motor a combustão interna, tendo em vista a relação de engrenagens entre eles, o equipamento elétrico não será capaz de gerar um torque de reação grande o suficiente para a engrenagem planetária, implicando que o motor a combustão interna não possa transferir seu torque máximo ao dispositivo de transmissão e, ulteriormente, às rodas de tração do veículo. Portanto, o maior torque que será transferido ao dispositivo de transmissão é limitado pela força do equipamento elétrico. Isso também é aparente na dita equação planetária.
[0005] Usar uma embreagem convencional, que desconecta o eixo de entrada da caixa de engrenagem do motor a combustão interna durante os processos de mudança na caixa de engrenagem, gera desvantagens, tais como o aquecimento dos discos de embreagem, resultando em desgaste dos discos de embreagem e um consumo de combustível aumentado. Um mecanismo de embreagem convencional também é relativamente pesado e custos. Ele também ocupa um espaço relativamente grande no veículo.
[0006] Em um veículo, o espaço disponível para o arranjo de acionamento é frequentemente limitado. Se o arranjo de acionamento inclui diversos componentes, tais como um motor a combustão interna, um equipamento elétrico, uma caixa de engrenagem, uma engrenagem planetária, a construção deve ser compacta. Se houver componentes adicionais, tais como um dispositivo de frenagem regenerativa, o requisito de que os componentes tenham uma construção compacta se tornam ainda mais rigoroso. Ao mesmo tempo, os componentes do arranjo de acionamento devem ser projetadas com dimensões que sejam capazes de realizar as forças e torque requeridos.
[0007] Para alguns tipos de veículo, especialmente veículos pesados e ônibus, um grande número de passos de marcha é requerido. Portanto, aumenta o número de componentes na caixa de engrenagem, que também deve ser dimensionada para ser capaz de realizar grandes forças e torque que surgem em tais veículos de carga pesada. Isso resulta em um aumento do peso e tamanho da caixa de engrenagem.
[0008] Há também requisitos para alta confiabilidade e alta segurança operacional dos componentes compreendidos no dispositivo de acionamento. No caso em que a caixa de engrenagem inclui embreagens de disco, surge um desgaste que impacta a confiabilidade e vida útil da caixa de engrenagem.
[0009] Na frenagem regenerativa, a energia cinética é convertida em energia elétrica, que é armazenada em um dispositivo de armazenamento de energia, tais como acumuladores. Um fator que impacta na vida útil do dispositivo de armazenamento de energia é o número de ciclos em que o dispositivo de armazenamento de energia provê e extrai energia para e dos equipamentos elétricos. Quanto mais ciclos, menor a vida útil do dispositivo de armazenamento de energia.
[0010] Em algumas condições operacionais, é desejável desligar o motor a combustão interna, com o objetivo de economizar combustível e evitar o resfriamento do sistema de tratamento após exaustão do motor a combustão interna. O veículo é, então, acionado pelo equipamento elétrico. Quando uma adição de torque for requerida no trem de força híbrido, ou quando o dispositivo de armazenamento de energia tiver que ser carregado, o motor a combustão interna deve ser iniciado de forma rápida e eficiente.
[0011] Um grande torque é necessário para operar um veículo pesado. Especialmente durante o processo de partida, e também sob certas condições operacionais, tais como dirigir ladeira acima, um grande torque deve ser fornecido aos eixos de acionamento do veículo. Em um veículo híbrido, ambos o motor a combustão interna e o equipamento elétrico podem gerar um torque para os eixos de acionamento do veículo simultaneamente. No entanto, verificou-se que o torque que é gerado conjuntamente pelo motor a combustão interna e o equipamento elétrico é insuficiente para propulsar o veículo em todas as condições operacionais.
[0012] Veículos pesados convencionais podem ser equipados com uma caixa de engrenagem de alcances, que aumenta consideravelmente o torque do motor a combustão interna para os eixos de acionamento. Tal caixa de engrenagem de alcances duplica o número de possibilidades de conjuntos de engrenagens e usualmente compreende uma engrenagem planetária, que possui uma marcha alta e uma marcha baixa, respectivamente, com a qual as possibilidades de engrenagem da caixa de engrenagem principal podem ser divididas em uma posição de baixo alcance e uma posição de alto alcance. Na posição de baixo alcance, uma redução da velocidade rotacional ocorre por meio da engrenagem planetária e, na posição de alto alcance, a relação de transmissão é de 1:1 ao longo da engrenagem planetária.
[0013] O documento EP-B1-1126987 exibe uma caixa de engrenagem com engrenagens planetárias duplas. A engrenagem solar de cada engrenagem planetária é conectada a um equipamento elétrico, e as engrenagens anelares internas das engrenagens planetárias são conectadas uma à outra. A porta-planetária em cada engrenagem planetária é conectada a uma série de pares de engrenagem, de modo que um número infinito de passos de marcha é obtido. Outro documento, EP-B1- 1280677, também exibe como as engrenagens planetárias podem receber uma ponte com um passo de marcha arranjado no eixo de saída do motor a combustão interna.
[0014] O documento US-A-20050227803 exibe uma transmissão de veículo com dois equipamentos elétricos, conectados às respectivas engrenagens solares em duas engrenagens planetárias. As engrenagens planetárias têm uma porta-planetária comum, que é conectada ao eixo de entrada da transmissão.
[0015] O documento WO2008/046185-A1 exibe uma transmissão híbrida com duas engrenagens planetárias, em que um equipamento elétrico é conectado a uma das engrenagens planetárias e uma embreagem dupla interagem com a segunda engrenagem planetária. Ambas as engrenagens planetárias interagem, também, uma com a outra, por meio de uma transmissão de roda dentada.
RESUMO DA INVENÇÃO
[0016] Apenas de soluções anteriores do estado da arte do campo, há uma necessidade de desenvolver adicionalmente um método para controlar tal trem de força híbrido, para obter mudanças de marcha sem nenhuma interrupção de torque e regeneração de frenagem ótima, bem como para obter um grande torque e um grande número de passos de marcha.
[0017] O objetivo da invenção é prover um método novo e vantajoso para controlar um trem de força híbrido, para obter mudanças de marcha sem nenhuma interrupção de torque e regeneração de frenagem ótima, bem como para obter um grande torque e um grande número de passos de marcha.
[0018] Outro objetivo da invenção é prover um programa de computador novo e vantajoso para controlar um trem de força híbrido.
[0019] Estes objetivos são alcançados com o método especificado no início, que é caracterizado pelas características presentes na porção caracterizadora da reivindicação 1.
[0020] Estes objetivos também são alcançados com o veículo especificado no início, que é caracterizado pelas características presentes na porção caracterizadora da reivindicação 14.
[0021] Estes objetivos também são alcançados com o programa de computador para controlar o trem de força híbrido, que é caracterizado pelas características presentes na porção caracterizadora da reivindicação 15.
[0022] Estes objetivos também são alcançados com o produto de programa de computador para controlar o trem de força híbrido, que é caracterizado pelas características presentes na porção caracterizadora da reivindicação 16.
[0023] Com o método de acordo com a invenção, é facilitada uma forma eficiente e confiável para controlar um trem de força híbrido, para obter uma mudança de uma posição de baixo alcance para uma posição de alto alcance, em que o trem de força híbrido compreende um motor a combustão interna; uma caixa de engrenagem com um eixo de entrada e um eixo de saída; uma caixa de engrenagem de alcances conectada ao eixo de saída; uma primeira engrenagem planetária, conectada ao eixo de entrada; uma segunda engrenagem planetária, conectada à primeira engrenagem planetária; um primeiro equipamento elétrico conectado à primeira engrenagem planetária; um segundo equipamento elétrico conectado à segunda engrenagem planetária; ao menos um par de engrenagens, conectado à primeira engrenagem planetária e ao eixo de saída; e ao menos um par de engrenagens, conectado à segunda engrenagem planetária e ao eixo de saída, em que o motor a combustão interna é conectado à primeira engrenagem planetária por meio do eixo de entrada. Ao engajar uma engrenagem conectando dois componentes giratórios na primeira engrenagem planetária; conectar o segundo ou quarto par de engrenagens; conectar um sexto par de engrenagens, arranjado entre um eixo secundário e a caixa de engrenagem de alcances, ao eixo secundário, de modo que o eixo secundário esteja conectado ao eixo de saída por meio da caixa de engrenagem de alcances; sincronizar a velocidade de rotação entre dois componentes rotatórios na caixa de engrenagem de alcances com o auxílio de um dispositivo de sincronização; conectar os componentes rotatórios a um terceiro dispositivo de engate que pode ser deslocado; e engajar uma engrenagem por meio da conexão dos dois componentes rotatórios à segunda engrenagem planetária, uma operação de mudança sem interrupção de torque e regeneração de frenagem ótima são obtidas por um lado, e um grande torque e um grande número de passos de marcha são obtidos, por outro lado.
[0024] A primeira engrenagem planetária é adequadamente conectada ao eixo de entrada e a um primeiro eixo principal. A segunda engrenagem planetária é adequadamente conectada um segundo eixo principal. O ao menos um par de engrenagens conectado à primeira engrenagem planetária e ao eixo de saída é adequadamente arranjado entre o primeiro eixo principal e o eixo secundário. O ao menos um par de engrenagens conectado à segunda engrenagem planetária e ao eixo de saída é adequadamente arranjado entre o segundo eixo principal e o eixo secundário.
[0025] Os passos de engajar uma engrenagem conectando dois componentes giratórios na primeira engrenagem planetária; conectar o ao menos um par de engrenagens conectado à segunda engrenagem planetária e ao eixo de saída; conectar um sexto par de engrenagens, arranjado entre um eixo secundário e a caixa de engrenagem de alcances, ao eixo secundário, de modo que o eixo secundário esteja conectado ao eixo de saída por meio da caixa de engrenagem de alcances podem ser executados em qualquer ordem ou em paralelo.
[0026] Ao conectar dois componentes rotatórios à primeira engrenagem planetária, o torque gerado pelo motor a combustão interna e/ou pelo primeiro equipamento elétrico é transferido por meio da primeira engrenagem planetária ao primeiro eixo principal e, portanto, ulteriormente ao longo do eixo de saída. Portanto, é obtido um engajamento de engrenagem, de modo que a propulsão possa ocorrer por meio do motor a combustão interna e/ou do primeiro equipamento elétrico.
[0027] Ao conectar dois componentes rotatórios à segunda engrenagem planetária, o torque gerado pelo motor a combustão interna e/ou pelo primeiro equipamento elétrico é transferido por meio da segunda engrenagem planetária ao segundo eixo principal e, portanto, ulteriormente ao longo do eixo de saída. Portanto, é obtido um engajamento de engrenagem, de modo que a propulsão possa ocorrer por meio do motor a combustão interna e/ou do segundo equipamento elétrico.
[0028] Os dispositivos de engate e os mecanismos de travamento preferencialmente incluem uma luva anelar, que é deslocada axialmente entre um estado conectado e desconectado. A luva rodeia, de forma substancialmente concêntrica, os componentes rotatórios da caixa de engrenagem, e é movida entre o estado conectado e desconectado com um elemento de energia. Portanto, é obtida uma construção compacta, com um peso baixo e um custo de produção baixo.
[0029] Para conectar, a roda solar e a porta-roda planetária das respectivas primeira e segunda engrenagens planetárias com o primeiro e o segundo engate de embreagem, respectivamente, , o motor a combustão interna e/ou o primeiro equipamento elétrico e/ou o segundo equipamento elétrico é controlado de tal forma que uma velocidade rotacional sincronizada seja obtida entre a roda solar e o porta- roda planetária. Quando uma velocidade rotacional tiver sido obtida, o dispositivo de engate é deslocado, de modo que a engrenagem solar e a porta-planetária se tornem mecanicamente conectadas uma à outra.
[0030] Para desconectar a engrenagem solar e a porta-planetária das respectivas primeira e segunda engrenagens planetárias, o primeiro e/ou segundo equipamento elétrico é controlado de modo que um equilíbrio de torque seja obtido na engrenagem planetária. Quando o equilíbrio de torque tiver sido obtido, o dispositivo de engate é deslocado, de modo que a engrenagem solar e a porta-planetária não estejam mais mecanicamente conectadas uma à outra.
[0031] O equilíbrio de torque se refere a um estado em que um torque age na engrenagem anelar arranjada na engrenagem planetária, representando o produto do torque que age na porta-planetária da engrenagem planetária com a razão de transmissão da engrenagem planetária, enquanto simultaneamente um torque age na engrenagem solar da engrenagem planetária, representando o produto do torque que age na porta-planetária com (1 - a razão de transmissão da engrenagem planetária). No caso de duas partes componentes da engrenagem planetária, isto é, a engrenagem solar, a engrenagem anelar interna ou a porta-planetária, serem conectadas a um dispositivo de engate, esse dispositivo de engate não transfere qualquer torque entre as partes da engrenagem planetária quando prevalece o equilíbrio de torque. Correspondentemente, o dispositivo de engate pode ser facilmente deslocado e os componentes da engrenagem planetária podem ser desconectadas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0032] Abaixo, há uma descrição, como exemplo, de modalidades preferidas da invenção, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
[0033] A Figura 1 exibe uma vista lateral esquemática de um veículo, com um motor a combustão interna e um trem de força híbrido, de acordo com a presente invenção,
[0034] a Figura 2 exibe uma vista lateral esquemática de um trem de força híbrido, de acordo com a presente invenção,
[0035] a Figura 3 exibe uma vista esquemática simplificada do trem de força híbrido da Figura 2, e
[0036] a Figura 4 exibe um fluxograma de um método para controlar um trem de força híbrido de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO
[0037] A Figura 1 exibe uma vista esquemática lateral de um veículo 1, compreendendo uma caixa de engrenagem 2 e um motor a combustão interna 4, que são compreendidos em um trem de força híbrido 3. O motor a combustão interna 4 é conectado à caixa de engrenagem 2, e a caixa de engrenagem 2 é conectada, ainda, às rodas de tração 6 do veículo 1 por meio de um eixo propulsor 9. As rodas de tração 6 são equipadas com dispositivo de frenagem 7 para frear o veículo 1.
[0038] A Figura 2 exibe uma vista lateral esquemática de um trem de força híbrido 3, de acordo com uma primeira modalidade. O trem de força híbrido 3 é equipado com uma caixa de engrenagem 2, que compreende um eixo de entrada 8, uma primeira e uma segunda engrenagens planetárias 10 e 12, respectivamente, um primeiro e um segundo equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, um eixo secundário 18, uma caixa de engrenagem de alcances 11 e um eixo de saída 20. A primeira engrenagem planetária 10 possui uma primeira engrenagem anelar interna 22, à qual um primeiro rotor 24 no primeiro equipamento elétrico 14 é conectado. A primeira engrenagem planetária 10 também possui uma primeira engrenagem solar 26. A segunda engrenagem planetária 12 possui uma segunda engrenagem anelar interna 28, à qual um segundo rotor 30 do segundo equipamento elétrico 16 é conectado. A segunda engrenagem planetária 12 possui uma segunda engrenagem solar 32. A primeira e a segunda engrenagens planetárias 26 e 32, respectivamente, são arranjadas coaxialmente, o que, de acordo com a modalidade exibida, implica que um primeiro eixo principal 34 arranjado na primeira engrenagem solar 26 se estende dentro de um segundo eixo principal 36, que é equipado com uma perfuração central 38, arranjada na segunda engrenagem solar 32.
[0039] O primeiro equipamento elétrico 14 é equipado com um primeiro estator 40, que é conectado ao veículo 1 por meio de um abrigo de engrenagens 42, que cerca a caixa de engrenagem 2. O segundo equipamento elétrico 16 é equipado com um segundo estator 44, que é conectado ao veículo 1 por meio de um abrigo de engrenagens 42, que cerca a caixa de engrenagem 2. O primeiro e o segundo equipamentos elétricos 16 são conectados a um dispositivo de armazenamento de energia 46, tal como uma bateria, que, dependendo do modo operacional do veículo 1, opera os equipamentos elétricos 14 e 16. Em outros modos operacionais, os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, podem funcionar como geradores, nos quais energia é fornecida ao dispositivo de armazenamento de energia 46. Uma unidade de controle eletrônico 48 é conectado ao dispositivo de armazenamento de energia 46 e controla o fornecimento de energia aos equipamentos elétricos 14 e 16. Preferencialmente, o dispositivo de armazenamento de energia 46 é conectado aos equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, por meio de um interruptor 49, que é conectado a unidade de controle 48. Em alguns modos operacionais, os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, também podem operar um ao outro. A energia elétrica é, então, conduzida de um dos equipamentos elétricos 14, 16 para o segundo equipamento elétrico 14, 16 por meio do interruptor 49, conectado aos equipamentos elétricos 14, 16. É possível, portanto, obter um equilíbrio de energia entre os equipamentos elétricos 14, 16. Outro computador 53 também pode estar conectado a unidade de controle 48 e à caixa de engrenagem 2.
[0040] A primeira engrenagem planetária 10 é equipada com uma primeira porta- planetária 50, em que um primeiro conjunto de rodas planetárias 52 é montado. A segunda engrenagem planetária 12 é equipada com uma segunda porta-planetária 51, em que um segundo conjunto de rodas planetárias 54 é montado. O primeiro conjunto de rodas planetárias 52 interage com a primeira engrenagem anelar 22 e a primeira engrenagem solar 26. O segundo conjunto de rodas planetárias 54 interage com a segunda engrenagem anelar 28 e a segunda engrenagem solar 32. O eixo de entrada 8 da caixa de engrenagem 2 é conectado à primeira porta-planetária 50.
[0041] Um primeiro dispositivo de engate 56 é arranjado entre a primeira engrenagem solar 26 e a primeira porta-planetária 50. Ao arranjar o primeiro dispositivo de engate 56 de tal forma que a primeira engrenagem solar 26 e a primeira porta-planetária 50 estejam conectadas uma à outra, e não possam, portanto, girar uma em relação à outra, a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26 irão girar com velocidades rotacionais iguais.
[0042] Um segundo dispositivo de engate 58 é arranjado entre a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51. Ao arranjar o segundo dispositivo de engate 58 de tal forma que a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 estejam conectadas uma à outra, e não possam, portanto, girar uma em relação à outra, a segunda porta-planetária 51 e a segunda engrenagem solar 32 irão girar com velocidades rotacionais iguais.
[0043] Preferencialmente o primeiro e segundo dispositivos de engate 56, 58 compreendem uma primeira e uma segunda luvas de engate equipadas com estrias 55 e 57, respectivamente, que pode ser axialmente deslocada em uma seção equipada com estrias da primeira e segunda, respectivamente, porta-planetárias 50 e 51, e em uma seção equipada com estrias das respectivas engrenagens solares 26 e 32. Ao deslocar a respectiva luva de engate 55, 57 de tal forma que as seções equipadas com estrias sejam conectadas por meio das luvas de engate 55, 57 respectivas, a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26, bem como a segunda porta-planetária 51 e a segunda engrenagem solar 32, respectivamente, se tornam mutuamente interligadas uma à outra e não podem girar uma em relação à outra.
[0044] O primeiro e o segundo dispositivos de engate 56, 58 de acordo com a modalidade exibida na Figura 2 são arranjados entre a primeira engrenagem solar 26 e a primeira porta-planetária 50, e entre a segunda engrenagem solar 28 e a segunda porta-planetária 51, respectivamente. No entanto, é possível arranjar um dispositivo de engate adicional ou alternativo (não exibido) entre a primeira engrenagem anelar 22 e a primeira porta-planetária 50, e também arranjar um dispositivo de engate adicional ou alternativo (não exibido) entre a segunda engrenagem anelar 28 e a segunda porta-planetária 51.
[0045] Um dispositivo de transmissão 19, que compreende um primeiro par de engrenagens 60, arranjado entre a primeira engrenagem planetária 10 e o eixo de saída 20, é conectado ao primeiro e ao segundo eixos principais 34, 36. O primeiro par de engrenagens 60 compreende uma primeira engrenagem pinhão 62 e uma primeira roda dentada 64, que são engajadas uma à outra. Um segundo par de engrenagens 66 é arranjado entre a segunda engrenagem planetária 12 e o eixo de saída 20. O segundo par de engrenagens 66 compreende uma segunda engrenagem pinhão 68 e uma segunda roda dentada 70, que são engajadas uma à outra. Um terceiro par de engrenagens 72 é arranjado entre a primeira engrenagem planetária 10 e o eixo de saída 20. O terceiro par de engrenagens 72 compreende uma terceira engrenagem pinhão 74 e uma terceira roda dentada 76, que são engajadas uma à outra. Um quarto par de engrenagens 78 é arranjado entre a segunda engrenagem planetária 12 e o eixo de saída 20. O quarto par de engrenagens 78 compreende uma quarta engrenagem pinhão 80 e uma quarta roda dentada 82, que são engajadas uma à outra.
[0046] No primeiro eixo principal 34, são arranjadas a primeira e a terceira engrenagens pinhão 62 e 74, respectivamente. A primeira e a terceira engrenagens pinhão 62 e 74, respectivamente, são conectadas de forma fixada ao primeiro eixo principal 34, de modo que não podem girar em relação ao primeiro eixo principal 34. No segundo eixo principal 36, são arranjadas a segunda e a quarta engrenagens pinhão 68 e 80, respectivamente. A segunda e a quarta engrenagens pinhão 68 e 80, respectivamente, são conectadas de forma fixada ao segundo eixo principal 36, de modo que não podem girar em relação ao segundo eixo principal 36.
[0047] O eixo secundário 18 se estende substancialmente em paralelo ao primeiro e ao segundo eixos principais 34 e 36, respectivamente. No eixo secundário 18, estão montadas a primeira, segunda, terceira e quarta rodas dentadas, 64, 70, 76 e 82, respectivamente. A primeira engrenagem pinhão 62 se engaja com a primeira roda dentada 64, a segunda engrenagem pinhão 68 se engaja com a segunda roda dentada 70, a terceira engrenagem pinhão 74 se engaja com a terceira roda dentada 76 e a quarta engrenagem pinhão 80 se engaja com a quarta roda dentada 82.
[0048] A primeira, segunda, terceira e quarta rodas dentadas, 64, 70, 76 e 82, respectivamente, podem ser individualmente travadas com e liberadas do eixo secundário 18 com o auxílio do primeiro, segundo, terceiro e quarto elementos de engate 84, 86, 88 e 90, respectivamente. Os elementos de engate 84, 86, 88 e 90, respectivamente, consistem preferencialmente em seções equipadas com estrias nas rodas dentadas 64, 70, 76 e 82, respectivamente, e no eixo secundário 18, que interagem com a quinta e sexta luvas de engate 83, 85, que se engajam mecanicamente com as seções equipadas com estrias das respectivas primeira a quarta rodas dentadas 64, 70, 76 e 82, e do eixo secundário 18. O primeiro e terceiro elementos de engate 84, 88 são preferencialmente equipados com uma luva de engate comum 83 e o segundo e quarto elementos de engate 86, 90 são preferencialmente equipados com uma luva de engate comum 85. No estado liberado, uma rotação relativa pode ocorrer entre as rodas dentadas respectivas 64, 70, 76 e 82 e o eixo secundário 18. Os elementos de engate 84, 86, 88 e 90, respectivamente, também podem consistir em embreagem por fricção. No eixo secundário 18, é arranjada também uma quinta roda dentada 92, que se engaja a uma sexta roda dentada 94, que é arranjada no eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11. A sexta roda dentada 94 pode ser arranjada de tal forma que possa ser conectada e desconectada do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11.
[0049] O eixo secundário 18 é arranjado entre as respectivas primeira e segunda engrenagens planetárias 10, 12 e o eixo de saída 20. O eixo secundário 18 é conectado ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 por meio de um quinto par de engrenagens 21, compreendendo a quinta e a sexta rodas dentadas 92, 94. A quinta roda dentada 92 pode ser conectada e desconectada arranjada no eixo secundário 18 com um quinto elemento de engate 93.
[0050] Ao desconectar a quinta roda dentada 92, que é arranjada para poder ser desconectada do eixo secundário 18, é possível transferir torque da segunda engrenagem planetária 12 para o eixo secundário 18 por meio, por exemplo, do segundo par de engrenagens 66, e, ainda, transferir torque do eixo secundário 18 para o eixo de saída 20 por meio, por exemplo, do primeiro par de engrenagens 60. Portanto, é obtida uma série de passos de marcha, em que o torque de uma das engrenagens planetárias 10, 12 pode ser transferido para o eixo secundário 18 e, ulteriormente, ao longo do eixo secundário 18 para o eixo principal 34, 36 conectado à segunda engrenagem planetária 10, 12, para, finalmente transferir torque para o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2. Isto presume, no entanto, que um mecanismo de engate 96, arranjado entre o primeiro eixo principal 34 e o eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, esteja conectado, o que é descrito em maiores detalhes abaixo.
[0051] A quinta roda dentada 92 pode ser travada a e liberada do eixo secundário 18 com o auxílio de um quinto elemento de engate 93. O elemento de engate 93 preferencialmente consiste em seções equipadas com estrias adaptadas na quinta roda dentada 92 e no eixo secundário 18, tais seções interagindo com uma nona luva de engate 87, que se engaja mecanicamente às seções equipadas com estrias da quinta roda dentada 92 e do eixo secundário 18. No estado liberado, pode ocorrer uma rotação relativa entre a quinta roda dentada 92 e o eixo secundário 18. O quinto elemento de engate 93 também pode consistir de embreagens de fricção.
[0052] A transferência de torque do eixo de entrada 8 da caixa de engrenagem 2 para o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 pode ocorrer por meio da primeira ou segunda engrenagem planetária 10 e 12, respectivamente, e do eixo secundário 18. A transferência de torque também pode ocorrer diretamente por meio da primeira engrenagem planetária 10, cuja primeira engrenagem solar 26 é conectada, por meio do primeiro eixo principal 34, ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 por meio de um mecanismo de engate 96. O mecanismo de engate 96 preferencialmente compreende uma sétima luva de engate 100 equipada com estrias, que pode ser axialmente deslocada no primeiro eixo principal 34 e nas seções equipadas com estrias do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11. Ao deslocar a sétima luva de engate 100, de tal forma que as seções equipadas com estrias estejam conectadas por meio da sétima luva de engate 100, o primeiro eixo principal 34 se torna travado ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, que, quando em rotação, irá, portanto, ter a mesma velocidade rotacional. Ao desconectar a quinta roda dentada 92 do quinto par de engrenagens 21 do eixo secundário 18, o torque da segunda engrenagem planetária 12 pode ser transferido para o eixo secundário 18 e, mais adiante, do eixo secundário 18 para o primeiro eixo principal 34, conectado à primeira engrenagem planetária 10, para finalmente transferir o torque por meio do mecanismo de engate 96 para o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2, por meio da caixa de engrenagem de alcances 11.
[0053] Durante a operação, a caixa de engrenagem 2 pode, em alguns modos operacionais, operar de tal modo que uma das engrenagens solares 26 e 32, respectivamente, esteja travada com a primeira e segunda porta-planetárias 50 e 51, respectivamente, com o auxílio do primeiro e do segundo dispositivos de engate 56 e 58, respectivamente. O primeiro e o segundo eixos principais 34 e 36, respectivamente, obtêm, então, a mesma velocidade rotacional do eixo de entrada 8 da caixa de engrenagem 2, dependendo de qual engrenagem solar 26 e 32, respectivamente, está travada com a porta-planetária 50 e 51 respectiva. Um ou mais equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, podem operar como um gerador para gerar energia elétrica para o dispositivo de armazenamento de energia 46. Alternativamente, o equipamento elétrico 14 e 16, respectivamente, pode prover uma adição de torque, para aumentar, assim, o torque no eixo de saída 20. Em alguns modos operacionais, os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, irão fornecer energia elétrica um ao outro, independentemente do dispositivo de armazenamento de energia 46.
[0054] Para aumentar o torque e, assim, aumentar o torque do eixo de saída 20, a caixa de engrenagem de alcances 11 é arranjada na caixa de engrenagem 2. A caixa de engrenagem de alcances 11 é preferencialmente configurada como uma engrenagem planetária, mas também pode ser configurada como um ou vários pares de engrenagem. De acordo com a modalidade exibida na Figura 2, a caixa de engrenagem de alcances 11 é configurada como uma terceira engrenagem planetária 110, com uma terceira engrenagem solar 112, uma terceira porta-planetária 114 na qual um terceiro conjunto de rodas planetárias 116 é montado, e uma terceira engrenagem anelar 118. O terceiro conjunto de rodas planetárias 116 interage com a terceira engrenagem anelar 118 e a terceira engrenagem solar 112. O eixo de saída 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 é conectado à terceira engrenagem solar 112. O eixo de saída 20 é conectado à terceira porta-planetária 114. Uma sétima roda dentada 120 pode ser travada e liberada no eixo secundário 18 com o auxílio de um sétimo elemento de engate 122 que consiste, preferencialmente, em seções equipadas com estrias da sétima roda dentada 120 e do eixo secundário 18, cujas seções interagem com a nona luva de engate 87, que se engaja mecanicamente com as seções equipadas com estrias da sétima roda dentada 120 e do eixo secundário 18. No estado liberado, pode ocorrer uma rotação relativa entre a sétima roda dentada e o eixo secundário 18. O sétimo elemento de engate 122 também pode consistir de embreagens de fricção. A sétima roda dentada 120 se engaja à oitava roda dentada 124, que é arranjada na terceira porta-planetária 114, tal oitava roda dentada 124 podendo consistir em um pinhão 124 arranjado na terceira porta-planetária 114, implicando que movimento rotacional e torque sejam transmitidos entre a sétima roda dentada 120 e a terceira porta-planetária 114. A sétima roda dentada 120 e o pinhão 124 na terceira porta-planetária 114 formam, conjuntamente, um sétimo par de engrenagens 125. Quando a sétima roda dentada 120 está travada no eixo secundário 18 com o auxílio da nona luva de engate 87 e do sétimo elemento de engate 122, movimento rotacional e torque podem, assim, ser transmitidos entre o eixo secundário 18 e a terceira porta-planetária 114.
[0055] A terceira engrenagem anelar 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 pode ser conectada, em uma posição de baixo alcance, a um abrigo de caixa de engrenagem 126 arranjado em torno da caixa de engrenagem de alcances 11, com o uso de um terceiro dispositivo de engate 128. Uma mudança para baixo da velocidade rotacional ocorre, então, por meio da caixa de engrenagem de alcances 11, que gera um aumento de torque no eixo de saída 20. Com o terceiro dispositivo de engate 128, a terceira engrenagem anelar 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 também pode ser conectada, em uma posição de alto alcance, à terceira porta-planetária 114. A relação de engrenagem na caixa de engrenagem de alcances 11 é, então, 1:1. Também é possível adaptar a caixa de engrenagem de alcances 11 de modo que o terceiro dispositivo de engate 128 possa ser movida para uma posição neutra, em que nem a posição de baixo alcance nem a posição de alto alcance esteja conectada. Na posição neutra, o terceiro dispositivo de engate 128 não conecta a terceira engrenagem anelar 118 ao abrigo de caixa de engrenagem 126, ou à terceira porta- planetária 114. Na posição neutra, nenhum torque é transferido por meio da caixa de engrenagem de alcances 11.
[0056] De acordo com a modalidade exibida na Figura 2, o terceiro dispositivo de engate 128 é equipada com um dispositivo de sincronização 130, que sincroniza a velocidade rotacional entre a terceira engrenagem anelar 118 e a velocidade rotacional da terceira porta-planetária 114, na conexão da terceira engrenagem anelar 118 com a terceira porta-planetária 114 por meio do terceiro dispositivo de engate 128. Similarmente, com o dispositivo de sincronização 130, a terceira engrenagem anelar 118 é controlada de modo a não girar quando o terceiro dispositivo de engate 128 conectar a terceira engrenagem anelar 118 ao abrigo de caixa de engrenagem 126 estacionário. O dispositivo de sincronização 130 preferencialmente inclui anéis de sincronização convencionais (não exibidos), que interagem com o terceiro dispositivo de engate 128 e a terceira porta-planetária 114 e com o abrigo de caixa de engrenagem 126, respectivamente. No entanto, é possível usar outro tipo de dispositivo de sincronização 130, tal como motores hidráulicos ou elétricos (não exibidos) ou outra forma de dispositivo de sincronização 130, tal como um freio por fricção ou similar.
[0057] Também é possível que ambos o primeiro e o segundo equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, gerem energia para o dispositivo de armazenamento de energia 46. No freio motor, o motorista libera o pedal do acelerador (não exibido) do veículo 1. O eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 opera, então, um ou mais equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, enquanto o motor a combustão interna 4 e os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, executam freio motor. Nesse caso, os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, geram energia elétrica, que é armazenada no dispositivo de armazenamento de energia 46 no veículo 1. Refere-se a esse estado operacional como frenagem regenerativa. Para facilitar um efeito de frenagem mais potente, o eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 pode ser travado e, portanto, prevenido de girar. Portanto, apenas um ou mais equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, funcionarão como freio e gerarão energia elétrica, que será armazenada no dispositivo de armazenamento de energia 46. O travamento do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 também pode ser executado quando o veículo deve ser acelerado por apenas um ou ambos os equipamentos elétricos 14 e 16. Se o torque de um ou de ambos os equipamentos elétricos 14 e 16 superar o torque do motor a combustão interna 4, e tendo em vista o conjunto de engrenagens entre eles, o motor a combustão interna 4 não será capaz de resistir ao grande torque gerado pelos equipamentos elétricos 14 e 16 respectivos, de modo que se torna necessário travar o eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4. O travamento do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 é preferencialmente executado com um dispositivo de travamento 102, que é arranjado entre a primeira porta-planetária 50 e o abrigo de engrenagens 42. Ao travar a primeira porta-planetária 50 e o abrigo de engrenagens 42, o eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 também será travado, uma vez que o eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 é conectado à primeira porta-planetária 50 por meio do eixo de entrada 8 da caixa de engrenagem. O dispositivo de travamento 102 preferencialmente inclui uma luva de engate 104 equipada com estrias, que pode ser axialmente deslocada em uma seção equipada com estrias da primeira porta- planetária 50, e em uma seção equipada com estrias do abrigo de engrenagens. Ao deslocar a oitava luva de engate 104 de tal modo que as seções equipadas com estrias sejam conectadas por meio da luva de engate 104, a primeira porta-planetária 50 e, portanto, o eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4, são prevenidos de girar.
[0058] A unidade de controle 48 é conectado aos equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, para controlar os equipamentos elétricos 14 e 16 respectivos de tal forma que eles, durante certos modos operacionais, usem energia elétrica para fornecer energia de acionamento ao eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2, e, durante outros modos operacionais, usem energia cinética do eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 para extrair e armazenar energia elétrica. A unidade de controle 48 detecta, portanto, a velocidade rotacional e/ou o torque do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 por meio de sensores 98 arranjados nos equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, e no eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2, para, assim, coletar informações e para controlar os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, para operar seja como motores elétricos ou como geradores. A unidade de controle 48 pode ser um computador com software adequado para esse propósito. A unidade de controle 48 também controla o fluxo de energia entre o dispositivo de armazenamento de energia 46 e os estatores 40 e 44 respectivos dos equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente. Nas vezes em que os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, operam como motores, a energia elétrica armazenada é fornecida do dispositivo de armazenamento de energia 46 para os respectivos estatores 40 e 44. Nas vezes em que os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, operam como geradores, a energia elétrica é fornecida dos respectivos estatores 40 e 44 para o dispositivo de armazenamento de energia 46. No entanto, como disto acima, os equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, podem, durante alguns modos operacionais, fornecer energia elétrica um ao outro, independentemente do dispositivo de armazenamento de energia 46.
[0059] Os primeiro, segundo e terceiro dispositivos de engate 56, 58 e 128, respectivamente, o primeiro, segundo, terceiro, quarto, quinto e sétimo elementos de engate 84, 86, 88, 90, 93 e 122, respectivamente, o mecanismo de engate 96 entre o primeiro eixo principal 34 e o eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, e o dispositivo de travamento 102 entre a primeira porta-planetária 50 e o abrigo de engrenagens 42, são conectados a unidade de controle 48 por meio das luvas de engate respectivas. Esses componentes são preferencialmente ativados e desativados por sinais elétricos da unidade de controle 48. As luvas de engate são preferencialmente deslocadas por elementos de energia não exibidos, tais como cilindros hidraulicamente ou pneumaticamente operados. Também é possível deslocar as luvas de engate com elementos de energia eletricamente alimentados.
[0060] De acordo com a modalidade na Figura 2, quatro engrenagens pinhão 62, 68, 74 e 80, respectivamente, são exibidas e quatro rodas dentadas 64, 70, 76 e 82, respectivamente, bem como duas engrenagens planetárias respectivas 10 e 12, com equipamentos elétricos 14 e 16 associados. No entanto, é possível adaptar a caixa de engrenagem 2 com mais ou menos engrenagens pinhão e rodas dentadas, e com mais engrenagens planetárias e equipamentos elétricos associados.
[0061] Abaixo, será descrita uma mudança de marcha para cima, de uma primeira para uma sétima marcha, em que a caixa de engrenagem 2 é arranjada em um veículo 1 e o veículo é propulsado pelo motor a combustão interna 4.
[0062] O eixo de entrada 8 da caixa de engrenagem 2 é conectado ao eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 do veículo 1. O eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 é conectado ao eixo de acionamento 99 do veículo 1. Com o motor a combustão interna 4 em marcha lenta e quando o veículo 1 está parado, o eixo de entrada 8 da caixa de engrenagem 2 gira, enquanto que o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 está parado. O dispositivo de travamento 102 está desativado, de modo que o eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 pode girar livremente. Uma vez que o eixo de entrada 8 da caixa de engrenagem 2 gira, a primeira porta- planetária 50 irá também girar, o que faz com que o primeiro conjunto de rodas planetárias 52 gire. Uma vez que a primeira porta-planetária 50 está conectada à segunda engrenagem solar 32, a segunda engrenagem solar 32 e, portanto, também o segundo conjunto de rodas planetárias 54, irá girar. Ao não fornecer energia aos primeiro e segundo equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, a respectivas primeira e segunda engrenagens anelares internas 22 e 28, que são conectadas ao respectivo primeiro e segundo rotores 24 e 30 dos equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, irão girar livremente, de modo que nenhum torque seja absorvido pelas engrenagens anelares internas respectivas 22 e 28. O primeiro e segundo dispositivos de engate 56 e 58, respectivamente, são desconectados e, portanto, não acionados. Portanto, nenhum torque será transferido do motor a combustão interna 4 para a engrenagem solar 26 da primeira engrenagem planetária 10, ou para a porta- planetária 51 da segunda engrenagem planetária 12. O mecanismo de engate 96 entre o primeiro eixo principal 34 e o eixo de saída 20 é desconectado, de modo que o primeiro eixo principal 34 e o eixo de saída 20 possam girar livremente um em relação ao outro. Uma vez que a engrenagem solar 26 da primeira engrenagem planetária, a porta-planetária 51 da segunda engrenagem planetária 12 e o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 estão, nesse estágio, parados, o eixo secundário 18 também está parado. Em um primeiro passo, a quarta roda dentada 82 e a terceira roda dentada 76 são conectados ao eixo secundário 18 com o auxílio do quarto e terceiro elementos de engate 88 e 90, respectivamente. A primeira roda dentada 64 e a segunda roda dentada 70 são desconectadas do eixo secundário 18. Portanto, permite-se que a primeira roda dentada 64 e a segunda roda dentada 70 girem livremente em relação ao eixo secundário 18. A quinta roda dentada 92 do quinto par de engrenagens 21 é travada no eixo secundário 18 com o auxílio do quinto elemento de engate 93, de modo que a rotação e o torque possam ser transferidos do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 por meio da sexta roda dentada 94. A sétima roda dentada 120, que se engaja com o pinhão 124 na terceira porta- planetária da caixa de engrenagem de alcances 11, é desconectada do eixo secundário 18 com o uso do sétimo elemento de engate 122. A terceira engrenagem anelar 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 pode ser conectada com o abrigo de caixa de engrenagem 126 em uma posição de baixo alcance, por meio de uma terceira unidade de engate 128. A terceira engrenagem anelar 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 é conectada ao abrigo de caixa de engrenagem 126 por meio do terceiro dispositivo de engate 128, de modo que a caixa de engrenagem de alcances 11 seja deslocada para a posição de baixo alcance.
[0063] Para iniciar a rotação do eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2, com o objetivo de acionar o veículo 1, a quarta engrenagem pinhão 80 e a quarta roda dentada 82 no eixo secundário 18 devem ser levadas a girar. Isso é alcançado ao se fazer girar a segunda porta-planetária 51. Quando a segunda porta-planetária 51 gira, o segundo eixo principal 36 também irá girar e, assim, a quarta engrenagem pinhão 80, que é arranjada no segundo eixo principal 36, também gira. Faz-se com que a segunda porta-planetária 51 gire por meio do controle da segunda engrenagem anelar interna 28 com o segundo equipamento elétrico 16. Ao ativar o segundo equipamento elétrico 16 e controlar o motor a combustão interna 4 no sentido de uma velocidade de motor adequada, o veículo 1 começa a mover-se, conforme o segundo eixo principal 36 começa a girar. Quando a segunda porta-planetária 51 e a segunda engrenagem solar 32 alcançam a mesma velocidade rotacional, a segunda engrenagem solar 32 é travada com a segunda porta-planetária 51 com o auxílio do segundo dispositivo de engate 58. Como mencionado acima, o segundo dispositivo de engate 58 é preferencialmente configurado de tal modo que a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 se engajem mecanicamente uma à outra. Alternativamente, o segundo dispositivo de engate 58 pode ser configurado como um freio de deslizamento ou uma embreagem de disco que conecte, de forma suave, a segunda engrenagem solar 32 à segunda porta-planetária 51. Quando a segunda engrenagem solar 32 é conectada à segunda porta-planetária 51, a segunda porta-planetária 51 irá girar com a mesma velocidade rotacional do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4. Portanto, o torque gerado pelo motor a combustão interna 4 é transferido ao eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 por meio da quarta engrenagem pinhão 80, da quarta roda dentada 82 no eixo secundário 18, da quinta roda dentada 92 no eixo secundário 18, e a sexta roda dentada 94 no eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11. Uma mudança para baixo da velocidade rotacional ocorre por meio da caixa de engrenagem de alcances 11, que é deslocada para a posição de baixo alcance. Finalmente, o torque de propulsão é transferido para o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 por meio da terceira porta-planetária 114 da caixa de engrenagem de alcances 11. O veículo 1 irá, portanto, começar a mover-se e será propulsado por uma primeira marcha.
[0064] Cada um entre o primeiro, segundo, terceiro e quarto par de engrenagens 60, 66, 72, 78 possui uma relação de engrenagem, que é adaptado às características de acionamento desejadas do veículo 1. De acordo com o exemplo de modalidade exibido na Figura 2, o quarto par de engrenagens 78 possui a maior relação de engrenagem comparado ao primeiro, segundo e terceiro pares de engrenagens 60, 66, 72, o que faz com que o quarto par de engrenagens 78 seja conectado quando a marcha mais baixa estiver engajada. O segundo par de engrenagens 66, como faz o quarto par de engrenagens 78, transfere torque entre o segundo eixo principal 36 e o eixo secundário 18, e poderia, em vez disto, ser configurado com a maior relação de engrenagem, comparado aos outros pares de engrenagens 60, 72, 78, que é a razão pela qual, em tal modalidade, o segundo par de engrenagens 66 poderia ser conectado quando a menor marcha estiver engajada.
[0065] Quando se faz com que o eixo secundário 18 gire por meio da quarta roda dentada 82 no eixo secundário 18, a terceira roda dentada 76 no eixo secundário 18 também irá girar. Portanto, o eixo secundário 18 aciona a terceira roda dentada 76 que, por sua vez, aciona a terceira engrenagem pinhão 74 no primeiro eixo principal 34. Quando o primeiro eixo principal 34 gira, a primeira engrenagem solar 26 também irá girar e, dependendo da velocidade rotacional do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 e, portanto, da velocidade rotacional da primeira porta-planetária 50, fará com que a primeira engrenagem anelar interna 22 e o primeiro rotor 24 do primeiro equipamento elétrico 14 girem. Nesse caso, é possível permitir que o primeiro equipamento elétrico 14 opere como um gerador, para fornecer energia ao dispositivo de armazenamento de energia 46, e/ou para fornecer energia ao segundo equipamento elétrico 16. Também é possível que o segundo equipamento elétrico 16 seja operado como um gerador. Alternativamente, o primeiro equipamento elétrico 14 pode emitir uma adição de torque, ao controlar, por meio da unidade de controle 48, o primeiro equipamento elétrico 14 para fornecer um torque de acionamento.
[0066] Para mudar marchas da primeira para a segunda marcha, o travamento entre a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 deve ser interrompido, o que é obtido por meio do controle do primeiro e/ou do segundo equipamentos elétricos 14 e 16 de tal forma que prevaleça um equilíbrio de torque na segunda engrenagem planetária 12. Subsequentemente, o segundo dispositivo de engate 58 é controlado de tal forma que desconecta a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 uma da outra. A segunda porta-planetária 51 e, também, o segundo eixo principal 36 podem girar livremente, o que faz com que a segunda engrenagem solar 32, a segunda porta-planetária 51 e o segundo eixo principal 36 não aciona mais a quarta engrenagem pinhão 80, arranjada no segundo eixo principal 36. Isso requer que o segundo equipamento elétrico 16 não opera a segunda engrenagem anelar 28. A segunda engrenagem é conectada, por meio do controle, por parte da unidade de controle 48, do motor a combustão interna 4, de tal modo que surja uma velocidade rotacional sincronizada entre a primeira porta- planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26, para obter um travamento entre a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26. Isso é obtido por meio do controle do primeiro dispositivo de engate 56 de tal modo que a primeira porta- planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26 estejam mecanicamente conectadas uma à outra. Alternativamente, o primeiro dispositivo de engate 56 pode ser configurado como um freio de deslizamento ou uma embreagem de disco que conecte, de forma suave, a primeira engrenagem solar 26 à primeira porta-planetária 50. Ao sincronizar o controle do motor a combustão interna 4 e do segundo e primeiro equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, pode-se executar uma transição suave e sem interrupções de uma primeira para uma segunda marchas.
[0067] O primeiro eixo principal 34 agora gira, acionado pelo eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4, e o primeiro eixo principal 34 agora aciona a terceira engrenagem pinhão 74. A primeira porta-planetária 50 aciona, portanto, a terceira engrenagem pinhão 74 por meio da primeira engrenagem solar 26 e do primeiro eixo principal 34. Uma vez que a terceira roda dentada 76 está engajada à terceira engrenagem pinhão 74 e está conectada ao eixo secundário 18, a terceira roda dentada 76 irá acionar o eixo secundário 18 que, por sua vez, aciona a quinta roda dentada 92 no eixo secundário 18. A quinta roda dentada 92, por sua vez, aciona do eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2, por meio da sexta roda dentada 94, que é arranjada no eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, e por meio da caixa de engrenagem de alcances 11. O veículo 1 é acionado, agora, com uma segunda marcha.
[0068] Quando a terceira roda dentada 76 faz com que o eixo secundário 18 gire, a quarta roda dentada 82 também irá girar. Assim, o eixo secundário 18 aciona a quarta roda dentada 82, que, por sua vez, aciona a quarta engrenagem pinhão 80 no segundo eixo principal 36. Quando o segundo eixo principal 36 gira, a segunda porta- planetária 51 também irá girar e, dependendo da velocidade rotacional do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4, e, portanto, da velocidade rotacional da primeira porta-planetária 50, fará com que a segunda engrenagem anelar interna 28 e o segundo rotor 30 do segundo equipamento elétrico 16 girem. É possível, portanto, permitir que o segundo equipamento elétrico 16 opere como gerador, para fornecer energia para o dispositivo de armazenamento de energia 46 e/ou para fornecer energia para o primeiro equipamento elétrico 14. O segundo equipamento elétrico 16 também pode emitir uma adição de torque, por meio do controle, por parte da unidade de controle 48, do segundo equipamento elétrico 16, para que proveja um torque de acionamento.
[0069] Para mudar de uma segunda para uma terceira marcha, a quarta roda dentada 82 no eixo secundário 18 deve ser desconectada do eixo secundário 18 com o quarto elemento de engate 90, de modo que a quarta roda dentada 82 possa girar livremente em relação ao eixo secundário 18. Subsequentemente, o eixo secundário 18 é conectado à segunda roda dentada 70 no eixo secundário 18 por meio do segundo elemento de engate 86. Para se obter uma conexão do eixo secundário 18 à segunda roda dentada 70 no eixo secundário 18, preferencialmente o segundo equipamento elétrico 16 é controlado de tal forma que uma velocidade rotacional sincronizada surja entre o eixo secundário 18 e a segunda roda dentada 70 no eixo secundário 18. Uma velocidade rotacional sincronizada pode ser determinada por meio da mensuração da velocidade rotacional do segundo rotor 30 no segundo equipamento elétrico 16, e pela medição da velocidade rotacional do eixo de saída 20. Portanto, a velocidade rotacional no segundo eixo principal 36 e a velocidade rotacional no eixo secundário 18 podem ser determinadas por meio de relações de engrenagem determinadas. A velocidade rotacional dos respectivos eixos 18, 36 é controlada e, quando tiver surgido uma velocidade rotacional sincronizada entre o eixo secundário 18 e a segunda roda dentada 70, o eixo secundário 18 e a segunda roda dentada 70 são conectados com o auxílio do segundo elemento de engate 86.
[0070] Para completar a mudança de uma segunda marcha para uma terceira marcha, o travamento entre a primeira engrenagem solar 26 e a primeira porta- planetária 50 deve ser interrompido, o que é obtido por meio do controle do primeiro e/ou do segundo equipamentos elétricos 16 de tal forma que prevaleça um equilíbrio de torque na primeira engrenagem planetária 10, e, na sequência, o primeiro dispositivo de engate 56 é controlado de tal forma que desconecta a primeira engrenagem solar 26 e a primeira porta-planetária 50 uma da outra. Subsequentemente, o motor a combustão interna 4 é controlado de tal forma que uma velocidade rotacional sincronizada surja entre a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51, de tal forma que o segundo dispositivo de engate 58 possa ser engajado para conectar a segunda engrenagem solar 32 à segunda porta- planetária 51, por meio da luva de engate 57. Ao sincronizar o controle do motor a combustão interna 4 e do segundo e primeiro equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, pode-se executar uma transição suave e sem interrupções de uma segunda para uma terceira marchas.
[0071] A terceira roda dentada 76 é desconectada por meio do controle do primeiro equipamento elétrico 14 de tal modo que um estado livre de torque surja entre o eixo secundário 18 e a terceira roda dentada 76. Quando um estado sem torque surge, a terceira roda dentada 76 é desconectada do eixo secundário 18 por meio do controle d terceiro elemento de engate 88 de tal forma que ele libere a terceira roda dentada 76 do eixo secundário 18. Subsequentemente, o primeiro equipamento elétrico 14 é controlado de tal forma que uma velocidade rotacional sincronizada surja entre o eixo secundário 18 e a primeira roda dentada 64. Quando surge uma velocidade rotacional sincronizada, a primeira roda dentada 64 é conectada ao eixo secundário 18 por meio do controle do primeiro elemento de engate 84 de tal forma que ele conecte a primeira roda dentada 64 ao eixo secundário 18. Uma velocidade rotacional sincronizada pode ser determinada, uma vez que a velocidade rotacional do primeiro rotor 24 no primeiro equipamento elétrico 14 é medida e a velocidade rotacional eixo de saída 20 é medida, o que implica que as velocidades rotacionais dos eixos 18, 34 sejam controladas de tal forma que surja uma velocidade rotacional sincronizada. Portanto, a velocidade rotacional do primeiro eixo principal 34 e a velocidade rotacional do eixo secundário 18 podem ser determinadas por meio de razões de engrenagem determinadas.
[0072] O segundo eixo principal 36 gira agora com a mesma velocidade rotacional do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4, e o segundo eixo principal 36 aciona, agora, a segunda engrenagem pinhão 68 por meio do segundo eixo principal 36. Uma vez que a segunda roda dentada 70 está engajada à segunda engrenagem pinhão 68 e está conectada ao eixo secundário 18, a segunda roda dentada 70 irá acionar o eixo secundário 18 que, por sua vez, aciona a quinta roda dentada 92 no eixo secundário 18. A quinta roda dentada 92 aciona, por sua vez, o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2, por meio da sexta roda dentada 94, que é arranjada no eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, e por meio da caixa de engrenagem de alcances 11. O veículo 1 é acionado, agora, em uma terceira marcha.
[0073] Quando se faz com que o eixo secundário 18 gire por meio da segunda roda dentada 70 no eixo secundário 18, a primeira roda dentada 64 no eixo secundário 18 também irá girar. Portanto, o eixo secundário 18 aciona a primeira roda dentada 64, que, por sua vez, opera a primeira engrenagem pinhão 62 no primeiro eixo principal 34. Quando o primeiro eixo principal 34 gira, a primeira engrenagem solar 26 também irá girar e, dependendo da velocidade rotacional do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 e, portanto, da velocidade rotacional da primeira porta- planetária 50, fará com que a primeira engrenagem anelar interna 22 e o primeiro rotor 24 do segundo equipamento elétrico 16 girem. É possível, portanto, permitir que o primeiro equipamento elétrico 14 opere como um gerador, para fornecer energia ao dispositivo de armazenamento de energia 46 e/ou para fornecer energia ao segundo equipamento elétrico 16. Alternativamente, o primeiro equipamento elétrico 14 pode emitir uma adição de torque ao controlar, por meio da unidade de controle 48, o primeiro equipamento elétrico 14 no sentido de prover um torque de acionamento.
[0074] Para completar a mudança da terceira para a quarta marcha, o travamento entre a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 deve ser interrompido, o que é obtido por meio do controle do primeiro equipamento elétrico 14 de tal forma que surja um equilíbrio de torque na segunda engrenagem planetária 12 e, na sequência, o segundo dispositivo de engate 58 é controlado de modo que libere a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 uma da outra. Uma quarta marcha é subsequentemente conectada por meio do controle, por parte da unidade de controle 48, do motor a combustão interna 4 de modo que surja uma velocidade rotacional sincronizada entre a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26, para obter um travamento entre a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26. Isso é obtido por meio do controle do primeiro dispositivo de engate 56 de tal forma que a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26 sejam mecanicamente conectadas uma à outra. Ao sincronizar o controle do motor a combustão interna 4 e do segundo e primeiro equipamentos elétricos 14 e 16, pode-se executar uma transição suave e sem interrupções de uma terceira para uma quarta marchas.
[0075] O primeiro eixo principal 34 gira agora e é acionado pelo eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 e o primeiro eixo principal 34 aciona agora a primeira engrenagem pinhão 62. A primeira porta-planetária 50 aciona, portanto, a primeira engrenagem pinhão 62 por meio da primeira engrenagem solar 26 e do primeiro eixo principal 34. Uma vez que a primeira roda dentada 64 está engajada à primeira engrenagem pinhão 62 e está conectada ao eixo secundário 18, a primeira roda dentada 64 irá operar o eixo secundário 18, que aciona, por sua vez, a quinta roda dentada 92 no eixo secundário 18. A quinta roda dentada 92 aciona, por sua vez, o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2, por meio da sexta roda dentada 94, que é arranjada no eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, e por meio da caixa de engrenagem de alcances 11. O veículo 1 é acionado, agora, em uma quarta marcha.
[0076] Quando se faz com que o eixo secundário 18 gire por meio da primeira roda dentada 64, a segunda roda dentada 70 também gira. Portanto, o eixo secundário 18 aciona a segunda roda dentada 70 que, por sua vez, aciona a segunda engrenagem pinhão 68 no segundo eixo principal 36. Quando o segundo eixo principal 36 gira, a segunda porta-planetária 51 também irá girar e, dependendo da velocidade rotacional do eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 e, portanto, da velocidade rotacional na primeira porta-planetária 50, fará com que a segunda engrenagem anelar interna 28 e o segundo rotor 30 do segundo equipamento elétrico 16 girem. É possível, portanto, permitir que o segundo equipamento elétrico 16 opere como um gerador, para fornecer energia para o dispositivo de armazenamento de energia 46 e/ou fornecer energia para o primeiro equipamento elétrico 14. O segundo equipamento elétrico 16 também pode emitir uma adição de torque, por meio do controle, por parte do dispositivo de controle 48, do segundo equipamento elétrico 16 no sentido de prover um torque de propulsão.
[0077] Para mudar marchas de uma quarta marcha para uma quinta marcha, a primeira roda dentada 64 deve ser desengajada do eixo secundário 18, para que a quarta marcha seja desengajada. Isso pode ser obtido por meio do controle do motor a combustão interna 4 e do primeiro equipamento elétrico 14 de tal modo que a primeira roda dentada 64 seja levada a um estado sem torque em relação ao eixo secundário 18. Quando um estado sem torque tiver surgido, o primeiro elemento de engate 84 é desengajado, de modo que a primeira roda dentada 64 seja desconectada do eixo secundário 18.
[0078] Subsequentemente, a velocidade rotacional do primeiro eixo principal 34 é sincronizada à velocidade rotacional do eixo de saída 20 e, na sequência, o mecanismo de engate 96 é controlado de tal forma que conecta o primeiro eixo principal 34 ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11.
[0079] Subsequentemente, o motor a combustão interna 4 e o primeiro equipamento elétrico 14 são controlados de tal forma que um torque de propulsão ocorre por meio do primeiro eixo principal 34 e por meio do mecanismo de engate 96, para o eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, através da caixa de engrenagem de alcances 11 e até o eixo de saída 20. Ao reduzir o torque do segundo equipamento elétrico 16, o quinto elemento de engate 93 pode ser trazido a estado sem torque em relação ao eixo secundário 18. Quando um estado sem torque tiver surgido, o quinto elemento de engate 93 é desengajado, de modo que a quinta roda dentada 92 do quinto par de engrenagens 21 é desconectada do eixo secundário 18.
[0080] Subsequentemente, com o auxílio do segundo equipamento elétrico 16, a velocidade rotacional do eixo secundário 18 é sincronizada com a velocidade rotacional da terceira roda dentada 76 e, na sequência, a o terceiro elemento de engate 88 é controlado de tal forma que se conecta à terceira roda dentada 76 com o eixo secundário 18. Quando essa conexão tiver sido completada, o torque de propulsão poderá ser compartilhado entre o motor a combustão interna 4, o primeiro equipamento elétrico 14 e o segundo equipamento elétrico 16. Subsequentemente, é criado um equilíbrio de torque na primeira engrenagem planetária 10 e, na sequência, o primeiro dispositivo de engate 56 desconecta a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26 uma da outra. Finalmente, a velocidade rotacional da segunda porta-planetária 51 é sincronizada à segunda engrenagem solar 32 e, na sequência, o segundo dispositivo de engate 58 conecta a segunda porta-planetária 51 e a segunda engrenagem solar 32 uma à outra.
[0081] O segundo eixo principal 36 gira, agora, e é acionado pelo eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 e o segundo eixo principal 36 aciona a segunda engrenagem pinhão 68. Uma vez que a segunda roda dentada 70 está em engajamento com a segunda engrenagem pinhão 68 e está conectada ao eixo secundário 18 por meio do segundo elemento de engate 86, a segunda roda dentada 70 irá operar o eixo secundário 18 que, por sua vez, aciona a terceira roda dentada 76 no eixo secundário 18. A terceira roda dentada 76 aciona, por sua vez, o primeiro eixo principal 34 por meio da terceira engrenagem pinhão 74 e o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 é, assim, acionado por meio do mecanismo de engate 96, que conecta o primeiro eixo principal 34 ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11. O veículo 1 é acionado, agora, em uma quinta marcha.
[0082] Para mudar a marcha de da quinta para a sexta marcha, o travamento entre a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 deve ser interrompido, o que é obtido por meio do controle do primeiro equipamento elétrico 14 e do motor a combustão interna 4 de tal forma que um equilíbrio de torque seja obtido na segunda engrenagem planetária 12 e, na sequência, o segundo dispositivo de engate 58 é controlado de tal forma que libera a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51 uma da outra. Uma sexta marcha é subsequentemente conectada, por meio do controle, por parte da unidade de controle 48, do motor a combustão interna 4 de tal forma que uma velocidade rotacional sincronizada surja entre a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26, para se obter um travamento entre a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26. Isso é obtido por meio do controle do primeiro dispositivo de engate 56 de tal forma que a primeira porta-planetária 50 e a primeira engrenagem solar 26 estejam mecanicamente conectadas uma à outra. Ao sincronizar o controle do motor a combustão interna 4 e do segundo e primeiro equipamentos elétricos 14 e 16, respectivamente, pode-se executar uma transição suave e sem interrupções de uma quinta para uma sexta marchas.
[0083] O primeiro eixo principal 34 gira, agora, operado pelo eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4, enquanto o primeiro eixo principal 34 aciona o eixo de saída 20 da caixa de engrenagem 2 por meio do mecanismo de engate 96, que conecta o primeiro eixo principal 34 ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11. O veículo 1 é acionado, agora, em uma sexta marcha.
[0084] Para mudar de uma sexta para uma sétima marcha, a terceira roda dentada 76 no eixo secundário 18 deve, primeiramente, ser desconectada do eixo secundário 18 com o terceiro elemento de engate 88, de modo que a terceira roda dentada 76 possa girar livremente em relação ao eixo secundário 18. Subsequentemente, o eixo secundário 18 é conectado à quarta roda dentada 82 no eixo secundário 18 por meio do quarto elemento de engate 90. Quando o eixo secundário 18 e a quarta roda dentada 82 no eixo secundário 18 tiverem uma velocidade rotacional sincronizada, o quarto elemento de engate 90 é controlado de tal forma que a quarta roda dentada 82 e o eixo secundário 18 sejam conectados.
[0085] Para completar a operação de mudança da sexta para a sétima marcha, o segundo equipamento elétrico 16 é controlado de tal forma que uma velocidade rotacional sincronizada surge entre o eixo secundário 18 e a sétima roda dentada 120, montada no eixo secundário 18.
[0086] Quando uma velocidade rotacional sincronizada tiver sido obtida, o eixo secundário 18 e a sétima roda dentada 120 são conectadas por meio do sétimo elemento de engate 122 e a nona luva de engate 87. O torque de propulsão pode ser transferido, agora, do primeiro para o segundo equipamentos elétricos 14 e 16 e, ulteriormente para o eixo de saída 20, por meio da quarta roda dentada 82 e a sétima roda dentada 120 no eixo secundário 18, e por meio da caixa de engrenagem de alcances 11. Quando o torque de propulsão é transferido do segundo equipamento elétrico 16, o segundo equipamento elétrico 16 é operado com energia gerada pelo primeiro equipamento elétrico 14.
[0087] Subsequentemente, é criado um estado sem torque sobre o mecanismo de engate 96, que conecta o primeiro eixo principal 34 ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, que é obtido por meio do equilíbrio de torque do primeiro equipamento elétrico 14 contra o motor a combustão interna 4 e o segundo equipamento elétrico 16. Quando um estado sem torque tiver sido criado, o primeiro eixo principal 34 é liberado do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, com o auxílio da sétima luva de engate 100 no mecanismo de embreagem 96. A partir da criação de um estado sem torque sobre o mecanismo de engate 96, e até que o primeiro eixo principal 34 seja liberado do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, o primeiro equipamento elétrico 14 pode operar como um gerador, para gerar energia elétrica para o segundo equipamento elétrico 16.
[0088] Quando o primeiro eixo principal 34 é desconectado do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11, o terceiro dispositivo de engate 128 é movido da posição de conexão entre a terceira engrenagem anelar 118 e o abrigo de caixa de engrenagem 126 são conectados para conectar a terceira engrenagem anelar 118 à terceira porta-planetária. Para se obter a conexão entre a terceira engrenagem anelar 118 e a terceira porta-planetária 114, a velocidade rotacional entre a terceira engrenagem anelar 118 e a terceira porta-planetária 114 é sincronizada com uso do dispositivo de sincronização 130 arranjado no terceiro dispositivo de engate 128. A caixa de engrenagem de alcances 11 é, agora, mudada para um estado de alto alcance, em que a relação de engrenagem é de 1:1 através da caixa de engrenagem de alcances.
[0089] Subsequentemente, o motor a combustão interna 4 é controlado de tal forma que uma velocidade rotacional sincronizada surja entre a segunda engrenagem solar 32 e a segunda porta-planetária 51, de modo que o segundo dispositivo de engate 58 possa ser engajado para conectar a segunda engrenagem solar 32 à segunda porta-planetária 51, por meio da luva de engate 57. O veículo 1 é, agora, acionado em uma sétima marcha.
[0090] É possível realizar uma série de passos de marcha adicionais quando a caixa de engrenagem de alcances 11 estiver no estado de alto alcance. Preferencialmente, a razão de transmissão entre a sétima roda dentada 120 e o pinhão 124 na porta-planetária da caixa de engrenagem de alcances 11 é igual à razão de transmissão entre a quinta e sexta rodas dentadas. Correspondentemente, passos substancialmente iguais são obtidos entre as marchas da caixa de engrenagem, independentemente de a caixa de engrenagem de alcances 11 estar na posição de baixo alcance ou na posição de alto alcance.
[0091] Para executar uma operação de mudança na direção oposta, isto é, de uma posição de alto alcance para uma posição de baixo alcance, os passos de marcha acima são executados substancialmente na ordem oposta.
[0092] De acordo com a modalidade acima, a caixa de engrenagem 2 inclui engrenagens pinhão 62, 68, 74, 80 e rodas dentadas 64, 70, 76, 82 arranjadas nos eixos principais 34, 36 e no eixo secundário 18, respectivamente, para transferir velocidade rotacional e torque. No entanto, é possível utilizar outro tipo de transmissão, tal como acionamentos por corrente ou correia para transferir velocidade rotacional e torque na caixa de engrenagem 2.
[0093] O dispositivo de transmissão 19 possui quatro pares de engrenagens 60, 66, 72, 78 de acordo com o exemplo de modalidade. No entanto, dispositivo de transmissão 19 pode incluir qualquer número de pares de engrenagens.
[0094] A Figura 4 exibe o trem de força híbrido 3 da Figura 2 em uma vista simplificada, em que alguns dos componentes foram excluídos por conta da clareza. G1 na Figura 4 consiste em ao menos um par de engrenagens conectado ao primeiro eixo principal 34 e, portanto, à primeira engrenagem planetária 10, e G2 consiste em ao menos um par de engrenagens conectado ao segundo eixo principal 36 e, portanto, à segunda engrenagem planetária 12. Esses pares de engrenagens G1, G2 também são conectados ao eixo de saída 20 por meio do eixo secundário 18. G1 e G2, respectivamente, podem consistir em um ou diversos pares de engrenagens. O par de engrenagens G1, conectado à primeira engrenagem planetária 10, pode, por exemplo, consistir no primeiro par de engrenagens 60 e/ou no terceiro par de engrenagens 72, como descrito na Figura 2. O par de engrenagens G2, conectado à segunda engrenagem planetária 12 pode, por exemplo, consistir no segundo par de engrenagens 66 e/ou no quarto par de engrenagens 78, como descrito na Figura 2. Ainda, é exibido ao menos um par de engrenagens G3, conectado ao eixo de entrada 95 e ao eixo secundário 18 da caixa de engrenagem de alcances 11, que pode consistir no quinto par de engrenagens 21 descrito na Figura 2. G3 pode consistir em um ou vários pares de engrenagens. G5 se refere ao sexto par de engrenagens 125 formado pela sétima roda dentada 120 no eixo secundário e pelo pinhão 124 na terceira porta-planetária 114 da caixa de engrenagem de alcances 11.
[0095] A Figura 4 exibe um fluxograma de um método para controlar um trem de força híbrido 3, para se obter uma operação de mudança de uma posição de baixo alcance para uma posição de alto alcance, em que o trem de força híbrido 3 compreende um motor a combustão interna 4; uma caixa de engrenagem 2 com um eixo de entrada 8 e um eixo de saída 20; uma caixa de engrenagem de alcances 11 conectada ao eixo de saída 20; uma primeira engrenagem planetária 10, conectada ao eixo de entrada 8; uma segunda engrenagem planetária 12, conectada à primeira engrenagem planetária 10; um primeiro equipamento elétrico 14 conectado à primeira engrenagem planetária 10; um segundo equipamento elétrico 16 conectado à segunda engrenagem planetária 12; ao menos um par de engrenagens 60, 72, conectado à primeira engrenagem planetária 10 e ao eixo de saída 20; e ao menos um par de engrenagens 66, 78, conectado à segunda engrenagem planetária 12 e ao eixo de saída 20, em que o motor a combustão interna 4 é conectado à primeira engrenagem planetária 10 por meio do eixo de entrada 8.
[0096] O método de acordo com a invenção inclui os passos: a) engajar uma engrenagem conectando dois componentes giratórios 22, 26, 50 na primeira engrenagem planetária 10; b) conectar o segundo ou quarto par de engrenagens G2; 66; 78, conectado à segunda engrenagem planetária 12 e ao eixo de saída 20; c) conectar um sexto par de engrenagens G5, 125, arranjado entre um eixo secundário 18 e a caixa de engrenagem de alcances 11, ao eixo secundário 18, de modo que o eixo secundário 18 esteja conectado ao eixo de saída 20 por meio da caixa de engrenagem de alcances 11; d) sincronizar a velocidade de rotação entre dois componentes rotatórios 118, 114 na caixa de engrenagem de alcances 11 com o auxílio de um dispositivo de sincronização 130; e) conectar os componentes rotatórios 118, 114 por meio de um terceiro dispositivo de engate deslocável128; e f) engajar uma engrenagem por meio da conexão dos dois componentes rotatórios 28, 32, 51 à segunda engrenagem planetária 12.
[0097] Dessa forma, é obtida uma mudança de uma marcha em uma posição de baixo alcance para uma marcha em uma posição de alto alcance.
[0098] De acordo com um aspecto da invenção, o método inclui os passos: a) garantir que uma marcha está engajada, em que dois elementos rotatórios 22, 26, 50 na primeira engrenagem planetária 10 estão conectados; b) garantir que o ao menos um par de engrenagens G2; 66; 78, conectado à segunda engrenagem planetária 12 e ao eixo de saída 20, está conectado; c) conectar um sexto par de engrenagens G5, 125, arranjado entre um eixo secundário 18 e a caixa de engrenagem de alcances 11, ao eixo secundário 18, de modo que o eixo secundário 18 esteja conectado ao eixo de saída 20 por meio da caixa de engrenagem de alcances 11; d) sincronizar a velocidade de rotação entre dois componentes rotatórios 118, 114 na caixa de engrenagem de alcances 11 com o auxílio de um dispositivo de sincronização 130; e) conectar os componentes rotatórios 118, 114 por meio de um terceiro dispositivo de engate 128 deslocável; e f) engajar uma engrenagem por meio da conexão dos dois componentes rotatórios 28, 32, 51 à segunda engrenagem planetária 12.
[0099] O método preferencialmente inclui o passo adicional, após o passo e) e antes do passo f): g) controlar o motor a combustão interna 4, de tal forma que uma velocidade de rotação sincronizada surja entre dois componentes rotatórios 28, 32, 51 na segunda engrenagem planetária 12. Dessa forma, os dois componentes rotatórios 28, 32, 51 na segunda engrenagem planetária 12 podem ser facilmente conectados no passo f) com o uso de um segundo dispositivo de engate 58.
[00100] Preferencialmente, os dois componentes rotatórios 118, 114 na caixa de engrenagem de alcances 11, que são conectados com o uso do terceiro dispositivo de engate 128, consistem em uma terceira engrenagem anelar 118 e uma terceira porta-planetária 114 em uma terceira engrenagem planetária 110.
[00101] O método também inclui preferencialmente os passos adicionais, antes do passo a): h) prevenir que um componente rotatório 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 gire; e, na sequência do passo c) e antes do passo d): i) permitir que o componente rotatório 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 gire.
[00102] Preferencialmente, o passo h) inclui conectar um componente rotatório na caixa de engrenagem de alcances 11 ao abrigo de caixa de engrenagem 126. Adequadamente, uma terceira engrenagem anelar 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 é conectada ao abrigo de caixa de engrenagem 126 por meio de um terceiro dispositivo de engate 128. Portanto, a caixa de engrenagem de alcances 11 está em uma posição de baixo alcance. Preferencialmente, o passo i) inclui desconectar o componente rotatório 118 na caixa de engrenagem de alcances 11 do abrigo da caixa de engrenagem 126.
[00103] Preferencialmente, o passo h) também inclui conectar a primeira engrenagem planetária 10 a um eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 por meio de um mecanismo de engate 96. O passo i) adequadamente inclui, portanto, desconectar, por meio do mecanismo de engate 96, a primeira engrenagem planetária 10 do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11. Adequadamente, o primeiro eixo principal 34 é conectado ao eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 por meio de um mecanismo de embreagem 96 no passo h). Adequadamente, o primeiro eixo principal 34 é desconectado do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 por meio do mecanismo de engate do passo i).
[00104] Durante os passos i) e d), preferencialmente, o motor a combustão interna 4 é controlado, bem como o primeiro e/ou segundo equipamentos eletrônicos 14; 16, de tal modo que um estado sem torque é obtido entre o primeiro eixo principal 34 e, portanto, a primeira engrenagem planetária 10, e o eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 e, na sequência disto, o primeiro eixo principal 34 e, portanto, a primeira engrenagem planetária 10, é desconectado do eixo de entrada 95 da caixa de engrenagem de alcances 11 por meio do mecanismo de engate 96.
[00105] Durante os passos i) e d), primeiro equipamento elétrico 14 preferencialmente gera energia elétrica, que opera o segundo equipamento elétrico 16, que não gera energia elétrica.
[00106] O eixo de saída 97 do motor a combustão interna 4 é preferencialmente conectado a uma primeira porta-planetária 50, arranjada na primeira engrenagem planetária 10.
[00107] Durante os passos i) e d), preferencialmente é gerado um torque por meio do segundo equipamento elétrico 16.
[00108] No passo c), o sexto par de engrenagens G5, 125 é conectado ao eixo secundário 18 de modo que uma velocidade de rotação sincronizada seja gerada entre o eixo secundário 18 e uma sétima roda dentada 120, arranjada no sexto par de engrenagens G5, 125 no eixo secundário 18, com o segundo equipamento elétrico 16.
[00109] Preferencialmente, o primeiro par de engrenagens G1, 60 compreende uma primeira engrenagem pinhão 62 e uma primeira roda dentada 64, engajadas uma à outra, em que a primeira engrenagem pinhão 62 é arranjada de forma fixada à primeira engrenagem planetária 10 e tal primeira roda dentada 64 é arranjada de modo que possa ser conectada e desconectada no eixo secundário 18; e o terceiro par de engrenagens G1, 72 preferencialmente inclui uma terceira engrenagem pinhão 74 e uma terceira roda dentada 76 engajadas uma à outra, tal terceira engrenagem pinhão 74 sendo arranjada fixada à primeira engrenagem planetária 10, e tal terceira roda dentada 76 sendo arranjada podendo ser conectada e desconectada do eixo secundário 18, em que, em um passo b), a primeira ou a terceira roda dentada 64, 76 seja desconectada do eixo secundário 18.
[00110] Preferencialmente, o segundo par de engrenagens G2, 66 inclui uma segunda engrenagem pinhão 68 e uma segunda roda dentada 70 engajadas uma à outra, tal segunda engrenagem pinhão 68 sendo arranjada fixada à segunda engrenagem planetária 12, e tal segunda roda dentada 70 sendo arranjada no eixo secundário 18 de modo que possa ser conectada ou desconectada; e o quarto par de engrenagens G2, 78 preferencialmente inclui uma quarta engrenagem pinhão 80 e uma quarta roda dentada 82 engajadas uma à outra, tal quarta engrenagem pinhão 80 sendo arranjada fixada à quarta engrenagem planetária 12, e tal quarta roda dentada 82 sendo arranjada no eixo secundário 18 de modo que possa ser conectada ou desconectada, em que, em um passo b), a segunda ou quarta roda dentada 70, 82 seja desconectada do eixo secundário 18.
[00111] Preferencialmente, um quinto par de engrenagens G3, 21 inclui uma quinta e uma sexta rodas dentadas 92; 94 engajadas uma à outra, tal quinta roda dentada 92 sendo arranjada no eixo secundário 18 de modo que possa ser conectada ou desconectada com o uso de um quinto elemento de engate 93, em que, em um passo b), a quinta roda dentada 92 seja desconectada do eixo secundário 18.
[00112] Dessa forma, o trem de força híbrido 3 é controlado de uma posição de baixo alcance para uma posição de alto alcance sem nenhuma interrupção de torque.
[00113] De acordo com a invenção, é provido um programa de computador P, armazenado na unidade de controle 48 e/ou no computador 53, que pode incluir procedimentos para controlar o trem de força híbrido 3 de acordo com a presente invenção.
[00114] O programa P pode ser armazenado de forma executável, ou de forma comprimida, em uma memória M e/ou em uma memória de leitura/escritura.
[00115] A invenção também se refere a um produto de programa de computador, compreendendo código de programa armazenado em um meio legível em computador, para executar os passos do método especificados acima, quando tal código de programa é executado em uma unidade de controle eletrônico 48, ou um computador 53 conectado ao dispositivo de controle eletrônico 48. Tal código de programa pode ser armazenado de forma não volátil ou em tal meio legível por um computador 53.
[00116] Os componentes e características especificados acima podem, dentro do âmbito da invenção, ser combinados entre diferentes modalidades especificadas.

Claims (14)

1. Método para controlar um trem de força híbrido, para obter uma mudança de uma posição de baixo alcance para uma posição de alto alcance, em que o trem de força híbrido (3) compreende um motor a combustão interna (4); uma caixa de engrenagem (2) com um eixo de entrada (8) e um eixo de saída (20); uma caixa de engrenagem de alcances (11) conectada ao eixo de saída (20); uma primeira engrenagem planetária (10), conectada ao eixo de entrada (8); uma segunda engrenagem planetária (12), conectada à primeira engrenagem planetária (10); um primeiro equipamento elétrico (14) conectado à primeira engrenagem planetária (10); um segundo equipamento elétrico (16) conectado à segunda engrenagem planetária (12); ao menos um par de engrenagens (60, 72), conectado à primeira engrenagem planetária (10) e ao eixo de saída (20); e ao menos um par de engrenagens (66, 78), conectado à segunda engrenagem planetária (12) e ao eixo de saída (20), em que o motor a combustão interna (4) é conectado à primeira engrenagem planetária (10) por meio do eixo de entrada (8), caracterizado pelo fato de que compreende os passos: a) engajar uma engrenagem conectando dois componentes giratórios (22, 26, 50) na primeira engrenagem planetária (10); b) conectar o ao menos um par de engrenagens (66, 78), conectado à segunda engrenagem planetária (12) e ao eixo de saída (20); c) conectar um sexto par de engrenagens (G5, 125), arranjado entre um eixo secundário (18) e a caixa de engrenagem de alcances (11), ao eixo secundário (18), de modo que o eixo secundário (18) esteja conectado ao eixo de saída (20) por meio da caixa de engrenagem de alcances (11); d) sincronizar a velocidade de rotação entre dois componentes rotatórios (118, 114) na caixa de engrenagem de alcances (11) com o auxílio de um dispositivo de sincronização (130); e) conectar os componentes rotatórios (118, 114) na caixa de engrenagem de alcance (11) por meio de um terceiro dispositivo de engate deslocável (128); e f) engajar uma engrenagem por meio da conexão dos dois componentes rotatórios (28, 32, 51) à segunda engrenagem planetária (12).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo adicional, na sequência do passo e) e antes do passo f): g) controlar o motor a combustão interna (4), de tal forma que uma velocidade de rotação sincronizada surja entre dois componentes rotatórios (28, 32, 51) na segunda engrenagem planetária (12).
3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que, nos passos d) e e), os dois componentes rotatórios (118, 114) na caixa de engrenagem de alcances (11), que são conectados por meio de um terceiro dispositivo de engate (128), consistem em uma terceira engrenagem anelar (118) e uma terceira porta-planetária (114) em uma terceira engrenagem planetária (110).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelos passos adicionais, antes do passo a): h) prevenir que um componente rotatório (118) na caixa de engrenagem de alcances (11) gire; e, na sequência do passo c) e antes do passo d): i) permitir que o componente rotatório (118) na caixa de engrenagem de alcances (11) gire.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, no passo h), conectar a primeira engrenagem planetária (10) a um eixo de entrada (95) para a caixa de engrenagem de alcances (11) por meio de um mecanismo de engate (96), e por, no passo i), desconectar, por meio do mecanismo de engate (96), a primeira engrenagem planetária (10) do eixo de entrada (95) para a caixa de engrenagem de alcances (11).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 e 5, caracterizado pelo fato de que, durante os passos i) e d), o motor a combustão interna (4) e o primeiro e/ou segundo equipamentos eletrônicos (14; 16) são controlados de tal modo que um estado sem torque é obtido entre a primeira engrenagem planetária (10) e o eixo de entrada (95) para a caixa de engrenagem de alcances (11) e, na sequência disto, a primeira engrenagem planetária (10) é desconectada do eixo de entrada (95) para a caixa de engrenagem de alcances (11) por meio do mecanismo de engate (96).
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, durante os passos i) e d), o primeiro equipamento elétrico (14) gera energia elétrica, que aciona o segundo equipamento elétrico (16), que não gera energia elétrica.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que, durante os passos i) e d), um torque é gerado por meio do segundo equipamento elétrico (16).
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que, no passo c), o sexto par de engrenagens (G5, 125) é conectado ao eixo secundário (18) gerando uma velocidade de rotação sincronizada entre o eixo secundário (18) e uma sétima roda dentada (120) do sexto par de engrenagens (G5, 125) arranjada no eixo secundário (18), com o segundo equipamento elétrico (16).
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que ao menos um par de engrenagens (60, 72), que é conectado à primeira engrenagem planetária (10), compreende uma engrenagem pinhão (62, 74) e uma roda dentada (64, 76) em engajamento uma à outra, tal engrenagem pinhão (62, 74) sendo arranjada fixada em conexão à primeira engrenagem planetária (10), e tal roda dentada (64, 76) sendo arranjada conectada ou desconectada em um eixo secundário (18) , em que, em um passo b), a roda dentada (64, 76) seja desconectada do eixo secundário (18).
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o ao menos um par de engrenagens (66, 78), que é conectado à segunda engrenagem planetária (12) inclui uma engrenagem pinhão (68, 80) e uma roda dentada (70, 82) em engajamento uma à outra, tal engrenagem pinhão (68, 80) sendo arranjada fixada à segunda engrenagem planetária (12), e tal roda dentada (70, 82) sendo arranjada conectada ou desconectada em um eixo secundário (18) , em que, em um passo b), a roda dentada (70, 82) seja conectada ao eixo secundário (18).
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que um quinto par de engrenagens (G3, 21) inclui uma quinta e uma sexta rodas dentadas (92; 94) em engajamento uma à outra, em que a quinta roda dentada (92) pode ser conectada e desconectada arranjada no eixo secundário (18) por meio de um quinto elemento de engate (93), em que, no passo b), a quinta roda dentada (92) é desconectada do eixo secundário (18).
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o eixo de saída (97) do motor a combustão interna (4) é conectado a uma porta-planetária (50) arranjada na primeira engrenagem planetária (10).
14. Veículo com um trem de força híbrido, compreendendo um motor a combustão interna (4); uma caixa de engrenagem (2) com um eixo de entrada (8) e um eixo de saída (20); uma caixa de engrenagem de alcances (11) conectada ao eixo de saída (20); uma primeira engrenagem planetária (10), conectada ao eixo de entrada (8); uma segunda engrenagem planetária (12), conectada à primeira engrenagem planetária (10); um primeiro equipamento elétrico (14) conectado à primeira engrenagem planetária (10); um segundo equipamento elétrico (16) conectado à segunda engrenagem planetária (12); ao menos um par de engrenagens (60, 72), conectado à primeira engrenagem planetária (10) e ao eixo de saída (20); e ao menos um par de engrenagens (66, 78), conectado à segunda engrenagem planetária (12) e ao eixo de saída (20), em que o motor a combustão interna (4) é conectado à primeira engrenagem planetária (10) por meio do eixo de entrada (8), caracterizado pelo fato de que o trem de força híbrido (3) é adaptado para ser controlado de acordo com o método, tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.
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