IT201800002810A1 - Veicolo da lavoro ibrido elettrico con cambio di velocità e macchina elettrica - Google Patents

Description

Veicolo da lavoro ibrido con cambio di velocità CVT

Hybrid work vehicle having a CVT

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione riguarda un veicolo da lavoro ibrido avente un riduttore o una marcia ridotta e una macchina elettrica, in particolare un veicolo da costruzione, o un veicolo agricolo o un veicolo a uso misto come un trattore o un veicolo con un braccio di sollevamento o una pala anteriore.

STATO DELL'ARTE

Non esiste una soluzione standard per il rapporto ottimale del dimensionamento del motore a combustione interna e del sistema elettrico, e la scelta migliore comprende complessi compromessi tra la potenza così come tra costo e prestazioni. La configurazione della trasmissione di potenza di un veicolo ibrido elettrico (HEV) può essere suddivisa in tre tipi: serie, parallelo e una combinazione dei due. I veicoli elettrici ibridi in serie (SHEV) comprendono un motore a combustione interna (ICE), un generatore, pacchi batteria, condensatori e motori elettrici. I SHEV non presentano connessioni meccaniche tra l'ICE e le ruote. La configurazione ibrida in serie è soprattutto impiegata in veicoli pesanti, veicoli militari e bus.

In un PHEV, le potenze meccaniche ed elettriche sono entrambe collegate alla trasmissione. Nel caso di architetture parallele, è possibile ottenere buone prestazioni durante l'accelerazione a causa della potenza combinata di entrambi i motori. Vengono utilizzate diverse strategie di controllo.

Inoltre la potenza meccanica ed elettrica può essere disaccoppiata e il sistema ha un'elevata flessibilità operativa che consente tre modalità di funzionamento: puramente a combustione; puramente elettrico e ibrido.

Nella configurazione ibrida serie-parallelo è possibile evidenziare due percorsi di principali della potenza. Nel percorso di potenza meccanico, l'energia generata dal motore a combustione viene trasmessa direttamente alle ruote mentre nel percorso elettrico l'energia generata dal motore termico viene convertita prima in energia elettrica per mezzo del generatore e poi nuovamente convertita in energia meccanica applicata al ruote. È quindi possibile avere architetture miste denominate "power splits" in cui la potenza installata viene divisa per mezzo di accoppiatori meccanici. La combinazione di configurazioni ibride parallele e serie è ulteriormente suddivisa in sottocategorie in base a come viene distribuita la potenza.

Ad esempio, WO2011101726 si riferisce ad un veicolo da lavoro ibrido in parallelo comprendente un motore a combustione interna, un rotismo epicicloidale con un solare collegato al motore a combustione interna tramite un sincronizzatore, una macchina elettrica di trazione collegata in trasferimento di coppia ad una corona dentata del rotismo epicicloidale e una macchina elettrica accessori per caricare una batteria quando azionata dal motore a combustione interna o per azionare una pompa idraulica per uno o più dispositivi di lavoro idraulici del veicolo in una modalità completamente elettrica. In particolare, in tale modalità completamente elettrica, il solare viene frenato e la trazione viene fornita dalla prima macchina elettrica tramite la corona dentata. Quando la batteria è scarica, il motore a combustione interna viene controllato per essere acceso e collegato al solare tramite il sincronizzatore e una frizione.

US-A1-2013 / 0157808 descrive un veicolo da lavoro ibrido in serie comprendente un rotismo epicicloidale, una prima macchina elettrica collegata ad un solare del rotismo epicicloidale e una seconda macchina elettrica collegata ad una corona dentata del rotismo epicicloidale. In particolare, avendo il solare permanentemente collegato a una macchina elettrica, l'azionamento fornisce un intervallo di velocità operativa più ampio e, sostanzialmente, è un'unità a due motori collegata a differenti ingranaggi di un CVT per fornire un dispositivo di cambio di velocità migliorato che può essere usato in una modalità completamente elettrica del veicolo da lavoro. Tale documento non mostra come possibili accessori, ad es. di un veicolo da lavoro, sono condotti.

EP-A1-1199204 descrive un sistema di trazione ibrido parallelo di un trattore comprendente un rotismo epicicloidale per dividere e ricombinare la potenza da un motore a combustione interna, e una prima e una seconda macchina elettrica. Il trattore non presenta una modalità di trazione e lavoro completamente elettrici.

EP-A2-1317050 descrive un sistema di trazione ibrido parallelo di un trattore con particolare attenzione al volume complessivo di installazione della trasmissione di potenza e comprendente un rotismo epicicloidale per ricombinare la potenza da un motore a combustione interna e una macchina elettrica. Il trattore presenta una modalità di lavoro completamente elettrico commutata tramite un attuatore idraulico e una modalità di trazione ma, quando il gruppo motopropulsore è spento, non è disponibile alcuna potenza idraulica per l'avvio direttamente in modalità completamente elettrica, quindi viene fornita un'attivazione manuale per passare alla modalità completamente elettrica.

WO2011138308 descrive diverse forme di realizzazione di un veicolo ibrido in serie. Tuttavia, nella forma di realizzazione della figura 11, un motore a combustione interna, un motore elettrico e un differenziale sono collegati ad un rotismo epicicloidale in una forma di realizzazione non in serie. Il documento è specificamente incentrato sulla conduzione di una presa di forza, alla quale sono accoppiati sia il motore a combustione interna che il rotismo epicicloidale, e non vi è alcuna indicazione specifica su come viene fornita la trazione tramite il rotismo epicicloidale. Inoltre, la forma di realizzazione di figura 11 non implementa un uso importante del veicolo, cioè funzionamento completamente elettrico.

WO2011128772 descrive una soluzione ibrida di trazione in serie per veicolo telescopico comprendente una suddivisione parallela per il ramo di lavoro e avente una forma di realizzazione con modalità completamente elettrica. Il veicolo telescopico non include un cambio CVT, ma il motore elettrico è direttamente collegato a una trasmissione meccanica tradizionale.

Ciascuno dei veicoli di lavoro sopra ottimizza un singolo aspetto. Tuttavia, si avverte la necessità di un veicolo di lavoro "completo" avente dimensioni medio piccole e che offra una modalità completamente elettrica ad es. viaggiare e lavorare all'interno di un edificio come una stalla per il bestiame, che fornisca un tradizionale funzionamento del motore a combustione interna e funzionamento della trazione, almeno in caso di guasto di uno dei componenti elettrici principali o durante l'attesa per la manutenzione dello stesso, e che offra un ampio intervallo di velocità per lavorare anche in un campo all’aperto ad una certa velocità.

Inoltre, un veicolo da lavoro tradizionale comprende un cambio complesso che fornisce da tre a più di 30 cambi di marcia, compresi riduttori di velocità di marcia o di marcia ridotta, nonché un riduttore per una presa di forza. Tale cambio tende ad essere complesso e non adatto al controllo automatico e non è destinato a ridurre il consumo ma riduce l'efficienza del veicolo da lavoro.

Vi è quindi la necessità di fornire un layout compatto che, in particolare, possa essere adatto per essere introdotto nel vano motore e / o un telaio incorniciato di un veicolo già progettato per sostituire un motore a combustione interna.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

Lo scopo della presente invenzione è di fornire un veicolo da lavoro che soddisfi le esigenze summenzionate.

Lo scopo della presente invenzione è raggiunto da un veicolo da lavoro secondo la rivendicazione 1. La struttura cava del rotore fornisce una disposizione in linea del motore elettrico e del motore a combustione interna in modo tale che il gruppo ibrido si monti in un vano motore anteriore di un trattore già progettato o standard, cioè il rispettivo asse di rotazione del rotore cavo e di un albero a gomiti del motore a combustione interna sono sostanzialmente paralleli all'asse longitudinale del trattore.

Inoltre, il riduttore può essere un cambio multi-marcia o un cambio a rapporto fisso.

Preferibilmente, un riduttore, che può essere una marcia ridotta di un cambio multi-marcia discreto o un cambio di rapporto di riduzione costante, è situato a monte del differenziale e a valle del gruppo motore e di una frizione in modo da fornire una moltiplicazione della coppia adatta a fornire velocità di ridotta e / o uno spunto, in particolare uno spunto in salita del trattore.

Preferibilmente, è previsto un ingranaggio epicicloidale avente un solare collegato in trasferimento di coppia all'albero di trasmissione del motore a combustione interna, una corona collegata in trasferimento di coppia al rotore cavo in modo che, quando il meccanismo di bloccaggio è chiuso, l'ingranaggio solare e la corona hanno la stessa velocità angolare, e un portatreno collegato in trasferimento di coppia alla frizione. Tale ingranaggio epicicloidale suddivide la coppia proveniente dall'unità di potenza fra il differenziale e accessori come una pompa idraulica e una presa di forza.

Preferibilmente, secondo la forma di realizzazione di figura 4, un'ulteriore macchina elettrica è collegata in trasferimento di coppia tra il differenziale e la frizione. Quando la frizione è chiusa, viene fornita una modalità a coppia di trazione maggiore a causa della combinazione di coppie della macchina elettrica e del motore a combustione interna; quando la frizione è aperta, l'ulteriore macchina elettrica fornisce potenza di trazione e l'unità di potenza genera energia elettrica, cioè viene fornito un veicolo ibrido di serie. Tra l'ulteriore macchina elettrica e il differenziale può essere previsto un riduttore per moltiplicare la coppia quando la frizione è aperta e la trazione è in serie elettrica.

Preferibilmente, nella disposizione in linea della macchina elettrica e del motore a combustione interna, le batterie circondano la macchina elettrica, che ha un'altezza inferiore e una larghezza inferiore rispetto a quella del motore a combustione interna.

Altri vantaggi della presente invenzione sono discussi nella descrizione e citati nelle rivendicazioni dipendenti.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L’invenzione è descritta nel seguito sulla base di esempi non limitativi illustrati a titolo esemplificativo nelle seguenti figure, che si riferiscono rispettivamente a:

- Fig. 1 è uno schema funzionale di una unità di potenza secondo la presente invenzione, disposta in un layout ibrido parallelo;

- Fig. 2 è un diagramma coppia - velocità del veicolo di un veicolo comprendente un'unità di potenza secondo la figura 1;

- Fig. 3 è uno schema di un trattore comprendente un'unità di potenza secondo l'invenzione;

- Fig. 4 è uno schema funzionale di una seconda forma di realizzazione della presente invenzione disposta secondo un layout ibrido in serie / parallelo; e

- Fig. 5 è uno schema funzionale di una terza forma di realizzazione della presente invenzione disposta secondo un ulteriore layout parallelo. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

La figura 1 mostra nel suo insieme una trasmissione ibrida di un veicolo da lavoro comprendente una macchina elettrica 1 e un motore a combustione interna 2 collegati in parallelo rispetto ad un cambio 3 avente una serie di marce discrete, ad es. una velocità di marcia ridotta, una presa diretta col motore a combustione interna 2 e una marcia ad alta velocità. In particolare la macchina elettrica 1 ha un rotore cavo e alloggia un albero di trasmissione S collegato al motore a combustione interna 2.

La trasmissione ibrida comprende inoltre una presa di forza 4 collegata per essere azionata dalla macchina elettrica 1 o dal motore a combustione interna 2 o entrambi allo scopo di alimentare attrezzi di potenza da attaccare al veicolo di lavoro, come cilindri idraulici.

La coppia della macchina elettrica 1 e del motore a combustione interna 2 viene trasferita al cambio 3 e alla presa di forza 4 tramite una trasmissione comprendente un disaccoppiatore 5 per scollegare il motore a combustione interna 2 dalla macchina elettrica 1, dal cambio 3 e dalla presa di forza 4 per fornire un modalità completamente elettrica del veicolo di lavoro. Inoltre, la trasmissione comprende un meccanismo di bloccaggio 6 per bloccare selettivamente l'albero S al rotore cavo della macchina elettrica 1. Secondo la forma di realizzazione di figura 1, la presa di forza 4 è azionata dal motore a combustione interna 2 quando il meccanismo di bloccaggio 6 è chiuso tramite il rotore cavo della macchina elettrica 1. Inoltre, la trasmissione comprende una frizione 7 per scollegare alla rotazione la presa di forza 4 da qualsiasi sorgente di potenza se necessario, in modo che la presa di forza possa essere fermata quando uno fra la macchina elettrica 1 e il motore a combustione interna 2 stanno ruotando.

La trasmissione comprende inoltre un ingranaggio epicicloidale per suddividere la potenza della macchina elettrica 1 e del motore a combustione interna 2 tra il cambio 3 e la presa di forza 4. In particolare, un solare 8 è fissato all'albero di trasmissione S, una corona 9 è collegata al motore elettrico 1 con un rapporto di trasmissione fisso e un portatreno 10 comanda il cambio 3, vale a dire un cambio a marce discreto. In particolare, la corona 9 è collegata a un ingranaggio 11 del rotore cavo tramite ingranaggi folli accoppiati 12. In particolare, l'ingranaggio epicicloidale è rivolto verso la macchina elettrica 1 e gli ingranaggi folli accoppiati 12 sono sfalsati dagli assi della macchina elettrica 1 e del solare 8. Secondo un preferito forma di realizzazione, tali assi sono sostanzialmente coincidenti come mostrato in figura 1.

Secondo la forma di realizzazione preferita di figura 1, la presa di forza 4 viene azionata tramite l'ingranaggio 11 e una pompa idraulica 13 è collegata in parallelo alla presa di forza 4 rispetto all'ingranaggio 11. Preferibilmente, la presa di forza 4 e la pompa idraulica 13 sono azionate dallo stesso albero collegato all'ingranaggio 11.

Il disaccoppiatore 5 è o un innesto a frizione azionato elettronicamente o una ruota libera.

Un inverter 14 e un pacco batteria 15 sono presenti per controllare e alimentare la macchina elettrica 1.

Inoltre, il cambio discreto di velocità 3 conduce un differenziale 16 ed è selettivamente disinnestabile alla rotazione dal portatreno 10 tramite una frizione 17. In particolare, quest'ultima è aperta quando la marcia del cambio 3 cambia, come generalmente avviene in un cambio manuale tramite un pedale della frizione o in un cambio robotizzato, in cui la frizione e il cambio sono azionati tramite attuatori, ad es attuatori elettrici o fluidi.

LAYOUT PARALLELO - FUNZIONAMENTO A TRAZIONE

La figura 2 è un diagramma che mostra la coppia di trazione generata dalla combinazione della macchina elettrica 1 e del motore a combustione interna 2 sulla gamma di velocità del veicolo di lavoro quando nessun accessorio, ad es. la presa di forza 4, è condotto e il pacco batteria è completamente carico, ad es. non sotto carica. Inoltre, la figura 2 è ottenuta con una marcia fissa del cambio 3.

Allo spunto da una frenata o arresto, la coppia viene fornita dalla macchina elettrica 1 che funziona come un motore elettrico. L'inverter 14 preferibilmente controlla la macchina elettrica 1 in modo che la coppia sia indipendente dalla velocità del veicolo fino a una velocità predefinita del veicolo, ad es. inferiore a 5 km / h. Questo si ottiene quando il motore a combustione interna 2 è spento, il disaccoppiatore 5 scollega angolarmente il motore a combustione interna 2 dall'albero motore S e il meccanismo di bloccaggio 6 si collega angolarmente portare l'albero S sull'ingranaggio 11 e il rotore cavo della macchina elettrica 1. Inoltre, anche l'innesto 17 viene chiuso. La frizione 7 è aperta e la presa di forza 4 non è condotta. Quando l'albero di trasmissione S e l'ingranaggio 11 sono collegati rigidamente tramite il meccanismo di bloccaggio 6, il solare 8 fornisce una coppia di reazione a quella della corona 9 in modo da far ruotare il portatreno 10 per fornire una coppia di ingresso al cambio 3. Preferibilmente, quando l’albero di trasmissione S e l'ingranaggio 11 sono bloccati, il cambio 3 è collegato in presa diretta, cioè la corona 9 e l'ingranaggio 11 hanno lo stesso numero di denti e gli ingranaggi accoppiati 12 sono uguali. È tuttavia possibile che un rapporto di trasmissione non unitario sia realizzato tra l'albero di trasmissione S e il portatreno quando il meccanismo di bloccaggio 6 è bloccato.

È importante notare che la macchina elettrica 1 può funzionare in condizioni di picco nel proprio campo di funzionamento e in particolare allo spunto da una frenata o da una sosta, in particolare in salita. Il picco di funzionamento del motore elettrico 1 è fornito dall'inverter che immette una corrente elettrica di potenza superiore alla corrente elettrica nominale della macchina elettrica 1. La coppia più elevata della modalità di funzionamento del picco può essere mantenuta solo per un breve periodo di tempo, ad es. alcuni minuti, ma aiuta a superare un carico di punta come quando c'è un ostacolo sul terreno, ad es. una grande roccia, una breve strada in salita, un piccolo fosso o simili.

Come mostrato dalla figura 2, la coppia di picco della macchina elettrica 1 è superiore alla coppia massima del motore a combustione interna 2. Preferibilmente, la coppia di picco della macchina elettrica 1 è almeno 1,5-2 volte la coppia massima del motore a combustione interna 2. Ad una velocità più elevata, ad es. al di sopra di un limite di velocità predefinito del veicolo, preferibilmente nell'intervallo 5-10 km / h, il motore a combustione interna 2 viene automaticamente attivato. La macchina elettrica 1 viene quindi spenta, ad es. quando il pacco batteria è completamente carico, (riga inferiore di figura 2) o funziona come generatore per caricare il pacco batteria e, contemporaneamente, comandare l'ingranaggio 11 tramite il meccanismo di bloccaggio 6. Quando la macchina elettrica 1 è spenta, il meccanismo di blocco 6 è chiuso in modo che, tramite gli ingranaggi accoppiati 12, sia il solare 8 che la corona 9 hanno la stessa velocità angolare.

Nel caso in cui il pacco batteria sia già completamente carico, la coppia erogata rispetto alla velocità del veicolo è indicata nella figura 2 tra i punti C e D come in veicolo di lavoro con motore a combustione interna standard.

Le prestazioni di trazione tra i punti C 'e D' di figura 2 sono fornite quando la macchina elettrica 1 funzionante come motore fornisce un'ulteriore coppia fino alla coppia di picco. La macchina elettrica 1 può essere accesa automaticamente in base al monitoraggio di parametri di funzionamento come la velocità o controllata manualmente dal conducente, ad es. tramite un pulsante, una leva o qualcosa di simile che il conducente commuta quando si siede sul sedile del conducente. In particolare, la velocità o la velocità angolare dell'albero di trasmissione S ecc. possono essere monitorate tramite sensori già presenti nei motori a combustione interna standard e / o tramite i controlli standard implementati negli inverter. Pertanto non è necessario alcun sensore aggiuntivo, come i sensori di coppia, per controllare l'unità di potenza.

Come esempio non limitativo di controllo automatico della macchina elettrica 1, quando il conducente imposta la velocità del veicolo tramite un cruise control, viene raggiunta una velocità angolare adatta sia della macchina elettrica 1, quando le batterie sono sufficientemente cariche, sia del motore a combustione interna 2. In particolare, la velocità angolare del motore a combustione interna 2 è impostata mediante parametri dimensionali, come il diametro delle ruote, e parametri meccanici, come la rotazione dell'ingranaggio epicicloidale ecc. e una velocità angolare di riferimento della macchina elettrica 1 è leggermente inferiore, per ogni velocità del veicolo impostata dal conducente tramite il cruise control, a quella del motore a combustione interna 2, ad es non più del 10% in meno, preferibilmente non più del 5% in meno, per fornire un asse elettrico. In tale condizione, l'inverter controlla la macchina elettrica 1 per mantenere costante la velocità angolare di riferimento impostata tramite il cruise control indipendentemente dal carico applicato ad es. le ruote o i cingoli del veicolo da lavoro. Infatti, in caso di salita su una collina, l'aumento del carico tende a rallentare il motore a combustione interna 2 ma è contrastato dall'azione della macchina elettrica 1 che, per mantenere costante la sua velocità angolare di riferimento, aumenta la coppia necessaria fino al sua valore di picco. La coppia aggiuntiva fornita dalla macchina elettrica 1 produce infine un effetto aggiuntivo a quello di un cambio di marcia ridotta. Quanto sopra si ottiene quando il meccanismo di bloccaggio 6 è disaccoppiato e la frizione 7 aperta.

Quando l'intervento della macchina elettrica viene controllato manualmente dal conducente, la frizione 17 viene automaticamente chiusa, il motore 30 viene spento e il pedale dell'acceleratore controlla la coppia del motore a combustione interna 2. La macchina elettrica 1 fornisce una coppia aggiuntiva, se necessario, in asse elettrico.

Un pedale dell'acceleratore azionato dal conducente imposta un livello di coppia desiderato e, quando il motore a combustione interna 2 è acceso, tale livello di coppia deve essere principalmente fornito dal motore a combustione interna e la coppia aggiuntiva, se necessario, viene fornita dalla macchina elettrica 1 secondo una configurazione master / slave.

Preferibilmente, la combinazione del motore elettrico 1 e del motore a combustione interna 2 ha una potenza massima totale compresa tra 50 e 130 kW, preferibilmente suddivisa in modo uniforme.

Altre condizioni di funzionamento del veicolo di lavoro possono essere ottenute in base a un numero di alternative. Quanto segue fornisce un elenco di forme di realizzazione preferite non limitative.

CARICA

La macchina elettrica 1 è azionata dal motore a combustione interna 2. In tal caso, una porzione di coppia dal motore a combustione interna 2 viene assorbita dalla macchina elettrica 1 e dipende dal carico elettrico impostato da un'unità di controllo per caricare la batteria 15. Ciò viene eseguito quando il meccanismo di bloccaggio 6 accoppia angolarmente l'albero S al rotore cavo della macchina elettrica 1. In alternativa, il meccanismo di bloccaggio 6 è aperto e, tramite l'inverter 14, la macchina elettrica 1 fornisce una coppia frenante variabile in modo da equilibrare la coppia dell'albero motore S e, allo stesso tempo, dare la priorità all'esecuzione del comando di trazione fornito dal pedale dell'acceleratore. Quando il pacco batteria 15 è completamente carico e non vi è necessità di contributo di coppia da parte della macchina elettrica 1, quest'ultimo può essere disattivato e il meccanismo di bloccaggio 6 deve essere nella posizione impegnata per il pilotaggio della presa di forza 4 e / o della pompa idraulica 13.

FULL ELECTRIC

Secondo una forma di realizzazione preferita, una unità di controllo è programmata in modo tale che, quando riceve un comando dall'utente tramite ad es. un selettore, un pulsante o simili nella cabina di guida del veicolo da lavoro, preferibilmente su un cruscotto dello stesso, il motore a combustione interna 2 viene spento e qualsiasi attività da sola o in combinazione del veicolo di lavoro è fornita tramite macchina elettrica 1, in particolare trazione e attivazione della presa di forza 4. Il meccanismo di bloccaggio 6 collega angolarmente l'albero di trazione S e il rotore cavo della macchina elettrica 1. Il disaccoppiatore 5 scollega angolarmente il motore a combustione interna 2 dall'albero motore S.

Il pedale dell'acceleratore controlla un coppia di uscita della macchina elettrica 1 e la velocità desiderata è ottenuta dall'utilizzatore che agisce sul cambio 3 nello stesso modo in cui il motore primario fosse un motore a combustione interna 2.

In caso di veicolo fermo, la presa di forza 4 può essere alimentata anche quando il meccanismo di bloccaggio 6 disinnesta l'albero di trasmissione S e l'ingranaggio 11.

L'attivazione della pompa idraulica 13 quando il veicolo è fermo viene ottenuta aprendo i disaccoppiatori o le frizioni 5 e 17 e accendendo il motore elettrico 1 o chiudendo il disaccoppiatore 5, mantenendo la frizione 17 aperta e accendendo il motore a combustione interna 2.

BATTERIA SCARICA

Secondo una forma di realizzazione preferita, la coppia allo spunto da una frenata o una sosta è fornita dal motore a combustione interna 2. Il collegamento del motore a combustione interna 2 alle ruote o ai cingoli del veicolo da lavoro è azionato dall'utente in un modo tradizionale, ad es. tramite la frizione 17 comandata dal pedale della frizione o dall'interfaccia del conducente, cioè un selettore manuale, del cambio robotizzato.

In particolare, in una modalità di emergenza dove ad es. si verifica un guasto in un importante elemento elettrico di potenza, come un inverter, una macchina elettrica o simili, tramite il riduttore o il cambio è possibile che il trattore T si avvii da veicolo fermo o frenato solo tramite il motore a combustione interna 2 e sia adottato un tempo di chiusura corretto della frizione 17.

È importante notare che, nel caso in cui sia richiesto un elevato livello di coppia, ad es. per uscire da un fosso ripido, e la carica del pacco batteria 15 è bassa, il conducente può mantenere il veicolo da lavoro frenato e lasciare il motore a combustione interna 2 caricare il pacco batteria tramite la macchina elettrica 1 funzionante come generatore. Quando il pacco batteria è sufficientemente carico, la macchina elettrica 1 viene commutata per funzionare come un motore e fornire la sua coppia, se del caso la coppia di picco, per salire a una velocità molto bassa dal fosso ripido.

Secondo una forma di realizzazione preferita, l'unità di controllo è programmata per fornire un segnale di avvertimento al conducente quando il livello di carica del pacco batteria 15 scende al di sotto di una soglia predefinita. Il segnale di avviso al conducente può essere un segnale audio o visivo o una combinazione di entrambi. Ciò è importante in particolare se la macchina elettrica 1 fornisce un contributo di coppia quando il veicolo di lavoro sta viaggiando su una strada in salita ripida per evitare che il conducente venga colto di sorpresa e abbia il tempo di decidere come guidare il veicolo da lavoro quando la macchina elettrica 1 è temporaneamente non disponibile.

Preferibilmente, l'unità di controllo è programmata in modo tale che, quando il livello di carica del pacco batteria scende al di sotto di una soglia di sicurezza predefinita, la potenza fornita dalla macchina elettrica 1 diminuisce secondo un percorso predefinito fino a quando il motore a combustione interna 2 è l'unica sorgente di energia. Ad esempio, la potenza in uscita della macchina elettrica 1 diminuisce linearmente in funzione del livello di carica al di sotto della soglia di sicurezza.

La figura 3 mostra una vista schematica di un trattore T, in particolare un trattore leggero avente una potenza massima installata ad esempio di 50-130 kW, equipaggiato con la trasmissione ibrida di figura 1. In particolare, il trattore T comprende un telaio C supportato da ruote W o cingoli e tale da supportare il motore elettrico 1, il motore a combustione interna 2 e il pacco batteria 15. Il trattore T comprende anche una piattaforma P antivibrante dove è montata una sede di un conducente (non mostrata). Preferibilmente, la piattaforma P è collegata allo chassis a telaio C mediante un silent block o una sospensione al fine di filtrare le vibrazioni di funzionamento, come vibrazioni dal motore a combustione interna 2 e vibrazioni indotte dall'interazione fra il terreno e ruote o cingoli, e aumentare il comfort del conducente.

Secondo la figura 3, lo chassis a telaio C comprende un primo ed un secondo longherone longitudinale 21, 22 longitudinalmente allungati tra le ruote anteriori e posteriori W e lateralmente distanziati per fornire una sede ed una posizione per il motore elettrico 1 e il motore a combustione interna 2. In particolare, la figura 3 mostra che il pacco batteria 15 è montato sui longheroni 21, 22 travi principali 21, 22 tra il motore a combustione interna 2 e la piattaforma P e circonda, in particolare verso l'alto e lateralmente, il motore elettrico 1. Preferibilmente, il pacco batteria 15 ha un diverso disaccoppiamento delle vibrazioni, se presente, rispetto a quello della piattaforma P. In particolare, il pacco batteria 15 è montato preferibilmente mediante silent block sui longheroni 21, 22. Il motore elettrico 1 e / o il pacco batteria 15 si affacciano longitudinalmente sul motore a combustione interna 2 al fine di potersi collocare nella posizione abituale di un motore in un trattore, cioè davanti alla piattaforma P portata da travi principali 21, 22. Il cambio 3 è situato sotto la piattaforma P e si affaccia longitudinalmente al differenziale 16, cioè un layout normale in trattori.

La figura 4 mostra un'ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione in cui gli stessi numeri già utilizzati nei paragrafi precedenti indicano elementi funzionalmente identici a quelli descritti per la forma di realizzazione di figura 1. In particolare, la forma di realizzazione di figura 4 differisce da quella di figura 1 come segue.

In particolare, la figura 4 mostra una trasmissione ibrida per il trattore T avente un motore elettrico aggiuntivo 30 collegato al differenziale 16 per la trazione di ruote o cingoli W. Il motore elettrico 30 è controllato tramite un inverter 31 ed alimentato dal pacco batteria 15. Secondo una forma di realizzazione preferita, il motore elettrico 1 ha un albero passante collegato tramite l'innesto 17 all'albero di trasmissione S del motore a combustione interna 2.

Inoltre, l'albero di trasmissione S è collegato in trasferimento di coppia all'albero passante del motore elettrico 30 tramite un riduttore 32 in modo tale che la velocità angolare del motore elettrico 30 sia inferiore a quella dell'albero di trasmissione S. Preferibilmente, il rapporto di velocità del riduttore 32 è costante e il cambio è a valle della frizione 17. In alternativa, il riduttore 32 può essere a monte della frizione 17.

In alternativa, il motore elettrico 30 è sfalsato rispetto al differenziale 16 e / o dalla frizione 17 ed è collegato in trasferimento di coppia per la trazione mediante un riduttore dedicato. È anche possibile che l'unità di potenza 1, 2 e il motore elettrico 30 siano collegati al differenziale 16 tramite un riduttore disposto a valle della frizione 17. In tutte le forme di realizzazione, il riduttore ha rapporti di trasmissione fissi / marce discrete che vengono selezionate dal conducente e non sono selezionate automaticamente in base ai parametri di funzionamento del veicolo.

LAYOUT SERIE / PARALLELO - FUNZIONAMENTO A TRAZIONE

In uso, il differenziale 16 riceve una coppia dal motore elettrico 1, dal motore a combustione interna 2 e dal motore elettrico 30 o almeno solo da una di queste ultime unità di potenza unità, a seconda dello stato del disaccoppiatore 5, del meccanismo di bloccaggio 6 e della frizione 17. In particolare, il trattore T fornisce almeno una modalità di funzionamento a coppia di trazione maggiore e una modalità di funzionamento a coppia di trazione inferiore. Preferibilmente una velocità massima del veicolo nella prima modalità è inferiore alla velocità massima del veicolo nella seconda modalità.

La modalità di funzionamento a coppia di trazione maggiore viene fornita quando la frizione 17 è chiusa e la macchina elettrica 1 e / o il motore a combustione interna 2, tramite il riduttore 32, forniscono un contributo di coppia per il differenziale 16. In particolare, la coppia massima combinata della macchina elettrica 1 e del motore a combustione interna 2 è superiore alla coppia massima del motore elettrico 30.

In particolare, in modalità di funzionamento della coppia di trazione superiore, la coppia più elevata fornita al differenziale 16 proviene dalla macchina elettrica 1 in condizioni di funzionamento di picco per ad es. fornire una partenza in salita ad una velocità di marcia ridotta. Dopo una soglia di velocità del trattore predefinita, ad es. 5 km / h, il motore a combustione interna 2 si accende automaticamente e il disaccoppiatore 5 fornisce la relativa coppia all'albero di trasmissione S. Quando sia la macchina elettrica 1 che il motore a combustione interna 2 sono accesi e accoppiati in trasferimento di coppia, il pedale dell'acceleratore azionato dal conducente controlla la coppia del motore a combustione interna e della macchina elettrica 1 fornisce una coppia aggiuntiva, se necessario, ad es secondo le forme di realizzazione già discusse in relazione alla figura 1. Quando sia la macchina elettrica 1 che il motore a combustione interna 2 forniscono una coppia motrice, l'ulteriore macchina elettrica 30 è generalmente spenta. Quest'ultima viene automaticamente attivata per fornire ulteriore coppia, ad es. sulla base del monitoraggio di parametri di funzionamento come la velocità del trattore o la velocità angolare di qualsiasi elemento rotante della trasmissione.

La coppia di trazione fornita dalla macchina elettrica 1 e dal motore a combustione interna 2 viene moltiplicata per il riduttore 32.

La modalità di funzionamento a coppia di trazione inferiore viene fornita quando la frizione 17 è aperta e un'ulteriore macchina elettrica 30 fornisce una coppia di trazione.

Secondo una prima forma di realizzazione, la macchina elettrica 30 è collegata in presa diretta al differenziale 16 e partendo da veicolo arrestato o frenato è fornita tramite la macchina elettrica 1 chiudendo la frizione 17. Ad una soglia di velocità predefinita, la frizione 17 si apre automaticamente e la macchina elettrica 30 fornisce coppia di trazione.

In alternativa, è previsto un ulteriore riduttore per accoppiare la macchina elettrica 30 in trasferimento di coppia al differenziale 16. La relativa moltiplicazione della coppia fornisce un livello di coppia sufficiente al differenziale 16 durante lo spunto da veicolo frenato o arrestato quando la frizione 17 è aperta.

Il pedale dell'acceleratore controlla il livello di coppia, cioè la corrente elettrica assorbita, fornita dall'ulteriore macchina elettrica 30 quando la frizione 17 è aperta. Il passaggio tra le due modalità di funzionamento può essere manuale, ad es. tramite un selettore azionabile dal conducente durante la marcia del trattore, o automaticamente come discusso per la forma di realizzazione in cui la coppia allo spunto dal veicolo frenato o arrestato è sempre fornita dal motore elettrico 1.

ALTRE FUNZIONI

Quando la frizione 17 è aperta, la carica del pacco batteria 15 viene fornita quando il meccanismo di bloccaggio 6 è chiuso e, preferibilmente, ad una velocità angolare e / o livello di coppia che sono indipendenti da quelli richiesti dall'utente tramite il pedale dell'acceleratore.

Inoltre, tramite un’opportuna interfaccia di controllo manuale, il conducente può modificare la velocità angolare della presa di forza e / o della pompa idraulica 13, entrambe azionate dalla macchina elettrica 1 e / o dal motore a combustione interna 2.

In particolare, chiudendo la frizione 17, è possibile che il motore a combustione interna 2 azioni il differenziale 16 e / o la presa di forza 4 e / o la pompa idraulica 13. Ciò può accadere ad esempio in caso di grave guasto elettrico di entrambe le macchine elettriche 1, 30.

Se fornito su un trattore, cioè un trattore con chassis a telaio e piattaforma mostrata in figura 3, il motore elettrico 30 si trova al di sotto della piattaforma P, in particolare affacciato al differenziale posteriore 16 in direzione longitudinale. Per fornire tale disposizione, l'albero di trasmissione S è distanziato verticalmente da un albero di ingresso del differenziale 16 e / o da un mozzo delle ruote W. Un’opportuna trasmissione non mostrata, ad es. a ingranaggi o una trasmissione a catena, viene quindi fornita per trasferire la coppia tra albero motore S e motore elettrico 30 e / o differenziale 16. Tale trasmissione può incorporare la funzione di riduzione della velocità del riduttore 32.

ULTERIORE LAYOUT PARALLELO

La figura 5 descrive un'ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, in cui i numeri già usati per descrivere le forme di realizzazione precedenti indicano gli stessi elementi funzionali dei paragrafi precedenti. In particolare, il layout di figura 5 differisce da quello di figura 1 come segue.

La corona 9 è collegata a una macchina elettrica 30’ con un rapporto di riduzione quando la macchina guida la corona. La macchina elettrica 30’ è funzionalmente simile alla macchina elettrica 30 ma è associata all'ingranaggio epicicloidale 8, 9, 10 e non a valle di quest'ultimo, come nel caso del layout di figura 4. Inoltre, la macchina elettrica 30' è controllata e alimentata da un inverter e un pacco batteria, ad esempio dal pacco batteria 15. L'ingranaggio 11 è accoppiato per azionare la presa di forza 4 e / o la pompa idraulica 13.

Inoltre, il supporto 9 è sempre collegato al cambio 3, cioè non vi è alcuna frizione per accoppiarsi selettivamente nel supporto di rotazione 9 e nel cambio 3.

Durante la trazione in una modalità di funzionamento in parallelo, l’ingranaggio epicicloidale 8, 9, 10 combina le coppie dal motore a combustione interna 2 e dalla macchina elettrica 30'. Secondo una forma di realizzazione preferita, al di sopra di una soglia di velocità predefinita del veicolo T, il motore a combustione interna 2 viene mantenuto ad alcuni punti di funzionamento a velocità angolare costante aventi un'efficienza relativamente elevata. Nel caso in cui una di coppia d’ingresso più elevata sia associata alla posizione angolare del pedale dell'acceleratore elettrico, la macchina 30' fornisce la coppia mancante.

Al di sotto della soglia predefinita, il motore a combustione interna 2 è spento e il disaccoppiatore 5 si disconnette dall'albero di trasmissione S. Inoltre, il rotore cavo e l'albero di trasmissione S sono accoppiati angolarmente tramite il meccanismo di bloccaggio 6. Un segnale d’ingresso dal pedale dell'acceleratore viene elaborato con la massima priorità dalla macchina elettrica 1 e, nel caso sia necessaria una coppia aggiuntiva, la macchina elettrica 30' viene automaticamente attivata.

Preferibilmente, tale funzionamento full electric può essere selezionato tramite un selezionatore adatto azionabile dal posto di guida, ad es. sul cruscotto, dal conducente anche al di sopra della soglia predefinita. Tuttavia, la velocità massima del veicolo in modalità full electric è inferiore alla velocità massima del veicolo nella modalità ibrida discussa sopra, ad una data marcia del cambio 3. In considerazione dell'aumento della capacità di controllo fornita dall'introduzione della macchina elettrica 30', il cambio 3 può avere una struttura con due marce, ad es. una marcia ridotta e una presa diretta. Tale struttura semplice è anche dovuta al fatto che la velocità di inversione è fornita dall'inversione della macchina elettrica 30'.

Nella modalità di funzionamento ibrida, il meccanismo di bloccaggio 6 può essere aperto in modo tale che la presa di forza e / o la pompa idraulica 13 siano guidate ad una velocità angolare che è indipendente da quella dell'albero di trasmissione S. Quando il meccanismo di bloccaggio 6 è chiuso, la macchina elettrica 1 può funzionare come generatore per ricaricare il pacco batteria 15.

Il disaccoppiatore 5, il meccanismo di bloccaggio 6 e l'innesto 17 possono differire o essere dello stesso tipo di componente e sono preferibilmente in grado di impegnarsi e disimpegnare la relativa unità di potenza durante la rotazione e la trasmissione della coppia dell'albero di collegamento relativo. Il motore elettrico 30 può essere una macchina elettrica funzionante anche come generatore per caricare il pacco batteria 15 durante la frenatura del trattore T.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Veicolo da lavoro (T) comprendente un'unità motrice ibrida di trazione (1, 2), una pompa idraulica (13) azionata dall’unità motrice ibrida (1, 2) per alimentare un attrezzo del trattore e una presa di forza (4) comandata dall'unità di potenza ibrida (1, 2), in cui una macchina elettrica (1) dell'unità di motrice ibrida ha un rotore cavo che alloggia un albero di trasmissione (S) azionato dal motore a combustione interna (2) e collegato in trasferimento di coppia a un differenziale (16) del veicolo; un disaccoppiatore angolare (5) collega selettivamente in rotazione l'albero di trasmissione (S) al motore a combustione interna (2) ed un meccanismo di bloccaggio (6) collega selettivamente in rotazione l'albero motore (S) e il rotore cavo.
2. 2. Veicolo da lavoro secondo la rivendicazione 1, in cui il disaccoppiatore (5) e il meccanismo di bloccaggio (6) sono disposti tra la macchina elettrica (1) ed il motore a combustione interna (2) lungo una direzione parallela ad un primo asse di rotazione del rotore cavo ed in cui un secondo asse di rotazione di un albero a gomiti del motore a combustione interna (2) e il primo asse di rotazione sono sostanzialmente paralleli ad un asse longitudinale del trattore (T).
3. 3. Veicolo da lavoro secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, comprendente una frizione (17) a valle di detto disaccoppiatore (5) e del meccanismo di bloccaggio (6) per scollegare selettivamente il motore (S) e il differenziale (16) e in cui un riduttore (3; 32) trasferisce la coppia tra la frizione (17) e il differenziale (16).
4. 4. Veicolo da lavoro secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui un ingranaggio epicicloidale comprende un solare (8) collegato in trasferimento di coppia all'albero di trasmissione (S), una corona (9) collegata in trasferimento di coppia al rotore cavo in modo che, quando il meccanismo di bloccaggio (6) è chiuso, il solare (8) e la corona (9) hanno la medesima velocità di connessione, e un portatreno (10) collegato in trasferimento di coppia all ' innesto (17).
5. 5. Metodo di controllo di veicolo da lavoro (T) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente la fase di chiudere sia il meccanismo di bloccaggio (6) che la frizione (17) e spegnere la macchina elettrica (1) in modo che il motore a combustione interna (2) aziona la pompa idraulica (13) e la presa di forza (4) tramite il rotore cavo e il differenziale (16) tramite l'albero di trasmissione (S) e la frizione (17).
6. 6. Metodo di controllo del veicolo da lavoro (T) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, comprendente la fase di comandare la macchina elettrica (1) funzionante come alternatore tramite la corona (9) che fornisce una coppia frenante in modo che il portatreno (10) azioni il differenziale (16) tramite la corona (8).
7. 7. Veicolo di lavoro secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui un'ulteriore macchina elettrica (30) è collegata in trasferimento di coppia al differenziale (16) tramite il riduttore (32) a valle della frizione (17) .
8. 8. Metodo di controllo di un veicolo da lavoro (T) secondo la rivendicazione 7, comprendente la fase di fornire una modalità a coppia di trazione inferiore in cui la frizione (17) è aperta, la trazione è fornita dall'ulteriore macchina elettrica (30) e dal motore a combustione interna (2); e la fase di fornire una modalità a coppia di trazione maggiore in cui la frizione (17) è chiusa, e almeno la macchina elettrica (1) e il motore a combustione interna (2) comandano il differenziale (16) e in cui una prima coppia massima fornita al differenziale da almeno la macchina elettrica (1) e il motore a combustione interna (2) è maggiore di una seconda coppia massima fornita al differenziale (16) dall'ulteriore macchina elettrica (30).
9. 9. Veicolo di lavoro secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, comprendente un'ulteriore macchina elettrica (30') e un ingranaggio epicicloidale avente un solare (8) collegato in trasferimento di coppia all'albero di trasmissione (S), una corona (9) collegata in trasferimento di coppia all'ulteriore macchina elettrica (30'), e un portatreno (10) collegato in trasferimento di coppia al differenziale (16).
10. 10. Veicolo di lavoro (T) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 7, 9 comprendente inoltre una prima e una seconda trave principale longitudinale (21, 22) formanti un telaio e una piattaforma (P) che supporta un sedile del conducente e portata dalle travi principali (21, 22); e in cui la macchina elettrica (1) è portata dal telaio in una posizione longitudinale tra il motore a combustione interna (2) e la piattaforma (P) e in cui un pacco batterie (15) che alimenta la macchina elettrica (1) circonda la macchina elettrica (1) ed è portato dal telaio.