IT201800007829A1

IT201800007829A1 - Sistema di gestione dell'energia idraulica per una trasmissione idrostatica

Info

Publication number: IT201800007829A1
Application number: IT102018000007829A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Benevelli; Ciro Mariniello; Francesco Pintore
Original assignee: Cnh Ind Italia Spa
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2020-02-03
Also published as: EP3830453B1; EP3830453A1; WO2020025311A1; US20210252960A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SISTEMA DI GESTIONE DELL'ENERGIA IDRAULICA PER UNA TRASMISSIONE IDROSTATICA”

CAMPO TECNICO

La presente invenzione concerne un sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica, in particolare una trasmissione idraulica per veicoli da lavoro quali veicoli per apparecchiature edilizie o veicoli per l’agricoltura.

BACKGROUND DELL’INVENZIONE

I veicoli da lavoro sono di solito provvisti di motori idraulici che sono usati per una molteplicità di operazioni quali il movimento del veicolo; tali motori idraulici trasformano un’energia idraulica, immagazzinata in un fluido di lavoro sotto forma di pressione, in energia meccanica, ad esempio nella rotazione di un albero con una velocità e una coppia predefinite.

La pressione del fluido di lavoro è data di solito da una pompa, supportata da un motore, ad esempio un motore a combustione interna, che è connesso, attraverso una disposizione idraulica, al sistema idraulico dei motori idraulici.

Le disposizioni idrauliche menzionate in precedenza sono di solito realizzate attraverso un numero elevato di valvole che, in funzione del loro stato che permette o meno il passaggio di un fluido in un circuito idraulico progettato, consentono una molteplicità di operazioni, quali il movimento in avanti e indietro, la spinta, il recupero di energia, tra tale pompa e i motori idraulici.

Un esempio di tale disposizione idraulica nota è mostrato nel documento US2016375752A1 in cui (numeri di riferimento come mostrato nel documento della tecnica precedente) un mozzo 8 di spinta di potenza è interposto tra una pompa 2 supportata da un motore a combustione interna, un motore idraulico 3 e accumulatori 10, 11 ad alta e a bassa pressione. Tale mozzo 8 di spinta di potenza è configurato per gestire una molteplicità di operazioni tra la pompa 2 e il motore 3, tramite un circuito idroelettrico mostrato nella figura 2.

Tuttavia, un collettore idro-elettrico, come mostrato nel suddetto documento della tecnica precedente, comprendente un gran numero di componenti, è di conseguenza costoso e voluminoso. Inoltre, il grande numero di valvole introduce cadute di pressione significative che riducono l’efficienza della trasmissione.

Inoltre, il collettore idro-elettrico come quello sopracitato comprende una molteplicità di sensori configurata per rilevare una molteplicità di quantità fisiche nella trasmissione in modo da controllare di conseguenza le valvole per impostare la modalità di funzionamento della trasmissione.

Considerato quanto precede, si sente la necessità di fornire una trasmissione idraulica per veicoli da lavoro che comprenda un ridotto numero di componenti, permettendo al contempo una molteplicità di operazioni.

Uno scopo della presente invenzione è soddisfare le summenzionate necessità in modo ottimizzato e efficiente dal punto di vista dei costi.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Lo scopo precedentemente menzionato viene ottenuto con un sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica come rivendicato nella serie di rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, una forma di realizzazione preferita è descritta nel seguito, mediante un esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:

● la figura 1 è una vista schematica di una forma di realizzazione di un sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo l’invenzione,

● le figure da 2 a 10 sono viste schematiche che rappresentano rispettive modalità di funzionamento del sistema di gestione dell’energia idraulica per la trasmissione idrostatica di figura 1, e

● la figura 11 è un diagramma a blocchi che rappresenta un sistema di controllo per il sistema di gestione dell’energia idraulica per la trasmissione idrostatica di figura 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

La figura 1 mostra un sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica 1 che comprende essenzialmente una pompa 2, almeno un motore idraulico 3, un primo accumulatore 4 e un secondo accumulatore 5, connessi insieme a livello di fluido grazie a un modulo 6 di connessione idraulica secondo l’invenzione, come descritto in seguito.

La pompa 2 è vantaggiosamente connessa a un motore 7, vantaggiosamente un motore a combustione interna, e un motore idraulico 3 può essere connesso a un comando finale di un veicolo da lavoro. Sia la pompa 2 che il motore 3, come noto, comprendono una rispettiva prima e una rispettiva seconda linea di connessione 2a, 2b, 3a, 3b configurate per permettere il passaggio di un fluido operativo nella pompa 2 e nel motore 3. In particolare, facendo riferimento al motore 3, il fluido può fluire realizzando un percorso dalla prima linea di connessione 3a alla seconda linea di connessione 3b in modo da conferire alla trasmissione del veicolo una prima coppia e può fluire realizzando un percorso dalla seconda linea di connessione 3b alla prima linea di connessione 3a in modo da conferire alla trasmissione del veicolo una seconda coppia opposta alla prima. Nella presente descrizione, la prima coppia è configurata per muovere in avanti la trasmissione del veicolo portata dal motore 3, mentre la seconda coppia è configurata per muovere indietro tale trasmissione del veicolo. Una simile considerazione si può applicare alla pompa 2, considerando le linee di connessione 2a, 2b. Preferibilmente la pompa 2 e il motore 3 possono essere pompe a spostamento variabile.

Preferibilmente, il primo accumulatore 4 è un accumulatore ad alta pressione, mentre il secondo accumulatore 5 è un accumulatore a bassa pressione, ad esempio due accumulatori 4, 5 possono alloggiare fluido a una pressione di rispettivamente 350 bar e 50 bar. Sia il primo che il secondo accumulatore 4, 5 possono essere provvisti di relativi sensori, non mostrati, configurati per rilevare il livello del fluido immagazzinato dentro questi ultimi. Tali livelli, per ciascun accumulatore 4, 5, possono essere:

● un livello alto, ad esempio l’85% della massima pressione di fluido immagazzinabile,

● un primo livello intermedio, ad esempio l’80% della massima pressione di fluido immagazzinabile,

● un secondo livello intermedio, ad esempio il 25% della massima pressione di fluido immagazzinabile, e

● un livello basso, ad esempio il 15% della massima pressione di fluido immagazzinabile.

Gli accumulatori 4 e 5 possono essere “pronti” per l’uso se la pressione del fluido è compresa tra i summenzionati primo e secondo livello intermedio, “completamente caricato” o “completamente scaricato” se il livello è compreso tra i livelli intermedi e i rispettivi livelli alto o basso; altrimenti non possono essere fatti funzionare.

Come sarà descritto più in dettaglio in seguito, se il livello è completamente caricato l’accumulatore può solo essere scaricato, viceversa, se l’accumulatore è completamente scaricato può solo essere caricato. La differenza tra la soglia di livello alto e la soglia del primo livello intermedio definisce un’isteresi durante la fase di scarico dell’accumulatore che permette al sistema di evitare l’oscillazione. Similmente, la differenza tra la soglia di livello basso e la soglia del secondo livello intermedio definisce un’isteresi durante la fase di carico dell’accumulatore che permette al sistema di evitare l’oscillazione.

Il summenzionato fluido operativo può essere olio di tipologia nota per trasmissione idraulica.

Il modulo di connessione idraulica 6 comprende una prima sotto-unità 7 e una seconda sotto-unità 7’. La prima sotto-unità 7 è connessa a livello fluido alla pompa 2 attraverso un primo condotto 101, al primo accumulatore 4 attraverso un secondo condotto 102 e al secondo condotto di accumulatore 5 attraverso un terzo condotto 103 e al motore 3 tramite un quarto condotto 104; similmente la seconda sotto-unità 7’ è connessa a livello di fluido al motore 3 attraverso un quinto condotto 105, al primo accumulatore 4 attraverso un sesto condotto 106, al secondo condotto di accumulatore 5 attraverso un settimo condotto 107 e alla pompa 2 tramite un ottavo condotto 108.

Vantaggiosamente i condotti 101 e 104 sono connessi insieme a livello di fluido da un condotto intermedio 109 e i condotti 105 e 108 sono connessi insieme a livello di fluido da un condotto intermedio 110.

Come descritto nel seguito, ciascuna sotto-unità 7, 7’ comprende una molteplicità di condotti che connettono insieme a livello di fluido i condotti 101-108 definiti sopra.

La sotto-unità 7 comprende un condotto 121 che connette a livello di fluido un primo condotto 101 e un secondo condotto 102, un condotto 122 che connette a livello di fluido un secondo condotto 102 e un quarto condotto 104, un condotto 123 che connette a livello di fluido un quarto condotto 104 e un terzo condotto 103 e un condotto 124 che connette a livello di fluido un terzo condotto 103 e un primo condotto 101. I condotti 121, 122, 123, 124 sono inoltre connessi insieme a livello di fluido definendo in questo modo un percorso chiuso 120 dentro la sotto-unità 7.

La sotto-unità 7’ comprende un condotto 131 che connette a livello di fluido il quinto condotto 105 e un sesto condotto 106, un condotto 132 che connette a livello di fluido un quinto condotto 105 e un settimo condotto 107, un condotto 133 che connette a livello di fluido un settimo condotto 107 e un ottavo condotto 108 e un condotto 134 che connette a livello di fluido un ottavo condotto 108 e un sesto condotto 106. I condotti 131, 132, 133, 134 sono inoltre connessi insieme a livello di fluido definendo in questo modo un percorso chiuso 130 dentro la sotto-unità Le sotto-unità 7 e 7’ comprendono inoltre una valvola singola interposta a livello di fluido su ciascuno dei condotti 121-124 e 131-134, in particolare una valvola I sul condotto 121, una valvola II sul condotto 122, una valvola III sul condotto 123, una valvola IV sul condotto 124, una valvola V sul condotto 134, una valvola VI sul condotto 131, una valvola VII sul condotto 132, una valvola VIII sul condotto 133.

Le valvole I-VIII sono vantaggiosamente della stessa tipologia e possono essere valvole proporzionali ON-OFF a due vie - a due posizioni attuate elettricamente.

La sotto-unità 7 e la sotto-unità 7’ comprendono inoltre ciascuna un gruppo 125, 126 di valvole idromeccaniche interposte a livello di fluido sui condotti intermedi rispettivamente 109, 110 e configurate per permettere o negare il passaggio del fluido attraverso detti condotti intermedi 109, 110 che by-passano i percorsi 120, 130, secondo la direzione del fluido.

Vantaggiosamente i gruppi 125, 126 di valvole idromeccaniche comprendono ciascuno una valvola di sfogo 111, 112, in particolare la valvola di sfogo 111 è interposta a livello di fluido sul condotto 109 a valle dei condotti 121, 124 e a monte dei condotti 122, 123 e la valvola di sfogo 112 è interposta a livello di fluido sul condotto 110 a valle dei condotti 134, 133 e a monte dei condotti 131, 132.

Ciascun gruppo 125, 126 di valvole idro-meccaniche può inoltre comprendere un condotto 113, 114 di by-pass che bypassa fluidamente le valvole di sfogo 111, 112 a monte e a valle dei rispettivi condotti 121-124 e 131-134 summenzionati; tali condotti 113, 114 di by-pass possono essere provvisti di valvole 115, 116 ciascuna interposta a livello di fluido sul rispettivo condotto.

Le valvole di sfogo 111, 112 possono essere preferibilmente doppie valvole pilota di sfogo della pressione; in particolare la valvola di sfogo 111 può acquisire un primo segnale pilota di pressione sulla porzione di condotto intermedio 101 tra i condotti 121, 124 tra se stessa e il condotto 113 di by-pass e un secondo segnale pilota di pressione sull’ottavo condotto 108 a monte delle sotto-unità 7’, permettendo in questo modo il passaggio del fluido attraverso il condotto 109 dal condotto 101 al condotto 104. Similmente la valvola di sfogo 112 può acquisire un primo segnale pilota di pressione sulla porzione di condotto intermedio 110 tra i condotti 133, 134 tra se stessa e il condotto 114 di bypass e un secondo segnale pilota di pressione sul quarto condotto 104 a valle delle sotto-unità 7, permettendo in questo modo il passaggio del fluido attraverso il condotto 110 dal condotto 108 al condotto 105.

Preferibilmente le valvole 115 e 116 sono vantaggiosamente della stessa tipologia e possono essere valvole unidirezionali. In particolare la valvola unidirezionale 115 può permettere al fluido di fluire dalla porzione di condotto 109 compresa tra la valvola di sfogo 111 e i condotti 122, 123 alla porzione di condotto 109 compresa tra la valvola di sfogo 111 e i condotti 121, 124 e non il contrario, mentre la valvola unidirezionale 116 può permettere al fluido di fluire dalla porzione di condotto 110 compresa tra la valvola di sfogo 112 e i condotti 131, 132 alla porzione di condotto 110 compresa tra la valvola di sfogo 111 e i condotti 133, 134 e non il contrario.

Il sistema di gestione dell’energia idraulica per la trasmissione idrostatica 1 può comprendere un sistema di controllo 10 configurato per controllare gli elementi mostrati sopra, cioè la pompa 2, il motore 3, gli accumulatori 4, 5, il motore 7 e le valvole I-VIII. Per questo scopo, tutti gli elementi menzionati in precedenza sono elettricamente connessi a una relativa unità di controllo come descritto in seguito.

Come mostrato in figura 11, il sistema di controllo 10 può comprendere una prima unità 20 di controllo idraulico configurata per controllare l’angolo del disco oscillante della pompa 2 a spostamento variabile e del motore 3 in base al funzionamento del motore 7, un’unità di controllo 30 della trasmissione idraulica configurata per controllare le valvole I-VIII in base alle esigenze del conducente, al funzionamento del motore 7, e allo stato della carica degli accumulatori 4 e 5 e una seconda unità 40 di controllo idraulico configurata per correggere l’angolo del disco oscillante della pompa 2 e del motore 3 in base all’angolo impostato e allo stato della carica degli accumulatori 4 e 5. Ciascuna di tali unità di controllo 20, 30 e 40 comprende mezzi di elaborazione configurati per elaborare i valori ricevuti come un ingresso per generare valori di uscita e mezzi di memorizzazione configurati per memorizzare tali valori di ingresso e di uscita.

In particolare, la prima unità 20 di controllo idraulico è elettronicamente connessa al motore 7 per ricevere come ingressi la velocità angolare del motore 7 e la velocità del veicolo, l’unità 20 di controllo è configurata per elaborare tali valori per calcolare il valore ottimizzato dell’angolo dl disco oscillante della pompa 2 a spostamento variabile e del motore 3 e per comunicare i valori di ingresso del motore all’unità di controllo 30 della trasmissione.

L’unità di controllo 30 della trasmissione è configurata per ricevere come ingresso, dall’unità 20 di controllo, la velocità angolare del motore 7 e la velocità del veicolo, i comandi del conducente, come quelli per l’accelerazione, la frenata, l’FNR (cioè avanti-folleretromarcia, lo stato della trasmissione), da per esempio un’ECU del veicolo, e lo stato della carica degli accumulatori 4, 5. Tali valori di ingresso sono elaborati per controllare l’apertura delle valvole I-VIII, cioè permettere o meno il passaggio del fluido attraverso le stesse, in base a un metodo di controllo consequenziale alle possibili modalità di funzionamento di cui sotto.

Secondo una prima modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 2, tutte le valvole I-VIII non permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a un normale movimento in avanti della trasmissione idrostatica.

In tale configurazione, la pompa 2 è portata dal motore 7 e pompa fluido ad alta pressione dalla sua prima linea di connessione 2a, tramite i condotti 101, 109 e 104, alla prima linea di connessione 3a del motore 3, che opera portando con sè la trasmissione del veicolo. Di conseguenza, fluido a bassa pressione fluisce dalla seconda linea di connessione 3b del motore 3, tramite i condotti 105, 114 e 108, alla seconda linea di connessione 2b della pompa 2. La valvola di sfogo 111 rileva una differenza di pressione tra i condotti 101 e 108, permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa, mentre la valvola di sfogo 112 rileva, tra i condotti 110 e 104, una differenza di pressione opposta rispetto alla valvola 111, non permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa.

Secondo una seconda modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 3, tutte le valvole I-VIII non permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a un normale movimento invertito della trasmissione idrostatica.

In tale configurazione, opposta a quella della prima modalità di funzionamento, la pompa 2 è supportata dal motore 7 e pompa fluido ad alta pressione dalla sua seconda linea di connessione 2b, tramite i condotti 108, 110 e 105, alla seconda linea di connessione 3b del motore 3, che opera portando in modo invertito la trasmissione del veicolo. Di conseguenza, fluido a bassa pressione fluisce dalla prima linea di connessione 3a del motore 3, tramite i condotti 104, 113 e 101, alla prima linea di connessione 2a della pompa 2. La valvola di sfogo 112 rileva una differenza di pressione tra i condotti 108 e 104, permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa, mentre la valvola di sfogo 111 rileva, tra i condotti 101 e 108, una differenza di pressione opposta rispetto alla valvola 112, non permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa.

Secondo una terza modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 4, solo le valvole IV e V permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a un’operazione di avvio-arresto della pompa 2, che funziona come un motore idraulico in modo da fornire una coppia al motore 7 in modo da trascinare quest’ultimo.

In tale configurazione, il motore 7 non è operativo e la pressione del fluido immagazzinato nell’accumulatore 4 ad alta pressione è usata per condurre il motore 7 a contribuire al suo avvio. Dato che la valvola V è aperta, il fluido fluisce attraverso i condotti 106, 134 e 108 nella seconda linea di connessione 2b della pompa 2 che porta il motore 7 a contribuire al suo avvio. Quindi, dato che la valvola IV è aperta, il fluido a bassa pressione passa attraverso i condotti 101, 124 e 103 nell’accumulatore 5 a bassa pressione, ricaricando quest’ultimo. Entrambe le valvole di sfogo 111, 112 non permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse poiché rilevano una differenza di pressione non adatta ai loro ingressi di pressione pilota.

Riassumendo, il sistema di controllo 10 rileverebbe che il motore è OFF, cioè spento, che l’accumulatore 4 ad alta pressione è completamente caricato/pronto, che l’accumulatore 5 a bassa pressione è completamente scaricato/pronto, che l’acceleratore è ON, che il freno è OFF, che la pompa 2 è nello spostamento invertito e che il motore 3 è allo spostamento nullo.

Secondo una quarta modalità di funzionamento del sistema di gestione dell’energia idraulica per la trasmissione idrostatica 1 come mostrato in figura 5, solo le valvole II e VII permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a un movimento idraulico in avanti completamente eco della trasmissione idrostatica.

In tale configurazione, il motore 7 non è operativo e la pompa 2 è allo spostamento nullo, cioè non sta funzionando, e la pressione del fluido immagazzinato nell’accumulatore 4 ad alta pressione è usata per condurre il motore idraulico 3 a muovere in avanti la trasmissione del veicolo. Dato che la valvola II è aperta, il fluido fluisce attraverso i condotti 102, 122 e 104 nella prima linea di connessione 3a del motore 3 che porta avanti la trasmissione, anche se la pompa 2 è allo spostamento nullo. Allora, dato che la valvola VII è aperta, il fluido a bassa pressione passa dalla seconda linea di connessione 3b del motore 3, attraverso i condotti 105, 132 e 107, all’accumulatore 5 a bassa pressione, ricaricando quest’ultimo. Entrambe le valvole di sfogo 111, 112 non permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse poiché rilevano una differenza di pressione non adatta tra i loro ingressi di pressione pilota.

Riassumendo, il sistema di controllo 10 rileverebbe che il motore è ON al minimo, cioè funziona in folle, che l’accumulatore 4 ad alta pressione è completamente caricato/pronto, che l’accumulatore 5 a bassa pressione è completamente scaricato/pronto, che l’acceleratore è ON, che il freno è OFF, che la pompa 2 è allo spostamento nullo e che il motore 3 è controllato dall’unità di controllo 10.

Secondo una quinta modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 6, solo le valvole III e VI permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a una modalità idraulica indietro completamente eco della trasmissione idrostatica.

In tale configurazione, il motore 7 non è operativo e la pompa 2 è allo spostamento nullo, cioè non sta funzionando, e la pressione del fluido immagazzinato nell’accumulatore 4 ad alta pressione è usata per condurre il motore 3 a muovere in modo invertito la trasmissione del veicolo. Dato che la valvola VI è aperta, il fluido fluisce attraverso i condotti 106, 131 e 105 nella seconda linea di connessione 3b del motore 3 che porta in modo invertito la trasmissione, anche se la pompa 2 è allo spostamento nullo. Allora, dato che la valvola III è aperta, il fluido a bassa pressione passa dalla prima linea di connessione 3a del motore 3, attraverso i condotti 104, 123 e 103, all’accumulatore 5 a bassa pressione, ricaricando quest’ultimo. Entrambe le valvole di sfogo 111, 112 non permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse poiché rilevano una differenza di pressione non adatta tra i loro ingressi di pressione pilota.

Secondo una sesta modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 7, solo le valvole V e VII permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a una spinta di potenza in avanti del motore 3.

In tale configurazione, la pompa 2 è portata dal motore 7 e pompa fluido ad alta pressione dalla sua prima linea di connessione 2a, tramite i condotti 101, 109 e 104, alla prima linea di connessione 3a del motore 3, che opera portando avanti la trasmissione del veicolo. Di conseguenza, fluido a bassa pressione fluisce dalla seconda linea di connessione 3b del motore 3, tramite i condotti 105, 114 e 108, alla seconda linea di connessione 2b della pompa 2. La valvola di sfogo 111 rileva una differenza di pressione tra i condotti 101 e 108, permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa, mentre la valvola di sfogo 112 rileva, tra i condotti 108 e 104, una differenza di pressione opposta rispetto alla valvola 111, non permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa. Inoltre, dato che le valvole V e VII sono aperte, il fluido proveniente dall’accumulatore 4 ad alta pressione fluisce attraverso i condotti 106 e 134 e confluisce con il fluido proveniente dal condotto 114 e parte del fluido proveniente dalla seconda linea di connessione 3b del motore 3 fluisce dal condotto 105, attraverso i condotti 132 e 107, per ricaricare l’accumulatore 5 a bassa pressione. In questo modo, il differenziale di pressione tra la prima e la seconda linea di connessione 2a, 2b della pompa 2 viene aumentato, aumentando quindi la potenza trasmessa al motore 3.

Riassumendo, il sistema di controllo 10 rileverebbe che il motore è ON, che l’accumulatore 4 ad alta pressione è completamente caricato/pronto, che l’accumulatore 5 a bassa pressione è completamente scaricato/pronto, che l’acceleratore è ON, che il freno è OFF, che la pompa 2 e il motore 3 sono controllati dall’unità di controllo 10.

Secondo una settima modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 8, solo le valvole I e III permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a una spinta di potenza indietro della trasmissione idrostatica.

In tale configurazione, opposta a quella della prima modalità di funzionamento, la pompa 2 è portata dal motore 7 e pompa fluido ad alta pressione dalla sua seconda linea di connessione 2b, tramite i condotti 108, 110 e 105, alla seconda linea di connessione 3b del motore 3, che opera portando indietro la trasmissione del veicolo. Di conseguenza, fluido a bassa pressione fluisce dalla prima linea di connessione 3a del motore 3, tramite i condotti 104, 113 e 101, alla prima linea di connessione 2a della pompa 2. La valvola di sfogo 112 rileva una differenza di pressione tra i condotti 108 e 104, permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa, mentre la valvola di sfogo 111 rileva, tra i condotti 101 e 108, una differenza di pressione opposta rispetto alla valvola 112, non permettendo quindi il passaggio del fluido attraverso la stessa. Inoltre, dato che le valvole I e VIII sono aperte, il fluido proveniente dall’accumulatore 4 ad alta pressione fluisce attraverso i condotti 102 e 120 e confluisce con il fluido proveniente dal condotto 113 e parte del fluido proveniente dalla prima linea di connessione 3a del motore 3 fluisce dal condotto 104, attraverso i condotti 123 e 103, per ricaricare l’accumulatore 5 a bassa pressione. In questo modo, il differenziale di pressione tra la prima e la seconda linea di connessione 2a, 2b della pompa 2 viene aumentato, aumentando quindi la potenza trasmessa al motore 3.

Secondo un’ottava modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 9, solo le valvole III e VI permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a una frenata rigenerativa in avanti.

In tale configurazione, il motore 7 non è operativo e la pompa 2 è allo spostamento nullo, cioè non sta funzionando, e la frenata della trasmissione portata in modo invertito dal motore 3 è usata per ricaricare l’accumulatore 4 ad alta pressione. Dato che la valvola VI è aperta, il fluido proviene dalla seconda linea di connessione 3b del motore 3 e fluisce attraverso i condotti 105, 131 e 106, nell’accumulatore 4 ad alta pressione, ricaricando quest’ultimo. Allora, dato che la valvola III è aperta, il fluido proveniente dall’accumulatore 5 a bassa pressione fluisce, attraverso i condotti 103, 123 e 104, nella prima linea di connessione 3a del motore 3. Entrambe le valvole di sfogo 111, 112 non permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse poiché rilevano una differenza di pressione non adatta tra i loro ingressi di pressione pilota.

Riassumendo, il sistema di controllo 10 rileverebbe che il motore è ON al minimo, cioè funziona in folle, che l’accumulatore 4 ad alta pressione è completamente scaricato/pronto, che l’accumulatore 5 a bassa pressione è completamente caricato/pronto, che l’acceleratore è OFF, che il freno è ON, che la pompa 2 è allo spostamento nullo e che il motore 3 è controllato dall’unità di controllo 10.

Secondo una nona modalità di funzionamento della trasmissione idraulica 1, come mostrato in figura 10, solo le valvole II e VII permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse. Tale operazione corrisponde a una frenata rigenerativa indietro.

In tale configurazione, il motore 7 non è operativo e la pompa 2 è allo spostamento nullo, cioè non sta funzionando, e la frenata della trasmissione portata in modo invertito dal motore 3 è usata per ricaricare l’accumulatore 4 ad alta pressione. Dato che la valvola II è aperta, il fluido proviene dalla prima linea di connessione 3a del motore 3 e fluisce attraverso i condotti 104, 122 e 102, nell’accumulatore 4 ad alta pressione, ricaricando quest’ultimo. Allora, dato che la valvola VII è aperta, il fluido proveniente dall’accumulatore 5 a bassa pressione fluisce, attraverso i condotti 107, 132 e 105, nella seconda linea di connessione 3b del motore 3. Entrambe le valvole di sfogo 111, 112 non permettono il passaggio del fluido attraverso le stesse poiché rilevano una differenza di pressione non adatta tra i loro ingressi di pressione pilota.

Riassumendo, il sistema di controllo 10 rileverebbe che il motore è ON al minimo o OFF, che l’accumulatore 4 ad alta pressione è completamente scaricato/pronto, che l’accumulatore 5 a bassa pressione è completamente caricato/pronto, che l’acceleratore è OFF, che il freno è ON, che la pompa 2 è allo spostamento nullo e che il motore 3 è controllato dall’unità di controllo 10.

La presente invenzione è anche relativa a un metodo di controllo, che viene applicato dal sistema di controllo 10, per impostare l’apertura delle valvole I-VIII in modo da definire una delle possibili operazioni summenzionate. Tale metodo comprende le seguenti fasi:

● rilevare valori relativi al motore 7, agli accumulatori 4, 5, all’accelerazione e frenata del veicolo, alla pompa 2 e al motore 3;

● elaborare detti valori per definire una possibile modalità di funzionamento tra una molteplicità di modalità preimpostate memorizzate nel sistema di controllo; e

● se si definisce una possibile modalità di funzionamento, impostare l’apertura delle valvole I-VIII secondo tale possibile modalità di funzionamento, altrimenti, se non si definisce alcuna possibile modalità di funzionamento, impostare l’apertura delle valvole I-VIII secondo una modalità di funzionamento standard.

Vantaggiosamente i valori rilevati possono essere la velocità di rotazione del motore, la velocità del veicolo per quanto concerne il motore 7, l’accelerazione, la frenata o l’FNR per quanto concerne le impostazioni del conducente, l’angolo del disco oscillante della pompa 2 e/o del motore 3, i livelli di pressione del fluido degli accumulatori 4 e 5.

Vantaggiosamente la modalità standard di funzionamento può essere la prima o la seconda (a seconda della direzione di movimento del veicolo) delle modalità di funzionamento descritte sopra. Le possibili modalità di funzionamento preimpostate possono essere le sette modalità di funzionamento descritte sopra dalla terza alla nona modalità di funzionamento.

Se tutte le condizioni impostate nella relativa modalità di funzionamento sono soddisfatte, il sistema di controllo 10 controlla che le valvole I-VIII si posizionino di conseguenza, per ottenere la modalità di funzionamento più opportuna.

Se anche una sola delle condizioni non è soddisfatta, il sistema di controllo 10 si assicura che le valvole I-VIII rimangano nella condizione standard.

Il metodo di controllo fatto funzionare dal sistema di controllo 10 può essere vantaggiosamente fatto funzionare automaticamente da un programma configurato per essere eseguito supportato dall’elaborazione e dai mezzi di memorizzazione delle unità di controllo del sistema di controllo 10.

Secondo una forma di realizzazione alternativa della disposizione descritta sopra, non mostrata, secondo la presente invenzione, la sotto-unità 7’ comprende solo tre valvole, cioè le valvole V-VII, perciò il condotto 133 e la valvola VIII non sono presenti.

Il funzionamento di tale forma di realizzazione è lo stesso dell’ultima; infatti in tutte le possibili modalità di funzionamento descritte sopra, la valvola VIII è sempre chiusa e perciò, essendo assente, è come se fosse sempre posizionata in modo da non permettere il passaggio del fluido.

Considerato quanto precede, i vantaggi della trasmissione idraulica 1 secondo l’invenzione sono evidenti.

La disposizione mostrata implica un numero di valvole massimo limitato, riducendo quindi ingombri, complessità e costi della trasmissione 1. Inoltre, il numero limitato di valvole permette di ridurre le cadute di pressione nella trasmissione 1.

Inoltre solo valvole idro-meccaniche, cioè valvole di sfogo 111, 112, sono fluidamente interposte sulla connessione di fluido diretta, cioè sui condotti 101-104-109 e 108-110-105 tra la pompa 2 e il motore 3. Tali valvole idro-meccaniche hanno una caduta di pressione trascurabile, aumentando quindi l’efficienza del sistema.

Inoltre, l’uso di valvole I-VIII tutte uguali permette di standardizzare i componenti della trasmissione 1, riducendo così i suoi costi.

La possibilità di realizzare una molteplicità di logiche realizzando combinazioni di percorsi fluidi tra la pompa 2, il motore 3 e gli accumulatori 4, 5 permette di progettare una molteplicità di modalità di funzionamento in modo ottimizzato e personalizzabile.

Inoltre, le valvole sono tutte valvole attuate elettricamente, perciò la logica può essere implementata facilmente in un metodo di controllo puramente elettronico.

Il numero di sensori è ridotto rispetto a sistemi noti, perciò si evita la complessità di trasmissioni note e costi e ingombri vengono ridotti.

Ci sono molte modalità di funzionamento con lo stesso circuito elettro-idraulico, perciò il sistema è versatile e può essere implementato in una grande varietà di veicoli.

È chiaro che si possono apportare modifiche alla trasmissione idraulica 1 descritta che non si estendono oltre l’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Per esempio, la descrizione è stata mostrata tenendo conto solo di una pompa 2 e di un motore 3, tuttavia è chiaro che il numero di tali elementi può essere aumentato in funzione dei requisiti di potenza del veicolo.

Inoltre le valvole I-VIII possono essere qualsiasi tipologia di valvole ON-OFF attuate elettricamente, ad esempio valvole a tre vie - a tre posizioni, valvole proporzionali e molte altre. Potrebbe anche essere possibile, sebbene aumentando la complessità del circuito, gestire il controllo di tali valvole idraulicamente.

Inoltre è chiaro che, il sistema di controllo 10 può comprendere un’ECU singola che riceve tutti i segnali necessari dal motore 7, dal conducente e dagli accumulatori 4, 5 e controlla la pompa 2 e di conseguenza il motore 3.

Claims

RIVENDICAZIONI 1.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica per un veicolo da lavoro, detto sistema comprendendo - una pompa (2) portata da un motore (7) e almeno un motore idraulico (3), detta pompa (2) e detto motore (3) essendo configurati in modo da operare con un fluido sotto pressione che passa attraverso gli stessi, - un primo e un secondo accumulatore (4, 5) configurati per immagazzinare detto fluido sotto pressione, - un modulo (6) di connessione idraulica che connette insieme a livello di fluido detta pompa (2), detto motore (3) e detti primo e secondo accumulatore (4, 5), detto modulo (6) comprendendo una prima sotto-unità (7) e una seconda sotto-unità (7’), ciascuna di dette prima e seconda sotto-unità (7, 7’) comprendendo un gruppo di valvole idromeccaniche (125, 126) interposto a livello di fluido tra la pompa (2) e il motore (3) sui rispettivi condotti (101, 109, 140; 108, 110, 105), detti gruppi di valvole idromeccaniche (125, 126) essendo configurati per regolare il passaggio del fluido attraverso detti rispettivi condotti (101, 109, 140; 108, 110, 105) secondo la direzione di detto fluido, ciascuna di dette prima e seconda sotto-unità (7, 7’) comprendendo inoltre un percorso (120, 130) che è interposto a livello di fluido in parallelo a detto gruppo di valvole (125, 126) e connesso a livello di fluido a detta pompa (2), a detto motore (3) e a detto primo e secondo accumulatore (4, 5), dette prima e seconda sotto-unità (7, 7’) comprendendo inoltre una molteplicità di valvole (I-VIII), interposte a livello di fluido su detti percorsi (120, 130), configurate per permettere differenti percorsi di detto fluido tra detta pompa (2), detto motore (3) e detti accumulatori (4, 5) secondo il loro stato di apertura. 2.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima sotto-unità (7) comprende quattro valvole (I-IV) interposte a livello di fluido su detto percorso (120), una prima valvola (I) tra detta pompa (2) e detto primo accumulatore (4), una seconda valvola (II) tra detto primo accumulatore (4) e detto motore (3), una terza valvola (III) tra detto motore (3) e detto secondo accumulatore (5), una quarta valvola (IV) tra detto secondo accumulatore (5) e detta pompa (2), e detta seconda sotto-unità (7’) comprende almeno tre valvole (V-VII) interposte a livello di fluido su detto percorso (130), una quinta valvola (V) tra detta pompa (2) e detto primo accumulatore (4), una sesta valvola (VI) tra detto primo accumulatore (4) e detto motore (3), una settima valvola (VII) tra detto motore (3) e detto secondo accumulatore (5). 3.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo la rivendicazione 2, in cui detta seconda sotto-unità (7’) comprende un’ottava valvola (VIII) tra detto secondo accumulatore (5) e detta pompa (2). 4.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo le rivendicazioni da 1 a 3, in cui almeno uno (120) di detti percorsi (120, 130) è un percorso chiuso. 5.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette valvole (I-VIII) sono valvole proporzionali ON-OFF attuate elettricamente. 6.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuno di detti gruppi di valvole idro-meccaniche (125, 126) comprende una rispettiva valvola di sfogo (111, 112) interposta a livello di fluido su detto condotto (109, 110). 7.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo la rivendicazione 6, in cui ciascuno di detti gruppi di valvole idro-meccaniche (125, 126) comprende inoltre una valvola (115, 116) in parallelo a livello di fluido rispetto alla rispettiva valvola di sfogo (125, 126). 8.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo le rivendicazioni 6 o 7, in cui detta valvola di sfogo (111) di detta prima sottounità (7) è pilotata da una coppia di segnali di pressione rilevata rispettivamente sul condotto (108) che connette a livello di fluido la pompa (2) alla seconda sotto-unità (7’) e sul condotto (109) che by-passa detto percorso (120) e detta valvola di sfogo (112) di detta seconda sotto-unità (7’) è pilotata da una coppia di segnali di pressione rilevata rispettivamente sul condotto (104) che connette a livello di fluido il motore (3) alla prima sotto-unità (7) e sul condotto (110) che by-passa detto percorso (130). 9.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica secondo le rivendicazioni 7 o 8, in cui detta valvola (115, 116) è una valvola unidirezionale. 10.- Sistema di gestione dell’energia idraulica per uno stato di trasmissione idrostatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un sistema di controllo (10) elettricamente connesso a detto motore (7), detti accumulatori (4, 5), detta pompa (2), detto motore (3), dette valvole (I-VII, VIII) e a un’unità di controllo di detto veicolo, detto sistema di controllo (10) essendo configurato per rilevare valori operativi degli elementi menzionati in precedenza di detta trasmissione (1) in modo da elaborare questi ultimi per controllare l’apertura di dette valvole (I-VII, VIII). 11.- Metodo per controllare l’apertura delle valvole (I-VII, VIII) in un sistema di gestione dell’energia idraulica per una trasmissione idrostatica come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente le seguenti fasi: ● rilevare valori relativi a detto motore (7), a detti accumulatori (4, 5), all’accelerazione e frenata di detto veicolo, a detta pompa (2) e a detto motore (3); ● elaborare detti valori per definire una possibile modalità di funzionamento tra una molteplicità di modalità preimpostate memorizzate in detto sistema di controllo (10); e ● se si definisce una possibile modalità di funzionamento, impostare l’apertura delle valvole (I-VII, VIII) secondo tale possibile modalità di funzionamento, altrimenti, se non si definisce alcuna possibile modalità di funzionamento, impostare l’apertura delle valvole (I-VII, VIII) secondo una modalità di funzionamento standard. 12.- Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui i valori rilevati comprendono almeno la velocità di rotazione del motore, la velocità del veicolo, l’accelerazione, la frenata o l’FNR, l’angolo del disco oscillante della pompa (2) e/o del motore (3), i livelli di pressione del fluido degli accumulatori (4, 5). 13.- Metodo secondo le rivendicazioni 11 o 12, in cui la modalità di funzionamento standard corrisponde a una posizione delle valvole (I-VII, VIII) in cui il veicolo si sposta in avanti o indietro. 14.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 13, in cui detta modalità di funzionamento standard può essere selezionata tra almeno le seguenti modalità preimpostate: ● Avvio-arresto in cui le valvole IV e V sono configurate per permettere il passaggio del fluido mentre le valvole rimanenti sono configurate per non permettere il passaggio del fluido; ● Modalità in Avanti ECO in cui le valvole II e VII sono configurate per permettere il passaggio del fluido mentre le valvole rimanenti sono configurate per non permettere il passaggio del fluido; ● Spinta di Potenza in Avanti in cui le valvole V e VII sono configurate per permettere il passaggio del fluido mentre le valvole rimanenti sono configurate per non permettere il passaggio del fluido; ● Recupero Frenata in Avanti in cui le valvole III e VI sono configurate per permettere il passaggio del fluido mentre le valvole rimanenti sono configurate per non permettere il passaggio del fluido; ● Modalità Indietro ECO in cui le valvole III e VI sono configurate per permettere il passaggio del fluido mentre le valvole rimanenti sono configurate per non permettere il passaggio del fluido; ● Spinta di Potenza Indietro in cui le valvole I e III sono configurate per permettere il passaggio del fluido mentre le valvole rimanenti sono configurate per non permettere il passaggio del fluido; e ● Recupero Frenata Indietro in cui le valvole II e VII sono configurate per permettere il passaggio del fluido mentre le valvole rimanenti sono configurate per non permettere il passaggio del fluido.