IT201800010046A1 - Motociclo a trazione ibrida - Google Patents

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IT
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motorcycle
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secondary transmission
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IT102018000010046A
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English (en)
Inventor
Luca Morfino
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Efesto S A R L
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“MOTOCICLO A TRAZIONE IBRIDA”
La presente invenzione si riferisce ad un motociclo a trazione ibrida.
Come è noto, l’esigenza di ridurre consumi ed emissioni ha portato ad una diffusione sempre maggiore della trazione ibrida in campo automobilistico.
In campo motociclistico la trazione ibrida è ancora poco diffusa, ed è sentita l’esigenza di ottimizzare l’integrazione tra il motore endotermico e la macchina elettrica in modo da consentire varie modalità di guida con prestazioni e condizioni di sicurezza ottimali.
Ulteriore esigenza è quella di minimizzare i problemi dinamici derivanti dalla massa della macchina elettrica, e dalla maggiore difficoltà di collocazione della macchina elettrica nei ridotti spazi disponibili a bordo di un motociclo.
Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un motociclo a trazione ibrida, il quale consenta di risolvere i suddetti problemi.
Il suddetto scopo è raggiunto da un motociclo a trazione ibrida comprendente un telaio, una sella, un motore endotermico montato sul telaio, una ruota anteriore, una ruota posteriore vincolata al telaio tramite un forcellone, un cambio di velocità collegato al motore endotermico tramite una trasmissione primaria e alla ruota posteriore tramite una trasmissione secondaria, ed una macchina elettrica reversibile, caratterizzato dal fatto di comprendere una trasmissione ausiliaria configurata per collegare la macchina elettrica ad un albero di ingresso della trasmissione secondaria, e dal fatto che la macchina elettrica è montata sul telaio in posizione verticalmente compresa fra la sella ed il forcellone e disposta ad un’altezza minima compatibile con l’escursione verticale del forcellone.
Il fatto che la macchina elettrica sia collegata all’albero di ingresso della trasmissione secondaria consente di escludere completamente il motore endotermico in modalità di guida puramente elettrica, spegnendo il motore endotermico e disponendo il cambio in folle, nonché di guidare il motociclo senza cambiare le marce.
Tale disposizione consente inoltre di affidare alla macchina elettrica funzioni di controllo attivo antiimpennata o anti-spinning esercitando una coppia frenante e contestualmente ricaricando le batterie senza la necessità di dover intervenire sul taglio della potenza del motore endotermico.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, la macchina elettrica è disposta in posizione verticalmente compresa fra la sella ed il forcellone e ad un’altezza minima compatibile con l’escursione verticale del forcellone; questa disposizione minimizza i problemi dinamici connessi con l’aggiunta della massa della macchina elettrica, ottimizzando la stabilità del motociclo e la sicurezza di guida.
Secondo una forma preferita di attuazione dell’invenzione, la macchina elettrica è disposta in modo sostanzialmente simmetrico rispetto ad un piano mediano verticale del motociclo, il che contribuisce ad ottimizzare stabilità e sicurezza.
Secondo una forma preferita di attuazione dell’invenzione, la macchina elettrica è collegabile in modo selettivo all’albero di ingresso; in questo modo, in modalità endotermica è possibile escludere completamente il motore elettrico evitando il trascinamento di masse rilevanti.
Preferibilmente, la macchina elettrica è controrotante rispetto alla trasmissione secondaria, in modo da compensare almeno parzialmente l’effetto giroscopico delle ruote.
Questi ed altri vantaggi saranno evidenti dalla seguente descrizione di un esempio di attuazione non limitativo dell’invenzione, con riferimento ai disegni allegati nei quali:
La figura 1 è una vista laterale schematica di un motociclo realizzato secondo la presente invenzione;
la figura 2 è una vista posteriore del motociclo di figura 1;
la figura 3 è uno schema a blocchi di un’unità di trazione del motociclo delle figure 1 e 2, e
la figura 4 è uno schema a blocchi del controllo della macchina elettrica.
Con riferimento alle figure 1 e 2, è indicato nel suo complesso con 1 un motociclo a trazione ibrida, in particolare una motocicletta, realizzato secondo la presente invenzione.
Il motociclo 1 comprende, in modo noto, un telaio 2 sul quale sono montati un motore endotermico 3 ed un cambio di velocità 4 (fig. 3). Il motociclo 1 è inoltre provvisto di una ruota anteriore 5 e di una ruota posteriore 6. Quest’ultima è vincolata al telaio tramite un forcellone 7.
Il motociclo (figura 3) è dotato di una trasmissione primaria 8, ad esempio ad ingranaggi, che collega l’albero motore del motore endotermico 3 al cambio 4, ed una trasmissione secondaria 9, ad esempio a cinghia, che collega un albero di uscita 10 del cambio 4 alla ruota posteriore 6.
L’albero di uscita 10 del cambio 4 costituisce pertanto l’albero di ingresso della trasmissione secondaria 9.
La trasmissione secondaria 9 può comprendere, ad esempio, un pignone 11 posto sull’albero 10, una corona 12 solidale alla ruota posteriore 6 ed una catena 13 ingranante con il pignone 11 e la corona 12.
In alternativa, la trasmissione secondaria potrebbe essere di qualsiasi altro tipo noto, ad esempio a cinghia dentata o a cardano.
Il motociclo 1 comprende inoltre una macchina elettrica 15 la quale è collegata selettivamente, secondo un aspetto della presente invenzione, alla trasmissione secondaria 9, ed in particolare all’albero di ingresso 10 della stessa.
Tale collegamento, illustrato schematicamente in figura 2, è convenientemente realizzato tramite una trasmissione ausiliaria 14 comprendente un gruppo inversore /disaccoppiatore 15 ed una trasmissione a cinghia 16 in serie tra loro.
Più in particolare, il gruppo inversore/disaccoppiatore 15 comprende una prima ruota dentata 17 solidale all’albero di uscita 18 della macchina elettrica 15 ed una seconda ruota dentata 19 selettivamente innestabile su un albero di rinvio 20.
Convenientemente, l’innesto selettivo della ruota dentata 19 sull’albero di rinvio 30 è realizzato tramite un manicotto scorrevole 23 a denti frontali, provvisto di sincronizzatore (non illustrato). Il manicotto 23 funge da disaccoppiatore per la macchina elettrica 15.
La trasmissione a cinghia 16 comprende una prima corona dentata 21 posta sull’albero di rinvio 20 ed una seconda corona dentata 22 rotazionalmente solidale all’albero di uscita 10 del cambio 4.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, la macchina elettrica 15 è montata sul telaio 2 in posizione verticalmente compresa fra la sella 24 ed il forcellone 7 ed è disposta ad un’altezza dal piano stradale minima, compatibilmente con l’escursione verticale del forcellone 7. Convenientemente, la macchina elettrica 15 è disposta simmetricamente rispetto ad un piano verticale mediano M del motociclo 1 (fig. 2).
In figura 4 è illustrato uno schema a blocchi del controllo della macchina elettrica 15.
Un’unità di controllo 25 a microprocessore riceve segnali di ingresso da una pluralità di sensori di bordo, tra i quali – con rifermento alle funzioni che qui interessano - almeno un sensore di inclinazione laterale o rollio 26, un sensore di inclinazione o impennata 27, un sensore 28 di velocità angolare della ruota anteriore 5 ed un sensore 29 di velocità angolare della ruota posteriore 6.
L’unità di controllo 25 invia segnali di controllo ad un inverter 30 associato alla macchina elettrica 15, il quale è collegato ad una batteria 31 provvista di un sistema di gestione (BMS) 32 che colloquia con l’unità di controllo 25.
L’unità di controllo riceve inoltre un segnale di ingresso da un acceleratore 33 nella forma di un potenziometro comandato in modo convenzionale da una manopola al manubrio.
Il funzionamento del sistema di trazione ibrido del motociclo 1 è il seguente.
1. Modalità endotermica
Mantenendo il manicotto 23 disinnestato, il motociclo 1 è trascinato in modo convenzionale dal solo motore endotermico 3. La macchina elettrica 15 è esclusa dalla catena cinematica, e soltanto la trasmissione a cinghia 16 viene trascinata a vuoto, con un’inerzia trascurabile.
2. Modalità elettrica
Mantenendo il cambio 4 in folle, ed il manicotto 23 innestato, il motociclo è trascinato mediante la sola macchina elettrica 15. Il motore endotermico 3 è isolato e quindi non introduce alcuna inerzia alla rotazione indesiderata. In frenata la macchina elettrica viene utilizzata come freno rigenerativo per ricaricare la batteria 31.
3. Modalità ibrida
In questa modalità, sia il motore endotermico 3 che la macchina elettrica 15 sono utilizzati simultaneamente, potendosi così ottenere la somma delle potenze motrici (“boost”) o delle potenze frenanti a seconda della posizione dell’acceleratore 32. L’unità di controllo 25 ripartisce la coppia tra il motore endotermico 3 e la macchina elettrica 15 sulla base di mappe memorizzate in funzione dei segnali di ingresso, ed in particolare della velocità, della richiesta di potenza e del carico. Anche in questo caso, la macchina elettrica 15 può essere utilizzata come freno rigenerativo per ricaricare la batteria 31.
In questa modalità possono realizzarsi strategie di controllo complesse in situazioni operative particolari che vengono individuate sulla base dei segnali di ingresso, quali ad esempio le seguenti:
a. Controllo anti-impennata.
La condizione di incipiente impennata può essere rilevata come repentina variazione del segnale di inclinazione generato dal sensore 27. In particolare, la condizione può essere rilevata confrontando la derivata nel tempo del valore di tale segnale con un valore di soglia prefissato, al superamento del quale la macchina elettrica 15 viene fatta funzionare come freno rigenerativo ridurre la potenza scaricata sulla ruota posteriore 6. La macchina elettrica può tornare ad erogare coppia motrice quando viene rilevata una condizione di riduzione dell’inclinazione. Questa funzione può quindi essere realizzata in modo semplice senza intervenire sulle mappe di controllo del motore endotermico 3.
b. Controllo anti-spinning.
La condizione di spinning, ossia di perdita di aderenza rispetto alla rotazione della ruota posteriore, può essere rilevata confrontando i segnali generati dai sensori di velocità angolare 28, 29 associati alle rispettive ruote. Qualora la velocità angolare della ruota posteriore superi quella della ruota anteriore, la macchina elettrica 15 viene utilizzata come freno rigenerativo per ridurre la velocità della ruota posteriore 6 e riportarla in condizioni di aderenza. La macchina elettrica può tornare ad erogare coppia motrice quando viene rilevata una condizione di uguaglianza delle velocità angolari delle ruote.
c. Controllo dell’accelerazione in curva
Le mappe di ripartizione della coppia tra motore termico 3 e macchina elettrica 15 possono essere modificate in funzione dell’angolo di inclinazione laterale o rollio del motociclo.
In particolare, può essere previsto che il contributo di coppia della macchina elettrica si annulli ad un valore dell’angolo di inclinazione massima ammessa, ed aumenti progressivamente al ridursi dell’angolo di inclinazione (cioè all’uscita da una curva). La mappatura può essere eseguita utilizzando come parametro di ingresso non soltanto l’angolo di inclinazione ma anche la velocità.
Risulta infine chiaro che al motociclo descritto possono essere apportate modiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di tutela definito dalle rivendicazioni.
Ad esempio, il gruppo inversore/disaccoppiatore può essere configurato come un cambio a due velocità, in modo da definire una marcia “corta” per ottenere una elevata coppia allo spunto in modalità elettrica ed una marcia più “lunga” da utilizzarsi quando la macchina elettrica è utilizzata come boost in combinazione con il motore endotermico.
La macchina elettrica ed i relativi mezzi di controllo e alimentazione (inverter e batteria) possono anche essere forniti separatamente come kit di ibridizzazione applicabile ad un motociclo convenzionale provvisto del solo motore termico.
Inoltre, le caratteristiche del motociclo descritte in combinazione tra loro possono essere utilizzate in modo indipendente, e secondo combinazioni diverse.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Motociclo a trazione ibrida comprendente un telaio (2), una sella (24), un motore endotermico (3) montato sul telaio (2), una ruota anteriore (5), una ruota posteriore (6) vincolata al telaio (2) tramite un forcellone (7), un cambio di velocità (4) collegato al motore endotermico (3) tramite una trasmissione primaria (8) e alla ruota posteriore (6) tramite una trasmissione secondaria (9), ed una macchina elettrica (15) reversibile, caratterizzato dal fatto di comprendere una trasmissione ausiliaria (14) configurata per collegare la macchina elettrica (15) ad un albero di ingresso (10) della trasmissione secondaria (9), e dal fatto che la macchina elettrica (15) è montata sul telaio (2) in posizione verticalmente compresa fra la sella (24) ed il forcellone (7) e disposta ad un’altezza minima compatibile con l’escursione verticale del forcellone (7).
  2. 2. Motociclo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la macchina elettrica (15) è disposta in modo sostanzialmente simmetrico rispetto ad un piano mediano verticale (M) del motociclo (1).
  3. 3. Motociclo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la macchina elettrica (15) è controrotante rispetto alla trasmissione secondaria (9).
  4. 4. Motociclo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la trasmissione ausiliaria (14) comprende un gruppo inversore/disaccoppiatore (15) configurato per collegare selettivamente la macchina elettrica (15) all’albero di ingresso (10) della trasmissione secondaria (9).
  5. 5. Motociclo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il gruppo inversore/disaccoppiatore (15) comprende una prima ruota dentata solidale ad un albero di uscita (18) del motore elettrico (15) ed una seconda dentata (19) selettivamente collegabile ad un albero di rinvio (20).
  6. 6. Motociclo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la trasmissione ausiliaria (14) comprende una trasmissione a catena (16) collegante l’albero di rinvio (20) all’albero di ingresso (10) della trasmissione secondaria (9).
  7. 7. Motociclo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un’unità di controllo (25) configurata per variare la coppia sia motrice che frenante della macchina elettrica (15) in risposta a segnali di ingresso ricevuti da un sensore di angolo di rollio (26), da un sensore di angolo di impennata (27), da un sensore di velocità angolare della ruota anteriore (28) e di un sensore di velocità angolare della ruota posteriore (6).
  8. 8. Motociclo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (25) è configurata per eseguire un controllo di impennata nel quale la macchina elettrica (15) genera una coppia frenante in funzione della derivata dell’angolo di inclinazione.
  9. 9. Motociclo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (25) è configurata per eseguire un controllo di coppia nel quale la coppia motrice generata dalla macchina elettrica (15) viene modulata in funzione dell’angolo di rollio.
  10. 10. Motociclo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (25) è configurata per eseguire un controllo anti-spinning nel quale la macchina elettrica (15) genera una coppia frenante quando la velocità angolare della ruota posteriore (6) è maggiore della velocità angolare della ruota anteriore (5).
  11. 11. Kit di ibridizzazione per un motociclo, caratterizzato dal fatto di comprendere una macchina elettrica configurata per essere collegata ad un albero di ingresso di una trasmissione secondaria di un motociclo, e mezzi di controllo ed alimentazione della detta macchina elettrica.
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