IT201900007008A1 - Disposizione di una trasmissione veicolare - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “DISPOSIZIONE DI UNA TRASMISSIONE VEICOLARE”

Campo dell’invenzione

La presente invenzione è relativa ad un metodo e ad un’architettura per gestire l’energia rilasciata da un albero a gomiti di un motore a combustione ad una trasmissione veicolare.

Descrizione della tecnica anteriore

L’albero a gomiti del motore a combustione è interconnesso alla ruota motrice di un veicolo attraverso una scatola del cambio e una frizione interposta tra l’albero primario della scatola del cambio e l’albero a gomiti di motore a combustione.

I veicoli industriali sono anche dotati di sistemi di freno-motore per frenare il veicolo sfruttando il motore a combustione stesso prima di, o contemporaneamente a, l’attivazione dei freni convenzionali.

Durante il cambio di marcia, spesso la velocità dell’albero a gomiti dovrebbe essere ridotta per “corrispondere” alla velocità dell’albero primario della scatola del cambio. Questo adattamento di velocità è realizzato durante il rilascio della frizione principale, pertanto energia viene sprecata per attrito.

La velocità dell’albero a gomiti deve essere regolata per ogni cambio di marcia. Una regolazione rapida della velocità dell’albero a gomiti consente una buona guidabilità e ridotta perdita nella forza di azionamento.

Un’improvvisa modifica della velocità dell’albero a gomiti comporta un consumo di energia, specialmente quando la velocità dell’albero a gomiti deve essere ridotta.

Il freno motore è qualche volta attivato per consentire la riduzione della velocità dell’albero a gomiti per ottenere un rapido cambio di marcia. Di conseguenza, tale energia dell’albero a gomiti viene persa. Un cambio da marcia alta a bassa comporta all’incirca l’1% del consumo di carburante totale per ogni cambio di marcia entro 1 km.

Riepilogo dell’invenzione

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di proporre un metodo e un’architettura per ottenere un adattamento di velocità dell’albero a gomiti rapido limitando le perdite di energia.

Il concetto principale della presente invenzione è l’implementazione di un primo moto-generatore accoppiato direttamente all’albero a gomiti del motore e facoltativamente un secondo moto-generatore collegato direttamente all’albero di ingresso della scatola del cambio.

Ogni qual volta che la velocità dell’albero a gomiti deve essere rallentata, il suo contenuto di energia viene recuperato dal primo moto-generatore, ad esempio, prima dell’attivazione di una marcia superiore (salita di marcia) durante le accelerazioni del veicolo o quando il motore viene spento e/o messo in folle quando il veicolo passa in modalità veleggiamento dinamico (sailing mode) e/o durante la frenata rigenerativa.

Ogni qual volta che la velocità dell’albero a gomiti deve essere aumentata, il primo moto-generatore può aiutare ad impedire un qualsiasi superamento di velocità. Infatti, la velocità dell’albero a gomiti può essere controllata dall’accelerazione di motore a combustione, ma la dinamica di velocità dipende dall’albero a gomiti del motore a combustione.

Grazie alla presente invenzione, si ottiene un controllo della velocità dell’albero a gomiti rapido e preciso migliorando la velocità di cambio marcia e confortevolezza migliorata.

Sul lato opposto del primo moto-generatore rispetto alla frizione principale è disposto il secondo motogeneratore, in grado di consentire una regolazione della velocità di ingresso di marcia per una migliore sincronizzazione durante il cambio marcia.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il primo moto-generatore è integrato in una prima porzione del volano preferibilmente di un volano a doppia massa, mentre il secondo moto-generatore opzionale è almeno parzialmente integrato in una seconda porzione del volano.

Quando il volano è a massa singola, la prima e la seconda porzione corrispondono alla prima e alla seconda faccia del singolo disco monolitico che definisce il volano. Invece, quando il volano è un volano a doppia massa, la prima porzione corrisponde ad un primo disco e la seconda porzione corrisponde ad un secondo disco e, tra la prima e la seconda porzione del volano a doppia massa, è disposto un ammortizzatore di vibrazioni torsionale.

Preferibilmente la seconda porzione del volano a doppia massa è sagomata come una campana in cui è disposta la frizione principale. Il secondo moto-generatore è preferibilmente disposto parzialmente all’interno della campana al fine di limitare l’estensione longitudinale dell’intero gruppo.

Questi e altri scopi sono conseguiti per mezzo delle rivendicazioni dipendenti allegate, le quali descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione risulterà completamente chiara dalla seguente descrizione dettagliata, fornita come esempio a titolo puramente esemplificativo e non limitativo, per essere letta in riferimento alle figure dei disegni allegate, in cui:

- la figura 1 mostra una possibile disposizione della presente invenzione.

I numeri e le lettere di riferimento uguali nelle figure indicano parti uguali o funzionalmente equivalenti.

Secondo la presente invenzione, l’espressione “secondo elemento” non implica la presenza di un “primo elemento”, primo, secondo, eccetera… sono usati soltanto per migliorare la chiarezza della descrizione e non dovrebbero essere interpretati in modo limitativo.

Descrizione dettagliata delle forme di realizzazione preferite

Secondo la figura 1, un motore a combustione interna ICE (Internal Combustion Engine) è schematizzato con quattro pistoni collegati all’albero a gomiti CK (Crankshaft) del motore.

L’albero a gomiti è collegato direttamente ad un volano a doppia massa DFW (Dual-mass FlyWheel), il quale include un primo volano FW1 e un secondo FW2, accoppiati insieme attraverso un ammortizzatore di vibrazioni VD noto di per sé.

Il primo volano FW1 definisce anche il rotore di un primo moto-generatore MG1, indicato schematicamente attraverso gli avvolgimenti o magneti permanenti dello statore.

Tale primo moto-generatore può essere un motogeneratore a flusso radiale o assiale. Pertanto, si dovrebbe comprendere che, contrariamente alla figura 1, in cui lo statore è rappresentato radialmente rispetto al rotore come in un azionamento a flusso radiale, lo statore può essere disposto per definire un azionamento a flusso assiale.

L’espressione “il primo moto-generatore integra una prima porzione o una seconda porzione del volano” significa che il rotore del moto-generatore viene sfruttato non soltanto per generare o adsorbire una coppia, ma anche per la sua inerzia come volano. Per questa ragione sono preferiti i rotori piatti poiché l’inerzia è proporzionale al quadrato della loro estensione radiale.

Un azionamento a flusso assiale è preferito come primo moto-generatore, per via della sua estensione assiale limitata e della sua elevata coppia sviluppata.

Il secondo volano FW2 definisce le basi di una campana BL (Bell) in cui è disposta la frizione CL (Clutch) principale.

La frizione principale è collegata, su un lato, con il secondo volano e, sul lato opposto, all’albero primario PS (Primary Shaft) della scatola del cambio GB (GearBox).

Preferibilmente, un secondo moto-generatore MG2 è dipendente dall’albero che collega la frizione principale CL all’albero primario (albero di ingresso) PS della scatola del cambio GB. La presenza del secondo moto-generatore è opzionale. Esso può essere utile soltanto in alcune forme di realizzazione preferite del metodo di controllo descritto qui di seguito.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, ogni volta che la frizione principale CL viene aperta e la velocità dell’albero a gomiti deve essere rallentata, il primo moto-generatore MG1 applica una coppia negativa. L’energia meccanica è, pertanto, convertita in energia elettrica.

Questa energia può essere accumulata in un pacco batterie BATT o utilizzata per alimentare il secondo motogeneratore. Ciò significa che il secondo moto-generatore o il pacco batterie o entrambi possono essere presenti secondo implementazioni preferite della presente invenzione.

L’energia elettrica recuperata può essere sfruttata, senza l’intervento delle batterie di accumulo, per regolare la velocità dell’albero di ingresso della scatola del cambio per migliorare la sincronizzazione della scatola del cambio. In altri termini, le batterie sono opzionali.

Piuttosto, con un accumulo di batteria, è possibile controllare tale moto-generatore (tali moto-generatori) per alimentare il motore a combustione durante le accelerazioni del veicolo. Una qualsiasi operazione di alimentazione, che non è essenziale per realizzare la presente invenzione, richiede la presenza di un pacco batterie.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, l’energia elettrica consumata per rallentare l’albero a gomiti, viene parzialmente usata per migliorare la sincronizzazione dell’albero di ingresso della scatola del cambio attraverso il secondo moto-generatore e un eccesso di energia viene accumulato nel pacco batterie. Subito dopo il cambio di marcia, tale eccesso di energia viene alimentato al primo e/o secondo moto-generatore per alimentare il motore a combustione interna.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, quando durante l’abbassamento di marcia la velocità dell’albero a gomiti deve essere aumentata, mentre la frizione principale si sta per chiudere, la velocità dell’albero a gomiti è controllata attraverso l’iniezione di carburante ma anche attraverso il primo moto-generatore che può esercitare una coppia positiva e/o negativa sull’albero a gomiti secondo la dinamica del motore a combustione. Ad esempio, in un primo periodo di tempo, il primo motogeneratore esercita una coppia positiva per alimentare il motore a combustione e in un secondo periodo di tempo successivo, il primo moto-generatore può esercitare una coppia negativa per limitare il superamento di velocità dell’albero a gomiti.

Grazie alla presente invenzione, il cambio di marcia diventa più rapido e la guidabilità viene migliorata senza aumentare il consumo di carburante.

In aggiunta, l’architettura può essere sfruttata finché la frizione principale è chiusa per eseguire tutte le operazioni note dei veicoli ibridi paralleli, con il primo e il secondo moto-generatore che funzionano simultaneamente e parallelamente durante la frenata rigenerativa e durante l’accelerazione del veicolo alimentando il motore a combustione interna.

Numerosi dettagli specifici sono esposti come esempi di componenti, dispositivi e metodi specifici per fornire una comprensione complessiva delle forme di realizzazione della presente descrizione. Risulterà evidente agli esperti nella tecnica che dettagli specifici non devono essere impiegati, che forme di realizzazione esemplificative possono essere incorporate in molte forme diverse e nemmeno che dovrebbero essere costruite per limitare l’ambito di protezione della descrizione. In alcune forme di realizzazione esemplificative, sono descritti processi ben noti, e strutture di dispositivi ben note.

Ad esempio, il controllo del primo e/o del secondo motogeneratore può essere eseguito mediante la stessa unità di controllo ECU solitamente implementata per controllare il motore a combustione interna.

Solitamente, i veicoli sono dotati di una rete di dati CAN che interconnette la ECU a sensori e attuatori. Un primo sensore di velocità è solitamente associato al primo volano ed un secondo sensore di velocità è associato all’albero di ingresso PS del cambio marcia al fine di monitorare anche una differenza di velocità reciproca, che indica la condizione di impegno/disimpegno della frizione principale. L’esperto sa che quando una differenza di velocità può essere apprezzata, ciò implica almeno un disimpegno parziale della frizione principale.

Questa invenzione può essere implementata in modo vantaggioso in un programma per computer che comprende mezzi di codice di programma per eseguire una o più fasi di tale metodo, quando tale programma è in esecuzione su un computer. Per questa ragione, il brevetto coprirà anche tale programma per computer e il supporto leggibile da computer che comprende un messaggio registrato, tale supporto leggibile da computer comprendendo i mezzi di codice di programma per eseguire una o più fasi di tale metodo, quando tale programma è in esecuzione su un computer.

Molti cambiamenti, modifiche, variazioni e altri utilizzi e applicazioni dell’invenzione in oggetto risulteranno evidenti agli esperti nella tecnica dopo aver considerato la descrizione e i disegni allegati che descrivono sue forme di realizzazione preferite come descritte nelle rivendicazioni allegate.

Le caratteristiche descritte nel background della tecnica anteriore sono introdotte solamente al fine di comprendere meglio l’invenzione e non come dichiarazione riguardante l’esistenza della tecnica anteriore nota. In aggiunta, dette caratteristiche definiscono il contesto della presente invenzione, pertanto tali caratteristiche dovranno essere considerate insieme alla descrizione dettagliata.

Ulteriori dettagli di implementazione non saranno descritti, poiché l’esperto nella tecnica è in grado di eseguire l’invenzione partendo dall’insegnamento della descrizione di cui sopra.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Veicolo comprendente un motore a combustione interna (ICE) avente un albero a gomiti (CH) e una disposizione di trasmissione disposta per trasferire una propulsione dell’albero a gomiti alle ruote motrici del veicolo, la disposizione di trasmissione includendo - una porzione (FW1) di volano (DFW; FW1, FW2) accoppiata direttamente all’albero a gomiti (CH) e una seconda porzione (FW2), - una frizione principale (CL), che interconnette detta seconda porzione ad un albero di ingresso (PS) di - una scatola del cambio (GB) disposta tra la frizione principale (CL) e dette ruote motrici del veicolo, il veicolo includendo inoltre • un primo moto-generatore (MG1) che integra detto volano, • mezzi di elaborazione (CPU) disposti per controllare detto primo moto-generatore in modo tale da regolare una velocità dell’albero a gomiti durante il cambio di marcia per il periodo in cui la frizione principale è in condizione di disimpegno, al fine di adattare la velocità dell’albero a gomiti ad una velocità dell’albero di ingresso (PS) per un conseguente impegno morbido della frizione principale. 2.- Veicolo secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di elaborazione sono disposti per rallentare detto albero a gomiti durante l'aumento di marcia, recuperando energia elettrica. 3.- Veicolo secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre un secondo moto-generatore (MG2) che interconnette detta frizione principale (CL) e detto albero di ingresso (PS), e in cui detti mezzi di elaborazione (ECU) sono inoltre disposti per controllare detto secondo moto-generatore per regolare una velocità dell’albero di ingresso (PS) in modo da migliorare una sincronizzazione del cambio di marcia. 4.- Veicolo secondo la rivendicazione 3, in cui detta energia elettrica recuperata per rallentare detto albero a gomiti è sfruttata per controllare detto secondo motogeneratore per regolare detta velocità dell’albero di ingresso (PS). 5.- Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui quando la velocità dell’albero a gomiti deve essere aumentata, detti mezzi di elaborazione sono disposti per velocizzare detto motore a combustione controllando un’iniezione di carburante corrispondente e per regolare una conseguente dinamica di velocità attraverso detto primo moto-generatore. 6.- Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, includente inoltre mezzi di accumulo di energia (BATT) collegati operativamente a detto primo motogeneratore (MG1) per sfruttare un’energia elettrica recuperata in altre condizioni operative di veicolo. 7.- Veicolo secondo le rivendicazioni 3 e 6, in cui detto secondo moto-generatore è collegato operativamente a detti mezzi di accumulo di energia per sfruttare l’energia elettrica recuperata in altre condizioni operative di veicolo. 8.- Veicolo secondo la rivendicazione 7, in cui detto primo e detto secondo moto-generatore sono disposti per funzionare in parallelo e simultaneamente quando detta frizione principale è in condizione di impegno. 9.- Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima porzione e detta seconda porzione del volano includono rispettivamente una prima faccia e una seconda faccia di un volano monolitico o in cui detto volano è un volano a doppia massa e detta prima porzione corrisponde a un primo volano e detta seconda porzione corrisponde a un secondo volano, in cui il primo e il secondo volano sono interconnessi mediante un ammortizzatore di vibrazioni (VD) e in cui detto primo motogeneratore (MG1) integra detto primo o detto secondo volano del volano a doppia massa. 10.- Metodo per controllare una velocità di albero a gomiti di un motore a combustione, il metodo includendo la fase preliminare di prevedere un veicolo che include un motore a combustione interna di una disposizione di trasmissione per trasferire una propulsione di albero a gomiti alle ruote motrici di veicolo, la disposizione di trasmissione includendo - un volano (DFW) avente una prima porzione (FW1) accoppiata direttamente all’albero a gomiti (CH) e una seconda porzione (FW2), - una frizione principale (CL), che interconnette detta seconda porzione a un albero di ingresso (PS) di - una scatola del cambio (GB) disposta tra la frizione principale (CL) e dette ruote motrici del veicolo, • un primo moto-generatore (MG1) che integra detta prima porzione, • mezzi di elaborazione (CPU) disposti per controllare detto primo moto-generatore, il metodo includendo le fasi di - rilevare se detta frizione principale è in condizione di disimpegno e se detta scatola del cambio sta effettuando l’operazione di cambio marcia e in caso positivo - regolare una velocità di albero a gomiti durante il cambio di marcia per il periodo in cui la frizione principale è in condizione di disimpegno, per adattare la velocità dell’albero a gomiti per un conseguente impegno morbido della frizione principale.