IT202100006695A1

IT202100006695A1 - Architettura elettrica ibrida per veicoli da lavoro e metodo di controllo di essa

Info

Publication number: IT202100006695A1
Application number: IT102021000006695A
Authority: IT
Inventors: Alberto Borghi; Francesco Pintore
Original assignee: Cnh Ind Italia Spa
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-09-19
Also published as: EP4059754A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"ARCHITETTURA ELETTRICA IBRIDA PER VEICOLI DA LAVORO E METODO DI CONTROLLO DI ESSA"

CAMPO TECNICO

L'invenzione riguarda un'architettura elettrica ibrida per veicoli, in particolare veicoli da lavoro come le pale gommate. L'invenzione riguarda anche un metodo per controllare l'architettura.

BACKGROUND DELL'INVENZIONE

I veicoli da lavoro come le pale gommate sono noti per operare in condizioni di velocit? estremamente variabili.

Per esempio, questo aspetto ? particolarmente valido durante le operazioni che comportano lo spostamento di materiali sfusi, come detriti di demolizione o minerali grezzi, fuori da un sito di lavoro e il caricamento di tale materiale in o su una macchina di trasporto, ad esempio un camion o un nastro trasportatore.

Infatti, si suppone in questo caso che la pala gommata si sposti ripetutamente avanti e indietro tra il sito di lavoro e la macchina di trasporto, che inoltre sono spesso posizionati abbastanza vicini l'uno all'altra.

Pertanto, durante le operazioni di cui sopra, la pala gommata subisce continue accelerazioni e decelerazioni lungo uno spazio di movimento ridotto.

Inoltre, quando la pala gommata usa il suo attrezzo di carico o la benna per spalare i materiali, sono richieste velocit? molto basse e grandi coppie di trazione, in confronto ai comuni requisiti di trazione delle autovetture.

Per le ragioni di cui sopra, le pale gommate di solito montano un convertitore di coppia tra il motore e il cambio; un convertitore di coppia ? un noto dispositivo idraulico per accoppiare il motore al cambio.

Il convertitore di coppia ? noto per avere la propriet? di disaccoppiare automaticamente il motore dal cambio quando quest'ultimo ? soggetto a coppie elevate, ad esempio alle velocit? pi? basse della pala gommata, in modo che quest'ultima possa rimanere ferma mentre il motore ? ancora in funzione.

Inoltre, per le coppie pi? basse sul cambio che non implicano il disaccoppiamento, il convertitore di coppia ha la propriet? di moltiplicare la coppia in uscita.

Quando il convertitore di coppia funziona come moltiplicatore di coppia, una porzione significativa della potenza in ingresso viene sprecata sotto forma di generazione di calore, il che rende necessario un mezzo di raffreddamento specifico per evitare il surriscaldamento del convertitore di coppia.

In altre parole, anche se comunemente implementati per le loro note propriet? di disaccoppiamento utile, i convertitori di coppia sono meno efficienti e pi? complessi di altre trasmissioni idrauliche o meccaniche che, pur implicando una minore dissipazione di energia, non sono adatte a svolgere le funzioni dei convertitori di coppia.

Pertanto, si sente la necessit? di fornire soluzioni migliori, ad esempio sotto forma di nuovi dispositivi che svolgano almeno le stesse funzioni dei convertitori di coppia con una maggiore efficienza.

Uno scopo dell'invenzione ? quello di soddisfare la suddetta necessit?, preferibilmente in modo semplice ed economico.

RIEPILOGO DELL'INVENZIONE

Un tale scopo ? raggiunto da un'architettura elettrica ibrida per un veicolo da lavoro e un metodo di controllo correlato, come indicato nell'insieme allegato di rivendicazioni.

Le rivendicazioni dipendenti definiscono particolari forme di realizzazione dell'invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, una forma di realizzazione preferita ? descritta di seguito, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

? la figura 1 ? una rappresentazione schematica di un'architettura ibrida elettrica secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;

? la figura 2 ? un diagramma a blocchi che mostra le fasi di un metodo secondo una forma di realizzazione dell'invenzione; e

? la figura 3 ? un diagramma a blocchi che mostra ulteriori fasi del metodo della figura 2.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Nella figura 1, il simbolo di riferimento 1 indica un veicolo, in particolare un veicolo da lavoro come una pala gommata. Il veicolo 1 include un'architettura ibrida elettrica 2 e un assale 3 (mostrato solo parzialmente), in particolare un assale posteriore, comprendente l'albero di ingresso 4 di un differenziale automobilistico (non mostrato).

L'architettura 2 ? accoppiata all'assale 3 e configurata per fornirgli potenza, durante il funzionamento del veicolo 1.

L'architettura 2 comprende una pluralit? di macchine, inclusi un motore a combustione interna 5 e due macchine elettriche 6, 7. La macchina elettrica 6 pu? funzionare come generatore e la macchina elettrica 7 pu? funzionare come motore elettrico. Pi? precisamente, entrambe le macchine elettriche 6, 7 comprendono motogeneratori per funzionare sia come motori elettrici sia come generatori, ad esempio a seconda delle effettive condizioni di funzionamento del veicolo 1.

L'architettura 2 comprende inoltre un rotismo epicicloidale 8 che accoppia il motore 5 e le macchine elettriche 6, 7. Inoltre, l'architettura 2 comprende una trasmissione 9 con un albero di ingresso 10, che ? collegato al rotismo epicicloidale 8 per essere azionato da esso, e un albero di uscita 11, che ? collegato all'assale 3, in modo che quest'ultimo sia azionato dalla trasmissione 9.

Il rotismo epicicloidale 8 include una ruota solare 12 e una corona 13, che sono in particolare ruote cilindriche coassiali intorno a un asse A, nonch? un portatreno 14 disposto per ruotare intorno all'asse A e che porta una pluralit? di satelliti 15 che si ingranano sia con la ruota solare 12 sia con la corona 13.

Qui, i satelliti 15 sono ruote cilindriche con i rispettivi assi paralleli all'asse A.

Nello specifico, la ruota solare 12, la corona 13 e il portatreno 14 sono rispettivamente collegati alla macchina elettrica 6, all'albero di ingresso 10 e al motore 5.

Tuttavia, la configurazione dei tre elementi del rotismo epicicloidale 8, cio? la ruota solare 12, la corona 13 e il portatreno 14 pu? anche essere diversa, rispetto agli altri elementi dell'architettura 2, cio? la macchina elettrica 6, l'albero di ingresso 10 e il motore 5.

Pi? in dettaglio, il motore 5 ha un albero di uscita 16 che si estende parallelo all'asse A, in particolare lungo quest'ultimo; l'albero di uscita 16 passa attraverso la ruota solare 12, pur essendo rotazionalmente libero rispetto a quest'ultimo, e si accoppia al portatreno 14. In particolare, il portatreno 14 ? calettato sull'albero di uscita 16.

La macchina elettrica 6 ? disposta attorno all'asse A tra la ruota solare 12 e il motore 5, e quindi attorno all'albero di uscita 16. L'albero di uscita 16 passa attraverso la macchina elettrica 6, senza essere rotazionalmente accoppiato a questo.

La macchina elettrica 6 ha un albero di rotore 17 che si estende parallelo all'asse A, in particolare lungo questo, verso la ruota solare 12, che ? accoppiata allo stesso albero di rotore 17, per esempio per mezzo di una linguetta o di un accoppiamento scanalato.

Inoltre, il rotismo epicicloidale 8 ha un involucro cavo 18 che ? accoppiato in modo fisso alla corona 13 e all'albero di ingresso 10. Nello specifico, l'involucro 18 ? realizzato in un unico pezzo con la corona 8 e con l'albero di ingresso 10.

L'involucro cavo 18 alloggia il portatreno 14. In particolare, l'involucro cavo 18 ha una simmetria assiale rispetto all'asse A e, pi? in particolare, ? a forma di campana intorno all'asse A.

Preferibilmente, l'architettura 2 comprende una frizione di bloccaggio 19 che ? configurata per interbloccare il motore 2 e l'albero di ingresso 10 o il portatreno 14 e la corona 13, il che significa che il portatreno 14 e la corona 13 sono costretti a ruotare rigidamente insieme o a ruotare in modo solidale tra di loro. In altre parole, la frizione di bloccaggio 19 ha una configurazione innestata, in cui il rapporto di trasmissione tra il motore 5 e l'albero di ingresso 10 ? costante, precisamente uguale a uno nella forma di realizzazione mostrata, e una configurazione disinnestata, in cui lo stesso rapporto di trasmissione ? basato sul funzionamento della macchina elettrica 6 e, pi? in generale, del veicolo 1.

La frizione di bloccaggio 19 ? alloggiata all'interno dell'involucro 18 e disposta tra il portatreno 14 e l'albero di ingresso 10.

Nello specifico, la frizione di bloccaggio 19 ? una frizione a dischi, in particolare con una pluralit? di dischi; essenzialmente, nella forma di realizzazione mostrata, la frizione di bloccaggio 19 include una porzione fissa 19a fissata al portatreno 14 e una porzione mobile 19b che ? fissata in modo girevole e mobile assialmente rispetto all'involucro 18, in particolare in modo scorrevole. Preferibilmente, la porzione mobile 19b ? accoppiata all'involucro 18 attraverso un accoppiamento scanalato.

Sia la porzione fissa 19a sia la porzione mobile 19b sono disposte intorno all'asse A e quindi sono coassiali.

La frizione di bloccaggio 19 include inoltre un dispositivo di azionamento 19c di tipo noto, per esempio elettrico o pneumatico, per azionare la porzione mobile 19b tra la configurazione innestata e quella disinnestata della frizione di bloccaggio 19.

Secondo l'invenzione, la macchina elettrica 7 ? disposta per essere accoppiata alla trasmissione 9, in modo tale che una coppia di uscita della macchina elettrica 7 sia trasmessa o fornita alla trasmissione 9 in parallelo alle coppie che passano attraverso il rotismo epicicloidale 8.

In altre parole, la coppia fornita dalla macchina elettrica 7 viene trasmessa alla trasmissione 9 bypassando la porzione di ripartizione di coppia del rotismo epicicloidale 8, cio? il portatreno 14 e i satelliti 15.

La coppia trasmessa alla corona 13, che ? il risultato di un equilibrio meccanico tra la coppia in corrispondenza del portatreno 14 e della macchina elettrica 6, cio? in corrispondenza degli alberi di uscita e di rotore 16, 17, si somma alla coppia fornita dalla macchina elettrica 7. La somma delle coppie viene poi trasferita all'assale 3 attraverso la trasmissione 9.

Quindi, la macchina elettrica 7 ? configurata per fornire coppia alla corona 13. Questa coppia ? sommata a una porzione della coppia fornita dal motore 5, che ? la porzione di coppia trasmessa dal portatreno 14 alla corona 13 attraverso i satelliti 15.

Pi? in dettaglio, la macchina elettrica 7 ? accoppiata all'albero di ingresso 10 della trasmissione 9, per esempio tramite elementi di trasmissione meccanici. In particolare, l'architettura 2 comprende un rotismo ordinario 20 per accoppiare la macchina elettrica 7 all'albero di ingresso 10.

Come mostrato in figura 1, il rotismo 20 include una prima coppia di ingranaggi 21, 22, e una seconda coppia di ingranaggi 23, 24 disposti in serie con la prima coppia, in modo da formare due stadi di riduzione in successione. Nello specifico, l'ingranaggio 21 ? accoppiato a (ad esempio calettato su) un albero di rotore della macchina elettrica 7; gli ingranaggi 22, 23 sono accoppiati a (ad esempio calettati su) un albero intermedio; e l'ingranaggio 24 ? accoppiato a (ad esempio realizzato in un unico pezzo con) l'albero di ingresso 10.

Come mostrato ulteriormente nella figura 1, la trasmissione 9 comprende una trasmissione ad ingranaggi o un cambio che ? adatto a stabilire rapporti di trasmissione multipli tra l'albero di ingresso 10 e l'albero di uscita 11.

Pi? precisamente, la trasmissione 9 comprende tre ingranaggi 25, 26, 27, che sono portati in modo fisso dall'albero di ingresso 10. In particolare, gli ingranaggi 25, 26, 27 sono ingranaggi cilindrici. Convenientemente, gli ingranaggi 25, 26, 27 sono realizzati in un corpo unico con l'albero di ingresso 10. Gli ingranaggi 25, 26, 27 hanno diametri diversi; in particolare, gli ingranaggi 25 e 26 sono rispettivamente il pi? grande e il pi? piccolo. L'ingranaggio 26 ? disposto tra gli altri due ingranaggi 25, 27 rispetto all'asse A.

In aggiunta, la trasmissione 9 comprende inoltre altri tre ingranaggi 28, 29, 30, che sono portati in modo fisso dall'albero di uscita 11. In particolare, gli ingranaggi 28, 29, 30 sono ingranaggi cilindrici. Convenientemente, gli ingranaggi 28, 29, 30 sono realizzati in un unico corpo con l'albero di uscita 11. Gli ingranaggi 28, 29, 30 sono disposti per ingranarsi rispettivamente con gli ingranaggi 25, 26, 27, in modo da definire tre diversi rapporti di trasmissione.

L'albero di uscita 11 si estende lungo un asse B parallelo all'asse A.

Per selezionare uno dei rapporti di trasmissione, la trasmissione 9 comprende inoltre un dispositivo di cambio marcia 31 configurato per impegnare ciascuno dei rapporti di trasmissione. Nello specifico, il dispositivo di cambio marcia 31 include innesti a denti 32 e dispositivi di azionamento 33 per azionare gli innesti a denti 32 e di conseguenza permettere il passaggio da un rapporto di trasmissione ad un altro come noto nella tecnica.

Preferibilmente, l'architettura 2 comprende un'ulteriore macchina elettrica 36 che pu? funzionare almeno come motore elettrico. Pi? precisamente, la macchina elettrica 36 comprende un motogeneratore che funziona sia come motore elettrico sia come generatore, ad esempio a seconda delle condizioni di funzionamento effettive del veicolo 1.

La macchina elettrica 36 ? disposta per essere accoppiata alla trasmissione 9, in modo tale che una coppia di uscita della macchina elettrica 36 sia fornita all'albero di uscita 11.

Pi? in dettaglio, la macchina elettrica 36 ? accoppiata all'albero di uscita 11 della trasmissione 9, per esempio per mezzo di elementi di trasmissione meccanici. In particolare, l'architettura comprende un rotismo ordinario 37 per accoppiare la macchina elettrica 36 all'albero di uscita 11, pi? in particolare tra gli ingranaggi 28, 29, 30 e l'assale 3.

Come mostrato in figura 1, il rotismo 37 include solo una coppia di ingranaggi 38, 39 che formano un singolo stadio di riduzione. Nello specifico, l'ingranaggio 38 ? accoppiato a (calettato su) un albero di rotore della macchina elettrica 36, e l'ingranaggio 39 ? accoppiato a (calettato su) l'albero di uscita 11.

Le macchine elettriche 6, 7, 36 comprendono rispettivi convertitori di potenza 40, 41, 42, che sono collegati a una rete elettrica N dell'architettura 2. Tale rete elettrica N include un dispositivo di accumulo, come una batteria 43, per accumulare l'energia elettrica generata dalla macchina elettrica 6, per esempio, cos? come per fornire l'energia accumulata alle macchine elettriche 7, 36, per esempio.

L'architettura 2 comprende inoltre un'unit? di controllo ECU, che ? configurata per controllare il motore 5 e le macchine elettriche 6, 7. L'unit? di controllo ECU ? inoltre configurata per controllare la macchina elettrica 36. Inoltre, l'unit? di controllo ECU ? configurata per controllare la frizione di bloccaggio 19, in particolare il dispositivo di azionamento 19c. Inoltre, l'unit? di controllo ECU ? configurata per controllare il dispositivo di cambio marcia 31, in particolare i dispositivi di azionamento 33.

Pi? precisamente, l'unit? di controllo ECU controlla i convertitori di potenza 40, 41, 42.

L'unit? di controllo ECU ? collegata elettricamente a ciascuno dei componenti controllati dalla stessa unit? di controllo ECU.

L'architettura 2 comprende inoltre una serie di trasduttori o sensori (non mostrati) accoppiati all'unit? di controllo ECU per rilevare quantit? che sono note per essere indicative dei parametri operativi dell'architettura 2, come le velocit? di uscita effettive delle macchine elettriche 6, 7, 36, la velocit? di uscita effettiva del motore 5, le coppie di uscita effettive delle macchine elettriche 6, 7, 36, la coppia di uscita effettiva del motore 5, e la velocit? e la coppia richieste in corrispondenza dell'albero di uscita 11. Inequivocabilmente, ogni elemento dell'elenco esemplificativo di parametri operativi di cui sopra deve essere considerato come descritto singolarmente in modo indipendente dagli altri elementi, senza alcuna perdita di generalit?. Il termine "effettivo" pu? essere interpretato con il significato di "corrente".

I trasduttori o sensori dell'architettura 2 forniscono all'unit? di controllo ECU le informazioni necessarie e sufficienti per controllare in retroazione il motore 5 e le macchine elettriche 6, 7.

Pi? precisamente, i trasduttori o sensori includono: ? un sensore di velocit? per misurare la velocit? di uscita del motore 5

? un sensore di coppia per misurare la coppia di uscita del motore 5; e

? sensori di velocit?, per misurare le velocit? di uscita delle macchine elettriche 6 e 7.

Preferibilmente, i trasduttori o sensori includono inoltre da uno a tre sensori di velocit? aggiuntivi per misurare in modo corrispondente le velocit? di uno o tutti e tre gli elementi del rotismo epicicloidale 8, cio? la ruota solare 12, la corona 13 e il portatreno 14.

L'unit? di controllo ECU ? configurata per estrarre informazioni dai trasduttori o dai sensori sulle quantit? rilevate o misurate e per valutare, stimare o prevedere in modo noto i parametri operativi, per esempio mediante acquisizione diretta dei parametri, determinazione mediante formula fisica o modelli sperimentali, valutazione da parte di osservatori e simili, senza alcuna perdita di generalit?.

In particolare, l'unit? di controllo ECU determina o memorizza almeno:

? parametri o segnali indicativi della velocit? di uscita e della coppia del motore 5 effettive;

? un parametro o segnale indicativo della velocit? di uscita effettiva della macchina elettrica 7; e

? un parametro o segnale indicativo dell'effettiva coppia resistente o di carico o di generatore della macchina elettrica 6.

Pi? precisamente, con coppia di carico si intende la coppia richiesta dalla macchina elettrica 6 per generare energia elettrica. Ad esempio, questa coppia di carico pu? essere controllata attivamente attraverso dispositivi di controllo elettronici, come gli inverter.

Inoltre, l'unit? di controllo ECU memorizza informazioni sulle caratteristiche costruttive o sulle propriet? meccaniche del rotismo epicicloidale 8. ? noto che i rotismi epicicloidali sono caratterizzati da un rapporto di trasmissione fondamentale, rientranti in particolare nella cosiddetta "formula di Willis" e qui indicata come ?? in cui ?? rappresenta un rapporto di trasmissione tra la corona e la ruota solare, assumendo il portatreno come fisso o bloccato.

Altri rapporti di trasmissione, in particolare tre rapporti di trasmissione possono essere identificati tra due elementi della ruota solare, della corona e del portatreno, assumendo l'altro elemento come fisso o bloccato. Questi rapporti di trasmissione sono ricavabili da ?? essendo essi stessi uguali a ?? stesso quando il portatreno ? fisso, (?? ? 1)/?? quando la ruota solare ? fissa, e 1 ? ?? quando la corona ? fissa, come noto.

Nello specifico, le propriet? meccaniche di cui sopra del rotismo epicicloidale 8 comprendono il rapporto di trasmissione fondamentale dello stesso e, convenientemente, gli altri rapporti di trasmissione.

L'unit? di controllo ECU ? programmata o configurata per eseguire un metodo di controllo dell'architettura 2, secondo l'invenzione, quando le macchine elettriche 6, 7 funzionano rispettivamente come generatore e come motore elettrico. In altre parole, l'unit? di controllo ECU memorizza programmi per computer che comprendono istruzioni per far s? che l'architettura 2 esegua il metodo dell'invenzione.

Come prima fase 101 del metodo, l'unit? di controllo ECU determina una velocit? di uscita desiderata del motore 5.

Preferibilmente, la velocit? di uscita desiderata del motore 5 ? determinata sulla base di una richiesta del conducente del veicolo 1, per esempio per mezzo di un dispositivo di controllo del veicolo 1, come un pedale dell'acceleratore, un pulsante o una leva. Pi? precisamente, la velocit? di uscita desiderata ? determinata in funzione della posizione o della configurazione del dispositivo di controllo.

Pi? in dettaglio, l'unit? di controllo ECU controlla la velocit? di uscita del motore 5 impostando la velocit? di uscita desiderata come velocit? obiettivo per il motore 5.

Pi? precisamente, la velocit? di uscita del motore 5 ? controllata in retroazione; in particolare, l'unit? di controllo ECU applica una legge di controllo, per esempio una legge di controllo PID.

Inoltre, l'unit? di controllo ECU ? configurata per impostare la velocit? di uscita desiderata, eventualmente moltiplicata per un guadagno che rappresenta una variazione di velocit?, ad esempio dovuta a una trasmissione, come ingresso in un modello memorizzato di un convertitore di coppia convenzionale.

In effetti, all'unit? di controllo ECU sono fornite informazioni sufficienti per determinare una coppia di uscita e una velocit? di uscita del convertitore di coppia a partire da una velocit? di ingresso del convertitore di coppia.

Grazie al modello memorizzato del convertitore di coppia, l'unit? di controllo ECU ? configurata per determinare un'uscita prevista del convertitore di coppia in termini di velocit? di uscita e di coppia, i cui valori possono essere usati come riferimenti o obiettivi per l'albero di ingresso 10. In altre parole, l'unit? di controllo ECU ? configurata per determinare la velocit? e la coppia con cui l'albero di ingresso sarebbe stato azionato se il convertitore di coppia modellato avesse sostituito il rotismo epicicloidale 8, a condizione che la velocit? di ingresso sia la stessa e specificamente uguale o proporzionale alla velocit? di uscita desiderata determinata del motore 5.

Precisamente, il modello memorizzato ? un modello matematico o un modello parametrico, cio? un modello definito da parametri di modello.

Preferibilmente, il modello memorizzato o le informazioni fornite all'unit? di controllo ECU sono anche sufficienti a determinare la coppia di ingresso del convertitore di coppia dalla sua velocit? di ingresso.

Per esempio, il modello memorizzato pu? comprendere una prima tabella che correla i valori della velocit? di ingresso del convertitore di coppia ai valori del rapporto di trasmissione del convertitore di coppia Inoltre, il modello memorizzato pu? comprendere una seconda tabella che correla i valori del rapporto di trasmissione per una data velocit? di ingresso di riferimento ai valori del rapporto di coppia del convertitore di coppia

l'efficienza del convertitore di coppia e la coppia in ingresso del convertitore di coppia.

Le tabelle possono essere fornite su base sperimentale, per esempio.

Secondo il modello memorizzato, la coppia di ingresso del convertitore di coppia per velocit? di ingresso diverse da quella di riferimento ? ottenibile come prodotto del valore della coppia di ingresso dalla seconda tabella, secondo il valore rilevante del rapporto di trasmissione

e un coefficiente di correzione, che ? dato dal rapporto tra il quadrato della velocit? di ingresso effettiva e il quadrato della velocit? di ingresso di riferimento. L'uso di questo coefficiente di correzione per la modellazione del convertitore di coppia ? ben noto nella tecnica; pertanto, per ragioni di concisione, non verranno forniti ulteriori dettagli al riguardo.

D'altra parte, il rapporto di coppia e l'efficienza sono solo funzioni del rapporto di trasmissione

Pertanto, i valori dei rapporti permettono di determinare la coppia di ingresso, la coppia di uscita e la velocit? di uscita del convertitore di coppia.

Quindi, come seconda fase 102 del metodo, l'unit? di controllo ECU determina la coppia di uscita e la velocit? di uscita del convertitore di coppia sulla base delle informazioni memorizzate, assumendo la velocit? di ingresso del convertitore di coppia come una data funzione della velocit? desiderata del motore 5, per esempio uguale o proporzionale ad essa. Preferibilmente, l'unit? di controllo ECU determina anche la coppia di ingresso del convertitore di coppia sulla base di tali informazioni.

Poi, come terza fase 103 del metodo, l'unit? di controllo ECU controlla le macchine elettriche 6, 7 sulla base dei rispettivi parametri di riferimento per azionare l'albero di ingresso 10 secondo la velocit? di uscita determinata e la coppia del convertitore di coppia come parametri obiettivo.

I parametri di riferimento sono determinati dai parametri obiettivo utilizzando la conoscenza delle propriet? meccaniche del rotismo epicicloidale 8.

La figura 3 mostra in maggiore dettaglio una pluralit? di fasi della fase 103.

Nella fase 1031, l'ECU di controllo calcola due rapporti basati sulle propriet? meccaniche del rotismo epicicloidale; i rapporti rappresentano le rispettive frazioni della potenza totale erogata dal motore 5, in modo che la somma dei due rapporti sia uguale a uno. Pi? precisamente, il secondo rapporto rappresenta la frazione di potenza erogata alla macchina elettrica 6; quindi, il primo rapporto rappresenta la frazione di potenza trasmessa all'albero di ingresso 10 attraverso il rotismo epicicloidale 8. In particolare, quest'ultima frazione di potenza si sommer? alla quantit? di potenza erogata dalla macchina elettrica 7 per alimentare l'assale 3.

I rapporti sono calcolati dall'uscita determinata del convertitore di coppia, assumendo l'efficienza dell'architettura 1 come ideale, cio? uguale a uno.

Per esempio, il primo rapporto ? calcolato attraverso la seguente formula:

in cui ? il primo rapporto, ? specificamente la velocit? della corona 13, e ? specificamente la velocit? del portatreno 12. ? calcolato dall'unit? di controllo ECU come uguale alla velocit? di uscita determinata del convertitore di coppia. L'unit? di controllo ECU pu? calcolare dalla velocit? di uscita desiderata del motore 5, poich? il portatreno 12 ? accoppiato al motore 5. Infatti, l'unit? di controllo ECU memorizza in ogni caso tutte le informazioni necessarie sulle propriet? meccaniche dell'accoppiamento tra il motore 5 e il portatreno 12. Possibilmente, nel caso in cui l'albero di ingresso 10 debba essere accoppiato alla corona 13 tramite una trasmissione, l'unit? di controllo ECU memorizzerebbe le informazioni sulle propriet? meccaniche della trasmissione per calcolare

dalla velocit? di uscita del convertitore di coppia di

conseguenza.

Pi? in generale, come si pu? dedurre dall'esempio specifico precedente, il primo rapporto ? calcolato come un rapporto tra i rapporti di trasmissione del rotismo epicicloidale 8. Entrambi i due rapporti di trasmissione implicati nel calcolo sono tra l'elemento del riduttore epicicloidale 8 che ? accoppiato all'albero di ingresso 10 (qui, la corona 13) e l'elemento dello stesso rotismo epicicloidale 8 che ? accoppiato al motore 5 (qui, il portatreno 14). Il rapporto di trasmissione nel denominatore deve essere valutato assumendo l'altro elemento del rotismo epicicloidale 8 (qui, la ruota solare 12) come fisso. D'altra parte, il rapporto di trasmissione nel numeratore ? il rapporto di trasmissione effettivo con tutti e tre gli elementi che ruotano.

In realt?, il rapporto dei due rapporti di trasmissione calcolati come sopra indica bene la percentuale della potenza erogata dal motore 5 che ? alimentata all'albero di ingresso 10 attraverso il rotismo epicicloidale 8. Infatti, quando l'altro elemento ? fisso, tutta la potenza ? trasmessa attraverso gli elementi dei rapporti di trasmissione.

Evidentemente, il secondo rapporto (qui indicato come ? calcolato come uno meno il primo rapporto

Nella fase 1032, l'unit? di controllo ECU calcola due potenze e che sono il prodotto di una potenza e rispettivamente i rapporti in cui ? il prodotto della velocit? di uscita e della coppia del convertitore di coppia, cio? la potenza obiettivo per l'albero di ingresso 10.

? la potenza erogata alla macchina elettrica 6, mentre

? la potenza che dal motore 5 viene trasmessa all'albero

di ingresso 10 attraverso il rotismo epicicloidale 8.

L'unit? di controllo ECU controlla la macchina elettrica 7 con lo scopo di erogare da essa una quantit? di potenza pari a cio? la stessa potenza erogata alla macchina elettrica 6.

Nella fase 1033, l'unit? di controllo ECU calcola le coppie dividendo rispettivamente per

Convenientemente, ? impostato come coppia di uscita obiettivo per la macchina elettrica 7.

Alla luce delle propriet? meccaniche dell'insieme di ingranaggi epicicloidali 8, una volta recuperata una coppia su uno dei tre elementi, tutte le altre coppie possono essere derivate di conseguenza come noto nella tecnica.

Qui, nella fase 1034, l'unit? di controllo ECU determina la coppia di carico della macchina elettrica 6 da sulla base delle propriet? meccaniche del rotismo epicicloidale 8.

Convenientemente, la coppia di carico determinata ? impostata come coppia di carico obiettivo per la macchina elettrica 6.

Le fasi di cui sopra definiscono solo una forma di realizzazione esemplificativa non limitativa del metodo dell'invenzione; le stesse fasi possono essere concettualmente combinate insieme o cambiate per ottenere lo stesso risultato, cio? la determinazione delle coppie obiettivo per le macchine elettriche 6, 7.

Vantaggiosamente, le macchine elettriche 6, 7 sono controllate in retroazione; in particolare, l'unit? di controllo ECU applica una legge di controllo, per esempio una legge di controllo PID.

Pertanto, i parametri di riferimento di cui sopra sono una coppia di uscita obiettivo e una coppia di carico obiettivo per le macchine elettriche 6, 7, rispettivamente.

In alternativa, le macchine elettriche 6, 7 potrebbero essere controllate in modo diverso, ad esempio in un ciclo ad anello aperto o secondo un ciclo ad anello chiuso di velocit?. In quest'ultimo caso, le velocit? obiettivo devono essere determinate dalla velocit? di uscita e dalla coppia del convertitore di coppia, sulla base delle propriet? meccaniche del rotismo epicicloidale 8.

La macchina elettrica 6 ? adatta a generare energia elettrica per qualsiasi velocit? possibile dell'albero di rotore 17 in funzione delle velocit? del motore 5 e dell'albero di ingresso 10.

L'unit? di controllo ECU pu? controllare le macchine elettriche 6, 7 per farle funzionare entrambe come motori elettrici, per esempio, quando si verifica un picco della coppia richiesta in corrispondenza dell'albero di uscita 11.

L'unit? di controllo ECU pu? controllare il dispositivo di azionamento 19c per portare la frizione di bloccaggio 19 nella configurazione innestata quando la velocit? desiderata del motore 5 ? quasi stazionaria, per esempio quando un incremento o un derivato della stessa ? al di sotto di una soglia, o si verificano condizioni equivalenti.

In aggiunta, preferibilmente, l'unit? di controllo ECU controlla la macchina elettrica 36 per funzionare come un motore elettrico e per fornire interamente la potenza richiesta in corrispondenza dell'albero di uscita 11, mentre la stessa unit? di controllo ECU controlla il dispositivo di cambio marcia 31, in particolare i dispositivi di azionamento 33, per eseguire un cambio marcia del rapporto di trasmissione attualmente impegnato.

In altre parole, la potenza per l'azionamento dell'assale 3 ? mantenuta per un tempo molto breve dalla macchina elettrica 36 che funziona come un motore elettrico. In questo modo, il dispositivo di cambio marcia 31 pu? essere azionato liberamente poich? non ? soggetto a carichi o coppie, e la macchina elettrica 36 sta generando la potenza di trazione appropriata.

Questo modo di far funzionare l'architettura 2 sar? chiamato E-shift (cambio elettronico).

Alla luce di quanto precede, i vantaggi dell'architettura 2 e del metodo secondo l'invenzione sono evidenti.

In particolare, il rotismo epicicloidale 8 e le macchine elettriche 6, 7 sostituiscono il convertitore di coppia della tecnica precedente senza perdere alcuna funzionalit? ma con un apparente guadagno in termini di efficienza dovuto alla sostituzione di un accoppiamento di fluido con componenti elettrici. Inoltre ancora, la macchina elettrica 6 genera energia elettrica che pu? essere utilizzata per la trazione tramite la macchina elettrica 7. Al contrario, il convertitore di coppia della tecnica precedente dissipa solo energia per disaccoppiare l'asse e il motore.

Inoltre, il rotismo epicicloidale 8 e le macchine elettriche 6, 7 possono essere raffreddati attraverso dispositivi di raffreddamento che sono pi? semplici e pi? economici di quelli utilizzati per il raffreddamento di un convertitore di coppia. Infatti, il convertitore di coppia ? un elemento dissipativo e quindi richiede un dispositivo di raffreddamento dedicato con alta capacit? di dispersione del calore. Analogamente, i requisiti di lubrificazione sono diversi per un convertitore di coppia. Infatti, un convertitore di coppia richiede un gruppo specifico dedicato per fornire una corretta lubrificazione.

Come risultato di quanto sopra, l'architettura 2 ? semplificata rispetto alle soluzioni che impiegano il convertitore di coppia.

La presenza della macchina elettrica 7, tranne che della macchina elettrica 6 ? particolarmente vantaggiosa, poich? la macchina elettrica 7 pu? fornire liberamente la coppia all'albero di ingresso 11 senza influenzare l'equilibrio dinamico imposto dalle caratteristiche costruttive del rotismo epicicloidale 8 alla macchina elettrica 6 e al motore 5.

Per esempio, senza la macchina elettrica 7, la macchina elettrica 6 sarebbe necessaria per supportare il motore 5 in caso di necessit?; tuttavia, in tal caso, un incremento della coppia fornita dalla macchina elettrica 6 dovrebbe richiedere un corrispondente incremento della coppia fornita dal motore 5 per via della distribuzione della coppia causata dal rotismo epicicloidale 8. Apparentemente, vi possono essere condizioni per le quali tale aumento di coppia da parte del motore 5 non ? possibile a causa di limiti fisici dello stesso motore 5. Tali condizioni, d'altra parte, possono essere facilmente soddisfatte impiegando la macchina elettrica 7, che offre la sua coppia di uscita in parallelo a quella offerta dal motore 5.

Ancora pi? vantaggiosamente, le macchine elettriche 6, 7 possono funzionare entrambe come motori elettrici per fornire una quantit? significativa di coppia insieme al motore 5.

Inoltre, poich? la macchina elettrica 6 pu? funzionare come un generatore anche quando un picco di coppia ? esercitato sull'assale 3, non vi ? necessit? effettiva di un grande accumulo di energia elettrica e la batteria 43 pu? avere una dimensione ridotta di conseguenza.

Infine, ? chiaro che si possono apportare modifiche all'architettura 2 descritta e al metodo dell'invenzione, che non vanno oltre l'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

In particolare, le connessioni meccaniche tra i componenti dell'architettura 2 possono essere diverse da quelle descritte e illustrate nei disegni. Ad esempio, tra tali componenti possono essere interposte varie frizioni o trasmissioni di qualsiasi tipo noto. Inoltre, le trasmissioni ad ingranaggi descritte possono essere semplificate o arricchite da altri ingranaggi e frizioni.

Inoltre, la macchina elettrica 7 pu? essere accoppiata all'albero di uscita 11, invece di essere accoppiata all'albero di ingresso 10. L'unit? di controllo ECU pu? includere uno o pi? elementi o porzioni di calcolo separati.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Architettura elettrica ibrida (2) per un veicolo (1), in particolare un veicolo da lavoro, l'architettura comprendendo un motore a combustione interna (5), una prima macchina elettrica (6) adatta a funzionare almeno come generatore, un rotismo epicicloidale (8), e una trasmissione (9) avente un albero di ingresso (10) e un albero di uscita (11), l'albero di uscita essendo adatto a essere accoppiato a un assale (3) del veicolo (1), in cui il rotismo epicicloidale (8) include un primo elemento, un secondo elemento e un terzo elemento che comprendono ciascuno uno corrispondente tra una ruota solare (12), una corona (13) e un portatreno (14), l'architettura (2) comprendendo inoltre: - primi mezzi (16, 17, 18) per collegare meccanicamente il primo elemento, il secondo elemento e il terzo elemento rispettivamente a detto motore (5), alla prima macchina elettrica (6) e all'albero di ingresso (10); - una seconda macchina elettrica (7) distinta dalla prima macchina elettrica (6) e adatta a funzionare almeno come motore elettrico; - secondi mezzi (20) per collegare meccanicamente la seconda macchina elettrica (7) alla trasmissione (9), in modo che una prima coppia motrice dal terzo elemento e una seconda coppia motrice dalla seconda macchina elettrica (7) siano fornite in parallelo alla trasmissione (9); e - un'unit? di controllo (ECU) configurata per controllare il motore (5), la prima macchina elettrica (6) e la seconda macchina elettrica (7).
2. Architettura ibrida elettrica secondo la rivendicazione 1, in cui la trasmissione (9) include: - un cambio per stabilire una pluralit? di rapporti di trasmissione tra l'albero di ingresso (10) e l'albero di uscita (11); e - mezzi di cambio marcia (31) per innestare ciascuno dei rapporti di trasmissione; l'unit? di controllo (ECU) essendo inoltre configurata per controllare detti mezzi di cambio marcia (31).
3. Architettura elettrica ibrida secondo la rivendicazione 2, in cui detti secondi mezzi (20) sono configurati per collegare meccanicamente la seconda macchina elettrica (7) all'albero di ingresso (10).
4. Architettura elettrica ibrida secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre una terza macchina elettrica (36) adatta a funzionare almeno come motore elettrico e terzi mezzi (37) per collegare meccanicamente la terza macchina elettrica (36) all'albero di uscita (11), l'unit? di controllo (ECU) essendo inoltre configurata per controllare la terza macchina elettrica (7), che ? distinta dalla seconda macchina elettrica (6).
5. Architettura ibrida elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una frizione di bloccaggio (19) accoppiata al primo e al terzo elemento e configurata per vincolare il primo elemento a ruotare rigidamente con il terzo elemento.
6. Architettura ibrida elettrica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui: - il primo elemento comprende il portatreno (14); - il secondo elemento comprende la ruota solare (12); e - il terzo elemento comprende la corona (13).
7. Architettura elettrica ibrida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi di accumulo elettrico (43) collegati alla prima e alla seconda macchina elettrica (6, 7) per accumulare l'energia generata dalla prima macchina elettrica (6) e per fornire l'energia accumulata alla seconda macchina elettrica (7) per azionare la trasmissione (9).
8. Metodo di controllo per controllare l'architettura elettrica ibrida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima e la seconda macchina elettrica (6, 7) funzionano rispettivamente come un generatore e un motore elettrico, il metodo comprendendo: - determinare (101) una velocit? di uscita desiderata del motore (5); - fornire informazioni riguardanti un convertitore di coppia, le informazioni essendo sufficienti per determinare una coppia di uscita e una velocit? di uscita del convertitore di coppia da una velocit? di ingresso del convertitore di coppia; - determinare (102) la coppia di uscita e la velocit? di uscita del convertitore di coppia sulla base di dette informazioni assumendo la velocit? di ingresso del convertitore di coppia come una data funzione di detta velocit? di uscita desiderata del motore (5); - controllare in retroazione il motore (5) impostando detta velocit? di uscita desiderata del motore come velocit? obiettivo per il motore (5); - controllare (103) la prima e la seconda macchina elettrica (6, 7) rispettivamente sulla base di un primo e un secondo parametro di riferimento per azionare l'albero di ingresso (10) secondo la velocit? di uscita e la coppia determinate del convertitore di coppia come parametri obiettivo, in cui il primo e il secondo parametro di riferimento sono determinati da detti parametri obiettivo basati sulle propriet? meccaniche del rotismo epicicloidale (8).
9. Metodo di controllo secondo la rivendicazione 8, in cui dette propriet? meccaniche comprendono un rapporto di trasmissione tra due elementi del primo elemento, il secondo elemento e il terzo elemento, assumendo l'altro elemento come bloccato.
10. Metodo di controllo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui la determinazione del primo e del secondo parametro di riferimento comprende un calcolo (1031) basato su dette propriet? meccaniche di un primo rapporto e di un secondo rapporto, la cui somma ? uguale a uno, dalla velocit? di uscita determinata del convertitore di coppia e dalla velocit? desiderata del motore (5); il secondo rapporto essendo definito come una potenza erogata alla prima macchina elettrica divisa per una potenza di uscita del motore (5), assumendo un'efficienza dell'architettura uguale a uno.
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui il primo rapporto ? calcolato attraverso:

in cui ? il primo rapporto, ? la velocit? della corona (13), ? la velocit? del portatreno (14), e ? il rapporto di trasmissione fondamentale del rotismo epicicloidale (8).
12. Metodo secondo le rivendicazioni da 8 a 11, in cui il primo e il secondo parametro di riferimento sono una coppia di carico obiettivo e una coppia di uscita obiettivo rispettivamente per la prima e la seconda macchina elettrica (6, 7); la prima e la seconda macchina elettrica essendo controllate in retroazione impostando il primo e il secondo parametro come ulteriori parametri obiettivo.
13. Programma per elaboratore comprendente istruzioni per far s? che l'architettura delle rivendicazioni da 1 a 7 esegua il metodo delle rivendicazioni da 8 a 12.
14. Mezzi leggibili da computer che memorizzano il programma per elaboratore della rivendicazione 13.