ITBO20070316A1 - Veicolo a trazione integrale e con propulsione ibrida - Google Patents

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ITBO20070316A1
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electric machine
wheels
planetary gear
reversible electric
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IT000316A
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Mauro Rioli
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Ferrari Spa
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Description

D E SCR IZ ION E
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un veicolo a trazione integrale e con propulsione ibrida.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad una automobile, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.
ARTE ANTERIORE
Attualmente, una automobile sportiva ad alte prestazioni presenta la trazione posteriore ed è provvista di un differenziale autobloccante per cercare di massimizzare in ogni condizione la coppia motrice trasmessa dalle ruote posteriori alla superficie stradale.
La trazione posteriore con differenziale autobloccante risulta premiante per una guida sportiva in condizioni di aderenza ottimali (strada asciutta) o comunque discrete (strada bagnata) ; tuttavia, tale soluzione in combinazione con una elevata coppia motrice e con pneumatici larghi comporta una guida estremamente difficoltosa e potenzialmente pericolosa quando le condizioni di aderenza sono cattive (strada allagata o ghiacciata). Per migliorare la guidabilità di una automobile sportiva in condizioni di scarsa aderenza è stato proposto di utilizzare la trazione integrale permanente o inseribile.
La trazione integrale permanente permette di migliorare notevolmente il comportamento dell'automobile in condizioni di aderenza cattive, ma presenta gli inconvenienti di aumentare in ogni situazione le perdite di coppia del sistema di trasmissione e di conferire all'automobile un comportamento in condizioni di aderenza ottimali non sempre apprezzato dai guidatori.
La trazione integrale inseribile permette al conducente dell'automobile di decidere se utilizzare la trazione posteriore o se utilizzare la trazione integrale; in questo modo, il conducente può utilizzare la trazione posteriore in condizioni di aderenza ottimali e può utilizzare la trazione integrale in condizioni di aderenza cattive.
Per realizzare una automobile a trazione integrale inseribile è stato proposto di utilizzare un sistema di propulsione ibrido provvisto sia di un motore termico a combustione interna, sia di almeno un motore elettrico. Tuttavia, gli schemi finora ad ora proposti per realizzare un veicolo ibrido a trazione integrale sono di complessa realizzazione, presentano degli ingombri elevati ed in generale non si adattano alle caratteristiche di una automobile sportiva ad alte prestazioni.
La domanda di brevetto US2005116680A1 descrive un veicolo ibrido a trazione integrale, in cui due ruote sono condotte solo dal motore termico e le altre due ruote sono condotte solo dal motore elettrico .
La domanda di brevetto US2003054910A1 descrive un veicolo ibrido a trazione integrale comprendente un motore a combustione interna disposto in posizione posteriore e provvisto di un cambio che trasmette il moto sia alle ruote posteriori motrici mediante un differenziale posteriore, sia alle ruote anteriori motrici mediante un differenziale anteriore. Il cambio trasmette il moto al differenziale anteriore mediante un albero di trasmissione, una unità di azionamento, ed.un ulteriore albero di trasmissione. L'unità di azionamento comprende un ingranaggio epicicloidale comprendente un primo elemento rotante (portaplanetario) solidale all'albero di trasmissione ed ad uno statore di un motore elettrico, un secondo elemento rotante (corona) solidale all'albero di trasmissione, ed un terzo elemento rotante (solare) solidale ad un rotore del motore elettrico.
La domanda di brevetto US2002061801A1 descrive un veicolo ibrido a trazione integrale comprendente un motore a combustione interna disposto in posizione anteriore che trasmette il moto alle ruote anteriori motrici ed un motore elettrico disposto in posizione posteriore che trasmette il moto alle ruote posteriori motrici.
Il brevetto US6549840B1 descrive un veicolo ibrido a trazione integrale comprendente un azionamento principale per trasmette il moto alle ruote anteriori motrici ed un azionamento secondario per trasmette il moto alle ruote posteriori motrici. L'azionamento principale comprende un motore a combustione interna, una prima macchina elettrica reversibile, ed un ingranaggio epicicloidale presentante un primo elemento rotante (solare) solidale all'albero motore del motore a combustione interna, un secondo elemento rotante (portaplanetario) solidale al rotore della prima macchina elettrica reversibile, ed un terzo elemento rotante (corona) collegato ad una trasmissione CVT collegata alle ruote anteriori motrici. L'azionamento secondario comprende una seconda macchina elettrica reversibile collegata alle ruote posteriori motrici mediante una cascata di ingranaggi ed un differenziale posteriore.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è di fornire un veicolo a trazione integrale e con propulsione ibrida, il quale veicolo sia privo degli inconvenienti sopra descritti,e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un veicolo a trazione integrale e con propulsione ibrida secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate .
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
• la figura 1 illustra una vista schematica ed in pianta di una automobile a trazione integrale e con propulsione ibrida realizzata in accordo con la presente invenzione;
• la figura 2 illustra una vista schematica ed in pianta di una diversa automobile a trazione integrale e con propulsione ibrida; e
• la figura 2 illustra una vista schematica ed in pianta di una ulteriore automobile a trazione integrale e con propulsione ibrida.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE
Nella figura 1, è indicata con il numero 1 una automobile provvista di due ruote 2 anteriori motrici o condotte disposte su di uno stesso asse e di due ruote 3 posteriori motrici o condotte disposte su di uno stesso asse. L'automobile 1 comprende un motore 4 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore ed è provvisto di un albero 5 motore che in uso viene portato in rotazione. L'albero 5 motore del motore 4 termico trasmette il moto alle ruote 3 posteriori mediante una linea 6 di trasmissione, la quale si origina da una presa del moto posteriore dell'albero 5 motore, e trasmette il moto alle ruote 2 anteriori mediante una linea 7 di trasmissione, la quale si origina da una presa del moto anteriore dell'albero 5 motore opposta alla presa del moto posteriore.
La linea 6 di trasmissione comprende una frizione 8 a secco o in bagno d'olio, la quale è alloggiata in una campana solidale al motore 4 ed è atta a collegare l'albero 5 motore del motore 4 ad un albero 9 di trasmissione posteriore terminante in un cambio 10 meccanico disposto al retrotreno,· in cascata al cambio 10 è collegato un differenziale 11 posteriore autobloccante, dal quale partono una coppia di semiassi 12, ciascuno dei quali è solidale ad una ruota 3 posteriore motrice. In particolare, un albero primario del cambio 10 è solidale all'albero 9 di trasmissione, mentre un albero secondario del cambio 10 è accoppiato al differenziale 11 posteriore autobloccante .
La linea di 7 di trasmissione comprende un albero 13 di trasmissione anteriore, il quale è collegato ad un differenziale 14 anteriore, dal quale partono una coppia di semiassi 15, ciascuno dei quali è solidale ad una ruota 3 anteriore motrice.
Inoltre, la linea di 7 di trasmissione comprende almeno una batteria 16 per immagazzinare energia elettrica, una macchina 17 elettrica reversibile (cioè che può funzionare sia come motore assorbendo energia elettrica e generando lavoro meccanico, sia come generatore assorbendo lavoro meccanico e generando energia elettrica) pilotata da un azionamento 18 elettricamente collegato alla batteria 16, ed una macchina 19 elettrica reversibile pilotata da un azionamento 20 elettricamente collegato alla batteria 16.
Infine, la linea di 7 di trasmissione comprende un ingranaggio 21 epicicloidale, il quale comprende un elemento 22 rotante meccanicamente collegato all'albero 5 motore, un elemento 23 rotante meccanicamente collegato al differenziale 14 anteriore mediante l'albero 13 di trasmissione anteriore, ed un elemento 24 rotante meccanicamente collegato alla macchina 17 elettrica reversibile. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, l'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è un solare, l'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è un portaplanetario portante dei satelliti, e l'elemento 24 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è una corona. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, l'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è un portaplanetario portante dei satelliti, l'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è un solare, e l'elemento 24 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è una corona.
La macchina 19 elettrica reversibile è meccanicamente collegata all'albero 13 di trasmissione anteriore e quindi è meccanicamente collegata sia all'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale, sia al differenziale 14 anteriore. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, la macchina 19 elettrica reversibile è meccanicamente collegata all'albero 13 di trasmissione anteriore mediante una trasmissione 25 ad ingranaggi, la quale presenta una ruota 26 dentata calettata all'albero 13 di trasmissione anteriore ed una ruota 27 dentata calettata ad un albero 28 della macchina 19 elettrica reversibile. Preferibilmente, la ruota 27 dentata presenta un diametro inferiore rispetto alla ruota 26 dentata in modo tale che la trasmissione 25 ad ingranaggi abbia un rapporto di trasmissione di demoltiplica del moto. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, l'albero 13 di trasmissione anteriore svolge anche la funzione di albero della macchina 19 elettrica reversibile e quindi un rotore della macchina 19 elettrica reversibile è direttamente calettato all'albero 13 di trasmissione.
Anche la macchina 17 elettrica reversibile è meccanicamente collegata all'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale mediante una trasmissione 29 ad ingranaggi, la quale comprende una ruota 30 dentata che ingrana con l'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale ed è calettata ad un albero 31 della macchina 17 elettrica reversibile .
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, il motore 4 termico è collegato mediante il cambio 10 alle ruote 3 posteriori ed è collegato mediante l'ingranaggio 21 epicicloidale alle ruote 2 anteriori. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, il motore 4 termico è collegato mediante il cambio 10 alle ruote 2 anteriori ed è collegato mediante l'ingranaggio 21 epicicloidale alle ruote 3 posteriori.
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, il motore 4 termico e la frizione 8 sono disposti in posizione anteriore ed il cambio 10 è disposto al retrotreno. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, anche il cambio 10 è disposto in posizione anteriore. Secondo una ulteriore forma di attuazione non illustrata, il motore 4 termico è disposto in posizione centrale e la frizione ed 8 il cambio 10 sono disposti al retrotreno .
Quando la macchina 17 elettrica reversibile è spenta non si verifica alcun trasferimento di coppia motrice dal motore 4 termico alle ruote 2 anteriori; per effettuare un trasferimento di coppia motrice dal motore 4 termico alle ruote 2 anteriori deve venire attivata macchina 17 elettrica reversibile. In particolare, controllando la macchina 17 elettrica reversibile l'ingranaggio 21 epicicloidale effettua l'adattamento di velocità tra la velocità di rotazione dell'albero 5 motore e la velocità di rotazione delle ruote 2 anteriori. Infatti, è importante osservare che il rapporto esistente tra la velocità di rotazione dell'albero 5 motore e la velocità di rotazione delle ruote 2 anteriori (che deve essere identica alla velocità di rotazione delle ruote 3 posteriori ) è variabile in funzione della marcia inserita nel cambio 10.
Se la velocità di rotazione dell'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è superiore alla velocità di rotazione dell'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale la macchina 17 elettrica reversibile funziona da motore per fare in modo che l'elemento 24 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale ruoti in verso opposto all'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale in modo tale da compensare la differenza di velocità tra gli elementi 22 e 23 rotanti dell'ingranaggio 21 epicicloidale. Se la velocità di rotazione dell'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è inferiore alla velocità di rotazione dell ' elemento 23 rotante dell' ingranaggio 21 epicicloidale la macchina 17 elettrica reversibile funziona da generatore per fare in modo che l'elemento 24 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale ruoti in verso concorde all'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale in modo tale da compensare la differenza di velocità tra gli elementi 22 e 23 rotanti dell'ingranaggio 21 epicicloidale. Se la velocità di rotazione dell'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è identica alla velocità di rotazione dell'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale la macchina 17 elettrica reversibile funziona da freno statico e mantiene fermo l'elemento 24 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale.
Secondo una preferita forma di attuazione, i rapporti di trasmissione delle due linee 6 e 7 di trasmissione vengono dimensionati in modo tale che quando una delle marce del cambio 10 è inserita la velocità di rotazione dell'elemento 22 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale è identica alla velocità di rotazione dell'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale.
Secondo una ulteriore forma di attuazione non illustrata, la linea 7 di trasmissione anteriore non prevede la macchina 19 elettrica reversibile.
Vengono di seguito descritte tutte le possibili modalità di funzionamento della propulsione dell'automobile 1.
Quando il motore 4 termico è in funzione entrambe le macchine 17 e 19 elettriche reversibile sono spente, l'automobile 1 presenta unicamente una propulsione termica con trazione unicamente sulle ruote 3 posteriori motrici mentre le ruote 2 anteriori sono condotte.
Quando il motore 4 termico è in funzione, la macchina 17 elettrica reversibile è attiva e la macchina 19 elettrica reversibile è spenta, l'automobile 1 presenta unicamente una propulsione termica con trazione integrale (tutte e quattro le ruote 2 e 3 sono motrici).
Quando il motore 4 termico è in funzione ed entrambe le macchine 17 e 19 elettriche reversibile sono attive l'automobile 1 può presentare unicamente una propulsione termica con trazione integrale se la macchina 19 elettrica reversibile funziona da generatore (in questo caso si ha una modalità di frenata rigenerativa o una modalità di ricarica della batteria 16), oppure l'automobile 1 può presentare una propulsione mista termica ed elettrica con trazione integrale se la macchina 19 elettrica reversibile funziona da motore (in questo caso si ha una modalità di boost elettrico per avere la massima coppia motrice disponibile in caso di accelerazione al limite).
Quando il motore 4 termico è in funzione, la macchina 17 elettrica reversibile è spenta e la macchina 19 elettrica reversibile è attiva, l'automobile 1 può presentare unicamente una propulsione termica con trazione posteriore se la macchina 19 elettrica reversibile funziona da generatore (in questo caso si ha una modalità di frenata rigenerativa o una modalità di ricarica della batteria 16), oppure l'automobile 1 può presentare una propulsione mista termica ed elettrica con trazione integrale se la macchina 19 elettrica reversibile funziona da motore (in questo caso si ha una modalità di boost elettrico per avere la massima coppia motrice disponibile in caso di accelerazione al limite).
Quando il motore 4 termico è spento, la macchina 17 elettrica reversibile è obbligatoriamente spenta, la frizione 8 è aperta e la macchina 19 elettrica reversibile è obbligatoriamente attiva per funzionare da motore (trazione anteriore e propulsione solo elettrica) o da generatore (solo per effettuare una frenata rigenerativa).
E' importante osservare che utilizzando le due macchine 17 e 19 elettriche reversibili è possibile avviare il motore 4 termico,· in particolare, per avviare il motore 4 termico la frizione 8 viene aperta, la macchina 19 elettrica reversibile funziona da freno statico e mantiene fermo l'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale (in alternativa per mantenere fermo l'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale potrebbero venire utilizzati i freni delle ruote 2 anteriori), e la macchina 17 elettrica reversibile funziona da motore per portare in rotazione 1 'elemento 24 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale e quindi (essendo l'elemento 23 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale bloccato) l'elemento 21 rotante dell'ingranaggio 21 epicicloidale solidale all'albero 5 motore che quindi viene portato in rotazione.
Da quanto sopra descritto appare chiaro che la trazione integrale può venire rapidamente ed automaticamente inserita quando necessario, cioè quando le ruote 3 posteriori normalmente motrici perdono aderenza. Inoltre, le macchine 17 e 19 elettriche reversibili possono venire utilizzate per effettuare delle frenate rigenerative, per ottenere un boost elettrico, oppure per una propulsione solamente elettrica (ovviamente per brevi tragitti la cui lunghezza dipende dalla capacità della batteria 16) .
Secondo una ulteriore forma di attuazione, il cambio 10 è servoassistito, cioè è strutturalmente simile ad un cambio manuale di tipo tradizionale ad eccezione del fatto che il pedale della frizione e la leva di selezione delle marce azionabili dall'utente vengono sostituiti da corrispondenti servocomandi elettrici o idraulici.
Un ordine di cambio marcia può venire generato in modo manuale, cioè in seguito ad un comando impartito dal guidatore, oppure in modo automatico, cioè indipendente dalla azione del guidatore. Quando viene generato l'ordine di effettuare un cambio di marcia, la centralina di controllo della trasmissione pilota il servocomando associato alla frizione 8 per aprire la frizione 8 in modo da separare meccanicamente l'albero primario del cambio 10 dall'albero 5 motore; contemporaneamente, la centralina di controllo della trasmissione agisce sulla centralina di controllo del motore 4 termico per ridurre, se necessario, temporaneamente la coppia motrice erogata dal motore 4 termico stesso.
Una volta che la centralina di controllo della trasmissione ha verificato l'apertura della frizione 8, la centralina di controllo della trasmissione pilota i servocomandi associati al cambio 10 per disinnestare la marcia correntemente inserita; quando la centralina di controllo della trasmissione ha verificato il disinnesto della marcia, la centralina di controllo della trasmissione pilota i servocomandi associati al cambio 10 per innestare la nuova marcia. Infine, quando la centralina di controllo della trasmissione ha verificato che la nuova marcia è stata innestata, la centralina di controllo della trasmissione pilota il servocomando associato alla frizione 8 per chiudere la frizione 8 in modo da rendere tra loro angolarmente solidali l'albero primario del cambio 10 e l'albero 5 motore,-contemporaneamente, la centralina di controllo della trasmissione agisce sulla centralina di controllo del 4 termico per ripristinare, se necessario, la coppia motrice erogata dal 4 termico stesso.
E' evidente che per tutto il tempo in cui la frizione 8 è aperta l'albero 5 motore è scollegato dall'albero primario del cambio 10 e quindi dalle ruote 3 posteriori motrici; di conseguenza, per tutto il tempo in cui la frizione 8 è aperta la coppia motrice generata dal 4 termico non viene trasmessa alle ruote 3 posteriori motrici, o, in altre parole, si verifica un "buco di coppia" alle ruote 3 posteriori motrici. I cambi servoassistiti di ultima generazione attualmente in commercio che operano secondo la metodologia sopra descritta richiedono un tempo generalmente compreso tra 150 e 300 ms per effettuare un cambio 10 di marcia; il tempo effettivamente impiegato dipende sia dalle prestazioni dinamiche dei componenti del cambio 10, sia dal grado di confort richiesto. Di conseguenza, il buco di coppia alle ruote 3 posteriori motrici causato da un cambio 10 marcia è chiaramente percepito dagli occupanti dell'automobile 1, in quanto si traduce in una discontinuità non trascurabile nella accelerazione longitudinale dell'automobile 1.
E' importante osservare che il buco di coppia alle ruote 3 posteriori motrici causato da un cambio 10 marcia è chiaramente percepibile dagli occupanti dell'automobile 1 quando il automobile 1 è in accelerazione, cioè durante la progressione delle marce (cambiata da una marcia inferiore ad una marcia superiore) oppure durante la scalata delle marce in accelerazione (cambiata da una marcia superiore ad una marcia inferiore simile al "kick-down" di una trasmissione automatica tradizionale) , in quanto durante la accelerazione dell'automobile 1 il motore 4 termico è "in tiro" per accelerare l'automobile 1 stessa. Invece, quando l'automobile 1 è in rallentamento, cioè durante la scalata delle marce in decelerazione (cambiata da una marcia superiore ad una marcia inferiore), il buco di coppia alle ruote 3 posteriori motrici causato da un cambio 10 marcia non viene normalmente percepito dagli occupanti del automobile 1, in quanto la decelerazione del automobile 1 viene sostanzialmente effettuata dall'impianto frenante ed il motore 4 termico non ha un ruolo essenziale nella dinamica dell'automobile 1. Secondo una possibile forma di attuazione, durante l'effettuazione di un cambio di marcia nel cambio 10, cioè per tutto il tempo in cui la frizione 8 rimane aperta, la macchina 19 elettrica reversibile può venire attivata per funzionare come motore elettrico in modo da produrre una coppia motrice alle ruote 2 anteriori che compensi, almeno in parte, il buco di coppia motrice che si verifica alle ruote 3 posteriori per effetto della apertura della frizione 8 .
In alternativa, durante l'effettuazione di un cambio di marcia nel cambio 10, cioè per tutto il tempo in cui la frizione 8 rimane aperta, la macchina 17 elettrica reversibile può venire attivata per trasferire la coppia motrice generata dal motore 4 termico alle ruote 2 anteriori in modo da compensare, almeno in parte, il buco di coppia motrice che si verifica alle ruote 3 posteriori per effetto della apertura della frizione 8.
Ovviamente, per compensare, almeno in parte, il buco di coppia motrice che si verifica alle ruote 3 posteriori per effetto della apertura della frizione 8 potrebbe essere possibile attivare contemporaneamente entrambe le macchine 17 e 19 elettriche reversibili.
L'automobile 1 sopra descritta presenta numerosi vantaggi, in quanto è di semplice ed economica realizzazione, presenta un ingombro ridotto e si adatta molto bene alle caratteristiche di una automobile sportiva ad alte prestazioni.
Nella figura 2, è indicata con il mamero 1 una automobile provvista di due ruote 2 anteriori motrici o condotte disposte su di uno stesso asse e di due ruote 3 posteriori motrici o condotte disposte su di uno stesso asse. L'automobile 1 comprende un motore 4 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore ed è provvisto di un albero 5 motore che in uso viene portato in rotazione. L'albero 5 motore del motore 4 termico trasmette il moto alle ruote 3 posteriori mediante ima linea 6 di trasmissione, la quale si origina da una presa del moto posteriore dell'albero 5 motore, e trasmette il moto alle ruote 2 anteriori mediante una linea 7 di trasmissione, la quale si origina da una presa del moto anteriore dell'albero 5 motore opposta alla presa del moto posteriore.
La linea 6 di trasmissione comprende una frizione 8 a secco o in bagno d’olio, la quale è alloggiata in una campana solidale al motore 4 ed è atta a collegare l'albero 5 motore del motore 4 ad un albero 9 di trasmissione posteriore terminante in un cambio 10 meccanico disposto al retrotreno; in cascata al cambio 10 è collegato un differenziale 11 posteriore autobloccante, dal quale partono una coppia di semiassi 12, ciascuno dei quali è solidale ad una ruota 3 posteriore motrice. In particolare, un albero primario del cambio 10 è solidale all'albero 9 di trasmissione, mentre un albero secondario del cambio 10 è accoppiato al differenziale 11 posteriore autobloccante .
La linea 7 di trasmissione comprende almeno una batteria 16 per immagazzinare energia elettrica, una macchina 32 elettrica reversibile, la quale è calettata all'albero 5 motore mediante una trasmissione 33 a cinghia o a ingranaggi ed è pilotato da un azionamento 34 elettricamente collegato alla batteria 16, ed una coppia di macchine 35 elettriche reversibili, le quali sono calettate a rispettivi semiassi 15 anteriori solidali alle ruote 2 anteriori ed sono pilotate da rispettivi azionamenti 36 elettricamente collegati alla batteria 16. In alternativa, le macchine 35 elettriche reversibili potrebbero essere integrate direttamente nelle rispettive ruote 2 anteriori, oppure potrebbe essere prevista una unica macchina 35 elettrica reversibile collegata alle ruote 2 anteriori mediante un differenziale anteriore.
Nella figura 3, è indicata con il numero 1 una automobile provvista di due ruote 2 anteriori motrici o condotte disposte su di uno stesso asse e di due ruote 3 posteriori motrici o condotte disposte su di uno stesso asse. L'automobile 1 comprende un motore 4 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore ed è provvisto di un albero 5 motore che in uso viene portato in rotazione. L'albero 5 motore del motore 4 termico trasmette il moto alle ruote 3 posteriori mediante una linea 6 di trasmissione, la quale si origina da una presa del moto posteriore dell'albero 5 motore, e trasmette il moto alle ruote 2 anteriori mediante una linea 7 di trasmissione, la quale si origina da una presa del moto anteriore dell'albero 5 motore opposta alla presa del moto posteriore.
La linea 6 di trasmissione comprende una frizione 8 a secco o in bagno d'olio, la quale è alloggiata in una campana solidale al motore 4 ed è atta a collegare l'albero 5 motore del motore 4 ad un albero 9 di trasmissione posteriore terminante in un cambio 10 meccanico disposto al retrotreno; in cascata al cambio 10 è collegato un differenziale 11 posteriore autobloccante, dal quale partono una coppia di semiassi 12, ciascuno dei quali è solidale ad una ruota 3 posteriore motrice. In particolare, un albero primario del cambio 10 è solidale all'albero 9 di trasmissione, mentre un albero secondario del cambio 10 è accoppiato al differenziale 11 posteriore autobloccante .
La linea 7 di trasmissione comprende almeno una batteria 16 per immagazzinare energia elettrica, ed una macchina 37 elettrica reversibile, la quale costituisce un giunto elettromagnetico e collega l'albero 5 motore all'albero 13 di trasmissione anteriore che trasmette il moto alle ruote 2 anteriori mediante un differenziale 14 anteriore. La macchina 37 elettrica reversibile comprende un indotto 38, il quale è calettato all'albero 5 motore ed è pilotato da un azionamento 39 elettricamente collegato alla batteria 16, ed un induttore 40, il quale magneticamente accoppiato all'indotto 38, è calettato all'albero 13 di trasmissione anteriore ed è pilotato da un azionamento 41 elettricamente collegato alla batteria 16. Secondo una diversa forma di attuazione, l'indotto 38 è calettato all'albero 13 di trasmissione anteriore e l'induttore 40 è calettato all'albero 5 motore.
In uso, eccitando opportunamente l'indotto 38 e/o l'induttore 40 è possibile trasmettere una coppia motrice dall'albero 5 motore all'albero 13 di trasmissione anteriore e quindi alle ruote 2 anteriori normalmente condotte. Per brevi periodi, la macchina 37 elettrica reversibile può anche venire utilizzata come motore elettrico per generare una ulteriore coppia motrice (boost elettrico) da applicare alle ruote 2 anteriori in caso necessità. Inoltre, la macchina 37 elettrica reversibile può venire utilizzata come generatore per effettuare una frenata rigenerativa (che agisce sulle ruote 2 anteriori che scaricano a terra la maggior parte della coppia frenante) in caso di rallentamento del veicolo .
Infine, la macchina 37 elettrica reversibile può venire utilizzata per avviare il motore 4 termico; in questo caso è necessario che l'automobile 1 sia ferma e che i freni anteriori vengano pinzati per determinare il bloccaggio delle ruote 2 anteriori, quindi del differenziale 14 anteriore, dell'albero 13 di trasmissione anteriore e della parte della macchina 37 elettrica reversibile solidale all'albero 13 di trasmissione anteriore.

Claims (15)

  1. R IV EN D I C A Z I O N I 1) Veicolo (1) a trazione integrale e con propulsione ibrida; il veicolo (1) comprende: due prime ruote (3) disposte su di uno stesso asse ; due seconde ruote (2) disposte su di uno stesso asse ; un motore (4) termico a combustione interna provvisto di un albero (5) motore; una prima linea (6) di trasmissione, la quale si origina da una prima presa del moto dell'albero (5) motore, trasmette il moto alle prime ruote (3), e comprende un cambio (10), ed un primo differenziale (il); ed una seconda linea (7) di trasmissione, la quale si origina da una seconda presa del moto dell'albero (5) motore opposta alla prima presa del moto, trasmette il moto alle seconde ruote (2), e conqprende un secondo differenziale (14); il veicolo (1) è caratterizzato dal fatto che la seconda linea (7) di trasmissione comprende: almeno una batteria (16) per immagazzinare energia elettrica; una prima macchina (17) elettrica reversibile pilotata da un primo azionamento (18) elettricamente collegato alla batteria (16); ed un ingranaggio (21) epicicloidale, il quale comprende un primo elemento (22) rotante meccanicamente collegato all'albero (5) motore, un secondo elemento (23) rotante meccanicamente collegato al secondo differenziale (14), ed un terzo elemento (24) rotante meccanicamente collegato alla prima macchina (17) elettrica reversibile.
  2. 2) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 1, in cui il primo elemento (22) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale è un solare, il secondo elemento (23) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale è un portaplanetario portante dei satelliti, ed il terzo elemento (24) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale è una corona.
  3. 3) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la seconda linea (7) di trasmissione comprende una seconda macchina (19) elettrica reversibile, la quale è pilotata da un secondo azionamento (20) elettricamente collegato alla batteria (16) ed è meccanicamente collegata al secondo elemento (23) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale .
  4. 4) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 3, in cui la seconda linea (7) di trasmissione comprende un secondo albero (13) di trasmissione, il quale è solidale da un lato al secondo elemento (23) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale e dall'altro lato al secondo differenziale (14); la seconda macchina (19) elettrica reversibile è meccanicamente collegata al secondo albero (13) di trasmissione.
  5. 5) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 4, in cui la seconda macchina (19) elettrica reversibile è meccanicamente collegata al secondo albero (13) di trasmissione mediante una trasmissione (25) ad ingranaggi.
  6. 6) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 5, in cui la trasmissione (25) ad ingranaggi comprende una prima ruota (26) dentata calettata al secondo albero (13) di trasmissione ed una seconda ruota (27) dentata calettata ad un albero della seconda macchina (19) elettrica reversibile.
  7. 7) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 4, in cui il secondo albero (13) di trasmissione svolge anche la funzione di albero della seconda macchina (19) elettrica reversibile ed un rotore della seconda macchina (19) elettrica reversibile è direttamente calettato al secondo albero (13) di trasmissione.
  8. 8) Veicolo (1) a trazione integrale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui le prime ruote (3) sono le ruote posteriori, le seconde ruote (2) sono le ruote anteriori, ed il cambio (10) è disposto al retrotreno.
  9. 9) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 8, in cui il motore (4) termico è disposto in posizione anteriore.
  10. 10) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 8, in cui il motore (4) termico è disposto in posizione centrale; la frizione (8) ed il cambio (10) sono disposti al retrotreno.
  11. 11) Veicolo (1) a trazione integrale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui quando la prima macchina (17) elettrica reversibile è spenta non si verifica alcun trasferimento di coppia motrice dal motore (4) termico alle seconde ruote (2); per effettuare un trasferimento di coppia motrice dal motore (4) termico alle seconde ruote (2) viene attivata la prima macchina (17) elettrica reversibile .
  12. 12) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 11, in cui controllando la prima macchina (17) elettrica reversibile l'ingranaggio (21) epicicloidale effettua l'adattamento di velocità tra la velocità di rotazione dell'albero (5) motore e la velocità di rotazione delle seconde ruote (2).
  13. 13) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 12, in cui: se la velocità di rotazione del primo elemento (22) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale è superiore alla velocità di rotazione del secondo elemento (23) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale la prima macchina (17) elettrica reversibile funziona da motore; se la velocità di rotazione del primo elemento (22) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale è inferiore alla velocità di rotazione del secondo elemento (23) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale la prima macchina (17) elettrica reversibile funziona da generatore; se la velocità di rotazione del primo elemento (22) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale è identica alla velocità di rotazione del secondo elemento (23) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale la prima macchina (17) elettrica reversibile funziona da freno statico e mantiene fermo il terzo elemento (24) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale .
  14. 14) Veicolo (1) a trazione integrale secondo la rivendicazione 13, in cui i rapporti di trasmissione delle due linee (6, 7) di trasmissione vengono dimensionati in modo tale che quando una delle marce del cambio {10} è inserita la velocità di rotazione del primo elemento (22) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale è identica alla velocità di rotazione del secondo elemento (23) rotante dell'ingranaggio (21) epicicloidale.
  15. 15) Veicolo (1) a trazione integrale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui il cambio (10) della prima linea (6) di trasmissione è un cambio servoassistito accoppiato ad un frizione (8); durante un cambio di marcia nel cambio (10) della prima linea (6) di trasmissione, la seconda linea (7) di trasmissione viene utilizzata per trasmettere della coppia motrice alle seconde ruote (2) in modo da compensare, almeno in parte, il buco di coppia generato sulle prime ruote (3) dalla apertura della frizione (8).
IT000316A 2007-05-03 2007-05-03 Veicolo a trazione integrale e con propulsione ibrida ITBO20070316A1 (it)

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