ITBO20080594A1 - ROAD VEHICLE WITH HYBRID PROPULSION - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
"VEICOLO STRADALE CON PROPULSIONE IBRIDA" "ROAD VEHICLE WITH HYBRID PROPULSION"
SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR
La presente invenzione à ̈ relativa ad un veicolo stradale con propulsione ibrida. The present invention relates to a road vehicle with hybrid propulsion.
ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART
Un veicolo ibrido comprende un motore a combustione a combustione interna, il quale trasmette la coppia motrice alle ruote motrici mediante una trasmissione provvista di un cambio, ed almeno una macchina elettrica che à ̈ collegata elettricamente ad un sistema di accumulo elettrico ed à ̈ collegata meccanicamente alle ruote motrici. A hybrid vehicle comprises an internal combustion engine, which transmits the drive torque to the drive wheels by means of a transmission equipped with a gearbox, and at least one electric machine which is electrically connected to an electrical storage system and is mechanically linked. to the driving wheels.
Durante la marcia del veicolo à ̈ possibile: una modalità di funzionamento termica, in cui la coppia motrice à ̈ generata solo dal motore a combustione ed eventualmente la macchina elettrica opera come generatore per ricaricare il sistema di accumulo elettrico; una modalità di funzionamento elettrica, in cui il motore a combustione à ̈ spento e la coppia motrice à ̈ generata solo dalla macchina elettrica operante come motore; oppure una modalità di funzionamento combinata, in cui la coppia motrice à ̈ generata sia dal motore a combustione, sia dalla macchina elettrica operante come motore. Inoltre, per aumentare l'efficienza energetica complessiva durante tutte le fasi di decelerazione, la macchina elettrica può venire utilizzata come generatore per realizzare una decelerazione rigenerativa in cui l'energia cinetica posseduta dal veicolo invece di venire completamente dissipata in attriti viene in parte convertita in energia elettrica che viene immagazzina nel sistema di accumulo elettrico. While the vehicle is running, it is possible to: a thermal operating mode, in which the engine torque is generated only by the combustion engine and possibly the electric machine operates as a generator to recharge the electrical storage system; an electric mode of operation, in which the combustion engine is off and the engine torque is generated only by the electric machine operating as an engine; or a combined operating mode, in which the engine torque is generated both by the combustion engine and by the electric machine operating as an engine. Furthermore, to increase the overall energy efficiency during all the deceleration phases, the electric car can be used as a generator to realize a regenerative deceleration in which the kinetic energy possessed by the vehicle instead of being completely dissipated in friction is partially converted into electrical energy that is stored in the electrical storage system.
Il piazzamento della macchina elettrica all'interno del veicolo e, di conseguenza, il collegamento meccanico della macchina elettrica alle ruote motrici può risultare molto complesso in un veicolo esistente, in quanto in un veicolo esistente che non à ̈ stato specificamente progettato per la trazione ibrida à ̈ generalmente molto difficile trovare lo spazio necessario ad alloggiare la macchina elettrica. Di conseguenza, à ̈ spesso impossibile modificare un veicolo esistente per rendere il veicolo stesso ibrido; tale limitazione à ̈ particolarmente pesante, in quanto non permette di produrre un veicolo ibrido partendo da un veicolo esistente di tipo convenzionale, ma richiede una progettazione completamente nuova del veicolo ibrido. Di conseguenza, i costi di progettazione e sviluppo di un veicolo ibrido risultano elevati rendendo economicamente poco conveniente la commercializzazione di veicoli ibridi. The placement of the electric machine inside the vehicle and, consequently, the mechanical connection of the electric machine to the drive wheels can be very complex in an existing vehicle, as in an existing vehicle that has not been specifically designed for hybrid drive. It is generally very difficult to find the necessary space to house the electric machine. As a result, it is often impossible to modify an existing vehicle to make the vehicle itself hybrid; this limitation is particularly heavy, as it does not allow the production of a hybrid vehicle starting from an existing conventional vehicle, but requires a completely new design of the hybrid vehicle. Consequently, the costs of designing and developing a hybrid vehicle are high, making the marketing of hybrid vehicles not economically viable.
US2005139035A1, US2002033059A1, US2008142283A1, DE102005004207A1 e DE102006059664A1 descrivono un cambio a doppia frizione per un veicolo ibrido, in cui uno dei due alberi primari del cambio a doppia frizione à ̈ angolarmente solidale al rotore di una macchina elettrica reversibile. US2005139035A1, US2002033059A1, US2008142283A1, DE102005004207A1 and DE102006059664A1 describe a dual-clutch gearbox for a hybrid vehicle, in which one of the two primary shafts of the dual-clutch gearbox is angularly integral with the rotor of a reversible electric machine.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un veicolo stradale con propulsione ibrida, il quale sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide a road vehicle with hybrid propulsion, which is free from the drawbacks described above and is at the same time easy and economical to manufacture.
Secondo la presente invenzione viene fornito un veicolo stradale con propulsione ibrida secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a road vehicle with hybrid propulsion is provided as claimed in the attached claims.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
• la figura 1 à ̈ una vista schematica di un veicolo stradale con propulsione ibrida realizzato in accordo con la presente invenzione; â € ¢ Figure 1 is a schematic view of a road vehicle with hybrid propulsion made in accordance with the present invention;
• la figura 2 à ̈ una vista schematica di un sistema di motopropulsione ibrido del veicolo stradale della figura 1; â € ¢ Figure 2 is a schematic view of a hybrid powertrain system of the road vehicle of Figure 1;
• la figura 3 à ̈ una vista schematica del sistema di motopropulsione ibrido della figura 2 con in evidenza il percorso della coppia motrice fornita dal motore termico a combustione interna e dalla macchina elettrica quando nel cambio à ̈ innestata una marcia dispari; â € ¢ Figure 3 is a schematic view of the hybrid powertrain system of Figure 2 showing the path of the drive torque supplied by the internal combustion engine and by the electric machine when an odd gear is engaged in the gearbox;
• la figura 4 à ̈ una vista schematica del sistema di motopropulsione ibrido della figura 2 con in evidenza il percorso della coppia motrice fornita dal motore termico a combustione interna e dalla macchina elettrica quando nel cambio à ̈ innestata una marcia pari; â € ¢ Figure 4 is a schematic view of the hybrid powertrain system of Figure 2 showing the path of the drive torque supplied by the internal combustion engine and by the electric machine when even gear is engaged in the gearbox;
• la figura 5 à ̈ una vista schematica del sistema di motopropulsione ibrido della figura 2 con in evidenza il percorso della coppia motrice fornita dalla macchina elettrica operante come motore per la trazione del veicolo; â € ¢ Figure 5 is a schematic view of the hybrid powertrain system of Figure 2 showing the path of the drive torque supplied by the electric machine operating as a motor for traction of the vehicle;
• la figura 6 à ̈ una vista schematica del sistema di motopropulsione ibrido della figura 2 con in evidenza il percorso della coppia motrice fornita dalla macchina elettrica operante come motore per avviare il motore termico a combustione interna; â € ¢ Figure 6 is a schematic view of the hybrid powertrain system of Figure 2 showing the path of the drive torque supplied by the electric machine operating as an engine to start the internal combustion engine;
• la figura 7 à ̈ una vista schematica del sistema di motopropulsione ibrido della figura 2 con in evidenza il percorso della coppia frenante assorbita dalla macchina elettrica durante una frenata rigenerativa; e • la figura 8 à ̈ una vista schematica del sistema di motopropulsione ibrido della figura 2 con in evidenza il percorso della coppia motrice fornita dal motore termico a combustione interna quando il veicolo stradale à ̈ fermo ed il cambio à ̈ in folle. â € ¢ Figure 7 is a schematic view of the hybrid powertrain system of Figure 2 showing the path of the braking torque absorbed by the electric machine during regenerative braking; and â € ¢ Figure 8 is a schematic view of the hybrid powertrain system of Figure 2 showing the path of the drive torque supplied by the internal combustion engine when the road vehicle is stationary and the gearbox is in neutral.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un veicolo stradale con propulsione ibrida provvisto di due ruote 2 anteriori e di due ruote 3 posteriori motrici, che ricevono la coppia motrice da un sistema 4 di motopropulsione ibrido. In figure 1, the number 1 indicates as a whole a road vehicle with hybrid propulsion equipped with two front wheels 2 and two rear driving wheels 3, which receive the drive torque from a hybrid propulsion system 4.
Il sistema 4 di motopropulsione ibrido comprende un motore 5 termico a combustione interna, il quale à ̈ disposto in posizione anteriore ed à ̈ provvisto di un albero 6 motore, una trasmissione 7 servocomandata, la quale trasmette la coppia motrice generata dal motore 5 a combustione interna verso le ruote 3 posteriori motrici, ed una macchina 8 elettrica reversibile (cioà ̈ che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando un coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica) che à ̈ meccanicamente collegata alla trasmissione 7 servocomandata. The hybrid propulsion system 4 comprises an internal combustion thermal engine 5, which is arranged in the front position and is provided with a drive shaft 6, a servo-controlled transmission 7, which transmits the drive torque generated by the combustion engine 5 internal to the 3 rear driving wheels, and a reversible electric machine 8 (that is, which can work both as an electric motor absorbing electric energy and generating a mechanical driving torque, and as an electric generator absorbing mechanical energy and generating electric energy) which is mechanically connected to servo-controlled transmission 7.
La trasmissione 7 servocomandata comprende un albero 9 di trasmissione che à ̈ da un lato à ̈ angolarmente solidale all'albero 6 motore e dall'altro lato à ̈ meccanicamente collegato ad un cambio 10 a doppia frizione servocomandato, 11 quale à ̈ disposto in posizione posteriore e trasmette il moto alle ruote 3 posteriori motrice mediante due semiassi 12 che ricevono il moto da un differenziale 11. La macchina 8 elettrica reversibile à ̈ meccanicamente collegata al cambio 10 a doppia frizione come verrà meglio descritto in seguito ed à ̈ pilotata da un azionamento 13 elettrico collegato ad almeno una batteria 14 atta ad immagazzinare energia elettrica. The servo-controlled transmission 7 comprises a transmission shaft 9 which is on one side angularly integral with the motor shaft 6 and on the other side is mechanically connected to a servo-controlled double clutch gearbox 10, 11 which is arranged in position and transmits motion to the rear drive wheels 3 by means of two drive shafts 12 which receive motion from a differential 11. The reversible electric machine 8 is mechanically connected to the double clutch gearbox 10 as will be better described later and is piloted by a electric drive 13 connected to at least one battery 14 suitable for storing electrical energy.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il cambio 10 a doppia frizione comprende due alberi 15 e 16 primari tra loro coassiali, indipendenti ed inseriti uno all'interno dell'altro e due frizioni 17 e 18 coassiali e disposte in serie, ciascuna delle quali à ̈ atta a collegare un rispetto albero 15 o 16 primario all'albero 9 di trasmissione (quindi all'albero 6 motore del motore 5 termico a combustione interna) . Inoltre, il cambio 10 a doppia frizione comprende due alberi 19 e 20 secondari, i quali sono entrambi angolarmente solidali all'ingresso del differenziale 11 che trasmette il moto alle ruote 3 posteriori motrici. As illustrated in Figure 2, the double clutch gearbox 10 comprises two primary shafts 15 and 16 coaxial, independent and inserted one inside the other, and two clutches 17 and 18 coaxial and arranged in series, each of which is It is adapted to connect a relative primary shaft 15 or 16 to the transmission shaft 9 (hence to the motor shaft 6 of the internal combustion engine 5). Furthermore, the double clutch gearbox 10 comprises two secondary shafts 19 and 20, both of which are angularly integral with the inlet of the differential 11 which transmits motion to the rear driving wheels 3.
Il cambio 10 a doppia frizione illustrato nella figura 2 presenta sette marce avanti indicate con numeri romani (prima marcia I, seconda marcia II, terza marcia III, quarta marcia IV, quinta marcia V, sesta marcia VI e settima marcia VII) ed una retromarcia (indicata con le lettere Rw). Gli alberi 15 e 16 primari sono meccanicamente accoppiati agli alberi 19 e 20 secondario mediante una pluralità di coppie 21 di ingranaggi, ciascuna delle quali definisce una rispettiva marcia e comprende un ingranaggio primario montato su di un albero 15 o 16 primario ed un ingranaggio secondario che à ̈ montato su di un albero 19 o 20 secondario ed ingrana permanentemente con l'ingranaggio primario. Per permettere il corretto funzionamento del cambio 10 a doppia frizione, tutte le marce dispari (prima marcia I, terza marcia III, quinta marcia V, settima marcia vii) sono accoppiate allo stesso albero 15 primario, mentre tutte le marce pari (seconda marcia II, quarta marcia IV, e sesta marcia vi) sono accoppiate all'altro albero 16 primario . The dual clutch gearbox 10 shown in Figure 2 has seven forward gears indicated with Roman numerals (first gear I, second gear II, third gear III, fourth gear IV, fifth gear V, sixth gear VI and seventh gear VII) and a reverse gear (indicated with the letters Rw). The primary shafts 15 and 16 are mechanically coupled to the secondary shafts 19 and 20 by a plurality of gear pairs 21, each of which defines a respective gear and comprises a primary gear mounted on a primary shaft 15 or 16 and a secondary gear which It is mounted on a 19 or 20 secondary shaft and permanently meshes with the primary gear. To allow correct operation of the double clutch gearbox 10, all the odd gears (first gear I, third gear III, fifth gear V, seventh gear vii) are coupled to the same primary shaft 15, while all the even gears (second gear II , fourth gear IV, and sixth gear vi) are coupled to the other primary shaft 16.
Ciascun ingranaggio primario à ̈ calettato ad un rispettivo albero 15 o 16 primario per ruotare sempre in modo solidale con l'albero 15 o 16 primario stesso ed ingrana in modo permanente con il rispettivo ingranaggio secondario; invece, ciascun ingranaggio secondario à ̈ montato folle sul proprio albero 19 o 20 secondario. Il cambio 10 a doppia frizione comprende per ciascuna coppia 21 di ingranaggi un corrispondente sincronizzatore 22, il quale à ̈ montato coassiale al relativo albero 19 o 20 secondario ed à ̈ atto a venire attuato per innestare il rispettivo ingranaggio secondario all'albero 19 o 20 secondario (cioà ̈ per rendere il rispettivo ingranaggio secondario angolarmente solidale all'albero 19 o 20 secondario) . Each primary gear is keyed to a respective primary shaft 15 or 16 to always rotate integrally with the primary shaft 15 or 16 itself and meshes permanently with the respective secondary gear; instead, each secondary gear is mounted idle on its own secondary shaft 19 or 20. The double clutch gearbox 10 comprises for each pair 21 of gears a corresponding synchronizer 22, which is mounted coaxially to the relative secondary shaft 19 or 20 and is adapted to be actuated to engage the respective secondary gear to the shaft 19 or 20 secondary gear (i.e. to make the respective secondary gear angularly integral with the secondary shaft 19 or 20).
La macchina 8 elettrica presenta un albero 23, il quale à ̈ permanentemente collegato all'albero 15 primario, inoltre, l'albero 23 della macchina 8 elettrica à ̈ permanentemente collegato con gli alberi 24 montati girevoli di una serie di macchine 25 fluidodinamiche rotanti che forniscono dei servizi ausiliari al veicolo 1 stradale; di conseguenza, gli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche ruotano sempre in modo sincrono con l'albero 23 della macchina 8 elettrica reversibile. The electric machine 8 has a shaft 23, which is permanently connected to the primary shaft 15, furthermore, the shaft 23 of the electric machine 8 is permanently connected with the rotatably mounted shafts 24 of a series of rotating fluid dynamics machines 25 which they provide auxiliary services to the road vehicle 1; consequently, the shafts 24 of the fluid dynamic machines 25 always rotate synchronously with the shaft 23 of the reversible electric machine 8.
Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 2, le macchine 25 fluidodinamiche (pneumatiche, idrauliche o oleodinamiche) dei servizi ausiliari ed angolarmente solidali all'albero 23 della macchina 8 elettrica sono una pompa 25a di un circuito oleodinamico dell'idroguida (cioà ̈ del servosterzo), un compressore 25b dell'impianto di climatizzazione, una pompa 25c di un circuito di raffreddamento, ed una pompa 25d di un circuito oleodinamico di servizio. La pompa 25a del un circuito oleodinamico dell'idroguida viene azionata per mettere in pressione il circuito oleodinamico dell 'idroguida, il compressore 25b dell'impianto di climatizzazione viene utilizzato per il raffreddamento e la deumidificazione dell'aria che viene immessa nel abitacolo (in particolare comprimendo un fluido di raffreddamento che viene successivamente fatto espandere per sottrarre calore all'aria che viene immessa nel abitacolo), la pompa 25c del circuito di raffreddamento viene azionata per fare circolare un fluido di raffreddamento (tipicamente acqua) attraverso il motore 5 termico a combustione interna ed attraverso i radiatori, e la pompa 25d del circuito oleodinamico di servizio viene azionata per mettere in pressione il circuito oleodinamico di servizio che viene utilizzato da attuatori oleodinamici del veicolo 1 stradale (gli attuatori oleodinamici del cambio 10 a doppia frizione, eventuali attuatori oleodinamici accoppiati alle sospensioni per regolare l'altezza da terra del veicolo 1 stradale, eventuali attuatori oleodinamici di un tetto apribile del veicolo 1 stradale). According to the embodiment illustrated in Figure 2, the fluid-dynamic machines 25 (pneumatic, hydraulic or hydraulic) of the auxiliary services and angularly integral with the shaft 23 of the electric machine 8 are a pump 25a of an hydraulic circuit of the hydroguide (i.e. of the power steering), a compressor 25b of the air conditioning system, a pump 25c of a cooling circuit, and a pump 25d of a hydraulic service circuit. The pump 25a of an oleodynamic circuit of the power steering is operated to put the hydraulic circuit of the power steering under pressure, the compressor 25b of the air conditioning system is used for cooling and dehumidification of the air that is introduced into the passenger compartment (in particular by compressing a cooling fluid which is subsequently made to expand to remove heat from the air that is introduced into the passenger compartment), the cooling circuit pump 25c is operated to circulate a cooling fluid (typically water) through the thermal combustion engine 5 and through the radiators, and the pump 25d of the hydraulic service circuit is operated to pressurize the hydraulic service circuit which is used by the hydraulic actuators of the road vehicle 1 (the hydraulic actuators of the double clutch gearbox 10, any hydraulic actuators coupled to the suspensions to adjust the h height from the ground of the road vehicle 1, any hydraulic actuators of a sunroof of the road vehicle 1).
Secondo una preferita forma di attuazione, partendo da un cambio 10 a doppia frizione esistente e non inizialmente progettato per la trazione ibrida l'albero 15 primario viene allungato dal lato opposto rispetto alle frizioni 17 e 18 in modo da fuoriuscire da una scatola 26 del cambio; quindi, al di fuori della scatola 26 del cambio l'albero 15 primario viene reso angolarmente solidale (ad esempio mediante un accoppiamento testa-testa) all'albero 23 della macchina 8 elettrica. Gli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari vengono resi angolarmente solidali all'albero 23 della macchina 8 elettrica mediante delle trasmissioni a cinghia oppure a catena . According to a preferred embodiment, starting from an existing double clutch gearbox 10 and not initially designed for hybrid drive, the primary shaft 15 is extended on the opposite side with respect to the clutches 17 and 18 so as to come out of a gearbox 26 ; therefore, outside the gearbox 26 the primary shaft 15 is made angularly integral (for example by means of a head-head coupling) to the shaft 23 of the electric machine 8. The shafts 24 of the fluid-dynamic machines 25 of the auxiliary services are made angularly integral with the shaft 23 of the electric machine 8 by means of belt or chain transmissions.
Nella figura 3 à ̈ illustrata una vista schematica del sistema 4 di motopropulsione ibrido con in evidenza il percorso della coppia Ttmotrice fornita dal motore 5 termico a combustione interna e, se presente, il percorso della coppia Temotrice fornita dalla macchina 8 elettrica quando nel cambio 10 a doppia frizione à ̈ innestata una marcia dispari (in particolare la prima marcia 1 secondo quando illustrato nella figura 3). In questa condizione, il motore 5 termico a combustione interna à ̈ collegato all'albero 15 primario mediante la frizione 17 che à ̈ chiusa (mentre la frizione 18 à ̈ aperta); sia il motore 5 termico a combustione interna, sia la macchina 8 elettrica sono entrambi collegati all'albero 15 primario che trasmette il movimento all'albero 19 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi della marcia dispari correntemente innestata (cioà ̈ il corrispondente ingranaggio secondario à ̈ reso solidale all'albero 19 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22). Figure 3 illustrates a schematic view of the hybrid powertrain 4 system showing the path of the Ttmotrice torque supplied by the internal combustion engine 5 and, if present, the path of the Temotrice torque supplied by the electric machine 8 when in the gearbox 10 Dual clutch is engaged in an odd gear (specifically 1st gear 1 second when shown in Figure 3). In this condition, the internal combustion engine 5 is connected to the primary shaft 15 by means of the clutch 17 which is closed (while the clutch 18 is open); both the internal combustion thermal engine 5 and the electric machine 8 are both connected to the primary shaft 15 which transmits movement to the secondary shaft 19 by means of the pair 21 of gears of the odd gear currently engaged (i.e. the corresponding secondary gear à ̈ made integral with the secondary shaft 19 through the relative synchronizer 22).
Nella figura 4 à ̈ illustrata una vista schematica del sistema 4 di motopropulsione ibrido con in evidenza il percorso della coppia Ttmotrice fornita dal motore 5 termico a combustione interna e, se presente, il percorso della coppia Temotrice fornita dalla macchina 8 elettrica quando nel cambio 10 a doppia frizione à ̈ innestata una marcia pari (in particolare la seconda marcia 2 secondo quando illustrato nella figura 4). In questa condizione, il motore 5 termico a combustione interna à ̈ collegato all'albero 16 primario mediante la frizione 18 che à ̈ chiusa (mentre la frizione 17 à ̈ aperta) e l'albero 16 primario trasmette il movimento all'albero 20 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi della marcia pari correntemente innestata (cioà ̈ il corrispondente ingranaggio secondario à ̈ reso solidale all'albero 20 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22). Invece, la macchina 8 elettrica à ̈ collegata all'albero 15 primario che trasmette il movimento all'albero 19 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi di una marcia dispari correntemente innestata (cioà ̈ il corrispondente ingranaggio secondario à ̈ reso solidale all'albero 19 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22). In altre parole, in questa situazione sono innestate sia una marcia pari per collegare il motore 5 termico a combustione interna alle ruote 3 posteriori motrici, sia una marcia dispari per collegare la macchina 8 elettrica alle ruote 3 posteriori motrici . La marcia dispari che viene innestata viene scelta in funzione della velocità di rotazione corrente dell'albero 19 secondario (che à ̈ funzione della velocità di rotazione delle ruote 3 posteriori motrici), in modo da mantenere la velocità di rotazione della macchina 8 elettrica in un intervallo ottimale; tipicamente, tanto più à ̈ elevata la velocità di rotazione corrente dell'albero 19 secondario (cioà ̈ tanto maggiore à ̈ la velocità del veicolo 1 stradale), tanto maggiore à ̈ l'ordine della marcia dispari che viene innestata. Figure 4 illustrates a schematic view of the hybrid powertrain 4 system showing the path of the Ttmotrice torque supplied by the internal combustion engine 5 and, if present, the path of the Temotrice torque supplied by the electric machine 8 when in the gearbox 10 dual clutch gear is engaged in even gear (specifically 2nd second gear when shown in Figure 4). In this condition, the internal combustion engine 5 is connected to the primary shaft 16 by means of the clutch 18 which is closed (while the clutch 17 is open) and the primary shaft 16 transmits the movement to the secondary shaft 20. by means of the pair 21 of gears of the even gear currently engaged (ie the corresponding secondary gear is made integral with the secondary shaft 20 through the relative synchronizer 22). Instead, the electric machine 8 is connected to the primary shaft 15 which transmits the movement to the secondary shaft 19 by means of the pair 21 of gears of an odd gear currently engaged (i.e. the corresponding secondary gear is made integral with the shaft 19 secondary through the relative synchronizer 22). In other words, in this situation both an even gear is engaged to connect the internal combustion engine 5 to the rear driving wheels 3, and an odd gear to connect the electric machine 8 to the rear driving wheels 3. The odd gear that is engaged is chosen according to the current rotation speed of the secondary shaft 19 (which is a function of the rotation speed of the rear drive wheels 3), so as to maintain the rotation speed of the electric machine 8 in a optimal range; typically, the higher the current rotation speed of the secondary shaft 19 (ie the higher the speed of the road vehicle 1), the greater the order of the odd gear that is engaged.
Secondo quanto illustrato nelle figure 3 e 4, sia il motore 5 termico a combustione interna, sia la macchina 8 elettrica forniscono una coppia Tte Temotrice positiva; in altre situazioni la macchina 8 elettrica potrebbe assorbire una coppia Teresistente che viene utilizzata per generare energia elettrica (tipicamente quando à ̈ necessario ricaricare la batteria 14), oppure il motore 5 termico a combustione interna potrebbe assorbire una coppia Ttresistente di sostentamento (tipicamente quando il motore 5 termico a combustione interna funziona in cut-off). According to what is illustrated in Figures 3 and 4, both the internal combustion heat engine 5 and the electric machine 8 provide a positive Tte Temotrice torque; in other situations the electric machine 8 could absorb a Teresistant torque which is used to generate electrical energy (typically when it is necessary to recharge the battery 14), or the internal combustion engine 5 could absorb a Ttresistant sustenance torque (typically when the internal combustion thermal engine 5 works in cut-off).
Nella figura 5 à ̈ illustrata una vista schematica del sistema 4 di motopropulsione ibrido con in evidenza il percorso della coppia Temotrice fornita dalla macchina 8 elettrica in trazione puramente elettrica. In questa situazione, il motore 5 termico a combustione interna à ̈ spento e scollegato dagli alberi 15 e 16 primari e solo la macchina 8 elettrica à ̈ collegata alle ruote 3 posteriori motrici innestando una marcia dispari; in altre parole, la macchina 8 elettrica à ̈ collegata all'albero 15 primario che trasmette il movimento all'albero 19 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi della marcia dispari correntemente innestata (cioà ̈ il corrispondente ingranaggio secondario à ̈ reso solidale all'albero 19 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22). Anche in questa situazione la marcia dispari che viene innestata viene scelta in funzione della velocità di rotazione corrente dell'albero 19 secondario (che à ̈ funzione della velocità di rotazione delle ruote 3 posteriori motrici), in modo da mantenere la velocità di rotazione della macchina 8 elettrica in un intervallo ottimale,- se necessario, la marcia dispari innestata potrebbe venire variata per mantenere la velocità di rotazione della macchina 8 elettrica in un intervallo ottimale. Nel caso sopra descritto di trazione puramente elettrica entrambe le frizioni 17 e 18 potrebbero essere oppure la frizione 18 potrebbe venire chiusa quando l'albero 16 primario à ̈ folle (cioà ̈ meccanicamente isolato dagli alberi 19 e 20 secondario) per ridurre le perdite per attrito che si verificano nella frizione 18 nel caso in cui la frizione 18 stessa sia in bagno di olio. Figure 5 illustrates a schematic view of the hybrid powertrain 4 system showing the path of the thermo-propelling torque supplied by the electric machine 8 in purely electric drive. In this situation, the internal combustion engine 5 is switched off and disconnected from the primary shafts 15 and 16 and only the electric machine 8 is connected to the rear drive wheels 3 by engaging an odd gear; in other words, the electric machine 8 is connected to the primary shaft 15 which transmits the movement to the secondary shaft 19 by means of the pair 21 of gears of the odd gear currently engaged (i.e. the corresponding secondary gear is made integral with the shaft 19 secondary through the relative synchronizer 22). Also in this situation the odd gear that is engaged is chosen according to the current rotation speed of the secondary shaft 19 (which is a function of the rotation speed of the 3 rear driving wheels), in order to maintain the rotation speed of the machine. 8 electric machine in an optimal range, - if necessary, the odd gear engaged could be varied to keep the rotation speed of the electric machine 8 in an optimal range. In the case described above of purely electric traction, both clutches 17 and 18 could be or the clutch 18 could be closed when the primary shaft 16 is idle (i.e. mechanically isolated from the secondary shafts 19 and 20) to reduce friction losses which occur in the clutch 18 if the clutch 18 itself is in an oil bath.
Nella figura 6 à ̈ illustrata una vista schematica del sistema 4 di motopropulsione ibrido con in evidenza il percorso della coppia Temotrice fornita dalla macchina 8 elettrica operante come motore per avviare il motore 5 termico a combustione interna. In questa situazione, tutte le marce del cambio 10 a doppia frizione sono disinnestate e la frizione 17 à ̈ chiusa (mentre la frizione 18 à ̈ aperta) per collegare la macchina 8 elettrica al motore 5 termico a combustione interna senza trasmettere alcun moto alle ruote 3 posteriori motrici. La sopra descritta modalità di avviamento del motore 5 termico a combustione interna viene impiegata quando à ̈ necessario avviare il motore 5 termico a combustione interna mantenendo fermo il veicolo 1 stradale; se invece l'avviamento del motore 5 termico a combustione interna avviene con il contestuale avanzamento del veicolo 1 stradale (ad esempio durante la partenza da un semaforo) à ̈ possibile iniziare l'avanzamento del veicolo 1 stradale mediante una trazione puramente elettrica come descritto in precedenza con riferimento alla figura 5 ed in un secondo momento à ̈ possibile collegare meccanicamente l'albero 6 motore del motore 5 termico a combustione interna alla macchina 8 elettrica ed alle ruote 3 posteriori motrici (come descritto in precedenza con riferimento con riferimento alle figure 2 o 3) in modo da portare in rotazione l'albero 6 motore determinando l'avviamento del motore 5 termico a combustione interna. Figure 6 illustrates a schematic view of the hybrid powertrain 4 system showing the path of the thermo-propelling torque supplied by the electric machine 8 operating as an engine for starting the internal combustion engine 5. In this situation, all the gears of the double clutch 10 gearbox are disengaged and the clutch 17 is closed (while the clutch 18 is open) to connect the electric car 8 to the internal combustion engine 5 without transmitting any motion to the wheels 3 rear drive. The above described starting mode of the internal combustion thermal engine 5 is used when it is necessary to start the internal combustion thermal engine 5 while keeping the road vehicle 1 stationary; if, on the other hand, the internal combustion thermal engine 5 is started with the simultaneous advancement of the road vehicle 1 (for example when starting from a traffic light) it is possible to start the movement of the road vehicle 1 by means of a purely electric drive as described in previously with reference to figure 5 and in a second moment it is possible to mechanically connect the motor shaft 6 of the internal combustion engine 5 to the electric machine 8 and to the rear driving wheels 3 (as previously described with reference to figures 2 or 3) so as to rotate the engine shaft 6 causing the internal combustion thermal engine 5 to start.
Nella figura 7 à ̈ illustrata una vista schematica del sistema 4 di motopropulsione ibrido con in evidenza il percorso della coppia Tefrenante assorbita dalla macchina 8 elettrica operante come generatore durante una frenata rigenerativa, in questa situazione, la macchina 8 elettrica à ̈ collegata alle ruote 3 posteriori motrici innestando una marcia dispari; in altre parole, la macchina 8 elettrica à ̈ collegata all'albero 15 primario che riceve il movimento dall'albero 19 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi della marcia dispari correntemente innestata (cioà ̈ il corrispondente ingranaggio secondario à ̈ reso solidale all'albero 19 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22). In questa situazione, se il motore 5 termico a combustione interna à ̈ spento allora entrambe le frizioni 17 e 18 sono aperte, mentre se il motore 5 termico a combustione interna à ̈ acceso allora una delle due frizioni 17 e 18 à ̈ chiusa per trasmettere al motore 5 termico a combustione interna una coppia Ttresistente di sostentamento (come sopra dettagliato durante la descrizione delle figure 3 e 4). Figure 7 illustrates a schematic view of the hybrid powertrain 4 system showing the path of the braking torque absorbed by the electric machine 8 operating as a generator during regenerative braking, in this situation, the electric machine 8 is connected to the wheels 3 rear-wheel drive by engaging an odd gear; in other words, the electric machine 8 is connected to the primary shaft 15 which receives movement from the secondary shaft 19 by means of the pair 21 of gears of the odd gear currently engaged (i.e. the corresponding secondary gear is made integral with the shaft 19 secondary through the relative synchronizer 22). In this situation, if the internal combustion engine 5 is off then both clutches 17 and 18 are open, while if the internal combustion engine 5 is on then one of the two clutches 17 and 18 is closed to transmit to the internal combustion thermal engine 5 a Ttresistant support pair (as detailed above during the description of Figures 3 and 4).
Nella figura 8 à ̈ illustrata una vista schematica del sistema 4 di motopropulsione ibrido con in evidenza il percorso della coppia Ttmotrice fornita dal motore 5 termico a combustione interna quando il veicolo 1 stradale à ̈ fermo ed il cambio 10 a doppia frizione à ̈ in folle. In questa situazione, tutte le marce del cambio 10 a doppia frizione sono disinnestate e la frizione 17 à ̈ chiusa (mentre la frizione 18 à ̈ aperta) per collegare la macchina 8 elettrica al motore 5 termico a combustione interna senza trasmettere alcun moto alle ruote 3 posteriori motrici. Figure 8 shows a schematic view of the hybrid powertrain 4 system showing the path of the torque Ttmotrice supplied by the internal combustion engine 5 when the road vehicle 1 is stationary and the double clutch gearbox 10 is in neutral. . In this situation, all the gears of the double clutch 10 gearbox are disengaged and the clutch 17 is closed (while the clutch 18 is open) to connect the electric car 8 to the internal combustion engine 5 without transmitting any motion to the wheels 3 rear drive.
Nelle modalità di funzionamento sopra descritte, le macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari sono normalmente trascinate dalla macchina 8 elettrica funzionante come motore,· quando la macchina 8 elettrica funziona come generatore, le macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari e la macchina 8 elettrica vengono trascinate dal motore 5 termico a combustione interna oppure dalle ruote 3 posteriori motrici sfruttando 1'energia cinetica posseduta dal veicolo 1 stradale. In particolate, durante la frenata rigenerativa illustrata nella figura 7 la coppia frenante applicata alle ruote 3 posteriori motrici à ̈ data dalla somma della coppia assorbita dalle macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari per il loro funzionamento e della coppia assorbita dalla macchina 8 elettrica funzionate come generatore. Per massimizzare la coppia frenante applicata alle ruote 3 posteriori motrici (ovviamente in funzione dei desideri del guidatore espressi agendo sul pedale del freno dell'impianto frenante), durante la frenata rigenerativa le macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari vengono pilotate per massimizzare, compatibilmente con le condizioni al contorno, la coppia assorbita per il loro funzionamento; ad esempio, durante la frenata rigenerativa la pompa 25a del circuito oleodinamico dell'idroguida viene pilotata per aumentare (se possibile) la pressione dell'olio in un corrispondente accumulatore idraulico, la pompa 25d del circuito oleodinamico di servizio viene pilotata per aumentare (se possibile) la pressione dell'olio in un corrispondente accumulatore idraulico, e, se opportuno in dipendenza delle condizioni climatiche esterne, il compressore 25b dell'impianto di climatizzazione viene pilotato per diminuire (se possibile) la temperatura di un fluido frigorifero. In the operating modes described above, the fluid dynamics machines 25 of the auxiliary services are normally driven by the electric machine 8 functioning as a motor, when the electric machine 8 works as a generator, the fluid dynamics machines 25 of the auxiliary services and the electric machine 8 are driven by the internal combustion thermal engine 5 or by the rear driving wheels 3 exploiting the kinetic energy possessed by the road vehicle 1. In particular, during the regenerative braking illustrated in figure 7, the braking torque applied to the rear drive wheels 3 is given by the sum of the torque absorbed by the fluid dynamics machines 25 of the auxiliary services for their operation and the torque absorbed by the electric machine 8 functioning as a generator . To maximize the braking torque applied to the 3 rear driving wheels (obviously according to the wishes of the driver expressed by acting on the brake pedal of the braking system), during regenerative braking the fluid dynamics machines of the auxiliary services are piloted to maximize, compatibly with the boundary conditions, the torque absorbed for their operation; for example, during regenerative braking the pump 25a of the hydraulic circuit of the power steering is piloted to increase (if possible) the oil pressure in a corresponding hydraulic accumulator, the pump 25d of the hydraulic service circuit is piloted to increase (if possible ) the oil pressure in a corresponding hydraulic accumulator, and, if appropriate depending on the external climatic conditions, the compressor 25b of the air conditioning system is piloted to decrease (if possible) the temperature of a refrigerant fluid.
In altre parole, nei limiti del possibile le macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari vengono azionate al massimo durante la frenata rigenerativa e vengono spente durante le altre modalità di funzionamento; in questo modo, durante la frenata rigenerativa la coppia frenante viene sempre assorbita dalle macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari che vengono azionate al massimo (sempre nei limiti del possibile) e, se necessario, viene anche assorbita dalla macchina 8 elettrica che viene fatta funzionare come generatore. Di conseguenza, la coppia frenante richiesta durante una frenata rigenerativa viene inizialmente assorbita dalle macchine 25 fluidodinamiche e solo quando la capacità delle macchine 25 fluidodinamiche à ̈ stata saturata viene assorbita anche dalla macchina 8 elettrica che viene fatta funzionare come generatore. Tale modalità operativa à ̈ particolarmente efficiente, in quanto 1'energia cinetica del veicolo 1 stradale viene direttamente utilizzata dalle macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari invece di essere prima convertita in energia elettrica e quindi nuovamente convertita in energia meccanica; sfruttare l'energia meccanica senza passare attraverso la duplice conversione elettrica presenta una efficienza energetica molto elevata. In other words, as far as possible the fluid dynamics machines 25 of the auxiliary services are activated at maximum during regenerative braking and are switched off during the other operating modes; in this way, during regenerative braking the braking torque is always absorbed by the fluid dynamics machines 25 of the auxiliary services which are activated to the maximum (always within the limits of the possible) and, if necessary, it is also absorbed by the electric machine 8 which is operated as generator. Consequently, the braking torque required during regenerative braking is initially absorbed by the fluid dynamic machines 25 and only when the capacity of the fluid dynamic machines 25 has been saturated is it also absorbed by the electric machine 8 which is operated as a generator. This operating mode is particularly efficient, since the kinetic energy of the road vehicle 1 is directly used by the fluid dynamics machines 25 of the auxiliary services instead of being first converted into electrical energy and then converted again into mechanical energy; exploiting mechanical energy without going through the double electrical conversion presents a very high energy efficiency.
Secondo la forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, l'albero 23 della macchina 8 elettrica à ̈ permanentemente collegato all'albero 15 primario del cambio 10 e non viene mai separato dall'albero 15 primario stesso; secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, tra l'albero 23 della macchina 8 elettrica e l'albero 15 primario del cambio 10 à ̈ interposta una frizione che normalmente à ̈ sempre chiusa e viene aperta unicamente quando per motivi di sicurezza si vuole arrestare la rotazione della macchina 8 elettrica per annullare la tensione elettrica ai capi dei morsetti della macchina 8 elettrica stessa. In altre parole, quando il rotore della macchina 8 elettrica presenta dei magneti permanenti e viene portato in rotazione determina la generazione di una tensione elettrica ai capi dei morsetti dello statore; in alcune situazioni (tipicamente durante degli interventi di riparazione o manutenzione in officina), tale tensione elettrica potrebbe risultare pericolosa e quindi per evitare la generazione di tale tensione à ̈ necessario separare fisicamente mediante la corrispondente frizione l'albero 23 della macchina 8 elettrica dall'albero 15 primario del cambio 10. La frizione interposta tra l'albero 23 della macchina 8 elettrica e l'albero 15 primario del cambio 10 può essere disposta a valle oppure a monte delle prese del moto verso gli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche; in altre parole, l'apertura di tale frizione può determinare lo scollegamento degli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche dall'albero 23 della macchina 8 elettrica lasciando gli alberi 24 collegati all'albero 15 primario del cambio 10 oppure può determinare lo scollegamento degli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche all'albero 15 primario del cambio 10 lasciando gli alberi 24 collegati dall'albero 23 della macchina 8 elettrica. According to the embodiment illustrated in the attached figures, the shaft 23 of the electric machine 8 is permanently connected to the primary shaft 15 of the gearbox 10 and is never separated from the primary shaft 15 itself; according to a different embodiment not shown, a clutch is interposed between the shaft 23 of the electric machine 8 and the primary shaft 15 of the gearbox 10 which is normally always closed and is only opened when, for safety reasons, you want to stop the rotation of the electric machine 8 to cancel the electric voltage across the terminals of the electric machine 8 itself. In other words, when the rotor of the electric machine 8 has permanent magnets and is made to rotate, it causes the generation of an electric voltage across the terminals of the stator; in some situations (typically during repairs or maintenance in the workshop), this electrical voltage could be dangerous and therefore to avoid the generation of this voltage it is necessary to physically separate the shaft 23 of the electric machine 8 from the corresponding clutch. primary shaft 15 of the gearbox 10. The clutch interposed between the shaft 23 of the electric machine 8 and the primary shaft 15 of the gearbox 10 can be arranged downstream or upstream of the motion take-offs towards the shafts 24 of the fluid-dynamic machines 25; in other words, the opening of this clutch can determine the disconnection of the shafts 24 of the fluid dynamics machines 25 from the shaft 23 of the electric machine 8, leaving the shafts 24 connected to the primary shaft 15 of the gearbox 10 or it can cause the disconnection of the shafts 24 of the fluid dynamics machines 25 to the primary shaft 15 of the gearbox 10 leaving the shafts 24 connected by the shaft 23 of the electric machine 8.
Il veicolo 1 stradale sopra descritto presenta numerosi vantaggi, in quanto à ̈ di semplice ed economica realizzazione avendo un cambio 10 a doppia frizione strutturalmente del tutto slmile ad cambio a doppia frizione standard (quindi risulta di semplice ed economica realizzazione partendo da veicolo stradale provvisto di un cambio a doppia frizione standard). Inoltre, il posizionamento della macchina 8 elettrica risulta relativamente agevole anche in un veicolo esistente che non à ̈ stato progettato per la trazione ibrida. Nel veicolo 1 stradale tutte le funzioni di motore elettrico e di generatore elettrico sono svolte da una unica macchina 8 elettrica. In altre parole, il veicolo 1 stradale presenta solo la macchina 8 elettrica che à ̈ in grado di svolgere tutte le funzioni di motore elettrico e di generatore elettrico richieste a bordo con un evidente semplificazione costruttiva. The road vehicle 1 described above has numerous advantages, as it is simple and inexpensive to manufacture having a double clutch gearbox 10 structurally completely similar to a standard double clutch gearbox (therefore it is simple and economical to build starting from a road vehicle equipped with a standard dual-clutch gearbox). Furthermore, the positioning of the electric car 8 is relatively easy even in an existing vehicle that has not been designed for hybrid drive. In the road vehicle 1 all the functions of electric motor and electric generator are performed by a single electric machine 8. In other words, the road vehicle 1 has only the electric machine 8 which is able to perform all the functions of electric motor and electric generator required on board with an evident constructive simplification.
Inoltre, grazie al fatto che la macchina 8 elettrica à ̈ collegata alle ruote 3 posteriori motrice mediante il rapporto di trasmissione di una marcia dispari, à ̈ possibile di volta in volta selezionare una opportuna marcia dispari in modo tale da mantenere la velocità di rotazione della macchina 8 elettrica in un intervallo ottimale. Furthermore, thanks to the fact that the electric machine 8 is connected to the rear driving wheels 3 by means of the transmission ratio of an odd gear, it is possible from time to time to select an appropriate odd gear in such a way as to maintain the rotation speed of the 8 electric machine in an optimal range.
infine, Il veicolo 1 stradale sopra descritto presenta una elevata efficienza energetica particolarmente durante le frenate rigenerative grazie al fatto di utilizzare almeno parte dell'energia cinetica del veicolo 1 stradale senza passare per una conversione elettrica. Il fatto che gli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche dei servizi ausiliari sono permanentemente collegati con l'albero 23 della macchina 8 elettrica permette in molte situazioni di spegnere e di non trascinare in rotazione il motore 5 termico a combustione interna. finally, the road vehicle 1 described above has a high energy efficiency particularly during regenerative braking thanks to the fact that it uses at least part of the kinetic energy of the road vehicle 1 without going through an electrical conversion. The fact that the shafts 24 of the fluid-dynamic machines 25 of the auxiliary services are permanently connected to the shaft 23 of the electric machine 8 allows the internal combustion engine 5 to be switched off and not rotated.
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