ITBO20090061A1 - Veicolo stradale con propulsione ibrida - Google Patents

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ITBO20090061A1
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IT
Italy
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electric machine
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road vehicle
gearbox
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IT000061A
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English (en)
Inventor
Fabrizio Favaretto
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Ferrari Spa
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
"VEICOLO STRADALE CON PROPULSIONE IBRIDA"
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un veicolo stradale con propulsione ibrida.
ARTE ANTERIORE
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 è collegata elettricamente ad un sistema di accumulo elettrico ed è collegata meccanicamente alle ruote motrici.
Durante la marcia del veicolo è possibile: una modalità di funzionamento termica, in cui la coppia motrice è 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 è spento e la coppia motrice è generata solo dalla macchina elettrica operante come motore; oppure una modalità di funzionamento combinata, in cui la coppia motrice è 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.
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 è stato specificamente progettato per la trazione ibrida è generalmente molto difficile trovare lo spazio necessario ad alloggiare la macchina elettrica. Di conseguenza, è spesso impossibile modificare un veicolo esistente per rendere il veicolo stesso ibrido; tale limitazione è 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. US2005139035A1, US2002033 059A1 , 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 è angolarmente solidale al rotore di una macchina elettrica reversibile .
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è 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.
Secondo la presente invenzione viene fornito un veicolo stradale 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 è una vista schematica di un veicolo stradale con propulsione ibrida realizzato in accordo con la presente invenzione ;
• la figura 2 è una vista schematica di un sistema di motopropulsione ibrido del veicolo stradale della figura 1; • la figura 3 è 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 è innestata una marcia dispari;
• la figura 4 è 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 è innestata una marcia pari;
• la figura 5 è 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; • la figura 6 è 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;
• la figura 7 è 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 ,-• la figura 8 è una vista schematica del sistema di mot opropulsione ibrido della figura 2 con in evidenza il percorso della coppia motrice fornita dal motore termico a combustione interna quando il veicolo stradale è fermo ed il cambio è in folle;
• la figura 9 è una vista schematica di una diversa forma di attuazione del sistema di motopropulsione ibrido della figura 2; e
• la figura 10 è una vista schematica di una variante del sistema di motopropulsione ibrido della figura 9.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è 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 dì motopropulsione ibrido.
Il sistema 4 di motopropulsione ibrido conprende un motore 5 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore ed è 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 {cioè che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando una coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica) che è meccanicamente collegata alla trasmissione 7 servocomandata .
La trasmissione 7 servocomandata comprende un albero 9 di trasmissione che è da un lato è angolarmente solidale all'albero 6 motore e dall'altro lato è meccanicamente collegato ad un cambio 10 a doppia frizione servocomandato, 11 quale è 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 è meccanicamente collegata al cambio 10 a doppia frizione come verrà meglio descritto in seguito ed è pilotata da un convertitore 13 elettronico di potenza collegato ad un sistema 14 di accumulo elettrico tipicamente costituito da un pacco di batterie chimiche eventualmente collegate in parallelo ad uno o più supércondensatori .
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 è 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 .
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 è 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 .
Ciascun ingranaggio primario è 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 è 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 è montato coassiale al relativo albero 19 o 20 secondario ed è atto a venire attuato per innestare il rispettivo ingranaggio secondario all'albero 19 o 20 secondario (cioè per rendere il rispettivo ingranaggio secondario angolarmente solidale all'albero 19 o 20 secondario).
La macchina 8 elettrica presenta un albero 23, il quale è permanentemente collegato all'albero 15 primario, inoltre, l'albero 23 della macchina 8 elettrica è 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.
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 (cioè 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 conpressore 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).
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.
Nella figura 3 è 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 è 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 è collegato all'albero 15 primario mediante la frizione 17 che è chiusa (mentre la frizione 18 è 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 (cioè il corrispondente ingranaggio secondario è reso solidale all'albero 19 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22).
Nella figura 4 è 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 è 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 è collegato all'albero 16 primario mediante la frizione 18 che è chiusa (mentre la frizione 17 è aperta) e l'albero 16 primario trasmette il movimento all'albero 20 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi della marcia pari correntemente innestata (cioè il corrispondente ingranaggio secondario è reso solidale all'albero 20 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22). Invece, la macchina 8 elettrica è 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 (cioè il corrispondente ingranaggio secondario è 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 è 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 è elevata la velocità di rotazione corrente dell'albero 19 secondario (cioè tanto maggiore è la velocità del veicolo 1 stradale) , tanto maggiore è l'ordine della marcia dispari che viene innestata.
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 è 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).
Nella figura 5 è 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 è spento e scollegato dagli alberi 15 e 16 primari e solo la macchina 8 elettrica è collegata alle ruote 3 posteriori motrici innestando una marcia dispari; in altre parole, la macchina 8 elettrica è collegata all'albero 15 primario che trasmette il movimento all'albero 19 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi della marcia dispari correntemente innestata (cioè il corrispondente ingranaggio secondario è 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 è 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 è folle (cioè 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.
Nella figura 6 è 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 è chiusa (mentre la frizione 18 è 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 è 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) è 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 è 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.
Nella figura 7 è 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 è collegata alle ruote 3 posteriori motrici innestando una marcia dispari; in altre parole, la macchina 8 elettrica è collegata all'albero 15 primario che riceve il movimento dall'albero 19 secondario mediante la coppia 21 di ingranaggi della marcia dispari correntemente innestata (cioè il corrispondente ingranaggio secondario è reso solidale all'albero 19 secondario attraverso il relativo sincronizzatore 22). In questa situazione, se il motore 5 termico a combustione interna è spento allora entrambe le frizioni 17 e 18 sono aperte, mentre se il motore 5 termico a combustione interna è acceso allora una delle due frizioni 17 e 18 è 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).
Nella figura 8 è 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 è fermo ed il cambio 10 a doppia frizione è in folle. In questa situazione, tutte le marce del cambio 10 a doppia frizione sono disinnestate e la frizione 17 è chiusa (mentre la frizione 18 è aperta) per collegare la macchina 8 elettrica al motore 5 termico a combustione interna senza trasmettere alcun moto alle ruote 3 posteriori motrici. 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 l'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 è 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 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 è stata saturata viene assorbita anche dalla macchina 8 elettrica che viene fatta funzionare come generatore. Tale modalità operativa è particolarmente efficiente, in quanto l'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.
Secondo la forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, l'albero 23 della macchina 8 elettrica è 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 è interposta una frizione che normalmente è 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 è 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.
Nella diversa forma di attuazione illustrata nella figura 9, il sistema 4 di motopropulsione ibrido comprende una ulteriore una macchina 27 elettrica reversibile (cioè che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando una coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica) che è meccanicamente collegata alla trasmissione 7 servocomandata. Anche la macchina 27 elettrica reversibile è meccanicamente collegata al cambio 10 a doppia frizione ed è pilotata da un convertitore 28 elettronico di potenza collegato al sistema 14 di accumulo elettrico; in particolare, la macchina 27 elettrica presenta un albero 29, il quale è meccanicamente collegato all'albero 16 primario mediante una trasmissione 30 meccanica (costituita, ad esempio da una cascata di ingranaggi) .
La macchina 27 elettrica può venire utilizzata sia come motore, sia come generatore.
La macchina 27 elettrica può venire utilizzata come generatore assorbendo potenza meccanica dal motore 5 termico attraverso la frizione 18 che deve essere necessariamente chiusa; in questo caso, tutta la potenza meccanica generata dal motore 5 termico viene assorbita dalla macchina 27 elettrica, oppure parte della potenza meccanica generata dal motore 5 termico viene trasferita anche alle ruote 3 posteriori motrici attraverso una marcia pari associata all'albero 16 primario oppure attraverso una marcia dispari associata all'albero 15 primario (in quest'ultimo caso tutte le marce pari associate all'albero 16 primario devono essere necessariamente disinnestate, la frizione 18 deve essere necessariamente chiusa, ed una marcia dispari associata all'albero 15 primario deve essere necessariamente innestata).
Si verifica una modalità di funzionamento ibrido di tipo "serie", quando il motore 5 termico porta in rotazione solo la macchina 27 elettrica funzionante come generatore mentre la coppia motrice trasferita alle ruote 3 posteriori motrici viene generata unicamente dalla macchina 8 elettrica funzionante come motore che viene alimentata elettricamente direttamente dalla macchina 27 elettrica funzionante come generatore. Il funzionamento ibrido di tipo "serie" è ottenibile anche invertendo la modalità di funzionamento delle due macchine 8 e 27 elettriche ed ovviamente invertendo anche le aperture/chiusure delle due frizioni 17 e 18; in altre parole, il motore 5 termico porta in rotazione solo la macchina 8 elettrica funzionante come generatore mentre la coppia motrice trasferita alle ruote 3 posteriori motrici viene generata unicamente dalla macchina 27 elettrica funzionante come motore che viene alimentata elettricamente direttamente dalla macchina 8 elettrica funzionante come generatore.
in alternativa, la macchina 27 elettrica può venire utilizzata come generatore assorbendo potenza meccanica dalle ruote 3 posteriori motrici {quindi operando una frenata rigenerativa) ; in questo caso una marcia pari associata all'albero 16 primario deve essere necessariamente innestata mentre la frizione 18 può essere aperta o chiusa. In questo caso, entrambe le macchine 8 e 27 elettriche possono funzionare come generatore assorbendo potenza meccanica dalle ruote 3 posteriori motrici (quindi operando una frenata rigenerativa): la macchina 8 elettrica assorbe potenza meccanica dalle ruote 3 posteriori motrici mediante una marcia dispari associata all'albero 15 primario mentre la macchina 27 elettrica assorbe potenza meccanica dalle ruote 3 posteriori motrici mediante una marcia pari associata all'albero 16 primario.
La macchina 27 elettrica può venire utilizzata come motore fornendo una coppia motrice al motore 5 termico (ovviamente solo in caso di avviamento del motore 5 termico stesso); in questo caso la frizione 18 deve essere necessariamente chiusa e preferibilmente tutte le marce pari associate all'albero 16 primario sono disinnestate. In alternativa.
la macchina 27 elettrica può venire utilizzata come motore fornendo una coppia motrice alle ruote 3 posteriori motrici; in questo caso la frizione 18 può essere aperta o chiusa e necessariamente una delle marce pari associate all'albero 16 primario deve essere innestata.
Secondo la variante illustrata nella figura 10, l'albero 29 della macchina 27 elettrica è meccanicamente collegata sia all'albero 16 primario attraverso la trasmissione 30 meccanica, sia agli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche rotanti che forniscono i servizi ausiliari attraverso una trasmissione 31 meccanica (ad esempio costituita da una cascata di ingranaggi oppure da una cinghia) . La trasmissione 31 meccanica deve obbligatoriamente comprendere un dispositivo 32 di disaccoppiamento (comprendente ad esempio una frizione oppure una ruota folle) , il quale permette di separare l'albero 29 della macchina 27 elettrica dagli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche rotanti per evitare di vincolare rigidamente la macchina 8 elettrica alla macchina 27 elettrica; eventualmente, il dispositivo 32 di disaccoppiamento invece di essere inserito tra l'albero 29 della macchina 27 elettrica e gli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche rotanti potrebbe essere inserito tra l'albero 23 della macchina 8 elettrica e gli alberi 24 delle macchine 25 fluidodinamiche rotanti.
Il veicolo 1 stradale sopra descritto presenta numerosi vantaggi, in quanto è di semplice ed economica realizzazione avendo un cambio 10 a doppia frizione strutturalmente del tutto simile 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 è 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 è in grado di svolgere tutte le funzioni di motore elettrico e di generatore elettrico richieste a bordo con un evidente semplificazione costruttiva.
Inoltre, grazie al fatto che la macchina 8 elettrica è collegata alle ruote 3 posteriori motrice mediante il rapporto di trasmissione di una marcia dispari, è 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.
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.

Claims (3)

  1. RIVENDICAZIONI 1) veicolo (1) stradale con propulsione ibrida comprendente: almeno una coppia di ruote (3) motrici; un motore (5) termico a combustione interna; un cambio (10) provvisto di almeno un primo albero (15) primario, di almeno una prima frizione (17) interposta tra il motore (5) termico a combustione interna e il primo albero (15) primario, di almeno un albero (19, 20) secondario permanentemente in presa con le ruote (3) motrici, e di una pluralità di coppie (21) di ingranaggi, ciascuna delle quali definisce una rispettiva marcia e comprende un ingranaggio primario montato sul primo albero (15) primario ed un ingranaggio secondario che è montato sull'albero (19, 20) secondario ed ingrana permanentemente con l'ingranaggio primario; una prima macchina (8) elettrica reversibile presentante un albero (23), il quale è collegato al primo albero (15) primario del cambio (10); ed un numero di macchine (25) fluidodinamiche rotanti, ciascuna delle quali fornisce un servizio ausiliario al veicolo (1) stradale ed è provvista di un albero (24) montato girevole; il veicolo (1) stradale è caratterizzato dal fatto che gli alberi (24) delle macchine (25) fluidodinamiche sono collegati con l'albero (23) della prima macchina (8) elettrica reversibile in modo da ruotare in modo sincrono con l'albero (23) della prima macchina (8) elettrica reversibile stesso.
  2. 2) Veicolo (1) stradale secondo la rivendicazione 1, in cui durante una frenata rigenerativa: le macchine (25) fluidodinamiche dei servizi ausiliari e la prima macchina (8) elettrica vengono trascinate dalle ruote (3) motrici sfruttando l'energia cinetica posseduta dal veicolo (1) stradale; e la coppia frenante applicata alle ruote (3) motrici è data dalla somma della coppia assorbita dalle macchine (25) fluidodinamiche dei servizi ausiliari per il loro funzionamento e della coppia assorbita dalla prima macchina (8) elettrica funzionate come generatore.
  3. 3) Veicolo (1) stradale secondo la rivendicazione 2, in cui durante una frenata rigenerativa le macchine (25) fluidodinamiche dei servizi ausiliari vengono pilotate per massimizzare la coppia assorbita per il proprio funzionamento compatibilmente con le condizioni al contorno . 4) veicolo (1) stradale secondo la rivendicazione 3, in cui durante una frenata rigenerativa la coppia frenante viene sempre assorbita dalle macchine (25) fluidodinamiche dei servizi ausiliari che vengono pilotate per massimizzare la coppia assorbita per il proprio funzionamento compatibilmente con le condizioni al contorno e, se necessario, viene anche assorbita dalla prima macchina (8) elettrica che viene fatta funzionare come generatore; in questo modo, la coppia frenante richiesta durante una frenata rigenerativa viene inizialmente assorbita dalle macchine (25) fluidodinamiche e solo quando la capacità delle macchine (25) fluidodinamiche è stata saturata viene assorbita anche dalla prima macchina (8) elettrica che viene fatta funzionare come generatore. 5) Veicolo (1) stradale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui durante una frenata rigenerativa la prima frizione (17) interposta tra il primo albero (15) primario ed il motore (5) termico a combustione interna viene aperta per scollegare il motore (5) termico a combustione interna dalla prima macchina (8) elettrica. 6) Veicolo (1) stradale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il cambio (10) comprende una scatola (26) del cambio, all'interno della quale sono alloggiati il primo albero (15) primario, l'albero (19, 20) secondario e le coppie (21) di ingranaggi; il primo albero (15) primario viene allungato dal lato opposto rispetto alla prima frizione (17) in modo da fuoriuscire dalla scatola (26) del cambio per venire accoppiato all'albero (23) della prima macchina (8) elettrica. 7) Veicolo (1) stradale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui il cambio (10) è a doppia frizione ed è provvisto di due alberi (15, 16) primari e di due frizioni (17, 18) interposte tra il motore (5) termico a combustione interna e gli alberi (15, 16) primari. 8) Veicolo (1) stradale secondo la rivendicazione 7, in cui durante una frenata rigenerativa la prima macchina (8) elettrica viene collegata alle ruote (3) motrici innestando una marcia associata al primo albero (15) primario per rendere il primo albero (15) primario angolarmente solidale all'albero (19, 20) secondario. 9) Veicolo (1) stradale secondo la rivendicazione 7 o 8, e comprendete una seconda macchina (27) elettrica reversibile presentante un albero (29), il quale è meccanicamente collegato ad un secondo albero (16) primario del cambio (10) diverso dal primo albero (15) primario. 10) Veicolo (1) stradale secondo la rivendicazione 9 e comprendete una trasmissione (31) meccanica che collega l'albero (29) della seconda macchina (27) elettrica agli alberi (24) delle macchine (25) fluidodinamiche. 11) Veicolo (1) stradale secondo la rivendicazione 10, in cui la trasmissione (31) meccanica comprende un dispositivo (32) di disaccoppiamento, il quale permette di separare l'albero (29) della seconda macchina (27) elettrica dagli alberi (24) delle macchine (25) fluidodinamiche. 12) Veicolo (1) stradale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui l'albero (23) della prima macchina (8) elettrica è permanentemente collegato al primo albero (15) primario del cambio (10) in modo non separabile. 13) Veicolo (1) stradale secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui è prevista una frizione interposta tra l'albero (23) della prima macchina (8) elettrica ed il primo albero (15) primario del cambio (10). 14) Veicolo (1) stradale con propulsione ibrida comprendente : almeno una coppia di ruote (3) motrici,-un motore (5) termico a combustione interna,· un cambio (10) a doppia frizione provvisto di due alberi (15, 16) primari, di due frizioni (17, 18) interposte tra il motore (5) termico a combustione interna e gli alberi (15, 16) primari, di almeno un albero (19, 20) secondario permanentemente in presa con le ruote (3) motrici, e di 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, 16) primario ed un ingranaggio secondario che è montato sull'albero (19, 20) secondario ed ingrana permanentemente con 1'ingranaggio primario ,-una prima macchina (8) elettrica reversibile presentante un albero (23), il quale è collegato ad un primo albero (15) primario del cambio (10),· il veicolo (1) stradale è caratterizzato dal fatto di comprendere una seconda macchina (27) elettrica reversibile presentante un albero (29), il quale è meccanicamente collegato ad un secondo albero (16) primario del cambio (10) diverso dal primo albero (15) primario. 15) Metodo di controllo di un veicolo (1) stradale durante una frenata rigenerativa; il veicolo (1) stradale comprende: almeno una coppia di ruote (3) motrici; un motore (5) termico a combustione interna provvisto di un albero (6) motore,- ed un numero di macchine (25) fluidodinamiche rotanti, ciascuna delle quali fornisce un servizio ausiliario al veicolo (1) stradale ed è provvista di un albero (24) montato girevole che è collegato direttamente o indirettamente con l'albero (6) motore del motore (5) termico a combustione interna; il metodo di controllo comprende, durante una frenata rigenerativa, le fasi di: fare trascinare le macchine (25) fluidodinamiche dei servizi ausiliari dalle ruote (3) motrici sfruttando l'energia cinetica posseduta dal veicolo (1) stradale,- e pilotare le macchine (25) fluidodinamiche dei servizi ausiliari per fare assorbire alle macchine (25) fluidodinamiche stesse almeno una parte della coppia frenante . 16) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 15 e comprendente, durante una frenata rigenerativa, la fase di pilotare le macchine (25) fluidodinamiche dei servizi per massimizzare la coppia assorbita per il proprio funzionamento compatibilmente con le condizioni al contorno.
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