ITRM20090332A1 - Dispositivo per l azionamento della frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Dispositivo per l’azionamento della frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica”

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per l’azionamento della frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica.

Negli ultimi anni, gli scooter a propulsione elettrica hanno avuto una sempre maggior diffusione grazie all’assenza di emissioni prodotte, alla minima manutenzione richiesta ed ai bassi costi di gestione.

È pertanto facilmente comprensibile come siano desiderabili delle soluzioni tecniche che consentano di migliorare le prestazioni dello stesso, in particolare in termini di autonomia ed affidabilità.

A tale scopo, viene utilizzato negli scooter elettrici un sistema che consente, quando lo scooter non è in accelerazione, di commutare il motore elettrico in maniera da farlo funzionare come generatore elettrico. In questo modo, non solo possono essere ricaricate le batterie che alimentano il motore, ma anche è possibile sfruttare l’azione frenante legata all’utilizzo del motore come generatore.

Tale funzione, denominata frenata rigenerativa o frenatura a recupero, consente quindi di migliorare le prestazioni dello scooter, recuperando il più possibile energia che verrebbe altrimenti dissipata.

Uno dei problemi principali, connessi all’utilizzo dei sistemi di frenata rigenerativa negli scooter elettrici, è legato al sistema di attivazione dello stesso quando il motore non è in fase propulsiva.

Normalmente, negli scooter elettrici la frenata a recupero viene attivata nel momento in cui viene rilasciato l’acceleratore, come ad esempio illustrato nel brevetto giapponese JP 11257478 A. In particolare, ciò può avvenire attraverso un anello di controllo di velocità o di coppia negativa.

Tuttavia, non sempre è desiderabile che la frenata a recupero si attivi in maniera automatica al rilascio dell’acceleratore, in quanto tale azione comporta anche una forte decelerazione dello scooter e, pertanto, può essere preferibile predisporre un comando per l’attivazione della frenata a recupero.

A tale scopo, la domanda di brevetto WO 2003078199 prevede la possibilità di ruotare l’acceleratore secondo due versi di rotazione, in un primo caso imponendo coppia positiva, nel secondo caso attivando la frenata a recupero. In questo modo, la frenata a recupero entrerà in funzione solo quando desiderato dal guidatore.

Tuttavia, l’utilizzo dell’accelerazione secondo tali modalità è poco pratico e, soprattutto scarsamente intuitivo per un conducente abituato ad utilizzare motoveicoli tradizionali. In aggiunta, l’azione frenante della frenata a recupero non è in alcun modo coordinata con i freni meccanici e, quindi, il guidatore deve decidere quale tipo di frenata utilizzare. È facilmente comprensibile che, soprattutto per una persona abituata alla guida di scooter tradizionali, non sia spontaneo usare la manopola dell’acceleratore per frenare, richiedendo peraltro un movimento complesso di mano e polso. Quindi, di fatto, non viene mai utilizzata la frenata a recupero in combinazione con la frenata meccanica. La mancanza di coordinazione tra frenata a recupero e frenata meccanica implica perciò una maggiore usura del sistema frenante, in particolare delle pastiglie, e un oggettivo limite alla capacità di recupero della energia in fase di frenatura del mezzo.

Pertanto, il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è quello di fornire un sistema di regolazione della frenatura a recupero di uno scooter elettrico che consenta di ovviare agli svantaggi sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota. Tale problema è risolto dal dispositivo per l’azionamento della frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica secondo la rivendicazione 1 e dal metodo secondo la rivendicazione 9.

Caratteristiche secondarie della presente invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

La presente invenzione presenta alcuni rilevanti vantaggi. Il vantaggio principale consiste nel fatto che il dispositivo secondo la presente invenzione consente di coordinare l’azione di frenata a recupero con quella meccanica, utilizzando un sistema di attivazione pratico, intuitivo e facilmente azionabile dal guidatore.

In questo modo, può essere sfruttata al meglio la frenata a recupero, diminuendo al massimo l’usura dell’impianto frenante di tipo meccanico dello scooter.

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità d’impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 è uno schema a blocchi che illustra il funzionamento di un dispositivo per l’azionamento della frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica secondo la presente invenzione;

la figura 2 è uno schema a blocchi che illustra il funzionamento del dispositivo per l’azionamento della frenata a recupero secondo una seconda forma di realizzazione; le figura 3 è una vista prospettica in esploso che illustra i componenti del dispositivo di figura 1;

la figura 4 è una vista dall’alto che illustra schematicamente il funzionamento del dispositivo di figura 3;

le figure 5A e 5B sono rispettivamente una vista prospettica da retro ed una vista parziale in esploso del gruppo motore e della ruota posteriore di uno scooter comprendente il dispositivo secondo la presente invenzione; e

la figura 6 è una vista prospettica in esploso del dispositivo di figura 2.

Con riferimento alla figura 1, viene illustrato uno schema a blocchi che riassume il funzionamento di un dispositivo per l’azionamento della frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica secondo la presente invenzione.

Per inciso, con il termine scooter si intenderà quella una categoria di motoveicoli, dalla caratteristica conformazione della scocca, detta “step-through”, ovverosia attraversabile nel tratto ribassato posto tra il sellino e lo scudo anteriore. Tali veicoli sono normalmente a due ruote ma, in alcuni casi, a tre ruote e, i medesimi concetti inventivi che saranno illustrati a seguire potranno essere applicati anche a quest’ultimo tipo di veicoli.

In generale, uno scooter elettrico comprende un motore elettrico M, un’unità di controllo CU del motore, ovverosia il drive motore. L’unità di controllo CU è perciò collegata al comando dell’acceleratore 3, ad un gruppo batterie BP e, ovviamente, al motore stesso.

Secondo una forma di realizzazione preferita, unità di controllo CU e motore elettrico M sono ospitati all’interno di un unico gruppo motore 1, illustrato in maggiore dettaglio nelle figure 5A e 5B, all’interno del quale sono inoltre presenti i componenti di un freno meccanico 5, come si vedrà in dettaglio a seguire.

In aggiunta, connesso al gruppo motore 1, è presente un gruppo formato da ruota, cerchione e pneumatico 4, sul quale agisce sia il motore elettrico, sia il freno meccanico. Contrariamente agli scooter realizzati secondo tecnica nota, l’unità di controllo CU è connessa anche ad un comando del freno meccanico 20, ad esempio realizzato tramite una leva di azionamento, illustrata nelle figure 3 e 4.

In dettaglio, il dispositivo secondo la presente invenzione comprende mezzi di rilevamento di un’azione di frenata meccanica, realizzati nella presente forma di realizzazione tramite un microswitch 21, che generano un segnale di frenata SBa seguito dell’azionamento del freno meccanico, in particolare della leva 20.

I mezzi di rilevamento 21 sono quindi associati all’unità di controllo CU che quindi, come precedentemente segnalato e contrariamente agli scooter realizzati secondo tecnica nota, è collegata anche al comando del freno meccanico, tramite il microswitch 21.

Come accennato in precedenza, l’unità di controllo CU, oltre ad essere preposta all’azionamento ed al controllo del motore per l’avanzamento del veicolo, prevede anche la possibilità di commutare il funzionamento del motore in maniera che si comporti come generatore elettrico, in altre parole attivando il sistema di frenata a recupero. Tale attivazione può anche essere effettuata analogamente agli scooter noti, vale a dire tramite un controllo di coppia o tramite un apposito comando.

In aggiunta o alternativa, il dispositivo secondo la presente invenzione prevede quindi che, a seguito del ricevimento di un segnale di frenata SB, generato dal microswitch quanto viene azionato il comando del freno, l’unità di controllo CU commuti l’azionamento del motore elettrico M a generatore elettrico. In questo modo, si otterrà una tensione elettrica per la ricarica del gruppo batterie BP e, al tempo stesso, verrà generata una coppia elettromagnetica frenante che, chiaramente, verrà trasmessa al gruppo ruota, cerchione, pneumatico 4, rallentando quindi l’avanzamento del veicolo. In questo modo, l’azionamento del comando del freno meccanico genererà la contemporanea azione frenante di tipo meccanico e di tipo elettromagnetico, consentendo quindi di ottenere, a parità di potere frenante una minore usura dell’impianto frenante meccanico.

In altre parole, grazie all’ausilio della frenata a recupero, a parità di azione esercitata sulla leva di azionamento del freno meccanico, si otterrà una frenata maggiore rispetto agli scooter realizzati secondo tecnica nota. In pratica, sarà sufficiente premere meno la leva del freno per ottenere la stessa frenata degli scooter tradizionali.

Vantaggiosamente, peraltro, il guidatore non dovrà in alcun modo variare le modalità di guida del veicolo ma semplicemente noterà una frenata più potente rispetto agli scooter tradizionali.

I vantaggi legati all’utilizzo del dispositivo secondo la presente invenzione sono quindi ben evidenti, consentendo un minor utilizzo dell’impianto frenante meccanico, e quindi una minore usura dello stesso, in particolare delle pastiglie. Tali vantaggi, in aggiunta, non comportano alcuna difficoltà di guida aggiuntiva al conducente, contrariamente ai sistemi di attivazione delle frenata a recupero noti.

Con riferimento quindi alle figure 3 e 4, viene illustrato in dettaglio l’utilizzo del dispositivo secondo la presente invenzione in uno scooter elettrico.

In particolare, il microswitch 21 viene collocato in corrispondenza di una porzione di supporto 22 di una leva di azionamento 20 ad un braccio 26 del manubrio dello scooter. In questo modo, il microswitch 21 può generare il segnale di frenata SBa seguito della rotazione della leva di azionamento 20, come illustrato in figura 4.

Pertanto, la rotazione della leva 20 agirà contemporaneamente sull’impianto frenante, ad esempio tramite il cavo 23 alloggiato in un’apposita guaina 24 e che agisce su una pompa freno 51, illustrata in figura 5B, e sull’unità di controllo CU, tramite la trasmissione del segnale SBper mezzo del cavo 25.

Si può quindi notare come tale soluzione costruttiva sia particolarmente semplice ed economica.

In alternativa, in figura 2 viene illustrata una seconda forma di realizzazione del dispositivo secondo la presente invenzione. Tale forma di realizzazione verrà descritta solo con riferimento agli aspetti che si differenziano rispetto alla forma di realizzazione precedentemente descritta. Inoltre, per gli elementi comuni ad entrambe le forme di realizzazione verranno utilizzati gli stessi numeri di riferimento.

Come si può notare dallo schema a blocchi di figura 2, nella presente forma di realizzazione il gruppo motore 1 comprende ulteriormente un sensore di pressione 55 collegato al circuito idraulico dell’impianto frenante dello scooter.

In questo caso, come illustrato nelle figure 5B e 6, il sensore di pressione 55 è collegato ad un condotto di alta pressione 54 per azionare il freno meccanico 5, che nel presente esempio è realizzato tramite il disco 52 e la rispettiva pinza 53.

Il sensore di pressione 55 è collegato in modo da rilevare l’aumento della pressione del liquido all’interno del condotto di alta pressione 54 che avviene a seguito di un’azione di frenata. Più precisamente, la pressione del liquido all’interno del condotto di alta pressione 54 viene aumentata a seguito dell’azione della pompa freno 51 azionata a seguito della rotazione della leva 20, connesse tramite il cavo 23, come precedentemente illustrato. Di conseguenza, nella presente forma di realizzazione, i mezzi di rilevamento sono implementati tramite il sensore di pressione che, una volta rilevato l’aumento di pressione, genera il segnale di frenata SB, che viene quindi trasmesso all’unità di controllo CU.

In questo caso, a differenza della forma di realizzazione precedente, sarà possibile definire un segnale di controllo della frenata SBvariabile, in particolare proporzionale all’aumento di pressione del liquido all’interno di detto condotto di alta pressione 54 che si verifica a seguito della frenata. In questo modo, si potrà prevedere che l’unità di controllo commuti il motore elettrico in maniera tale che produca una coppia elettromagnetica frenante anch’essa proporzionale all’aumento di pressione nel condotto 54.

Tale soluzione è perciò particolarmente vantaggiosa in quanto consente, oltre ai vantaggi precedentemente illustrati, di avere una frenata a recupero coordinata in maniera ottimale con la frenata meccanica e al tempo stesso di massimizzare l’energia recuperata durante la frenata del veicolo.

Se invece lo scooter è fase in accelerazione, vale a dire il veicolo ha una velocità reale inferiore alla velocità obiettivo imposta tramite l’acceleratore, l’azionamento del microswitch o della sensore di pressione, diminuisce la coppia di accelerazione di un parametro tarabile. Tale parametro potrà essere tarato in maniera tale che al massimo possa essere annullata la coppia motore o eventualmente potrà essere definito in maniera variabile, in funzione della pressione rilevata nell’impianto di frenatura. Pertanto, se il guidatore accelera e frena contemporaneamente, lo scooter accelererà con una coppia minore. Ciò, oltre a migliorare il rendimento, ottiene il risultato di rendere più guidabile lo scooter a bassa velocità.

In aggiunta, la relazione tra aumento di pressione nel condotto 54 e entità della frenata a recupero, potrà essere variata sulla base delle esigenze di utilizzo, ad esempio nel caso in cui lo scooter sia usato per servizi trasporto, ed ai diversi stili di guida.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito esposte.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per l’azionamento di un sistema di frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica, comprendente mezzi di rilevamento di un’azione di frenata meccanica (21, 55), atti a generare un segnale di frenata (SB) a seguito dell’azionamento di un comando di freno meccanico (20), ed un’unità di controllo (CU) per commutare l’azionamento del motore elettrico (M) in maniera tale che funzioni come generatore elettrico, detti mezzi di rilevamento (21, 55) essendo associati a detta unità di controllo (CU), caratterizzato dal fatto che il motore elettrico (M) viene commutato a generatore a seguito del ricevimento di detto segnale di frenata (SB), in maniera tale che da ricaricare un gruppo batterie (BP) e generare una coppia elettromagnetica frenante.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di rilevamento comprendono un microswitch (21).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui detto microswitch (21) genera detto segnale di frenata (SB) a seguito della rotazione di una leva di azionamento (20) di detto comando di freno meccanico.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui detto microswitch (21) è fissato ad una porzione di supporto (22) per supportare la leva di azionamento (20) ad un braccio (26) del manubrio dello scooter.
5. 5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detti mezzi di rilevamento comprendono un sensore di pressione (55) atto a rilevare la pressione di un circuito idraulico di azionamento (51, 54) della frenata meccanica.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui detto sensore di pressione (55) è collegato ad un condotto di alta pressione (54) atto ad azionare un freno di tipo meccanico (5, 52, 53), in maniera da rilevare un aumento della pressione del liquido all’interno di detto condotto (54) e generare detto segnale di frenata (SB).
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui detto segnale di controllo della frenata (SB) è proporzionale all’aumento di pressione del liquido all’interno di detto condotto di alta pressione (54) che si verifica a seguito di un’azione di frenata meccanica, la coppia elettromagnetica frenante generata dal motore elettrico (M) essendo proporzionale all’aumento di pressione rilevato da detto sensore di pressione (55).
8. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui la pressione del liquido all’interno del condotto di alta pressione (54) aumenta a seguito dell’azione di una pompa freno (51) azionata tramite detto comando di freno meccanico (20).
9. 9. Metodo per l’azionamento di un sistema di frenata a recupero in scooter a propulsione elettrica comprende i passi di: • generare un segnale di frenata (SB) a seguito di un’azione di frenatura meccanica; • commutare il funzionamento del motore elettrico (M) da motore a generatore per ricaricare un gruppo batteria (BP) dello scooter, in maniera tale da generare una coppia elettromagnetica frenante, a seguito del rilevamento di detta azione di frenatura meccanica.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui detto segnale di frenata (SB) è generato tramite un microswitch (21) quando viene commutato tramite la rotazione di una leva di azionamento (20) di un comando di freno meccanico.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui detto segnale di frenata (SB) è generato tramite il rilevamento di variazioni di pressione all’interno di un circuito idraulico di azionamento (51, 54) della frenata meccanica.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detto segnale di frenata (SB) è variabile proporzionalmente all’aumento di pressione all’interno del circuito idraulico di azionamento (51, 54) della frenata meccanica, la coppia elettromagnetica frenante generata dal motore essendo proporzionale a detto segnale di frenata (SB).