MX2014010612A - Aparato de regeneracion hidraulica. - Google Patents

Aparato de regeneracion hidraulica.

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Daniel S Johnson
D Jude Hueber Jr
Jonathan I Reynolds
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Lightning Hybrids Inc
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Abstract

Se describe un sistema de regeneración de motor/bomba hidráulico para recuperar energía de un vehículo en movimiento que tiene una alta eficiencia y un control preciso, permitiendo de este modo que la cantidad máxima de energía sea recuperada y reutilizada. Tres bombas/motores de desplazamiento fijo son utilizadas para permitir que el sistema recupere y reaplique energía en la eficiencia esperada para que sea mayor de 70% en la mayoría de las circunstancias. La invención no está limitada al uso de tres unidades hidráulicas de desplazamiento fijo ya que utilizan más unidades que pueden en algunos ciclos de impulso mejorar además la eficiencia. Al seleccionar una combinación apropiada de unidades de bomba/motor para proporcionar un movimiento de torsión de un eje-impulsor (4d) requerido mediante el controlador, las modalidades de la presente invención generan una alta eficiencia de recuperación a cualquier velocidad.

Description

APARATO DE REGENERACIÓN HIDRÁULICA REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS La presente solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos Número 61/606,556 para el “Aparato de Regeneración Hidráulico” por Daniel S. Johnson y colaboradores, que fue presentada el 05 de Marzo, 2012, el contenido total, el cual es incorporado específicamente en el presente por referencia por todo lo que se revela y enseña.
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a la regeneración de energía hidráulica y, más particularmente, al uso de bombas/motores de desplazamiento fijo para recuperar energía de un vehículo y utilizar esta energía para complementar la energía del motor principal para ahorrar combustible.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Aunque el trabajo en la mejora de la economía del combustible se ha expandido en años recientes para todas las clases de vehículos con el incremento en el costo de combustible y energía en general, el combustible consumido por los camiones ha estado creciendo a un índice rápido que aquel para los autos para pasajeros, quizá debido a la disponibilidad más limitada de dicha teenología ya que muchos camiones ya utilizan motores diésel eficientes, y las limitaciones de peso asociadas con estos vehículos. f Los sistemas de frenado típicos convierten fácilmente la energía de movimiento del vehículo en calor mediante la fricción que frena el vehículo. Los sistemas complejos se han diseñado para recuperar parte de esta energía y reintroducirla en el sistema para que la energía no se desperdicie. Los métodos para lograr esto incluyen sistemas mecánicos 5 de almacenamiento tales como volantes, almacenamiento eléctrico de energía en las baterías y almacenamiento hidro-neumático de la energía mediante la compresión de un gas utilizando un fluido hidráulico. Estos métodos incluyen generalmente una transmisión para la extracción de energía del sistema y la entregarla a un dispositivo de almacenamiento de energía. En los sistemas eléctricos, una transmisión transfiere 10 energía desde el sistema a un generador eléctrico que carga un banco de baterías. La transmisión está diseñada para optimizar la eficiencia del sistema de carga y de acomodar su densidad de potencia específica. Por ejemplo, un banco de baterías sólo puede aceptar la energía eléctrica a una tasa específica. Como una consideración práctica, un operador de vehículo debe controlar el vehículo para las condiciones actuales de tráfico y 15 las carreteras que están cambiando constantemente. Por lo tanto, la optimización de la recuperación de energía a través de componentes discretos convierte los límites difíciles y superiores a la cantidad de energía que puede ser recuperada rápidamente. Los sistemas de recuperación mecánicos e hidráulicos también se ven afectados por su naturaleza discreta, y la optimización es difícil. Sistemas de recuperación de energía requieren un 20 alto grado de variabilidad en su tasa de recuperación de energía, manteniendo altas eficiencias de conversión.
Con la gran masa asociada con camiones, la regeneración y reutilización de cantidades significativas de energía en los subsistemas de híbridos de frenado puede ser 25 alta, lo que hace a los elementos de propulsión y de almacenamiento hidráulico atractivos para aplicaciones en camiones ya que se caracterizan por una mayor densidad de T J potencia en comparación con sus contrapartes eléctricas. Es decir, como un dispositivo de almacenamiento de energía, un acumulador hidráulico tiene la capacidad de aceptar altos índices y altas frecuencias de carga/descarga, ambos de los cuales como se ha dicho no son favorables para las baterías. Sin embargo, la capacidad de energía relativamente baja 5 del acumulador hidráulico requiere una estrategia de control diseñada cuidadosamente, de modo que el potencial de economía de combustible pueda llevarse a cabo.
Los métodos de recuperación de energía hidráulica actualmente en la práctica utilizan una bomba hidráulica con desplazamiento variable para mover fluido desde una 10 fuente de baja presión en una región de alta presión, tal como un acumulador hidroneumático. Para las bombas hidráulicas convencionales tipo-pistón y motores, el desplazamiento variable se consigue por medios mecánicos y/o cambios hidráulicos de la carrera de los pistones. El control de desplazamiento dicta la velocidad a la cual la energía se recupera o se retira del vehículo en movimiento. Una vez que se recupera 15 suficiente energía del sistema, el fluido hidráulico a alta presión se puede utilizar para convertir un motor hidráulico y entregar de nuevo la energía al sistema de modo que el motor primario no necesite generar tanta energía. En los índices de recuperación de energía específicos (los índices de flujo a través de la bomba), la bomba y el motor pueden operar de manera eficiente. Sin embargo, pequeñas variaciones de los índices de 20 recuperación específicos pueden afectar a la eficiencia de recuperación; por ejemplo, en ciertos desplazamientos la bomba y el motor pueden ser volumétrica y mecánicamente eficientes, pero pequeñas desviaciones de estas condiciones pueden causar una generación de calor en el interior de la bomba y la pérdida de fluido en la interfase de baja a alta presión.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente invención superan las desventajas y limitaciones de la téenica anterior proporcionando un sistema de recuperación de energía para la gestión movimiento de torque a las ruedas de un vehículo independiente de la fuente de alimentación.
Otro objeto de las modalidades de la invención es proporcionar un sistema de regeneración de energía para disminuir el funcionamiento de las condiciones transitorias y evitar condiciones de carga para un vehículo de motor que causa energía que se utilizará de manera ineficiente en un rango de índices de recuperación de energía.
Aún otro objeto de las modalidades de la invención es recuperar, almacenar y volver a aplicar la energía cinética de un vehículo en movimiento, de tal manera que el motor primario del vehículo utilice menos energía para acelerar el vehículo.
Aún otro objeto de las modalidades de la presente invención incluye la coordinación de la operación de una fuente de alimentación primaria y una fuente de alimentación suplementaria, para maximizar el ahorro de combustible al tiempo que satisface las limitaciones de rendimiento.
Los objetos adicionales, ventajas y nuevas características de la invención se expondrán en parte en la descripción que sigue, y en parte serán evidentes para los expertos en la técnica tras el examen de lo siguiente o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención. Los objetos y ventajas de la invención se pueden llevar a cabo y alcanzar por medio de las dependencias y combinaciones particularmente señaladas en las reivindicaciones adjuntas.
Para lograr lo anterior y otros objetos, y de acuerdo con los propósitos de la presente invención como se realiza y describe ampliamente en el presente documento, el aparato de regeneración hidráulico para un vehículo de motor que tiene un motor, una transmisión y un eje motor, el aparato de regeneración comprende: al menos dos bombas/motores hidráulicos de desplazamiento fijos; un engranaje planetario de manera giratoria dispuesto entre la transmisión y el eje de accionamiento; un primer engranaje planetario que engrana en comunicación con el engranaje planetario; un segundo engranaje planetario que engrana en comunicación con el engranaje planetario; al menos dos miembros de embrague hidráulicos, un primer miembro de embrague hidráulico de al menos dos miembros de embrague de forma giratoria para acoplar una de las primeras dos bombas/motor con el primer engranaje planetario, y un segundo embrague hidráulico de al menos dos miembros de embrague para acoplar una de las segundas bombas/motores con el segundo engranaje planetario; un acumulador hidráulico de baja presión que contiene fluido a presión; un acumulador hidráulico de alta presión que contiene fluido a presión; un múltiple hidráulico multifunción para colocar dicha primera bomba/motor en comunicación de fluido con el acumulador de baja presión y el acumulador de alta presión, y para colocar la segunda bomba/motor en comunicación de fluido con el acumulador de baja presión y dicho acumulador de alta presión, para controlar la salida del movimiento de torque de la primera bomba/motor y la segunda bomba/motor del eje impulsor, y para controlar el movimiento de torque absorbido por la primera bomba/motor y dicha segunda bomba/motor desde el eje motor; un sensor de posición del acelerador del vehículo; un sensor de posición del pedal del freno; y un control electrónico para recibir información del acumulador de alta presión y el acumulador de baja presión, la información de posición del pedal del freno, y la información de la posición del acelerador, y para controlar el múltiple hidráulico multi-función.
En otro aspecto de la presente invención, y de acuerdo con sus objetivos y propósitos, el aparato de regeneración hidráulico para un vehículo de motor que tiene un motor, una transmisión y un eje motor, en el presente documento incluye: al menos dos bombas/motores hidráulicos de desplazamiento fijo; un engranaje planetario dispuesto de manera giratoria entre la transmisión y el eje de motor; un embrague de garras para aislar mecánicamente el engranaje planetario desde el eje motor; una placa del sincronizador para hacer coincidir la velocidad de rotación del engranaje planetario a la velocidad de rotación del eje motor; un primer engranaje planetario que engrana en comunicación de engrane con el engranaje planetario para engranar de manera giratoria la primera de al menos dos bombas/motores; un segundo engranaje planetario en comunicación de engrane con el engranaje planetario para rotativamente acoplar la segunda de al menos dos bombas/ motores; un acumulador hidráulico de baja presión que contiene fluido a presión; un acumulador hidráulico de alta presión que contiene fluido a presión; un múltiple hidráulico multifunción para la colocación de la primera bomba/motor en comunicación de fluido con el acumulador de baja presión y el acumulador de alta presión, y para la colocación de la segunda bomba/motor en comunicación de fluido con el acumulador de baja presión y el acumulador de alta presión , para controlar el movimiento de torque de salida de la primera bomba/motor y la segunda bomba/motor al eje motor, y para controlar el movimiento de torque absorbido por la primera bomba/motor y la segunda bomba/ motor de dicho eje motor; un sensor de posición del acelerador del vehículo; un sensor de posición del pedal de freno; y un control electrónico para recibir información de la presión desde el acumulador de alta presión y el acumulador de baja presión, la información de posición del pedal de freno, y la información de posición del acelerador, y para controlar el múltiple hidráulico multi-función.
Los beneficios y ventajas de las modalidades de la presente invención incluyen, pero no se limitan a, proporcionar un aparato y un método para recuperar, almacenar y reaplicar la energía cinética de un vehículo en movimiento de tal manera que el motor primario del vehículo utiliza menos energía para acelerar el vehículo, mientras opera en la eficiencia máxima posible sobre todo el rango de índices de recuperación de energía requeridos, maximizando la economía del combustible, y satisfaciendo las restricciones de rendimiento, tales como el rendimiento de frenado y aceleración.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos que le acompañan, estás incorporados en y forman una parte de la especificación, ilustran las modalidades de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. En los dibujos: La Figura 1 es una representación esquemática de una modalidad del aparato de regeneración hidráulico de la presente invención que ilustra los componentes principales de estos en cooperación con los componentes asociados de un vehículo.
La Figura 2 es una representación esquemática de los componentes del múltiple hidráulico multi-función de la Fig. 1.
La Figura 3 es una representación esquemática de la vista superior en perspectiva de una estructura para retener los componentes de una modalidad de un aparato de regeneración hidráulico de la presente invención para la instalación de un sistema en un vehículo, o eliminación del mismo.
La Figura 4 es una representación esquemática de una vista superior en perspectiva de la estructura mostrada en la Fig. 3 instalada en un vehículo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Brevemente, las modalidades de la presente invención incluyen un aparato y método para la regeneración hidráulica que tiene una amplia gama de aplicaciones y usos. Las modalidades de la invención pueden controlar con precisión el eje del movimiento de torque con la capacidad de recuperar la energía que normalmente se desperdicia en otros dispositivos de manejo del movimiento de torque. La energía recuperada se puede utilizar para regresar al movimiento de torque del sistema cuando de otro modo tendría que ser generado por una fuente de energía tal como un motor eléctrico o un motor de combustión interna. Las modalidades de la invención se pueden utilizar en vehículos híbridos, y son aplicables a cualquier situación donde el eje del movimiento de torque va a ser controlado y recuperado y la reasignación de energía son deseables. Los sistemas de frenos, transmisiones infinitamente variables, y la recuperación de energía del eje, así como aplicaciones de estos dispositivos, están incluidos. El presente regenerador hidráulico es mayor que su componente discreto de partes tales como una bomba, motor y un acumulador hidro-neumático; más bien, es un dispositivo de transferencia de energía.
Las modalidades de la presente invención incluyen la coordinación de la operación de una fuente primaria de energía, típicamente un motor de combustión interna, y una fuente de alimentación suplementaria, tales como dos o más motores hidráulicos, para maximizar el ahorro de combustible al tiempo que satisface las limitaciones del rendimiento, con el objetivo de permitir que el aparato opere aproximadamente a la misma alta eficiencia en todo el rango de tasas de recuperación de energía requeridos. Otro objetivo del regenerador hidráulico es permitir el control secundario del motor primario. Si el motor primario es un motor eléctrico o un motor de combustión interna, su eficiencia se puede aumentar por la disminución de funcionamiento de las condiciones transitorias, y evitando las condiciones de carga que hacen que la energía se utilice de forma ineficiente. Este es el objetivo de transmisiones de variación continua y transmisiones automáticas que tiene cada vez mayor número de relaciones para permitir que el motor primario opere en un rango limitado de velocidad y carga.
Los componentes hidráulicos de las modalidades de la presente invención que permiten que la energía sea almacenada o liberada en el eje motor de un vehículo permiten que se hagan otras mejoras lo cual mejorará la eficiencia operativa de un vehículo. Una de estas mejoras es la adición de una bomba hidráulica auxiliar acoplada directamente al motor del vehículo a través de un mecanismo de embrague. Con esta adición, es posible almacenar la energía que de otra manera se perdería mediante el motor directamente. Por ejemplo, si el motor está funcionando a un movimiento de torque específico de frenos bajo y velocidades más altas, una gran cantidad de combustible que se está utilizando no impulsará un vehículo en el camino. En esta situación, la bomba hidráulica auxiliar puede estar acoplada al motor para mover el fluido desde el acumulador de baja presión al acumulador de alta presión, almacenando así energía. Esta energía almacenada se puede utilizar para accionar el vehículo cuando se requieran grandes cantidades de energía. La adición de esta bomba también simplifica las estrategias de operación de un motor apagado asegurando que siempre hay la mínima cantidad de energía almacenada para permitir que el vehículo sea propulsado por el aparato de regeneración hidráulico durante un tiempo suficiente para permitir que el motor se apague por una cierta cantidad de tiempo, tal como por una luz de parada u otra interrupción del tráfico.
Otra mejora hecha posible por la presencia del aparato de regeneración hidráulico es una bomba turbo-alimentada que puede lograr el mismo objetivo de operación como una bomba accionada por motor. El calor residual del motor hace girar un turbo-dispositivo que convierte una bomba unida a la misma a través de un dispositivo de embrague. De nuevo, la bomba mueve el fluido desde el acumulador de baja presión al acumulador de alta presión, almacenando de este modo energía, la cual puede ser utilizada varias veces durante la operación del vehículo para cualquier propósito que mejore la eficiencia global o incremente el rendimiento del vehículo.
Una botella de gas auxiliar, en comunicación con el puerto de carga del depósito de nitrógeno del acumulador de alta presión, también puede ser añadida. El volumen de gas de esta botella auxiliar es complementario al volumen del depósito de gas nitrógeno dentro del acumulador de alta presión, aumentando así el volumen de fluido hidráulico utilizable del acumulador de alta presión sin aumentar el volumen del propio acumulador de alta presión. Esta característica puede ser útil en las aplicaciones en las que se añade el dispositivo de regeneración hidráulico a los vehículos que tienen espacio limitado.
Las modalidades de la presente invención son eficientes en la recuperación de la energía cinética de un vehículo y el uso de la energía recuperada para complementar la potencia del motor primario para ahorrar combustible. Al menos dos, de las bombas/motores de desplazamiento fijo se utilizan para habilitar el sistema para recuperar y volver a aplicar energía a la eficiencia que se espera que esté por encima del 70% en la mayoría de circunstancias. Cabe señalar que mediante el uso de más de una bomba/ motor hidráulico, el desplazamiento hidráulico global del aparato puede ser cambiado por el sistema de control por medio del acoplamiento mecánico o hidráulico de la bomba/ motor al eje de accionamiento mediante un embrague mecánico o por descarga hidráulica en o más bombas/motores. La eficiencia mecánica e hidráulica global de estas bombas/motores es típicamente mayor a 90% en un intervalo de velocidades de operación y los diferenciales de presión a través de la bomba/motor para asegurar la eficiencia global máxima del sistema. El costo de la bomba/motor de desplazamiento fijo también es mucho menor que la bomba/motor de desplazamiento variable que tienen el mismo desplazamiento máximo. Además, los dispositivos de desplazamiento fijo pueden alcanzar velocidades de rotación más altas que permiten desplazamientos globales altos y movimientos de torque constantes de un dispositivo hidráulico relativamente pequeño. Por lo tanto, el uso de la bomba/motor de desplazamiento fijo permite que la presente invención sea una solución rentable para el recielaje de energía.
Sin embargo, la presente invención no está limitada al uso de cualquier número específico de unidades hidráulicas de desplazamiento fijo, al utilizar una bomba/motor pueden en algunos ciclos de conducción además mejorar la eficiencia. La teoría de control similar se aplica a cualquier número de unidades bomba/motor de desplazamiento fijo mayores a uno. Las bombas/motores de desplazamiento fijo son utilizadas, aunque se pueden proporcionar valores del movimiento de torque sin escalonamientos a través de un rango de velocidades tanto en absorción como en los modos de re-aplicación, las eficiencias pueden ser menores cuando el movimiento de torque modulado se aplica al eje motor. Al seleccionar una combinación apropiada de unidades de bomba/motor de desplazamiento fijo para proporcionar la cantidad de movimiento de torque al eje motor requerido por el operador, las modalidades de la presente invención generan una eficiencia de alta recuperación a cualquier velocidad.
La presente invención utiliza un algoritmo pre-cargado variable para tener en cuenta el cambio de ciclos de empuje y el cambio en masa de vehículos de manera que la recuperación de energía se logre siempre con alta eficiencia. Para lograr esto, los sistemas de alta y de baja presión son ligeramente más grandes que los requeridos para la eficacia máxima a plena carga. Mediante el ajuste de la cantidad de líquido restante en el acumulador de alta presión después de periodos de aceleración, la pre-carga prácticamente se puede ajustar. Por ejemplo, un acumulador de quince galones que tiene una pre-carga de gas de 1850 psi puede comportarse como un acumulador de diez galones que tiene 2775 psi de pre-carga sin cambiar la cantidad de gas de nitrógeno en el depósito. Si, por ejemplo, cinco galones de fluido hidráulico se bombean a un acumulador de 15 galones (volumen de gas) tiene una presión de gas inicial de 1850 psi, la presión de gas y por lo tanto la presión del fluido en el estado final de acuerdo con la lcy del gas ideal de Boyle será de 2775 psi. Es decir, P1 = 1850 psi, V1 = 15 gal., V2 = 10 gal., entonces P2 es 2775 psi. Dado que la tasa de velocidad de desaceleración o aceleración es proporcional al torque aplicado a las ruedas y a la masa del vehículo, el valor de la cantidad menor al movimiento de torque que se puede aplicar al eje de accionamiento se vuelve importante. Si la presión del fluido en el acumulador es demasiado alta cuando se inicia el frenado, el operador tendrá más torque de frenado de lo necesario y no será capaz de utilizar eficazmente el sistema de recuperación de energía hidráulica a medida que el frenado sea más vigoroso de lo deseado. Por el contrario, como se describirá más adelante, si la presión de fluido inicial es demasiado baja, el controlador tiene un movimiento de torque de frenado insuficiente y se requiere del uso de una mezcla del movimiento de torque suministrado por el sistema de recuperación de energía hidráulica y los frenos de base del vehículo. En cualquier situación el máximo potencial del sistema no se lleva a cabo Por lo tanto, una presión de fluido inicial de 1850 psi puede proporcionar la cantidad correcta de movimiento de torque para detener un vehículo 10,000 Ibm de acuerdo con los comndosdel operador y recuperar la energía a una velocidad alta. Sin embargo, si el vehículo se convierte en 2000 Ibm más pesado, la presión de fluido inicial de 1850 psi cuando el operador inicia el evento de frenado puede ser inadecuado para detener el vehículo. Por lo tanto, la presente invención, continuamente monitorea qué efecto de aceleración la bomba/motor proporciona a presiones específicas y resuelve la masa del vehículo. En una situación donde el vehículo se vuelve más pesado durante está operación, por ejemplo un autobús que recoge gente, el sistema de control electrónico del dispositivo de recuperación de energía hidráulico requiere más fluido para ser almacenado en el acumulador de alta presión de modo que la presión es mayor cuando los eventos de frenado son iniciados. En los paros sucesivos, o hasta que el sistema de control detecta que la masa del vehículo ha disminuido, el aparato será operado a grandes presiones las cuales causarán que el aparato tenga el mismo efecto de aceleración en los vehículos independientes de masa vehicular.
Por lo tanto, si el operador del vehículo presiona el pedal del acelerador, una unidad de control electrónica, a ser discutida en mayor detalle a continuación, utiliza la posición del pedal para determinar un valor de movimiento de torque solicitado. La unidad de control electrónica utiliza los valores de presión instantáneos de los acumuladores de alta y baja presión para determinar que tipos de diferencias de presión hay entre los puertos de entrada y salida de las bombas/motores hidráulicos. Una matriz almacenada en el software de la unidad de control electrónica contiene el movimiento de torque constante de cada una de las posibles combinaciones de las unidades de bomba/motor, como se determinó por los desplazamientos de las bombas elegidas y sus relaciones de engranajes mecánicos fijos del eje motor, como una tabla de consulta. La unidad de control electrónica convierte la posición del pedal en un valor del movimiento de torque solicitado por el operador, el cual es comparado con la tabla de consulta en la matriz. La unidad de control electrónica selecciona entonces una combinación de unidades bomba/motor que tienen un movimiento de torque constante que cuando se multiplica por la diferencia en la presión a través de los acumuladores de alta y baja presión se proporcionará un ligero movimiento de torque menor al del operador que está solicitando que dicha bomba/motor se acople a la línea de transmisión que está disponible para operar sin necesidad de acelerar. La prueba se llevó a cabo en las válvulas de control de presión proporcional seleccionadas para asegurar que si los motores son operados al 100% de la presión solicitada, habría poca pérdida de energía en las válvulas de control. De este modo, las bombas operan a su verdadera eficacia sin acelerar.
La posición del acelerador es monitoreada por la unidad de control electrónica y, dependiendo de la cantidad de energía que pueda ser suministrada por el sistema hidráulico, una señal modificada es enviada al motor desde la unidad de control electrónica. Ya que el sistema de control selecciona una combinación de bomba que proporciona un ligero movimiento de torque menor al del solicitado por el operador, el sistema de control electrónico utiliza la diferencia en el movimiento de torque entre el movimiento de torque de las unidades de bomba/motor que se entregarán y que serán solicitada por el operador, la unidad de control del motor del vehículo genera una señal de aceleración para dirigir el motor a operar a un porcentaje de energía total. La unidad de control electrónica continuamente monitorea el cambio en la velocidad del vehículo con respecto al tiempo para determinar la aceleración del vehículo y, durante el manejo, comparar continuamente la aceleración del vehículo con la cantidad de movimiento de torque que la unidad de control electrónica está comandando desde el motor y el sistema hidráulico. A partir de los diámetros de la rueda de impulso conocidos y el porcentaje del extremo posterior del vehículo, el software en la unidad de control electrónica calcula la masa del vehículo basada en la aceleración que es lograda a partir del valor del movimiento de torque calculado.
Como se estipuló anteriormente, para los vehículos de entrega y los vehículos de pasajeros, es común tener grandes cambios en la masa a través de la ruta de vehículos. Sin compensar por estos cambios de masa, la recuperación de energía se volverá más ineficiente. Los límites de aceleración y desaceleración están pre-programados en el software de la unidad de control electrónico, y utilizados para ajustar la presión mínima de los acumuladores de alta y baja presión. Por ejemplo, si un autobús de ciudad se detiene y abordan 2000 Ibm de personas y sus pertenencias, el software dentro del sistema de control electrónico calculará la masa del vehículo durante los siguientes ciclos de regeneración. Basado en la masa del vehículo en tiempo real la unidad de control electrónica determina cual es el movimiento de torque requerido mínimo que deberá ser para una conducción segura y práctica. Si la masa se incrementa, la unidad de control eléctrica comandará la presión más alta en el acumulador de alta presión después del siguiente evento de frenado. Por lo tanto, si el vehículo se calcula que pesa 10,000 Ibs, la unidad de control electrónica permitirá que el múltiple hidráulico multifuncional aplique flujo a las unidades hidráulicas hasta que una presión mínima (2200 psi, como ejemplo) llegue al acumulador de alta presión. Si durante el siguiente paso, el sistema de control determina que la masa del vehículo ha incrementado a 12,000 Ibm, la unidad de control electrónica comandará el múltiple hidráulico multifuncional para cesar la motorización a (2600 psi) en el acumulador de alta presión. Durante el siguiente evento de frenado, la constante del movimiento de torque máximo disponible en el valor más bajo de presión del acumulador de alta presión será suficientemente alto para mantener la misma sensación de frenado para el operador que cuando el vehículo pesaba 2000 Ibm menos. También, ya que el frenado del vehículo crea presión a partir de un valor inicial alto, la presión final también será más alta, lo cual permite que el sistema hidráulico aplique más movimiento de torque al sistema durante la aceleración lo cual además permite que el porcentaje del movimiento de torque del motor sea menor. Esto es importante para mantener una alta eficiencia de recuperación de energía.
Los componentes de las modalidades de la presente invención pueden ser colocados en una estructura modular, la cual permite que todo el sistema regenerador hidráulico se instale en o se remueva a partir de un vehículo como una unidad, si se requiere para mantenimiento y reparación. La estructura modular también permite que el sistema esté totalmente encargado fuera de una plataforma del vehículo. Típicamente, las modificaciones menores son requeridas para el vehículo para que la interfaz de la estructura hidráulica, la cual incluye el dimensionamiento del eje motor para la interfaz con el Modulo de Transferencia de Energía, el cual se describirá más adelante, y el reemplazo del pedal del freno como se discute a continuación.
Ahora se hará referencia en detalle a las modalidades presentes de la invención, ejemplos de los cuales se ilustran en los dibujos que le acompañan. En las FIGURAS, la estructura similar se identificará utilizando características de referencia idénticas. Se entenderá que las FIGURAS no tienen el propósito de describir las modalidades particulares de la invención y no tienen la intención de limitar la invención. Volviendo ahora a la Fig. 1, se ¡lustra una representación esquemática de una modalidad del aparato de regeneración hidráulico de la presente invención. Los componentes de una modalidad del múltiple hidráulico multifunción (carácter de referencia 3a de la Fig.1) se muestran en la Fig. 2 de esto. En la Fig. 1 , los caracteres de referencia tienen la letra “a” que representa los componentes hidráulicos; los caracteres de referencia tiene la letra “b” que representan los componentes de transferencia de energía mecánica los cuales son parte de un componente colectivamente referido como el PTM (módulo de transferencia de energía), 30b; los caracteres de referencia tienen la letra “c” que representan los componentes del sistema microcontrolador y los controladores asociados; y los caracteres de referencia que tienen la letra “d” representan los componentes que forman parte de cualquier vehículo para el cual las modalidades de la presente invención pueden ser empleadas, por ejemplo, los componentes identificados con la letra “d” son partes comunes de los automóviles modernos. Debe notarse que el aparato actual es suplementario a los vehículos de tracción existentes; esto es, no interfieren con la operación normal del vehículo de tracción.
En los carros y camiones existentes, la energía de rotación es producida por un motor primario 1 d, tal como un motor de combustión interna, como un ejemplo, el cual transfiere la energía a través del convertidor del movimiento de torque 2d a una transmisión automática 3d, la cual ajusta el movimiento de torque y el índice de velocidad entre su rotación de entrada y su rotación de salida. La rotación de salida de una transmisión automática 2d es mecánicamente fijada al eje motor 4d, la cual transfiere la energía de rotación desde la salida de la transmisión 3d ai diferencial 5d. El diferencial 5d a su vez transfiere la energía de rotación a las ruedas 6d de manera que el vehículo se mueva hacia adelante o hacia atrás, dependiendo de la dirección de rotación del eje de motor 4d. Cuando el vehículo se mueve hacia delante o hacia atrás, las ruedas también transfieren la potencia de rotación a traves de los ejes al diferencial 5d y del diferencial 5d del eje motor 4d. Las transmisiones automáticas modernas están diseñadas de una manera tal que minimizan la cantidad de potencia de rotación que es absorbida por la transmisión, y a su vez el motor de combustión interna 1d. Esto se logra generalmente mediante la prevención de flujo de potencia posterior a través de la transmisión al motor mediante el convertidor del movimiento de torsión. En los vehículos no modificados, la potencia de rotación de las ruedas 6d puede ser disipado para detener el vehículo mediante el uso de frenos de disco o de tambor que se aplican por fricción a un tambor o disco que está fijado rígidamente a las ruedas 6d. Esta es una manera eficaz para desacelerar o detener el movimiento de reversa o hacia adelante de un vehículo, pero en términos del motor primario que produjo la energía para acelerar el vehículo a una cierta velocidad hacia adelante o hacia atrás, simplemente convierte la energía cinética del vehículo en energía de calor a través de los sistemas de frenado convencional que es un desperdicio.
Se debe mencionar que cuando se haga referencia para monitorear la presión de varios de los componentes de las modalidades del presente aparato de regeneración hidráulico, dichas mediciones se realizan mediante los sensores de presión hidráulicos conocidos en la téenica.
Como se ha indicado anteriormente, un propósito de las modalidades de la presente invención es recuperar la energía cinética del movimiento del vehículo y usar cualquier parte de la energía cinética original que pueda ser capturada y almacenada para aceleraciones posteriores del vehículo sin la necesidad de la producción de energía adicional por la quema de combustible. Para lograr este objetivo, las modalidades de la presente invención funcionan en paralelo a la tracción del vehículo.
La forma en que las entradas del operador se reducen a las órdenes dirigidas al múltiple de control multifuncional, y esas operaciones del sistema que generan comandos afectan a las ruedas del vehículo, se explicarán ahora. Un operador tiene esencialmente dos medios de entrada en el presente aparato de regeneración hidráulico a través de la unidad de control electrónico del dispositivo de regeneración, 1c. Para afectar el movimiento de torque en las ruedas durante el frenado, el pedal de freno del vehículo es ya sea modificado o reemplazado. Similar al pedal del acelerador mencionado anteriormente, el pedal de freno que incluye una parte de la carrera en la parte superior de la carrera del pedal donde su movimiento puede ser monitoreado, refiriéndose a esto como la banda muerta, ya que el movimiento no afecta la operación de los frenos de base existentes de los vehículos. Esto es, aunque dicha banda muerta puede lograrse de varias formas, la banda muerta puede tener suficiente recorrido que es una buena solución para modular la porción de la demanda de freno es decir que debe cumplir con el sistema de recuperación, pero la caída de la situación del funcionamiento normal de los frenos de base son significativamente afectados o difíciles de usar. La dinámica del vehículo y la retroalimentación del operador generalmente permiten hasta una pulgada de movimiento en la región de la banda muerta. La banda muerta también puede ser tal que al final de su recorrido, el pedal es rígido y al menos mecánicamente fuerte como el pedal sin modificar. Para los propósitos de la presente invención, el recorrido de la banda muerta puede ser detectado, 32c, aún por un potenciómetro giratorio o lineal o cualquier otro medio que proporcione una señal de salida linealmente proporcional a la distancia que el pedal es presionada en la banda muerta. El pedal puede tener un resorte mecánico que devuelve el pedal a la posición cero cuando el pie del operador se retira del pedal, y la señal máxima corresponde a la posición del pedal donde se alcanza el final del recorrido de la banda muerta y el movimiento adicional afecta a los frenos de la base del vehículo, la posición real del pedal puede ser detectada por un potenciómetro u otro sensor cuyas muestras de la unidad de control electrónico van por lo menos diez veces por segundo. Se ha encontrado que es una velocidad de muestreo suficiente para la respuesta del vehículo apropiado. La unidad de control electrónica correlaciona las posiciones del pedal medidas con un porcentaje del movimiento de torque de frenado máximo que es seguro para proporcionar el sistema.
Cabe también mencionar que el aparato descrito anteriormente permite que los frenos de base del vehículo sean utilizados en cualquier momento dado. Si el sistema de regeneración hidráulico no está en uso, las funciones del pedal alargan el mismo como un pedal sin modificar. Si el freno se oprime rápidamente, como en una parada de pánico, el controlador interpreta la señal de freno que cambia rápidamente como un evento peligroso y evita que el aparato de regeneración hidráulico se accione de tal manera que el operador no pierda el control del vehículo. Asimismo cabe mencionar que es simplemente necesario que el pedal de freno tenga una sensación similar a un pedal permitiendo que el controlador detecte la posición del pedal. Para la eficiencia de recuperación de energía aceptable, la región de la banda muerta del recorrido del freno no debe afectar al funcionamiento de los frenos de base del todo, mientras mantiene una sensación idéntica al resto del recorrido del freno. Esto se puede lograr con servomotores eléctricos, resortes mecánicos electro hidráulicos, o por alguna combinación de dichos dispositivos.
El límite superior del par de frenado es ajustable a través de los cambios en el software del aparato, pero se ha encontrado que es proporcional al producto de la masa del vehículo y un límite superior de la deceleración de aproximadamente 0.2 g. Los valores significativamente por encima de este umbral de valores de deceleración pueden causar que el operador pierda el control del vehículo, y el sistema de frenado base es más adecuado para proporcionar la función de frenado. La cantidad mínima de esfuerzo de frenado que el sistema de regeneración hidráulico puede proporcionar no está dictada por la presión del acumulador de alta presión, sino más bien por el ajuste de la presión comandada por el elemento de la válvula de alivio de presión de frenado (6f de la Fig. 2). Una válvula con movimiento de torque de frenado solicitada se obtiene multiplicando el porcentaje de la carrera del pedal que es detectada por el sistema de control en relación con el recorrido completo en la banda muerta por un valor elegido en el intervalo entre 0 y 0.2 g de deceleración. El valor de desaceleración se multiplica por el diámetro de la rueda y la relación del extremo trasero, y se calcula el valor del movimiento de torque requerido que el sistema hidráulico debe proporcionar. Debido a que la bomba/motores se fijan en los dispositivos de desplazamiento, la cantidad de movimiento de torsión que pueden absorber está relacionada con este valor de desplazamiento y la diferencia del potencial en la presión entre sus puertos de entrada y salida, cuando se señalizan en la bomba. El desplazamiento de la bomba se multiplica por la eficiencia de la bomba y las consideraciones geométricas para producir un valor llamado la constante del torque de la bomba. Esta constante se multiplica por la relación de transmisión entre el engranaje planetario de que la bomba y el engranaje planetario para producir un valor llamado efecto de torque de la bomba. El efecto de torque de cada una de las tres bombas en la modalidad de la presente invención ilustrada se almacena en una tabla de consulta dispuesta junto con los efectos de torque derivados para acoplar cualquier combinación de dos o tres bombas a la vez.
El controlador monitorea las presiones en los acumuladores de alta y de baja presión durante el intervalo aproximado a medida que la posición del pedal se lee, y el software del controlador multiplica esta diferencia de presión con los valores en la matriz de las constantes del efecto de torque para determinar qué efecto de torque de cualquier bomba o combinación de los tres tendría en la línea de conducción del vehículo. La posición del pedal convertido a una variable del movimiento de torsión solicitada se compara entonces con los valores de la matriz para determinar qué bomba o combinación de bombas proporcionarán la cantidad de torsión más cercana a aquella solicitada por el operador al pisar el pedal del freno. La unidad de control electrónica del sistema luego comanda los embragues apropiados que acoplan las bombas elegidas para acoplar la línea de accionamiento. Una vez que los embragues se acoplan y las bombas comienzan a girar absorben la energía mediante la extracción de líquido del acumulador de baja presión y lo bombea hacia el acumulador de alta presión donde el fluido comprime el gas en el depósito y almacena energía. Si el operador solicita menos frenado que el mínimo que el sistema pueda proporcionar, el frenado puede hacerse de manera hidráulica, pero las válvulas de liberación de presión del frenado 6f y/o 7f de la Fig. 2 son ajustadas a una presión que se ajusta cuando se multiplica por el efecto constante del movimiento de torque de la bomba/motor, el movimiento de torque resultante corresponde a aquél solicitado por el operador. En una situación cuando las válvulas liberadoras de presión del freno son ajustadas a un valor de presión más bajo que el valor del acumulador de alta presión, toda la presión movida por la bomba regresará a la entrada de la bomba y ninguna energía se almacenará a través del esfuerzo de frenado que puede ser controlado todavía. En otras situaciones donde el operador solicita muy poco movimiento de torque al frenado o donde el movimiento de torque solicitado es mayor que aquel que es seguro recuperar donde el control del vehículo y la dinámica son preocupantes, la energía no es recuperada. Otro aspecto de las modalidades de la presente invención es que la velocidad de la bomba puede estar limitada por el software en el controlador. Las velocidades de la bomba pueden ser monitoreadas por cualquier medio convencional para determinar la velocidad del eje rotacional. Las bombas/motores no deberán ser operadas a velocidades más altas que aquellas calificadas para evitar daño a éstas. Si esto es impráctico para monitorear directamente la velocidad de la bomba/motor, esto se puede deducir a partir de la velocidad general del vehículo.
Como se describió anteriormente, en la otra entrada que tiene el operador es el pedal del acelerador. El pedal no tiene una banda muerta, pero requiere de un servo-control de la abertura del acelerador. En muchos vehículos modernos, el pedal de gas envía una señal a la unidad de control del motor la cual comanda un servo-motor fijado a la válvula de abertura del acelerador del motor para abrir proporcionalmente la posición del pedal del acelerador del operador. En la presente invención, los cables de la señal de la posición del pedal del acelerador del relé, 34c, a la unidad de control del motor son re-direccionados a y monitoreados por la unidad de control del sistema de recuperación de energía hidráulica, y las líneas de salida separadas a partir de la unidad de control del sistema de recuperación de energía hidráulica que son dirigidas a la unidad de control del motor la cual dirige la servo abertura del acelerador para mover la posición comandada. Más allá de esto, la posición del pedal de aceleración es utilizada de la misma manera que el pedal de freno modificado para controlar la cantidad de energía del motor producida y también cuánta energía se añade mediante el sistema de recuperación de energía hidráulica. En esta situación, la posición del pedal del acelerador correlaciona el movimiento de torque cero en el eje motor cuando el pedal está en la posición cero y el torque máximo cuando el pedal es presionado totalmente. La cantidad máxima de movimiento de torque es determinada por la cantidad de torque que el motor puede dirigir al eje motor a plena potencia en cualquier engranaje seleccionado. La unidad de control electrónica del sistema de regeneración de energía hidráulica 1c constantemente monitorea el bus CAN (red del área del controlador) del vehículo, 36d, y determina la selección de la marca actual de acuerdo con el índice de muestra apropiada. Por lo tanto, cuando un operador presiona el acelerador, la unidad de control electrónica hace referencia a la misma matriz como en el caso del frenado y nuevamente multiplica esa matriz mediante la diferencia en la presión entre los acumuladores de baja y alta presión. Nuevamente, dependiendo de cuanto movimiento de torque necesite el operador para la aceleración se selecciona la combinación apropiada de bomba/motor. Las válvulas de control de presión de motor apropiadas (8f y 9f de la Fig. 2) corresponden a las unidades de bomba/motor que son seleccionadas y dirigidas para incrementar la presión de entrada para aquellas unidades de bomba/motor a medida que lo engranes para aquellas unidades correspondientes sean acopladas.
En ambos casos de aceleración y frenado, si los valores del movimiento de torque seleccionados se cambian, el sistema de control continuamente buscará una mejor combinación de bombas para su uso. Sin embargo, se permite alguna cantidad del recorrido del pedal antes de ajustar la combinación en aras de la facilidad de conducción y el componente de desgaste.
Las modalidades de la presente invención tienen una característica de seguridad a modo de fallo de la unidad en el hogar, de manera que si hay un fallo importante del sistema de recuperación de energía, el sistema se puede desactivar y el vehículo funcionará de una manera normal sin la función de regeneración. En esta situación el embrague de garras (8b de la Fig. 1), o un dispositivo similar, puede ser desactivado y todos los componentes de la modalidad de la presente invención que se muestran serán completamente aislados del tren de accionamiento del vehículo existente. Tres niveles de protección contra la aceleración no deseada también se incluyen en las modalidades de la presente invención. En primer lugar, a fin de que una bomba/motor añada potencia a la línea de transmisión del vehículo, su respectivo embrague debe ser dirigido a la condición de encendido. Las válvulas que controlan la conexión del embrague son válvulas normalmente cerradas, de tal modo que si pierden la energía, ya sea hidráulica o eléctrica, van a estar apagadas o en un estado de baja energía, y por lo tanto no acoplarán la bomba/motor a su respectivo engranaje planetario. El segundo nivel de protección es la válvula de encendido/apagado del acumulador de alta presión de (3f de la Fig. 2), que es también una válvula normalmente cerrada de tal manera que se requiere una señal de control para que se abra. En un modo de fallo de energía, no será posible que esta válvula se abra. La tercera capa de protección contra el movimiento no deseado incluye las válvulas de control de presión de motorización. Si los embragues se congelan en la condición de acoplamiento, y la válvula de encendido/apagado de alta presión falla en la condición abierta, el estado predeterminado de las válvulas de control de presión de motorización (8f y 9f de la Fig. 2) es el ajuste de presión mínima o presión cero. Esto no permite que la presión se aplique a la entrada de la bomba/motor, lo cual se originaría en el motor. Los mismos sistemas evitan que el movimiento de torque para el frenado no deseado se aplique al sistema. La comprobación de errores en el sistema de control evita señales de frenado y aceleración erróneas en todo momento.
En otra modalidad de la invención, es posible aislar mecánicamente el aparato desde el tren de accionamiento por medio del embrague de garras 8b. Los elementos de embrague 5b y 6b no son necesarios y pueden ser eliminados. Cuando el engranaje planetario esté rotando las bombas/motores 5a y 6a también están girando con sus efectos de frenado controlados por las válvulas de alivio de presión de frenado en el múltiple hidráulico multifuncional. El embrague de garras puede desacoplar el engranaje planetario en el módulo de transferencia de energía desde el eje de accionamiento de tal manera que sólo el eje de accionamiento gire cuando se desacople del embrague de garra y ninguno de los componentes del aparato de regeneración se mueva. Esto se hace para reducir las pérdidas de engranajes cuando el vehículo en marcha y el aparato de regeneración hidráulico no están trabajando activamente. El embrague de garras puede ser acoplado con una placa del sincronizador de tal manera que la velocidad de la placa del sincronizador coincida antes con el engranaje planetario al eje motor y la carga sea colocada en los engranajes planetarios. El embrague de garras sólo se activa cuando se utiliza el sistema de frenado o de aceleración y, durante la operación en el tryecto del vehículo cuando no se está utilizando el aparato de regeneración, el aparato de regeneración se desacopla de la línea de accionamiento por el embrague de garras para evitar la introducción de las pérdidas en el sistema general.
Como se mencionó anteriormente, la botella de gas auxiliar, 38a, la bomba hidráulica auxiliar, 40a, el embrague, 41a, para acoplar y desacoplar la bomba hidráulica 40a al motor 1 d, y la bomba turbo-alimentada, 42a, se pueden añadir a las modalidades del presente aparato de regeneración hidráulico para mejorar la eficiencia de los mismos.
Como se ilustra en la figura 3, los componentes de las modalidades del presente sistema de regeneración hidráulico pueden fijarse a la estructura, 44b, que permite que el aparato sea instalado fácilmente en un vehículo. La estructura comprende un marco, 46b, que proporciona puntos de montaje para todos los componentes del aparato de regeneración hidráulico. La estructura puede ser añadida o removida de un vehículo, haciendo así el dispositivo de regeneración hidráulico un perno en el sistema de readaptación para vehículos. La estructura también permite que el sistema sea totalmente comisionado fuera de una plataforma del vehículo. Esto es útil cuando el aparato se utiliza sin vehículos y, en la situación donde se utiliza para un vehículo, el sistema puede poner en marcha y probarse fuera del vehículo antes de la instalación. Cabe señalar que todo el tendido de las mangueras, el cableado y otro conjunto se completan sobre la estructura y se separa del vehículo.
La Figura 4 muestra la estructura instalada en un chasis del vehículo. Típicamente, se requieren modificaciones menores en el vehículo para interactuar con la estructura hidráulica, que puede incluir el dimensionamiento del eje motor para interactuar con PTM 30b y la sustitución del pedal de freno como se discute a continuación. La configuración de la estructura, está adaptada al chasis particular del vehículo de motor, permitiendo una fácil instalación del sistema de regeneración hidráulico en un vehículo. La estructura puede ser asegurada al chasis del vehículo mediante pernos en U, 48b, para la modificación mínima al soporte del chasis. En algunas situaciones en las que un perno en U no es capaz de ser instalado debido a una interferencia vehículo, la estructura puede ser atornillada directamente al chasis. La presente estructura también permite la regeneración del sistema hidráulico para ser eliminado fácil y rápidamente si es necesario para su mantenimiento y reparación. Esto permite un tiempo de inactividad mínimo en caso de un fallo del sistema, ya que el vehículo puede ser reconfigurado fácilmente a su forma original.
Después de haber descrito las modalidades generales de la presente invención, ios siguientes ejemplos proporcionan detalles adicionales.
EJEMPLO 1 Las modalidades de la presente invención pueden operar en uno de tres modos. En el primer modo, los componentes hidráulicos del sistema están completamente desconectados de la línea de transmisión existente a través de embragues hidráulicamente activados 5b y 6b. En este modo los únicos componentes en el sistema que están activos son los engranajes planetarios 1b y los dos engranajes planetarios 2b y 4b. En la configuración mostrada, en cualquier momento que el eje de accionamiento 4d esté girando, los engranajes planetarios 1 b y los engranajes planetarios 2b y 4b también giran. Si se incluye, el movimiento de torque elevado, el embrague de garras 8b-desacopla los componentes mecánicos del sistema desde la línea de transmisión existente en el caso de un fallo o en los casos donde un largo recorrido del camino es requerido sin paradas e inicia lo que limita la eficacia de la presente invención. El modo en el que los engranajes planetarios están girando se conoce como el modo de inactividad hidráulica. Si los embragues 5b y 6b están acoplados, la bomba hidráulica/motores 5a y 6a se giran también. Además, si el aparato está configurado con un embrague de garras en lugar de los dos embragues separados 5b y 6b, la bomba/motores 5a y 6a también girarán en cualquier momento que el embrague de garra se acople. Con el fin de lograr un estado neutral hidráulico, las válvulas de alivio de presión de frenado 6f y 7F, acopladas a la salida de los dos motores de la bomba tendrán que ser ajustados al ajuste mínimo por el controlador 1c. La salida de las válvulas de alivio de la presión del freno 6f y 7f es acoplada al acumulador de baja presión 1 a y por lo tanto vinculada a las entradas de la bomba/motores hidráulicos lo que en efecto no hay ningún cambo en la presión a través de la bomba/motores y no impartirán el movimiento de torque al sistema.
EJEMPLO 2 El segundo modo, denominado el modo de frenado, se produce cuando una unidad de bomba/motor o alguna combinación de todas las unidades de bomba/motor absorbe la energía transferida de las ruedas 6d a través del diferencial 5d hacia el eje motor 4d al engranaje planetario 1b. Cuando un operador oprime el pedal de freno, la unidad de control electrónico del sistema 1c mide la posición del pedal de freno y determina la cantidad de desaceleración que el operador está solicitando. Ese valor de desaceleración se convierte a un valor de movimiento de torque deseado calculado mediante la medición de la diferencia de presión entre el acumulador de baja presión 1 a y el acumulador de alta presión 4a. El sistema de control 1c determina entonces que la bomba/motor 5a o 6a a traves de su índice de engranaje mecánico fijo o qué combinación de bombas/motores 5a y/o 6a a través de sus respectivos índices de engranajes mecánicos, proporcionarán aproximadamente el movimiento de torque de frenado negativo que el operador está solicitando. Una vez que la selección apropiada se ha hecho, la unidad de control electrónica 1 c comanda el múltiple hidráulico multifuncional 3a para acoplar los engranes apropiados 5b y o 6b, y comienza a girar de manera apropiada la bomba/motores 5a y/o 6a. En la situación en la que se utiliza un embrague de garras en lugar de los embragues planetarios separados, las válvulas de alivio de presión de frenado 6f se deben utilizar para la descarga de los motores hidráulicos que no están siendo utilizados para proporcionar el esfuerzo de frenado inmediato. En este caso, las válvulas de alivio de presión de frenado se establecen en su valor más bajo de manera que la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la bomba/motor sea mínima y por lo tanto su efecto de torsión en el eje motor sea mínimo. Las bombas/motores están acopladas hidráulicamente a los acumuladores de alta y baja presión 1 a y 4a a través del múltiple hidráulico del multifuncional 3a.
La Figura 2 muestra el circuito hidráulico que comprende el múltiple hidráulico del multifuncional 3a de la Fig. 1 , del mismo. Cuando el sistema de control electrónico del sistema 1c elige la combinación correcta de las bombas, se abren las válvulas de accionamiento del embrague apropiadas 25f y/o 26f de la figura.2.
La funcionalidad global de la circuitería hidráulica que permite a los embragues acoplarse se explicará ahora. Las unidades de embrague 5b y 6b son normalmente embragues abiertos que se acoplan cuando se presurizan con aceite. Loa embragues solo requieren de 150 psi con el fin de activar y transportar el movimiento de torque máximo permitido. Por lo tanto, el fluido del acumulador de baja presión es alimentado a través de la válvula de llberación/reducción de presión 22f con el fin de regular la presión del aceite a los embragues y evitar un daño a esto. La salida de la válvula de liberación/reducción de presión 22f tiene una conexión de fluido con las válvulas de control del embrague 25f y 26f. Por lo tanto, siempre habrá una presión regulada de aceite en las entradas de las válvulas 25f y 26f. Cuando el sistema de control electrónico comande un embrague para ser activado, éste abre la válvula 25f o 26f que surte a los embragues 5b o 6b con aceite presurizado, respectivamente, y los engranes adecuados se acoplan.
Cuando el engranaje asociado se acopla, la unidad bomba/motor hidráulica actúa como una bomba por defecto como resultado de la manera en que la bomba/motores están conectados. Cualquiera de las bombas/motores 5a o 6a, si se acoplan con sus engranajes planetarios respectivos 2b o 4b mediante embragues 5b o 6b, extraerá el fluido del acumulador de baja presión 1a de la Fig. 1 a través de su válvula de retención de entrada respectiva 11f o 12f de la Fig. 2. La bomba/motor entonces empuja el fluido a través de cualquiera de las válvulas de retención de salida 13F o 14f. Las válvulas de retención de entrada y salida permiten cualquier combinación de bombas/motores a utilizarse en cualquier condición de bombeo o monitoreo sin afectar la operación de las otras unidades. Las salidas de la bomba/motor están dirigidas a dos válvulas para cada bomba/motor dentro del múltiple hidráulico multifunción 3a, 6f, 7f,13f y 14f de la Fig. 2. Las válvulas 6f y 7f son válvulas liberadoras de presión de freno, y las válvulas 13f y 14f son válvulas de retención de salida para bombas/motores 5a y 6a, respectivamente, en la Fig. 2. Una vez que el fluido pasa a través de las válvulas de verificación de salida 13F o 14f, está atrapado o almacenado en el acumulador de alta presión 4a. Si el fluido pasa a través de la válvula de derivación de alta presión 6f o 7f, regresa al acumulador de baja presión 1a. La presión ajusta la etapa piloto de las válvulas de derivación de alta presión 6f y 7f que controla finalmente la presión en las salidas de las bombas, y por lo tanto controla el esfuerzo de frenado que las bombas/motores producirán si son bombeados en una válvula de presión menor a la presión de fluido del acumulador de alta presión. El sistema de control electrónico 1c continuamente monitorea la presión de fluido en el acumulador de alta presión 4a y la presión en la salida de las unidades de la bomba/motor 5a y 6a.
De esta manera, es controlada la contribución del movimiento de torque de las unidades de la bomba/motor acopladas. Cuando sea posible, el sistema de control electrónico 1c elige una combinación de la bomba/motor para frenar que reunirá la demanda del operador, mientras asegura que el fluido de esa bomba se está moviendo y transferido a partir del acumulador de baja presión 1 a hacia el acumulador de alta presión 4a. El sistema de control 1c elige la bomba o la combinación de bombas que proporcionarán un menor esfuerzo de frenado que aquel demandado por el operador basándose en la presión de fluido en los acumuladores de alta y baja presión 4a y 1a, respectivamente. Las válvulas de derivación de alta presión 6f y 7f son utilizadas solo cuando necesariamente permiten que el sistema hidráulico haga un ligero frenado cuando no es práctico dirigir el fluido hacia el acumulador de alta presión 4a. Las válvulas de derivación de alta presión 6f y 7f son también empleadas brevemente si el sistema de control 1c requiere una selección bomba/motor diferente. En esta situación, las válvulas de derivación de alta presión 6f y 7f, las cuales controlan la contribución del movimiento de torque del sistema hidráulico durante el frenado, pueden ser utilizadas para que coincidan con la contribución del movimiento de torque de dos combinaciones diferentes de bombas. Todas las otras válvulas en el sistema permanecen en su estado predeterminado durante el frenado.
EJEMPLO 3 El tercer modo de sistema es el modo de motorización, donde circula el fluido desde el acumulador de alta presión 4a al acumulador de baja presión 1a y aplica el movimiento de torque de aceleración positiva al eje motor de vehículo. Mediante la introducción de fluido a alta presión a las entradas de las unidades de bomba/motor, las unidades producen el movimiento de torque que se transfiere desde las unidades de la bomba/motor 5a y/o 6a a través de embragues accionados hidráulicamente 5b y/o 6b de los engranajes planetarios 2b y 4b, respectivamente, a través de engranaje planetario 1 b hacia el eje motor 4d, al diferencial 5d, y, finalmente, a las ruedas 6d. En este modo de operación, la unidad de control electrónica del sistema 1 c supervisa de nuevo la diferencia de presión de fluido entre el acumulador de alta presión 4a de la Fig. 1 y el acumulador de baja presión 1a de la figural. El sistema de control 1c calcula la cantidad de energía disponible de la diferencia de presión entre los acumuladores de alta y de baja presión, y donde la combinación bomba/motor puede utilizarse para satisfacer la demanda del operador. En este modo, sistema de control 1c monitorea continuamente el freno y las posiciones del pedal del acelerador. Si la unidad de control electrónica del sistema 1c detecta cualquier posición del pedal del freno, el sistema bloqueará el modo de motorización.
Si el operador pisa simultáneamente el pedal del acelerador y el pedal de freno, el sistema entrará en el modo de motorización. En esta situación, el sistema de control electrónico 1c utiliza la posición del pedal del acelerador para calcular el valor del movimiento de torque deseado, y evalúa la cantidad de energía disponible en el sistema hidráulico en base a la diferencia de presión entre los acumuladores de alta y baja presión. El sistema de control 1c también monitorea continuamente la velocidad de rotación de las unidades de bomba/motor para calcular un valor de eficiencia aproximado para las unidades de bomba/motor y corregir el valor del movimiento de torque disponible desde que la eficiencia hidráulica y mecánica total de la bomba/motores de desplazamiento-fijas es largamente determinada por la velocidad. Se selecciona la combinación apropiada de la bomba/motores necesarias para reunir la demanda del movimiento de torque establecida por el operador. El sistema de control 1 c abre la válvula de fase piloto de encendido/apagado de alta presión 4f. Esto pone la presión piloto en la válvula de fase principal de encendido/apagado de alta presión 3f y hace que se abra, lo que permite que el fluido a alta presión se mueva a las válvulas de control de presión motorizadas 8f y 9f. Las válvulas de control de presión motorizadas se componen de un orificio de compensación de presión, una etapa piloto y una etapa principal. Debido a la diferencia de presión entre la entrada y salida de la bomba se determina la cantidad de movimiento de torque de aceleración positiva que la unidad de bomba/motor puede proporcionar, esta diferencia de presión se controla mediante las válvulas de control de presión motorizadas. Las válvulas de retención de entrada 11f y 12F evitan que el fluido a alta presión pase por la salida de las válvulas de control de presión motorizadas 8f y 9f para volver al acumulador de baja presión 1a. Las válvulas de retención de entrada permiten que el fluido entre a la entrada de la bomba/motor 5a y 6a cuando la bomba/motores están trabajando en el modo de frenado. Una vez que la válvula de fase principal de alta presión de apagado/encendido se ha abierto, las válvulas de control de presión motorizadas se ajustan a una presión ligeramente superior a la presión del acumulador de baja presión. La válvula de derivación de alta presión 6f también se ajusta a alguna presión ligeramente mayor que el ajuste de las válvulas de control de presión motorizadas de las unidades de bomba/motor seleccionados. Esto asegura que los motores no giren, sino que las válvulas de retención de entrada de baja presión 11 F y 12F estén cerradas. En este punto, el sistema de control 1 c comanda al embrague apropiado, a las válvulas de encendido/apagado 25f y/o 26f en la que los embragues de las unidades de bomba/motor correspondan a sus engranajes planetarios. El sistema de control hace que la selección bomba/motor sea ligeramente menor que el movimiento de torque deseado por el operador suministrado por el sistema hidráulico.
El movimiento de torque restante es suministrado por el vehículo motor primario 1d de la Figural . Esto se hace para que las unidades de motor y el motor del vehículo se puedan operar con una eficiencia óptima. Siempre que sea posible, a continuación, las válvulas de control de presión de motor se utilizan para suavizar el acoplamiento del motor y cambiar las combinaciones bomba/motor durante el accionamiento. La unidad de control electrónica del sistema 1 c utiliza un algoritmo para combinar la potencia del motor con la potencia proporcionada por el sistema hidráulico. A medida que el fluido a alta presión en el acumulador de alta presión se agota, la unidad de control electrónica del sistema 1c comanda el motor del vehículo para agregar más energía mediante la ejecución de los cables de señal del acelerador desde el pedal del acelerador a la unidad de control electrónica del sistema 1c que tiene líneas separadas que envían la señal hacia la unidad de control del motor abastecida con el vehículo. Toda la comprobación de errores se deja intacta para que el motor no pueda ser suministrado con las señales de controles erróneos. Si la unidad hidráulica es capaz de suministrar toda la potencia solicitada que demanda el operador, el motor funcionará al ralentí hasta que el suministro de fluido a alta presión se haya agotado y la energía necesite ser complementada por el motor primario.
El uso de estos tres modos de la presente invención en general es eficiente y flexible en la recuperación de una energía cinética de los vehículos y se vuelve a aplicar al sistema.
La descripción anterior de la invención se ha presentado con fines de ilustración y descripción y no pretende ser exhaustiva o limitar la invención a la forma precisa descrita, y obviamente muchas modificaciones y variaciones son posibles a la luz de las enseñanzas anteriores. Las modalidades se eligieron y describieron para explicar mejor los principios de la invención y su aplicación práctica para permitir con ello que otros expertos en la téenica utilicen mejor la invención en varias modalidades y con varias modificaciones que son adecuadas al uso particular contemplado. Se pretende que el alcance de la invención se defina por las reivindicaciones adjuntas a la misma.

Claims (22)

REIVINDICACIONES
1. El aparato de regeneración hidráulico para un vehículo de motor tiene un motor, una transmisión y un eje motor, dicho aparato de regeneración comprende: al menos dos bombas/motores hidráulicos de desplazamiento fijos; un engranaje planetario de forma giratoria dispuesto entre dicha transmisión y dijo eje motor; un primer engranaje planetario en comunicación de acoplamiento con dicho engranaje planetario; un segundo engranaje planetario en comunicación de acoplamiento con dicho engranaje planetario; al menos dos miembros de embrague hidráulicos, un primer miembro de embrague hidráulico de dichos al menos dos miembros de embrague para acoplar de forma giratoria una primera al menos dos bombas/motores con dicho primer engranaje planetario, y un segundo embrague hidráulico de al menos dos miembros de embrague para acoplar una segunda de al menos dos bombas/ motores con dicho segundo engranaje planetario; un acumulador hidráulico de baja presión que contiene fluido a presión; un acumulador hidráulico de alta presión que contiene fluido a presión: un múltiple hidráulico multifunción para colocar dicha primera bomba/motor en comunicación de fluido con dicho acumulador de baja presión y dicho acumulador de alta presión, y para colocar la segunda bomba/motor en comunicación de fluido con dicho acumulador de baja presión y dicho acumulador de alta presión, para controlar el movimiento de torque de salida de dicha primera bomba/motor y dicha segunda bomba/motor a dicho eje motor, y para controlar el movimiento de torque absorbido por dicha primera bomba/motor y dicho segundo motor de la bomba del eje motor; un sensor de posición del acelerador del vehículo; un sensor de posición del pedal de freno; y un sistema de control electrónico para recibir información de la presión de dicho acumulador de alta presión y el acumulador de baja presión, la información de posición del pedal de freno, y la información de posición del acelerador, y para controlar dicho múltiple hidráulico multifunción.
2. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho sistema de control electrónico dirige la recuperación de la energía cinética de dicho eje motor de movimiento del vehículo que se almacena como un aumento de la presión del fluido en dicho acumulador de alta presión, y la disponibilidad de la energía recuperada en dicho acumulador de alta presión a dicho eje motor.
3. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho aparato de regeneración funciona en paralelo a dicha transmisión de dicho vehículo motor, en donde los frenos de base de dicho vehículo motor proporcionan frenado si dicho aparato de regeneración hidráulico no está activo.
4. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque dicho múltiple hidráulico multifunción comprende por lo menos dos circuitos de fluido hidráulicos, cada uno de los cuales por lo menos dos circuitos hidráulicos comprenden por lo menos dos válvulas de retención y por lo menos dos válvulas de control de presión, para dirigir dichas dos bombas/motores para bombear el fluido desde dicho acumulador de baja presión a dicho acumulador de alta presión, o recibir fluido a partir de dicho acumulador de alta presión para energizar por lo menos dos bombas/motores para abastecer el movimiento de torque a dicho eje motor.
5. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho múltiple hidráulico multifunción proporciona un fluido hidráulico para dicho primer embrague de al menos dos miembros de embrague hidráulicos y proporciona fluido hidráulico a dicho segundo embrague de al menos dos miembros de embrague hidráulicos.
6. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende un embrague de garras para aislar mecánicamente dicho embrague planetario de dicho eje motor; y una placa sincronizadota para que iguale la velocidad de rotación de dicho engranaje planetario con la velocidad de rotación de dicho eje motor.
7. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende una botella de gas auxiliar en comunicación de gas con dicho acumulador de alta presión.
8. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende una primera válvula normalmente de cierre a través de la cual el fluido hidráulico es abastecido para causar el acoplamiento de dicho primer miembro de embrague hidráulico; y una segunda válvula normalmente de cierre a través de la cual el fluido hidráulico es abastecido para causar acoplamiento de dicho primer miembro de embrague hidráulico.
9. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende una válvula normalmente de cierre a través de la cual el fluido hidráulico es abastecido a y sale de dicho acumulador de alta presión.
10. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende una estructura en donde dicho aparato de regeneración se fija, dicha estructura se adapta para ser instalada de manera reversible en dicho vehículo de motor.
11. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende una bomba hidráulica auxiliar; y un miembro de embrague para acoplar y desacoplar dicha bomba hidráulica auxiliar a dicho motor de dicho vehículo de motor para mover el fluido hidráulico a partir de dicho acumulador de baja presión a dicho acumulador de alta presión.
12. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende una bomba turbo impulsada para utilizar el calor residual de dicho motor para mover el fluido hidráulico de dicho acumulador de baja presión a dicho acumulador de alta presión.
13. El aparato de regeneración hidráulico para un vehículo de motor tiene un motor, una transmisión y un eje motor, dicho aparato de regeneración comprende: por lo menos dos bombas/motores hidráulicos de desplazamiento fijo; un engranaje planetario rotatorio dispuesto entre dicha transmisión y dicho eje motor; un embrague de garras para aislar mecánicamente dicho embrague planetario desde dicho eje motor; una placa del sincronizador para que concuerde con la velocidad de rotación de dicho engranaje planetario a la velocidad de rotación de dicho eje motor; un primer engranaje planetario en comunicación de acoplamiento con dicho engranaje planetario para acoplar de manera rotatoria una primera bomba/motor’ de al menos dos; un segundo engranaje planetario en comunicación de acoplamiento con dicho engranaje planetario para acoplar de manera rotatoria un segundo de al menos dos bombas/motores; y un acumulador hidráulico de baja presión que contiene fluido presurizado; un acumulador hidráulico de alta presión que contiene un fluido presurizado; un múltiple hidráulico multifunción para colocar dicha primera bomba/motor en comunicación de fluido con dicho acumulador de baja presión y dicho acumulador de alta presión, y para colocar la segunda bomba/motor en comunicación de fluido con dicho acumulador de baja presión y dicho acumulador de alta presión, para controlar el movimiento de torque de salida de dicha primera bomba/motor y dicha segunda bomba/motor a dicho eje motor, y para controlar el movimiento de torque absorbido por dicha primera bomba/motor y dicha segunda bomba/motor desde dicho eje motor; un sensor de posición de aceleración del vehículo; un sensor de posición del pedal de freno; y un control electrónico para recibir información de presión de dicho acumulador de alta presión y un acumulador de baja presión, la información de la posición del pedal de freno, y la información de la posición del acelerador, y para controlar dicho múltiple hidráulico multi-función.
14. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho sistema de control electrónico dirige la recuperación de la energía cinética de dicho eje motor a partir del movimiento del vehículo a ser almacenada como una presión incrementada del fluido en dicho acumulador de alta presión, y la disponibilidad de la energía recuperada en dicho acumulador de alta-presión a dicho eje motor.
15. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho aparato de regeneración funciona en paralelo a dicha transmisión de dicho vehículo de motor, en donde los frenos base de dicho vehículo de motor proporcionan frenado si dicho aparato de regeneración hidráulico no está activo. v *
16. El aparto de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el múltiple hidráulico multifunción comprende por lo menos dos circuitos de fluido hidráulico, cada uno son por lo menos dos circuitos hidráulicos que comprenden por lo menos dos primeras válvulas de retención y por lo menos dos 5 primeras válvulas de control de presión, para acoplar dichos dos bombas/motores para bombear fluido a partir de dicho acumulador de baja presión a dicho acumulador de alta presión, o para recibir fluido de dicho acumulador de lata presión para encender dichos dos bombas/motores para abastecer el movimiento de torque a dicho eje motor. 10
17. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende una botella de gas auxiliar en comunicación de gas con dicho acumulador de alta presión.
18. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, 15 caracterizado porque además comprende una primera válvula de cierre a través de la cual el fluido hidráulico es abastecido para causar el acoplamiento de dicho primer miembro de embrague hidráulico; y una segunda válvula de cierre a través de la cual el fluido hidráulico es abastecido para causar el acoplamiento de dicho primer miembro de embrague hidráulico. 20
19. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende una válvula de cierre a través de la cual el fluido hidráulico es abastecido a y sale de dicho acumulador de alta presión. 25
20. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende una estructura donde se fija dicho aparato de regeneración, dicha estructura es adaptada para ser reversiblemente instalada en dicho motor de vehículo.
21. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende una bomba hidráulica auxiliar; y un miembro de embrague para acoplar y desacoplar dicha bomba hidráulica auxiliar a dicho motor de dicho vehículo de motor para mover el fluido hidráulico de dicho acumulador de baja presión a dicho acumulador de lata presión.
22. El aparato de regeneración hidráulico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende una bomba turbo-impulsada para utilizar el calor residual de dicho motor para mover el fluido hidráulico de dicho acumulador de baja presión a dicho acumulador de alta presión.
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