Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VEÍCULO AUTÔNOMO À TRAÇÃO ELÉTRICA".
[001] A presente invenção refere-se a um veículo autônomo à tração elétrica que necessita, para sua alimentação, de uma massa e/ou um volume considerável de baterias, por exemplo, um veículo utilitário ou um veículo de transporte em comum.
[002] Apesar da disponibilidade de baterias com bom desempenho (NiMH, lítio-íons, etc.) é praticamente impossível conceber veículos autônomos de transporte e que sejam "inteiramente elétricos", em razão de problemas de armazenagem de eletricidade e de autonomia do veículo.
[003] Além disso, um sério obstáculo à colocação em funcionamento de veículos autônomos à tração elétrica se refere ao fato de as variantes tecnológicas, em matéria de baterias, serem numerosas, complexas, onerosas, rapidamente ultrapassadas e que necessitam mais freqüentemente de equipamentos específicos nas oficinas de manutenção. Essas dificuldades são incompatíveis com as necessidades dos operadores do transporte das pessoas e/ou das mercadorias que têm a necessidade de diminuir os investimentos em materiais circulantes em um período compreendido entre 10 e 20 anos.
[004] Para prevenir os problemas de armazenagem da eletricidade e da autonomia do veículo, atualmente é necessário que os veículos equipados com essas baterias sejam munidos de dispositivos de recarga rápida e/ou de grupos eletrógenos embarcados e aptos a fornecerem um complemento de energia.
[005] Foram também imaginados veículos à tração elétrica, cujas baterias são instaladas sobre um reboque como, por exemplo, em US-A-3 690 397, DE-A-42 05 327, DE-A-41 05 246 ou FR-A-2 482 528.
[006] Para um veículo utilitário à tração elétrica, é preciso poder dispor de uma carga útil importante e, portanto, de um volume de bate- rias suficiente (compreendido entre 1,5 a 3 m3). A evolução técnica tende a que as baterias forneçam mais energia, às vezes, menos peso, mas seu volume continue mais ou menos inalterado. Com bateria de chumbo, um volume de aproximadamente 2 m3 corresponde a uma massa de aproximadamente 3 toneladas.
[007] A técnica anterior lembrada mais acima divulga pequenos reboques munidos de uma única roda (US-A-3 690 397, DE-A-42 05 327 ou DE-A-41 05 246 pré-citadas) solução que não é transponível ao reboque de uma massa importante de baterias, tal como evocada acima, pois isto necessitaria da utilização de uma roda larga (da ordem de 400 mm) e de grande diâmetro (da ordem de 1200 mm), cujo reba-timento, caso a roda seja giratória, como em US-A-3 690 397, reduziría consideravelmente o volume disponível para as baterias. Além disso, mesmo se não fosse giratória, como em DE-A-42 05 327, o fato de ser única apresentaria apenas inconvenientes, aplicada a um reboque co-nectável/desconectável: - falta de estabilidade durante as manobras; - necessidade de prever meios de orientação e de suspensão complexos, volumosos e onerosos; - manutenção difícil; e - dificuldade de reparo em caso de estouro.
[008] DE-A-41 05 246 pré-citada divulga um reboque cuja(s) ro-da(s), não-diretriz(es), fica(m) situada(s) entre as rodas, não diretrizes também, do veículo e sobre o mesmo eixo transversal. O reboque é orientado transversalmente, mas pode rebater verticalmente um dispositivo elástico sendo disposto entre o chassi do veículo e o reboque, e exercendo o papel de suspensão.
[009] Essa concepção só funciona, todavia, corretamente em condições ideais, pois: - quando o reboque ultrapassa um redutor de velocidade, ele pode ser comprimido pelo chassi do veículo; e - à atração de uma curva inclinada, o chassi do veículo vai se inclinar transversalmente em relação ao reboque e esforços consideráveis vão ser exercidos sobre o dispositivo de orientação transversal do reboque.
[0010] Em conseqüência pode ser considerado apenas o funcionamento da invenção objeto de DE-A-41 05 246 é confiável.
[0011] A técnica anterior (FR-A-2 482 528 pré-citada) divulgou também adjunção de um reboque, munido de um eixo com duas rodas, a um veículo utilitário, mas o volume desse reboque vem se acrescentar àquele do veículo, com, para resultado, uma perda considerável de lugar em circulação e do depósito.
[0012] A instalação das baterias sobre um chassi independente permite considerar a constituição, no depósito dos veículos, de um estacionamento de chassis de baterias carregadas para proceder a uma troca entre chassis de bateria em via de esgotamento e chassis de baterias carregadas, mas nenhum documento da técnica anterior descreve, nem sugere meios que permitam tornar rápidas a conexão e a desconexão do reboque para efetuar essa troca, em particular quando esse reboque se localiza sob o chassi do veículo.
[0013] A invenção se propõe a responder as necessidades dos operadores em matéria do amortecimento de seus equipamentos, explorando o princípio da dissociação do componente baterias com o veículo propriamente dito, como foi imaginado na técnica anterior, mas prevenindo os inconvenientes e insuficiências dessa técnica anterior e isto: - integrando o volume de baterias ao veículo, isto é, incluindo o reboque nos limites do volume do veículo (ou permitindo apenas uma pequena ultrapassagem), sem para tanto introduzir desnivela-mento no piso do veículo, que deverá ser um piso achatado; e - permitindo uma intercambialidade rápida (em aproximadamente 10 minutos) dos reboques.
[0014] Esses objetivos são alcançados pela invenção que se aplica aos veículos utilitários, comportando, de uma maneira conhecida em si, baterias suportadas por um chassi independente, ele próprio munido de pelo menos um eixo equipado com rodas e que é adaptado para ser recebido em um alojamento definido sob o chassi do veículo, meios de conexão sendo previstos entre o chassi de baterias e o chassi do veículo, esses meios de conexão compreendendo, por um lado, meios de bloqueio entre o chassi de baterias e o chassi de veículo e, por outro lado, uma interface do lado do chassi de baterias e uma interface do lado do chassi de veículo incluindo tomadas de transmissão da energia e/ou de comandos ou de informações.
[0015] De acordo com a invenção, essas interfaces comportam, cada uma, além disso, as partes complementares macho e fêmea de pelo menos um elemento de centragem e de pelo menos um elemento de encaixe, a interface do lado do chassi de veículo sendo constituída por um prato independente desse chassi e reunido a ele em pelo menos três pontos, dos quais dois são controlados por pistões e cujo terceiro toma a forma de uma rótula.
[0016] Em uma forma de realização prática, esse elemento de centragem assume a forma de duas partes complementares macho e fêmea com encaixe cônico, e esse elemento de encaixe assume a forma de duas partes complementares macho e fêmea com encaixe cilíndrico, esse elemento de centragem e esse elemento de encaixe sendo vantajosamente constituído por duas partes distintas de uma mesma peça.
[0017] Sabendo-se que o chassi de baterias tem um plano de simetria longitudinal perpendicular a seu(s) eixo(s) e um plano transversal perpendicular a esse plano longitudinal, o dispositivo de conexão comporta vantajosamente um par de elementos de encaixe e um par de elementos de centragem, esses pares sendo simétricos em relação a esse plano longitudinal. Um elemento de centragem de um par e um elemento de encaixe de um par que pode ser constituído por duas partes distintas de uma mesma peça, compreende-se que pode haver essas duas peças simétricas de ambos os lados desse plano longitudinal.
[0018] As partes machos dos elementos de centragem e de encaixe podem ser previstas sob a face do chassi de baterias adaptadas para serem conectadas ao chassi de veículo e as partes complementares fêmeas serem previstas sobre o prato de interface, ou vice-versa.
[0019] Independentemente da forma de execução retida, graças a esses elementos de encaixe e de centragem, o chassi de baterias é facilmente posicionado em relação ao chassi do veículo.
[0020] Em uma forma de execução da invenção, o elemento de bloqueio é constituído por uma haste filetada com cabeça que atravessa o chassi de baterias, segundo uma direção paralela ao seu plano longitudinal ou ao seu plano transversal, e que é solidarizável ao prato de interface.
[0021] Na prática, pode ser previsto um par dessas hastes fileta-das com cabeça adaptadas para atravessarem de ponta a ponta o chassi de baterias e o prato de interface, paralelamente ao plano longitudinal do chassi de baterias, e a ser imobilizadas no lugar por parafu-sação em uma porca. Assim o chassi de baterías e o prato de interface são bloqueados entre a cabeça dos parafusos e as porcas, as hastes filetadas que formam os tirantes.
[0022] De preferência, as hastes filetadas são coaxiais a esses elementos de encaixe e/ou de centragem e os atravessam.
[0023] Como variante, pode ser prevista uma haste filetada adaptada para atravessar, paralelamente ao plano transversal do chassi de bateria, o(s) elemento(s) de centragem e/ou de encaixe e, de uma borda lateral à outra, o prato de interface, enquanto que as partes complementares desses elementos de centragem e/ou de encaixe são acoplados, essa haste sendo imobilizável no lugar por parafusação em uma porca.
[0024] Vantajosamente, as tomadas de transmissão da energia e/ou de comandos ou de informações do veículo ao chassi de baterias são integradas pelo menos nesse elemento de centragem e/ou de encaixe, o que acelera ainda a conexão, a centragem e o encaixe chegando repentinamente ao encaixe das tomadas machos nas tomadas fêmeas.
[0025] Para chegar ao prato de interface, os pistões e a rótula dos quais é munido permitem a amortecer e absorver as variações de alinhamento ou de nível entre o chassi de baterias e o chassi de veículo que ocorrem inevitavelmente, quando o conjunto rola, em conseqüên-cia das igualdades de calçada e outras.
[0026] Em uma forma de execução particular da invenção, esses pistões são sujeitos à direção e/ou ao funcionamento marcha à fren-te/marcha a ré do veículo, para agir sobre o comportamento do chassi de baterias, a partir do posto de condução do veículo, o que pode ser particularmente útil em caso de manobra em marcha a ré [0027] Em uma forma de execução vantajosa da invenção, a extremidade do chassi de baterias oposta à sua interface de conexão com o chassi de veículo é grosseiramente convexa, tal como observada, a partir do topo desse chassi. Essa geometria absorve melhor os choques traseiros.
[0028] Para chegar ao motor à tração do veículo, ele pode ficar situado no veículo e, de preferência, uma reserva auxiliar de baterias é prevista no veículo, para permitir deslocar o veículo em um curto trajeto, quando está desconectado do chassi de baterias.
[0029] Como variante, para reduzir o custo e o peso do veículo, assim como facilitar a manutenção, o motor à tração do veículo é levado pelo chassi de baterias, a força motriz sendo então transmitida ao veículo via uma árvore motriz. Nesse caso, um motor auxiliar pode ser incorporado ao veículo, afim de que possa ser deslocado em uma curta distância, enquanto que o chassi de batería é daí destacado. Se o motor auxiliar é um motor elétrico, uma reserva auxiliar de baterias deve ser também prevista no veículo.
[0030] Conforme indicado mais acima, o chassi de baterias é recebido em um alojamento definido sob o chassi do veículo. Esse alojamento pode ser definido sob a extremidade traseira do chassi do veículo, o que facilita o acesso para sua conexão e sua desconexão.
[0031] Nesse caso, o chassi de baterias pode se inscrever no perfil geral do veículo ou ultrapassar a traseira do veículo e ser munido de um dispositivo de amortecimento e/ou de absorção dos choques em sua parte traseira e/ou em seu dispositivo de conexão. Dessa maneira, o chassi de baterias assegura uma proteção da traseira do veículo e/ou do fundo do alojamento face aos choques.
[0032] Em um modo de realização particular, o chassi de batería é munido de um dispositivo de conexão situado na traseira do chassi de baterias. Essa disposição permite atrelar essa extremidade do chassi de baterias a uma máquina para manobrá-lo, para fins de conexão ou de desconexão da outra extremidade com o chassi do veículo.
[0033] O chassi de baterias pode, além disso, ser equipado com um carregador, o que permite recarregar as baterias em quaisquer pontos onde o carregador poderá ser conectado sobre uma alimentação elétrica (terminal ou ponto de parada intermediária da linha) ou suportar um dispositivo de transformação de energia adaptado para recarregar as baterias. Esse dispositivo pode ser um alternador acionado por um motor térmico ou discos de inércia, o que leva a equipar o chassi de um grupo eletrógeno capaz de recarregar as baterias a pedido e, portanto, prolongar a autonomia do veículo.
[0034] A invenção será melhor compreendida com a leitura da descrição detalhada a seguir dos desenhos anexados, nos quais: - a figura 1 é uma representação esquemática de um veículo autônomo à tração elétrica de acordo com a invenção, sem chassi de baterias; - as figuras 2a e 2b são representações esquemáticas do chassi de baterias de acordo com a invenção, observado lado extremidade de conexão ao chassi de veículo (figura 2a) e lado extremidade de conexão a uma máquina de manobra (figura 2b); - a figura 3 é uma representação esquemática da instalação do chassi de baterias no alojamento do veículo autônomo à tração elétrica da invenção; - a figura 4 é uma representação esquemática do veículo autônomo à tração elétrica de acordo com a invenção, o chassi de baterias estando instalado; - a figura 5 é uma representação esquemática do veículo autônomo à tração elétrica de acordo com a invenção, munido de um chassi de baterias, segundo uma variante de execução; - a figura 6 representa uma vista em perspectiva explodida de uma forma de execução do chassi de baterias e do prato de interface, observados a partir do lado de conexão a uma máquina de manobra do chassi de baterias; - a figura 7 representa uma vista em perspectiva dos mesmos elementos que na figura 6, mas observados na direção oposta; - a figura 8 representa uma vista em perspectiva parcial do chassi de veículo em vista inferior, com o prato de interface no lugar; - a figura 9 representa uma vista semelhante à figura 7, mas referindo-se a uma outra forma de execução da invenção; - a figura 10 representa uma vista semelhante à figura 9, mas mostrando uma outra forma de realização dos elementos de cen-tragem e de encaixe; e - a figura 11 representa uma vista em perspectiva e em corte de uma outra forma de execução ainda do chassi de baterias.
[0035] A figura 1 representa um veículo autônomo à tração elétrica 1, comportando um chassi munido de dois eixos equipados, cada um, com um par de rodas 2 e cuja dianteira é designada por Av e na traseira por Ar. O chassi dentro do veículo define, no lado de trás, um alojamento 3, situado sob uma parte superelevada da cabine H e adaptado para receber um chassi de baterias. O motor do veículo é situado entre as rodas do veículo (sob os degraus M de escada na forma de execução representada), ou melhor, nas próprias rodas (os motores-rodas elétricas são conhecidos na técnica e é inútil descrevê-los no caso). O volume V disponível no teto pode ser utilizado para guardar dispositivos de resfriamento, equipamentos informáticos embarcados e/ou uma reserva de energia complementar. Pode-se, além disso, dispor aí dos equipamentos específicos ao serviço, por exemplo, uma climatização, dos meios de aquecimento a álcool, a gás ou a gasóleo (no estado atual da técnica, os veículos elétricos não são geralmente aquecidos eletricamente em razão do volume, do peso e do custo das baterias), das antenas e outros sistemas de transmissões de informações. Essa disposição em telhado permite evidentemente liberar o maior volume útil para os passageiros.
[0036] O chassi de baterias 4 é representado isoladamente nas figuras 2a e 2b. Conforme se vê, trata-se de um reboque independente, munido de um eixo equipado com um par de rodas 5 e apresentando, em uma de suas extremidades, meios 6 de conexão mecânicos -que serão descritos em detalhes a propósito das figuras 6 a 9 - elétricos e eletrônicos ao chassi de veículo (figura 2a) e, em sua extremida- de oposta (figura 2b), meios de conexão mecânica 7 a uma máquina de manobra. O chassi 4 é munido de um pára-choques 9. As rodas 5 podem vantajosamente ser equipadas com dispositivos de frenagem ou de redutores de velocidades. Além disso, o chassi de baterias é equipado com dispositivos de segurança e meios auxiliares necessários ao bom funcionamento dessas baterias, em particular para o controle e a manutenção da temperatura e a ventilação.
[0037] A figura 3 representa a instalação do chassi de baterias 4 no alojamento 3 do veículo autônomo à tração elétrica 1. Conforme se vê, o chassi de baterias 4 é conectado por seu meio de conexão 7 a uma máquina 8 manobrada por um operador. Essa máquina 8 empurra o chassi de baterias 4 no alojamento 3 até que seus meios de conexão mecânicos e elétricos 6 se prendam com meios emparelhados previstos no fundo do alojamento e não representados nessa figura.
[0038] A figura 4 mostra o chassi de baterias encaixado no alojamento 3.
[0039] Conforme se vê, a partir da figura 4, rodas 5 do eixo do chassi de baterias 4 são instaladas no prolongamento das rodas 2 dos eixos do chassi do veículo 1, de modo que rodem sensivelmente em seu traço. Constata-se também que o aspecto geral do veículo de acordo com a invenção, é sensivelmente o mesmo que aquele dos ônibus comuns.
[0040] Na variante da figura 5, foi feito uso de chassi 4' que difere do chassi 4 no sentido de comportar dois eixos, dos quais cada um é provido de um par de rodas, tais como 5' e que é mais longo que o chassi 4. O chassi 4' ultrapassa portanto a traseira do veículo. Esse chassi alongado permite alojar mais baterias e o excesso de baterias poderia ser suportado por rodas maiores, ao invés de sê-lo por rodas mais numerosas, conforme representado no caso. Naturalmente que um mesmo veículo pode, conforme as necessidades, ser equipado com um chassi de baterias curto ou longo, equipado com baterias clássicas ou pilhas a combustíveis, sem necessitar de modificação.
[0041] Caso se chegue às figuras 6 a 8, vê-se mais claramente a interface do lado do chassi de baterias e da interface do lado do chassi de veículo. A interface do lado do chassi de baterias 4 é constituída pela face de extremidade 9 desse chassi, a partir da qual formam ressalto os meios de conexão mecânicos, elétricos e outros, designados por 6 nas figuras precedentes. A interface do lado do chassi de veículo é constituída de um prato 10 que oferece uma face 11 adaptada para receber esses meios de conexão e que é solidarizada ao chassi de veículo por dois pistões 12 e uma rótula 13 (ver figura 8).
[0042] Mais precisamente, os meios de conexão mecânicos são constituídos, lado de chassi de baterias 4, por um par de peças machos 14 que comportam uma zona cônica 15 que forma elemento de centragem e uma zona cilíndrica 16 que forma elemento de encaixe. Essas peças 14 são simétricas em relação ao plano de simetria longitudinal do chassi de baterias 4 figurado em X-X'. A esse par de peças machos 14 corresponde um par de cavidades 17 de mesma geometria previstas na face 11 do prato de interface 10, face 11 que comporta também buchas, tais como 18, adaptadas para receber as fichas 19 que saem da interface e assegurando a transmissão da energia, assim como de comandos e de informação.
[0043] A solidarização entre o chassi de baterias 4 e o prato 10 é feita por meio de um par de hastes filetadas 20 com cabeça 21 que são introduzidas, inicialmente, em passagens abertas no chassi de baterias 4 e que desembocam, de um lado, sob a face do chassi oposta à face 9, em 22 e, do outro lado, ao centro das peças 9, depois em passagens abertas no prato 10 e que desembocam, sobre a face 11, em 23 e, sobre a face oposta, em 24, após o que a extremidade dessas hastes, oposta à cabeça 21, é parafusada em uma porca não representada.
[0044] O comprimento dos pistões 12 e do suporte 25 da rótula 13 permite facilmente essa parafusação ou desaparafusamento. Naturalmente que, quando o chassi de baterias 4 é desconectado do prato 10, não é indispensável extrair as hastes 20 desse chassi.
[0045] A forma de execução representada na figura 9 se distingue da precedente pelo fato de comportar apenas uma peça macho de centragem e de encaixe 14' disposta no plano longitudinal X-X' do chassi de baterias 4, que o prato de interface 10 é conectado ao chassi de veículo por três pistões 12 ao invés de 2, e pelo modo de bloqueio entre o chassi de baterias 4 e o prato de interface 10. Utiliza-se, dessa vez, uma única haste filetada 20' com cabeça 21' adaptada para atravessar, por um lado, o prato 10 via uma passagem que vai de uma face lateral 26 deste à outra e que desemboca em 27, sobre a face 26 visível e, por outro lado, quando a peça macho de centragem e de encaixe 14' é acoplada com uma cavidade aberta no prato 10, essa peça macho via uma passagem aberta transversalmente nessa peça e da qual só se vê a saída 28 na figura 9, a extremidade da haste 20' oposta à cabeça 21' sendo parafusada em uma porca não representada.
[0046] A forma de execução representada na figura 10 se distingue daquela da figura 9 pelo fato de os elementos de centragem e de encaixe do chassi 4' não serem constituídos por uma peça cilíndrico-troncônica 14', mas por uma parte 29 em tronco de pirâmide que vem se encaixar em uma cavidade de geometria correspondente aberta sobre a face não-visível do prato 10'.
[0047] Enfim, a figura 11 ilustra uma variante de realização da forma de execução 4" do chassi de bateria representada na figura 7: no lugar duas longas hastes filetadas atravessadoras 20 manobráveis à mão, essa variante comporta um par de curtas hastes filetadas 20" acionáveis, cada uma, por um motor elétrico 30 e alojadas em cada um dos elementos de centragem e de encaixe 14". Assim, as opera- ções de conexão e de desconexão do chassi de batería ao chassi do veículo são mais rápidas e podem ser comandadas, a partir da cabine do veículo ou automatizadas. Isto evita, além disso, ter de fazer atravessar o chassi, em toda a sua extensão, pelas hastes filetadas.
[0048] A referência 31 designa as baterias portadas pelo chassi de baterias.
[0049] Independentemente da forma de execução retida, acionando os pistões 12, é possível modificar a aderência das rodas motrizes 2 do veículo: levantando o chassi de baterias por meio dos macacos 12, aliviam-se com efeito as rodas 5 desse chassi e transfere-se o apoio sobre essas rodas 2.
[0050] Por outro lado, compreender-se-á que a massa das baterias, tais como 31, pode ser repartida sobre o chassi de baterias, de maneira equilibrada em relação às rodas 5 desse chassi, de forma a facilitar as manobras desse chassi, uma vez desconectado do chassi de veículo.
[0051] A presente invenção não está limitada às formas de execução descritas e representadas. Em particular, o motor do veículo podería ser também portado pelo chassi 4 ou 4', um motor auxiliar sendo nesse caso previsto no veículo para poder deslocá-lo em uma curta distância, quando está na configuração da figura 1. Por outro lado, o veículo elétrico não tem necessariamente quatro rodas conforme representado: deve ter pelo menos três, e pode ter mais de quatro. Pode, com efeito, tratar-se de um veículo de grande capacidade com duplo ou triplo eixo.
[0052] Além de suas vantagens técnicas, a solução proposta apresenta uma vantagem comercial: com efeito, dissociando-se do veículo as baterias e seu suporte, é possível, permanecendo na mesma categoria regulamentar de peso dos veículos, estender o volume da cabine e aumentar o número de viajantes.
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