BRPI0701922A2 - sistema de tracão hìbrida em paralelo, a partir de um eixo comum, para veìculos e método de atuacão da tracão hìbrida - Google Patents

Abstract

Sistema de tracao híbrida em paralelo, a partir de um aixo comum, para veículos e método de atuacao da tracao híbrida. A presente invencao objetiva um veículo que possa circular, em meio urbano e exclusivamente através do seu motor elétrico, de modo a poder fornecer a potencia necessária para as solicitacões encontradas, e que apresente também uma autonomia idonea e compatível; e através do seu motor térmico, ou a combustóo, com o mesmo grau de autonomia e disponibilidade de potencia que os apresentados pelo veículo ao qual o presente sistema é implementado, através do uso de componentes disponíveis no mercado. Para tanto, o sistema compreende um motor térmico (10) e um motor elétrico (20) para o acionamento de eixo (2), o dito motor térmico (10) mecanicamente conectado a uma friccao (11), por sua vez ligada a um caixa de câmbio (12), esta ligada ao diferencial (13) o qual transmite o torque do dito motor (10) para as rodas (3), a caixa de câmbio (12) sendo de tipo automática. O sistema eletromotriz compreende um motor elétrico (20), alimentado por um inversor (25), por sua vez alimentado por ao menos uma bateria de tracao (26), o dito motor elétrico (20) transmitindo o seu torque para o dito diferencial (13) acoplado no eixo (2) e entóo para as rodas (3). O motor elétrico (20) é acoplado a uma friccao (21) que se conecta a uma caixa de câmbio (22) automática, dita caixa de câmbio mecanicamente ligada a uma unidade PTU (23).

Description

Sistema de tração híbrida em paralelo, a partir comum, para veículos emétodo de atuação da tração híbrida.

A presente invenção se refere a um sistema de traçãohíbrida em paralelo para veículos automotores, e mais em particular a um sistema detração compreendendo um motor elétrico e um motor a combustão para o acionamentode um eixo de tração, aplicado a um veículo automotor. Ainda mais, a presente invençãose refere a um sistema de tração híbrida a ser aplicado a um veículo de série através doacoplamento da parte elétrica ao sistema convencional do veículo, com um mínimo demodificações neste.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Nos últimos anos, e em função das preocupações atinentesao aumento global da temperatura, que em parte é devida às emissões provenientes dosveículos dotados de motores a combustão, quais os movidos a gasolina, diesel, álcool eoutros, bem como ao esgotamento das reservas mundiais de petróleo, o mercadoautomobilístico tem despendido enormes esforços na procura de soluções alternativas demodo a superar estes e outros problemas.

Neste sentido, um dos focos das pesquisas tem sido odesenvolvimento de veículos elétricos e veículos de tração híbrida. Os veículos elétricosainda esbarram em questões relativas às baterias, que por um lado ainda apresentamum volume e um custo elevados, contra uma baixa capacidade de armazenamento. Alémdisto, o tempo de carga das baterias é bastante elevado, principalmente quandocomparado com o tempo de abastecimento de um veículo dotado de um motorconvencional a combustão. Assim sendo, uma solução intermediária, mas bastantepromissora, foca os chamados veículos híbridos, ou seja, aqueles dotados tanto de ummotor convencional, tal como um motor a combustão interna, como de um motor a diesel,a gasolina, a álcool, etc. quanto de um motor elétrico.

Dentre estas tecnologias híbridas, cabe destacar osavanços realizados pela industria japonesa, a qual já vem comercializando algunsmodelos que apresentam soluções bastante válidas para uso nas cidades, tanto do pontode vista das emissões reduzidas, quanto em relação ao consumo. O funcionamentodestes, em uso urbano, é similar em comportamento aos apresentados pelos veículosconvencionais. Estes veículos apresentam uma arquitetura do grupo motopropulsorcompletamente nova, com componentes específicos integrados em um sistema único,porém estão limitados a serem empregados exclusivamente para o quanto projetado, ouseja, uso urbano. Não obstante as vantagens indicadas, estes veículos apresentam umaautonomia muito limitada quando atuam exclusivamente através do motor elétrico. Alémdisto, a potência do motor elétrico é muito elevada para que se possa iniciar a marcha, apartir da inércia, de modo adequado, porém a contribuição do mesmo é limitada notempo, com o objetivo de se empregarem baterias particulares de custo não elevado epeso restrito. Contudo, o tempo de utilização deve ser muito curto, sob pena decomprometimento do conjunto, principalmente devida a falta de um sistema derefrigeração do motor elétrico, do gerador, do inversor. Além disto, estes também nãoconseguem suportar grandes períodos de funcionamento associados a elevadassolicitações em relação a potência, tal como pode acontecer durante os trajetospercorridos dentro das cidades somente impulsionado pelo motor elétrico. Para que umtal veículo pudesse comportar um funcionamento prolongado dentro de um nível depotência mais elevado, todo o sistema deveria ser reprojetado.

Desta forma, as emissões e o consumo são reduzidossomente em uso urbano, e desde que:

- A partida a frio, em modo elétrico, permite que seja eliminado, durante o ciclo dehomologação, o funcionamento do motor a combustão a um mínimo durante a partida(esta condição de funcionamento [motor frio] é a pior possível em relação àsemissões, e persiste até o aquecimento do catalisador); e

- Todas as transições são realizadas através do auxílio do motor elétrico, isto é, omotor elétrico acelera o veículo quando necessário e recupera energia durante asetapas de redução de velocidade ou desaceleração (durante a aceleração, asemissões são as mais elevadas em qualquer veículo convencional).

Em marcha não urbana, ou seja, transito em estrada, e como objetivo de recuperar a carga das baterias de tração, uma parte da potência do motor acombustão, ou motor térmico, é utilizada para recompor a carga nas baterias (até 100%de carga), pelo que o consumo e as emissões aumentam e se tornam ainda maiores queaquelas de um veículo convencional não híbrido, nas mesmas condições defuncionamento.

SÍNTESE DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um novo sistema de traçãohíbrida para veículos, com particular ênfase a sua arquitetura, a qual supera osinconvenientes descritos em relação ao estado da arte. Em particular, a presenteinvenção objetiva um veículo que possa circular, em meio urbano e exclusivamenteatravés do seu motor elétrico, de modo a poder fornecer a potência necessária para assolicitações encontradas, e que apresente também uma autonomia idônea e compatível;e através do seu motor térmico, ou a combustão, com o mesmo grau de autonomia edisponibilidade de potência que os apresentados pelo veículo ao qual o presente sistemaé implementado, através do uso de componentes disponíveis no mercado.

Mais especificamente, a presente invenção compreende umsistema de tração híbrida em paralelo, a partir de um eixo comum, para veículos, o qualcompreende um motor térmico e um motor elétrico para o acionamento de eixo, o ditomotor térmico mecanicamente conectado a uma fricção, por sua vez ligada a um caixade câmbio, esta ligada ao diferencial o qual transmite o torque do dito motor para asrodas, a caixa de câmbio sendo de tipo automática. O sistema eletromotriz compreendeum motor elétrico, alimentado por um inversor, por sua vez alimentado por ao menosuma bateria de tração, o dito motor elétrico transmitindo o seu torque para o ditodiferencial acoplado no eixo e então para as rodas. O motor elétrico é acoplado a umafricção que se conecta a uma caixa de câmbio automática, dita caixa de câmbiomecanicamente ligada a uma unidade PTU. Além disto, a segunda caixa de câmbio écontrolada pela controladora; o motor elétrico e a fricção são controlados pelacontroladora do inversor; a primeira caixa de câmbio e a primeira fricção são controladaspela controladora do Selespeed; e o motor térmico é controlado pela centralina. Umseletor de modalidade comunica à dita centralina e à dita controladora do inversor quaisdentre os motores térmico e elétrico deve transferir o torque para as rodas. Quando odito seletor de modalidade informa à dita centralina e à dita controladora que ambos osmotores devem operar simultaneamente, a dita centralina comanda a dita controladorado Selespeed e a dita controladora comanda a controladora da caixa de câmbio de modoa acoplar as velocidades, respectivamente, da dita caixa de câmbio e da unidade PTU domotor elétrico e da caixa de câmbio do motor térmico.

A invenção ainda compreende um método de atuação datração híbrida, segundo o qual, no modo de atuação exclusivamente elétrico, o início demarcha do veículo é realizado pelo motor elétrico até uma primeira velocidadepredeterminada, sendo que, a partir de dita primeira velocidade predeterminada o motortérmico passa a atuar em conjunto com o dito motor elétrico. No modo de atuaçãohíbrido: o início de marcha do veículo é realizado pelo dito motor elétrico até umasegunda velocidade predeterminada, sendo que, a partir da dita segunda velocidadepredeterminada o motor térmico é ligado; a partir de uma terceira velocidadepredeterminada, maior que a dita segunda velocidade predeterminada, o motor térmicopassa a tracionar o veículo em conjunto com o dito motor elétrico, sendo que o início detracionamento pelo dito motor térmico é comandado pela controladora do Selespeedatuando sobre o cambio e a fricção; a partir de uma quarta velocidade predeterminada,maior que a dita terceira velocidade predeterminada, o dito motor elétrico deixa decontribuir no tracionamento do veículo, sendo que, a partir da dita quarta velocidadepredeterminada, o dito motor elétrico passa a atuar como gerador, recarregando a aomenos uma bateria; após um primeiro período de tempo determinado em velocidadeconstante, a contribuição do torque pelo dito motor elétrico é paulatinamente reduzida,até o limite no qual esta contribuição é zero; após um segundo período de tempodeterminado em velocidade constante, maior que o primeiro período de tempodeterminado, o dito motor elétrico passa a atuar como gerador, recarregando a ao menosuma bateria; e a ao menos uma bateria de tração é recarregada desde que a sua cargaseja menor que cerca de 70% da carga total, e até o limite de 90% da carga total.

A configuração em objeto é a conhecida como híbridaparalela, na qual a potência transmitida para as rodas pode ser fornecida tanto por meiode um motor elétrico, quanto por meio de um motor a combustão, ou também por meiode ambos simultaneamente. Como conseqüência, o veículo se comporta como umveículo de tipo ZEV (veículo de emissão zero) quando em marcha urbana, e com baixasemissões de poluentes quando em vias expressas ou em estradas. Para tanto, o sistemaprevê a inclusão, em um veículo convencional, dos seguintes componentes: baterias detração, motor elétrico de tração, inversor, conversor DC/DC, monitor de carga da bateria,sistema de refrigeração para a parte eletrônica, comandos adicionais e o respectivocabeamento.

DESCRIÇÃO DETALHADAS DAS FIGURAS

A presente invenção será ora descrita em termos de suasformas preferenciais de realização, trazidas a título ilustrativo e não Iimitativo do escopoda invenção, e as quais se suportam nos desenhos em anexo, nos quais:

- A figura 1 é uma vista esquemática do sistema, de acordo com a presente invenção,aplicado a um veículo de tração 4x2, e atuando exclusivamente no modo elétrico;

- A figura 2 é uma vista esquemática do sistema, de acordo com a figura 1, aplicado aum veículo de tração 4x2, e atuando no modo híbrido; e

- A figura 3 é um diagrama ilustrando a arquitetura eletro-mecânica de atuação dosistema, de acordo com as figuras 1 e 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

De acordo com o quanto previamente estabelecido, osistema da presente invenção foi desenvolvido no sentido de transformar um veículoconvencional, o qual é atuado por meio de um motor genericamente térmico, ou seja, ummotor a gasolina, a álcool, a diesel, a gás, etc., em um veículo de tipo híbrido, ou seja,compreendendo um sistema de tração atuado por um motor térmico e um sistema detração atuado por um motor elétrico, sendo que os sistemas de tração podem funcionarde modo alternado ou simultâneo. Mais especificamente, o veículo deve ser um veículodotado de câmbio de tipo automático, ou seja, no qual atuadores realizam as trocas dasmarchas conforme os comando do motorista e de acordo com os parâmetrosprogramados nos sistemas do câmbio automático. Em uma forma de realização, oveículo é dotado do sistema conhecido na arte por "Selespeed", desenvolvido pela titularda presente, no qual as operações de desengate do câmbio pela embreagem, a troca demarcha, e o novo engate do câmbio também pela embreagem são realizadas através detrês atuadores, os quais controlam a embreagem, a seleção e o engate das marchas.

Um quarto atuador, ligado à borboleta de aceleração (eletrônica) do motor, faz com quea dita borboleta feche um pouco mesmo que o motorista mantenha o aceleradorpressionado. A fonte de energia do Selespeed é um sistema hidráulico, em que umabomba eletro-hidráulica leva fluido sob pressão a um atuador e fornece, assim, a energianecessária para selecionar, engatar e desengatar as marchas, além de operar aembreagem. Além disto, todo o sistema Selespeed é comandado por meio de umacentral eletrônica, a qual fica em permanente comunicação com a central eletrônica domotor (conhecida também como centralina ou ECU). A fim de que a dita centraleletrônica Selespeed possa comandar as mudanças de marcha, esta monitora asinformações relativas a posição do acelerador, a velocidade do carro e a rotação domotor.

Para que se possa obter uma tal transformação, de modoaltamente vantajoso, o sistema da presente invenção prevê a utilização do sistema detração térmica já implantado no veículo, ao qual é adicionado o sistema de traçãoelétrica. Assim, o novo sistema de tração elétrica irá adicionar, além das partesmecânicas de atuação, basicamente os seguintes elementos: baterias de tração, motorelétrico de tração, inversor, conversor DC/DC, monitor de carga da bateria, sistema derefrigeração para a parte eletrônica, comandos adicionais e o respectivo cabeamento.

Neste sentido, as figuras 1 e 2 ilustram um veículo de tração4x2, de tipo híbrido, de acordo com os conceitos da presente invenção, sendo que afigura 1 ilustra, de forma esquemática, o referido veículo sendo acionado exclusivamentepelo motor elétrico, enquanto que a figura 2 ilustra, também de forma esquemática, omesmo veículo sendo simultaneamente acionado pelos motores térmico e elétrico.

De acordo com as figuras 1 e 2, o veículo 1 compreende, deforma convencional, um motor térmico 10, o qual está acoplado, através de umaembreagem 11, a uma caixa de câmbio 12, de tipo eletronicamente comandada. Areferida caixa de câmbio 12 é mecanicamente ligada a um diferencial 13, o qualtransmite a potência do motor 10, na forma de movimento mecânico, para o eixo 2 e paraas rodas motoras 3. Ainda de forma convencional, o referido veículo 1 apresenta umasérie de componentes eletrônicos destinados a controlar e a regular a operação do motor1, eletrônica esta que é alimentada por uma bateria 4, e que será descrita com maioresdetalhes em relação à figura 3.

Além dos elementos convencionais supra descritos de formasucinta, posto que são de amplo conhecimento dos peritos na arte, o sistema dapresente invenção ainda compreende um motor elétrico 20, o qual é mecanicamenteacoplado a uma caixa de câmbio 22, através de uma embreagem 21. A saída de ditaembreagem 21 é mecanicamente ligada a uma unidade PTU 23, que por sua vez estáacoplada ao diferencial 13. Especificamente, a caixa de câmbio 22 é um elementoeletronicamente comandado e que apresenta duas relações de redução, ou duasmarchas. A unidade PTU (do inglês Power Traction Unit) é uma junta viscosa de doisdiferenciais, usualmente empregada em veículos de tração integral ou 4x4, que écomercialmente disponibilizada pela ora titular. Esta unidade, em seu uso convencional,apresenta uma entrada de torque e duas saídas de torque, uma para cada eixo de traçãoe que é controlada de modo a distribuir o torque de entrada de forma nãoobrigatoriamente igual para os eixos de tração. Na forma de realização da presenteinvenção, a unidade PTU 23 recebe, na entrada, o torque fornecido pelo motor elétrico(20) e o transmite, através de uma dentre as suas saídas, o dito torque controlado para odiferencial 13 do eixo 2.

O referido motor elétrico 20 é alimentado por meio de uminversor 25, destinado a controlar a energia elétrica que é transferida ao dito motorelétrico 20, portanto controlando a própria atuação do dito motor elétrico 20. O ditoinversor 25 recebe energia de um banco de baterias de tração 26, baterias estas que sãoconhecidas do estado da arte e que se caracterizam por apresentar uma alta densidadede potência. A bateria de tração 26 pode compreender uma bateria de cádmio e níquelde alta potência específica, uma bateria de níquel e hidreto metálico, ou uma bateria dechumbo e ácido, entre outras. As baterias de tração 26 estão ainda eletricamente ligadasa um conversor DC/DC 27, o qual tem a função de alimentar e carregar a bateria 4 doveículo 1.

A parte elétrica ou eletromotriz do sistema compreendeainda um recarregador 28, destinado a recarregar as baterias de tração 26, e de formaindireta a bateria 4, quando o veículo 1 não está em operação. Uma tal operação derecarga pode ser realizada, de forma convencional, através da conexão do veículo 1 auma fonte de energia elétrica (não mostrada), e através de um cabo elétrico apropriado(não mostrado) quando, por exemplo, o referido veículo 1 está estacionado na garagemdo seu proprietário, durante a noite.

O veículo 1 compreende ainda um sistema de refrigeraçãoespecífico e destinado a refrigerar os componentes elétricos que compõem o sistema dapresente invenção. Tal sistema de refrigeração é composto por um radiador 30, cujasaída de refrigerante (ou seja, refrigerante a baixa temperatura) é ligada, através da linha31, na entrada de uma bomba 32. A dita bomba 32, destinada a fazer circular o líquidorefrigerante pelo sistema, acopla, em sua saída, uma linha 33 que conduz o refrigerantepara o conversor DC/DC 27, a fim de promover a refrigeração do mesmo. Em seguida, alinha 33 é direcionada para o inversor 25, e então para o motor 20, a partir do qual olíquido refrigerante, já aquecido pela energia térmica retirada do conversor DC/DC 27, doinversor 25 e do motor 20, é enviado novamente para a entrada do radiador 30, fechandoo circuito, e no qual irá ocorrer a troca térmica destinada ao abaixamento da temperaturado dito líquido refrigerante.A figura 3 é um diagrama ilustrando a arquitetura eletro-mecânica de atuação do sistema, de acordo com a presente invenção. Nesta sãoindicados os vários controles realizados sobre os equipamentos e dispositivos descritosnas figuras 1 e 2 supra descritas.

Desta forma, e em relação à eletrônica já conhecida, oveículo 1 compreende uma central 40 de controle do motor térmico 10, tambémconhecida como centralina ou ECU, a qual recebe as informações provenientes dosvários sensores (não ilustrados) instalados no motor 10 (quais, por exemplo rotação domotor, pressão no pedal do acelerador, marcha utilizada, temperaturas, etc.) bem comodas sondas 41 (por exemplo, a sonda lâmbda, etc.) e, com base nestas informações,controla, por exemplo, a mistura, a quantidade de combustível, etc., de modo a otimizar ofuncionamento e o rendimento do motor, bem como para reduzir as suas emissõesatravés de uma queima mais completa do combustível.

Em uma forma preferencial de realização da invenção, oveículo 1 é dotado de um sistema de câmbio automático, ou de troca automática dasmarchas, tal como o Selespeed supra indicado. Tal sistema Selespeed tambémcompreende uma central eletrônica, indicada na figura 3 por 43, a qual, como supraindicado, comanda diretamente as trocas realizadas pela dita caixa de câmbio 22, combase, principalmente, na pressão detectada sobre o acelerador 14, e subsidiariamentecom base em diversos outros parâmetros recebidos tanto da centralina 40 como dossensores do motor 10, tais como, por exemplo, os dados relativos â embreagem 11, aocâmbio 12, a rotação do motor 10, e assim por diante. Com base nestas informaçõescoletadas, a central eletrônica 43 comanda a atuação do cambio 12 do veículo.

Além disto, e com relação ao motor elétrico 20, este écontrolado através da controladora 44 do inversor 25 a qual, a partir das informaçõesrecebidas do motor elétrico 20, da sua embreagem 21 e do seu câmbio automático 22 deduas marchas, comanda a alimentação elétrica do dito motor elétrico 20. Ainda mais, adita controladora 44 troca informações com a centralina 40 quando o seletor demodalidade 46 indica que tanto o motor térmico 10 quanto o motor elétrico 20 devematuar simultaneamente.

Especificamente, a controladora 44 do inversor 25 éalimentada pela bateria de tração 26, e alimenta, de forma controlada, o motor elétrico 20.

A referida alimentação toma por base parâmetros tais como, por exemplo, a pressãono pedal do acelerador 14 e do freio 15, os dados provenientes da centralina 40, alémdas variáveis específicas atinentes ao próprio sistema de tração elétrica, quais o regimedo motor elétrico 20, o regime da fricção 21 e a rotação na saída da caixa de câmbio 22.

Além disto, a controladora 44 do inversor comanda tanto a fricção 21 quanto a caixa docâmbio eletrônico 22, esta última através da controladora 45 do câmbio 22.Ademais, tanto a centralina 40 quanto a controladora 44 doinversor 25 recebem instruções do seletor de modalidade 46, o qual indica aos diversossistemas quais motores estão atuando, ou seja, se o motor elétrico 10 está ligado ounão, e quando ligado, se está atuando ou não, bem como se o motor elétrico 20 estáatuando ou não, e quando em atuação se como motor ou como gerador. O dito seletorde modalidade 46 comanda as baterias de tração 26 através dos sinais recebidos, emcascata, do monitor da bateria 47, do imobilizador 48 e do comutador de ignição 49,sendo que estes elementos, por serem conhecidos da arte, não requerem uma descriçãopormenorizada em relação à respectiva forma de atuação,

O funcionamento do veículo 1, quando no modo deoperação exclusivamente elétrico, é ilustrado através da figura 1. Inicialmente o seletorde modalidade 46 indica para a controladora 44 do inversor que o veículo está operandono modo elétrico, indicando também para a centralina 40 que o motor térmico 10 nãodeve ser ligado. O mesmo seletor de modalidade 46 ainda aciona as baterias de tração26 a fim de que o inversor 25 possa alimentar o motor elétrico 20 com a energiafornecida pelas ditas baterias de tração 26.

Quando o acelerador 14 é acionado, tal informação éenviada para a controladora 44 do inversor, a qual, por sua vez atua sobre o inversor 25que assim fornece uma quantidade de energia, proporcional a pressão no acelerador 14,para o motor elétrico 20. Por seu turno, o dito motor elétrico 20 atua mecanicamente, ede forma conhecida, através da embreagem 21, do câmbio 22, da unidade PTU 23 e porfim do diferencial 13, de modo a movimentar o eixo de tração 2, e portanto as rodasmotoras 3. Neste caso, o veículo é tracionado dentro da modalidade de emissão zero,posto que o motor 10 não está em funcionamento. Além disto, a informação de modoexclusivamente elétrico é também transmitida da centralina 40 para a central eletrônica43 do selespeed, que assim mantém o motor 10 desacoplado em relação ao eixo motor2, ou seja, com câmbio 12 em posição de ponto morto. O controle em relação avelocidade de deslocamento do veículo é dado pela combinação entre a velocidade derotação do motor 20 e pela relação de marchas utilizada na caixa de câmbio 22automática. Desta forma é possível uma condução bastante equilibrada, e semsolavancos, a qual é destinada ao trânsito nos perímetros urbanos, emcongestionamentos, e similares, com nenhuma emissão de poluentes.

Conforme as necessidades relativas a forma dedeslocamento que são comandadas pelo motorista, através de, por exemplo, pressão noacelerador 14, pressão no pedal do freio 15, indicação de mudança de marcha para acontroladora 45 do câmbio elétrico, etc., bem como da configuração do veículo (p. ex.,carga que está sendo transportada), o inversor 25 fornece uma quantidade de energiamaior ou menor para o motor 20, assim aumentando ou reduzindo, respectivamente, avelocidade/tração aplicada nas rodas 3.

Quando são verificadas certas condições (por exemplo,carga da bateria de tração 26 abaixo de um nível predeterminado), as quais serãodefinidas mais adiante, o sistema pode solicitar que o motor térmico 10 seja acionado.

Neste caso, e como indicado na figura 2, o seletor 46 do modo de operação altera aseleção de elétrico para híbrido, alteração esta que é imediatamente informada tantopara a centralina 40 quanto para a controladora 44 do inversor. Neste caso, a centralina40 faz com que ocorra a ignição do motor 10, o qual passa a transmitir mecanicamente asua potência, através da embreagem 11 e do câmbio 12 para o diferencial 13. Maisespecificamente, e com a ignição do motor térmico 10, a centralina 40 comanda a injeçãode combustível nos cilindros (não mostrados) do motor térmico 10, bem como o tempode acionamento das velas (não mostradas) e toda a operação convencional de um motortérmico 10. Ao mesmo tempo, os referidos parâmetros funcionais do motor 10 sãotambém transmitidos para a central eletrônica 43 do Selespeed, que assim atua, comosupra indicado, de modo a engatar a marcha apropriada de acordo com a movimentaçãodo veículo e de acordo com os parâmetros fornecidos pela controladora 44 do inversordo motor elétrico 20. Tal troca de informações entre a controladora do inversor 44(que também atua sobre a controladora 45 do câmbio 22), a centralina 40 e a centraleletrônica 43 do Selespeed permite que os motores 10 e 20 atuem de forma harmônicaem função dos respectivos regimes e das marchas adotadas pelas respectivas caixas decâmbio.

Desta forma, o diferencial 13 recebe mecanicamente apotência fornecida pelo motor elétrico 20, através do eixo de transmissão 24 que sai docâmbio 22 e através da PTU 23, bem como, e também mecanicamente, a potênciafornecida pelo motor térmico 10 através da embreagem 11 e do câmbio 12. Por seuturno, o diferencial 13 transmite para as rodas 3, e através do eixo 2, a somatória daspotências transmitidas para o dito diferencial 13.

Além disto, e durante o funcionamento do motor elétrico 20,a bomba 32 é acionada aspirando o refrigerante contido dentro do radiador 30, atravésda linha 31, e enviando o dito refrigerante, através da linha 33, para, em seqüência, oconversor DC/DC 27, o inversor 25 e o motor elétrico 20, de modo a manter atemperatura destes componentes dentro das faixas operacionais preestabelecidas, o quegarante, além de um funcionamento otimizado do sistema elétrico, também o aumento davida útil dos seus componentes individuais.

Por outro lado, o veículo em objeto conta ainda com umsistema de frenagem regenerativa, através do qual, com o acionamento do freio 15 doveículo, o movimento das rodas 3, que é transmitido ao motor elétrico 20 através do eixo2, da fricção 13, da unidade PTU 23, da caixa de câmbio 22 e da fricção 21, faz com queo dito motor elétrico 20 passe a atuar como um gerador, assim recarregando as baterias26 através do inversor 25. Este é um sistema conhecido e amplamente empregado nosveículos elétricos. Além disto, e dentro de certas condições de rodagem (as quais serãoexplicadas mais abaixo), quando o motor 10 está funcionando e o veículo se encontracom uma velocidade suficiente, o motor 20 não atua, porém a sua caixa de câmbio 22 éengatada de modo a transmitir a movimentação das rodas 3 para o motor 20, através datrajetória mecânica supra descrita, fazendo com que o motor 20 passe a funcionar comoum gerador, recarregando as baterias 26.

Em função das características supra descritas, é possívelestabelecer um novo método de atuação para este tipo de veículo. Assim, no modo defuncionamento elétrico, a partida é dada através do motor elétrico, em primeira marchado cambio 22. As mudanças de velocidade, comandadas pelo motorista através do pedaldo acelerador 14, são transmitidas para a controladora 44 do inversor 25 que assimaumenta ou diminui a quantidade de energia elétrica, proveniente da bateria 26, para omotor 20. Com o aumento da velocidade, por exemplo uma velocidade acima de cercade 30 Km/h, o que pode ocorrer quando o veículo deixa uma zona central e passa atransitar por uma via expressa, o sistema provê a ignição do motor térmico 10 e àmudança de marcha do cambio elétrico 22 da primeira marcha para a segunda marcha.

Neste ponto a controladora 43 do Selespeed comanda o engate da marcha apropriadapara a caixa de câmbio 12 (geralmente a segunda marcha), sendo que a interaçãodescrita entre a centralina 40, a controladora 43 do Selespeed e a controladora 44 doinversor 25 se auto ajustam de modo a controlar a distribuição de tração no eixo 2através do diferencial 13. Tal ajuste permite que o motor térmico 10, auxiliado pelo motorelétrico 20, possa ser mais eficiente e apresentar um consumo de combustível e umaquantidade de emissões reduzidas. Uma das técnicas utilizadas para este escopo é a deaumentar a participação do motor elétrico 20 durante as acelerações do veículo.

Para o funcionamento do veículo dentro da modalidadehíbrida, o veículo sempre inicia seu movimento a partir da tração fornecida pelo motorelétrico 20, como supra descrito, sendo que o motor térmico 10 tem a sua igniçãorealizada a partir de uma velocidade predeterminada, tal como de cerca de 20 Km/h. Apartir de cerca de 25 Km/h o motor térmico 10 passa a atuar efetivamente, por ação dacontroladora 43 do Selespeed que, como supra descrito, engrena a marcha apropriada,após ser realizada a sincronização entre, de um lado a unidade PTU 23 e a caixa decâmbio 22, com de outro lado a caixa de câmbio 12.

Tal como no primeiro modo de atuação, o motor elétrico 20auxilia o motor térmico 10 nas fases de aceleração, fornecendo a sua potência disponívelem função do número de rotações, bem como atua na recuperação de energia nasfrenagens, até uma velocidade pré estabelecida, tal como de cerca de 125 Km/h. Ao seratingida qualquer velocidade constante, e após um certo período de tempo, o motorelétrico começa a reduzir a sua contribuição de potência, chegando até o limite de nãofornecer potência nenhuma. Ao mesmo tempo, o motor térmico 10 adequa a suapotência à velocidade solicitada pelo motorista. Após um certo período de tempo nesteregime constante de trânsito, ou quando a velocidade do veículo atinge um limite máximosuperior, qual por exemplo de cerca de 125 Km/h, o motor elétrico 20 passa a atuarcomo gerador, recarregando as baterias de tração 26, bem como quando o estado decarga das baterias é inferior a cerca de 70% da carga máxima, até o limite de cerca de90% da dita carga máxima das baterias 26.

Por fim, e no caso de algum problema no sistema elétrico,toda a parte eletromotriz é desligada e o veículo passa a atuar exclusivamente por açãodo motor 10, até que possa se deslocar a um local apropriado para os reparosnecessários.

Claims (8)

1. Sistema de tração híbrida em paralelo, a partir de um eixocomum, para veículos, o qual compreende um motor térmico (10) e um motor elétrico(20) para o acionamento de eixo (2), o dito motor térmico (10) mecanicamente conectadoa uma fricção (11), por sua vez ligada a um caixa de câmbio (12), esta ligada aodiferencial (13) o qual transmite o torque do dito motor (10) para as rodas (3), a caixa decâmbio (12) sendo de tipo automática e sendo que o sistema eletromotriz compreendeum motor elétrico (20), alimentado por um inversor (25), por sua vez alimentado por aomenos uma bateria de tração (26), o dito motor elétrico (20) transmitindo o seu torquepara o dito diferencial (13) acoplado no eixo (2) e então para as rodas (3), caracterizadopelo fato de que o dito motor elétrico (20) é acoplado a uma fricção (21) que se conecta auma caixa de câmbio (22) automática, dita caixa de câmbio mecanicamente ligada a umaunidade PTU (23), sendo que:- a segunda caixa de câmbio (22) é controlada pela controladora (45);- o motor elétrico (20) e a fricção (21) são controlados pela controladora (44) do inversor;a primeira caixa de câmbio (12) e a primeira fricção (11) são controladas pelacontroladora (43) do Selespeed; eo motor térmico (10) é controlado pela centralina (40);sendo que o seletor de modalidade (26) comunica à dita centralina (40) e à ditacontroladora (44) do inversor (25) quais dentre os motores térmico (10) e elétrico (20)deve transferir o torque para as rodas (3); e sendo que, quando o dito seletor demodalidade (26) informa à dita centralina (40) e à dita controladora (44) que ambos osmotores (10, 20) devem operar simultaneamente, a dita centralina (40) comanda a ditacontroladora (43) do Selespeed e a dita controladora (40) comanda a controladora (45)da caixa de câmbio (22) de modo a acoplar as velocidades, respectivamente, da ditacaixa de câmbio (22) e da unidade PTU (23) do motor elétrico (20) e da caixa de câmbio(12) do motor térmico (10).

2. Sistema de tração híbrida, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que a caixa de câmbio (22) é uma caixa de câmbio deduas velocidades.

3. Sistema de tração híbrida, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que a unidade PTU (23) é uma junta viscosa de doisdiferenciais, a qual recebe o torque proveniente da caixa de câmbio (22) através de suaentrada, e se conecta mecanicamente ao diferencial (13) através de uma de suas saídas.

4. Sistema de tração híbrida, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de compreender um sistema de refrigeração destinado arefrigerar os componentes elétricos do sistema, dito sistema de refrigeração sendocomposto por um radiador (30), cuja saída do refrigerante é ligada, através da linha (31),na entrada de uma bomba (32), a dita bomba (32) acoplando, na saída, uma linha (33)que conduz o refrigerante para o conversor DC/DC (27), para o inversor (25), e entãopara o motor (20), sendo o refrigerante enviado novamente para a entrada do radiador (30).

5. Método de atuação da tração híbrida, caracterizado pelofato de que, no modo de atuação exclusivamente elétrico, o início de marcha do veículo(1) é realizado pelo motor elétrico (20) até uma primeira velocidade predeterminada,sendo que, a partir de dita primeira velocidade predeterminada o motor térmico (10)passa a atuar em conjunto com o dito motor elétrico (20); e sendo que, no modo deatuação híbrido:a) o início de marcha do veículo (1) é realizado pelo dito motor elétrico (20) até umasegunda velocidade predeterminada, sendo que, a partir da dita segunda velocidadepredeterminada o motor térmico (10) é ligado;b) a partir de uma terceira velocidade predeterminada, maior que a dita segundavelocidade predeterminada, o motor térmico (10) passa a tracionar o veículo emconjunto com o dito motor elétrico (20), sendo que o início de tracionamento pelo ditomotor térmico (10) é comandado pela controladora (43) do Selespeed atuando sobreo cambio (12) e a fricção (11);c) a partir de uma quarta velocidade predeterminada, maior que a dita terceiravelocidade predeterminada, o dito motor elétrico (20) deixa de contribuir notracionamento do veículo (1), sendo que, a partir da dita quarta velocidadepredeterminada, o dito motor elétrico (20) passa a atuar como gerador, recarregandoa ao menos uma bateria (26);d) após um primeiro período de tempo determinado em velocidade constante, acontribuição do torque pelo dito motor elétrico (20) é paulatinamente reduzida, até olimite no qual esta contribuição é zero;e) após um segundo período de tempo determinado em velocidade constante, maiorque o primeiro período de tempo determinado, o dito motor elétrico (20) passa a atuarcomo gerador, recarregando a ao menos uma bateria (26); ef) a ao menos uma bateria de tração (26) é recarregada desde que a sua carga sejamenor que cerca de 70% da carga total, e até o limite de 90% da carga total.

6. Método de atuação, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que, no caso de algum problema no sistema elétrico, toda aparte eletromotriz é desligada e o veículo passa a ser tracionado exclusivamente pelodito motor térmico (10).

7. Método de atuação, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o motor elétrico (20) auxilia o motor térmico (10) nasfases de aceleração, fornecendo a sua potência disponível em função do número derotações da dita caixa de câmbio (22) e da unidade PTU (23) do motor elétrico (20) e dacaixa de câmbio (12) do motor térmico (10).

8. Método de atuação, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que, o início de atuação do dito motor térmico (10), após oinício de marcha do veículo (1), é comandado pelo seletor de modalidade (26), sendoque quando o dito seletor de modalidade (26) informa à centralina (40) e à controladora(44) que ambos os motores (10, 20) devem operar simultaneamente, a dita centralina(40) comandando a dita controladora (43) do Selespeed e a dita controladora (40)comandando a controladora (45) da caixa de câmbio (22) de modo a acoplar asvelocidades, respectivamente, da dita caixa de câmbio (22) e da unidade PTU (23) domotor elétrico (20) e da caixa de câmbio (12) do motor térmico (10).