BRPI0708580B1

BRPI0708580B1 - trem de tração híbrido, método para controle de um trem de tração híbrido, e um sistema que inclui um trem de tração híbrido

Info

Publication number: BRPI0708580B1
Application number: BRPI0708580A
Authority: BR
Inventors: Lars Carlhammar; Benny Carlsson
Original assignee: Volvo Tech Corporation; Volvo Truck Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2020-05-19
Also published as: WO2007102775A1; IN2014MN01463A; JP2012131498A; CN101400534A; EP1998973A4; RU2008139808A; JP4958921B2; EP1998973A1; CN101400534B; EP1998973B1; US20090239703A1; JP2009529450A; RU2427483C2; BRPI0708580A2; US7833125B2; IN2014MN01466A; WO2007102763A1; BRPI0708580A8

Abstract

trem de traçao híbrido e tjm metodo para controle de um trem de traçao híbrido a presente invenção se refere a um trem de tração híbrido (10) incluindo: (i) um motor de combustão (20) operável para energia rotacional de saída no mesmo; (ii) uma disposição de máquina elétrica (60) sendo operável para energia rotacional de saída na mesma; (iii) uma disposição de caixa de marchas (200) para recepção de energia rotacional a partir de pelo menos um do motor de combustão (20) e da disposição de máquina elétrica (60), e sendo operável para acoplamento de força motriz para urna carga (230) acoplada para a disposição de caixa de marchas (200). a disposição de caixa de marchas (200) é operável para proporcionar uma pluralidade de relações de marcha. a disposição de máquina elétrica (60) é empregável para estender urna faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha: (a) em taxas de rotação mais altas precedente para uma mudança de marcha a partir de referida determinada relação de marcha para uma relação de marcha subsequente para a mesma; ou (b) em ambas as taxas de rotação mais baixas quando acelerando a partir de uma parada ou a partir de uma marcha precedente, e em taxas de rotação mais altas precedente para uma mudança de marcha a partir de referida determinada relação de marcha para uma relação de marcha subsequente para a mesma. a presente invenção se refere a um método de controle de um trem de tração híbrido como anteriormente definido.

Description

TREM DE TRAÇÃO HÍBRIDO, MÉTODO PARA CONTROLE DE UM TREM DE

TRAÇÃO HÍBRIDO, E UM SISTEMA QUE INCLUI UM TREM DE TRAÇÃO

HÍBRIDO

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a trens de tração híbridos, por exemplo, para veículos de passageiros, ônibus, caminhões, embarcações, navios, bondes elétricos, trens e similares. Além do mais, a presente invenção também se refere a métodos de controle de tais trens de tração, por exemplo, levando-se em consideração mudança de marcha.

Adicionalmente, a presente invenção também se refere a veículos e similares incluindo tais trens de tração. Adicionalmente, a presente invenção se refere a software executável em hardware de computação para execução dos métodos de controle de tais trens de tração.

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA

[002] Em anos recentes, pesquisa considerável foi investida em tecnologia de sistema híbrido de maneira a proporcionar economia de combustível reforçada e bem como performance motriz aperfeiçoada. Sistemas híbridos incluem trens de tração híbridos, em que cada trem de tração usualmente compreende um motor de combustão, uma disposição de máquina elétrica, um elemento de armazenamento elétrico, e uma disposição de transmissão para acoplamento de pelo menos a máquina elétrica para uma carga do sistema. A máquina elétrica é opcionalmente implementada como um

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2/47 motor/gerador. Superficialmente, tais trens de tração híbridos deveriam ser vistos para envolver complexidade adicional e potencialmente peso adicionado que deveria ser prejudicial para a performance de sistema. Entretanto, na prática, diversos benefícios surgem a partir do emprego de trens de tração híbridos em comparação com sistemas de motor de combustão simples convencionais que operam sub otimizadamente, especialmente em cenários de parada/partida urbanos.

[003] Um benefício considerável proporcionado por trens de tração híbridos é aceleração rápida de um correspondente veículo a partir da parada (de repouso). Tal aceleração rápida é alcançável levando-se em consideração motores elétricos tendo capacidade de desenvolvimento de torques de partida relativamente altos, por exemplo, da ordem de 1.000 Nm, em baixas taxas de rotação de rotor de motor. Além do mais, baterias recarregáveis de trens de tração híbridos têm capacidade de entrega de enormes picos de energia de várias dezenas ou até mesmo centenas de kilowatts. Levando-se em consideração veículos equipados com tais trens de tração híbridos é de prática contemporânea convencional empregar motores de combustão em tais trens de tração híbridos para impulsionar os veículos quando velocidades mais altas de veículo foram atingidas em vista do que motores elétricos não têm capacidade de proporcionar qualquer vantagem. Por exemplo, motores de

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3/47 combustão de trens de tração híbridos são primordialmente utilizados para proporcionar força motriz quando seus veículos estão trafegando em altas velocidades sobre auto estradas (rodovias). Em tráfego urbano em que freqüentes ciclos de parada-partida são experimentados, motores elétricos de trens de tração híbridos são utilizados em uma considerável extensão.

[004] Em uma publicação de pedido de patente internacional PCT número WO 97/15979, está descrito uma tração híbrida para um veículo a motor incluindo um motor de combustão interna acoplado em seu eixo de saída rotacional por intermédio de uma embreagem para um motor elétrico. O motor elétrico está, por sua vez, conectado por intermédio de um acoplamento em ponte para uma caixa de marchas automática e subseqüentemente de ponta a ponta para as rodas do veículo. A tração híbrida é alegada na publicação de pedido de patente aperfeiçoar consideravelmente conforto de viagem. Por soma da energia rotacional desenvolvida pelo motor de combustão e pelo motor elétrico, é alegado se ter capacidade de reduzir um número de processos de mudança (de marcha) requeridos na tração híbrida durante operação.

[005] Em uma publicação de patente norte americana número US 5.713.425, está descrito um trem de tração híbrido para um veículo automotivo. O trem de tração compreende um motor de combustão interna e montagem de

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4/47 transmissão proporcionando um primeiro caminho de fluxo de torque gerado permutável selecionável para rodas de tração do veículo. Além do mais, o trem de tração também compreende uma unidade motor-gerador elétrico definindo um segundo caminho de fluxo de torque gerado que está localizado entre a saída do primeiro caminho de fluxo de torque gerado e as anteriormente referidas rodas de tração. Um sistema de controle é adicionalmente incluído no trem de tração híbrido para operação da unidade motor-gerador elétrico para suprir torque para as rodas de tração enquanto o fluxo de torque no primeiro caminho de fluxo de torque é interrompido durante a ocorrência de uma mudança de relação de marcha na montagem de transmissão e durante desengate de uma embreagem. Por intermédio de controle interativo do motor de combustão interna e da unidade motor-gerador elétrico, a habilidade de tração do veículo é reforçada e emissões de gás de exaustão de motor podem ser reduzidas. Adicionalmente, o motor-gerador elétrico pode lançar o veículo em movimentação imediatamente em resposta para uma requisição a partir de um operador do veículo. Durante lançamento elétrico do veículo em movimentação, o controle interativo do motor de combustão e do motorgerador elétrico permite que o motor de combustão venha a ser reiniciado e após isso gradualmente assumir uma tarefa de propulsão do veículo a partir da unidade motor-gerador elétrico.

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[006] Em uma publicação de pedido de patente internacional PCT número WO 2005/016681, está descrito um método de controle de uma unidade de tração de um veículo a motor. A unidade de tração compreende um motor de combustão interna e um motor elétrico. Uma disposição de transmissão principal da unidade de tração inclui um eixo de saída que é rotativamente acoplado para um eixo de tração do veículo a motor. A disposição de transmissão adicionalmente inclui um eixo de entrada que é conectado para o motor de combustão interna. O motor elétrico é acoplado para o eixo de entrada ou para o eixo de saída da disposição de transmissão por intermédio de uma transmissão intermediária englobando pelo menos duas etapas de transmissão.

[007] Em operação, o veículo é inicialmente tracionado exclusivamente pelo motor elétrico de maneira a acelerar o veículo a partir de uma parada coincidente com a transmissão intermediária estando em sua etapa de transmissão a mais baixa. O motor de combustão assume a função de tração precedentemente a um processo de mudança da transmissão intermediária. A transmissão intermediária é opcionalmente implementada como uma transmissão de embreagem de dentes.

[008] A unidade de tração descrita no pedido de patente internacional PCT anteriormente mencionado é bem adaptada para automóveis de passageiros operáveis para transportar pessoas sentadas dentro dos automóveis.

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[009] A presente invenção considerou que uma tal maneira de operação da unidade de tração é adequada para veículos tais como automóveis de passageiros, mas é sub otimizada para veículos grandes tais como ônibus e caminhões, especialmente quando tais ônibus e caminhões são utilizados em tráfego denso em ambientes urbanos em que freqüentes ciclos de parada-partida são encontrados. Além do mais, em ônibus lotados, pessoas estão freqüentemente de pé levando-se em consideração uma falta de capacidade de assentos que estabelece constrangimentos adicionais que aceleração e desaceleração dos ônibus lotados têm que ser suavizada e uniforme sem períodos de perda de energia de transmissão impulsionando os ônibus lotados. Tais características de transmissão suavizada são obtidas em trens de tração híbridos contemporâneos em veículos por utilização de motores elétricos para inicialmente proporcionar aceleração dos veículos e após isso solicitar torque a partir de motores de combustão uma vez os veículos tenham alcançado velocidade apreciável precedente para solicitar uma seqüência de mudanças de marcha. Entretanto, a presente invenção considerou que tais trens de tração híbridos contemporâneos não têm capacidade de provisão de aceleração e desaceleração suficientemente suavizada e uniforme.

[010] Por conseqüência, a presente invenção se refere a chamar a atenção para um problema que trens de

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7/47 tração contemporâneos não têm capacidade de provisão de uma aceleração suficientemente suavizada e uniforme.

RESUMO DA INVENÇÃO

[011] Um objetivo da presente invenção é o de proporcionar um trem de tração híbrido aperfeiçoado que tem capacidade de provisão de aceleração mais suavizada e uniforme, e correspondentemente desaceleração mais suavizada e uniforme.

[012] A presente invenção se refere a um trem de tração e a um método de operação de um trem de tração, conforme reivindicado.

[013] Em concordância com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um trem de tração híbrido incluindo:

• um motor de combustão operável para energia rotacional de saída no mesmo;

• uma disposição de máquina elétrica operável para energia rotacional de saída na mesma;

• uma disposição de caixa de marchas para recepção de energia rotacional a partir de pelo menos um do motor de combustão e da disposição de máquina elétrica, a disposição de caixa de marchas sendo operável para acoplamento de correspondente força motriz para uma carga;

• uma disposição de unidade de controle acoplada em comunicação com o motor de combustão, com a disposição de máquina elétrica e com a disposição de caixa

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8/47 de marchas para coordenação de suas operações;

• em que a disposição de caixa de marchas é operável para proporcionar uma pluralidade de relações de marcha;

• em que a disposição de máquina elétrica é empregável para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas precedente para uma mudança de marcha a partir da determinada relação de marcha para uma relação de marcha subseqüente para a mesma.

[014] A presente invenção é vantajosa em que a utilização da disposição de máquina elétrica para estender uma faixa de taxas de rotação empregáveis em pelo menos a primeira relação de marcha tem capacidade de reduzir uma freqüência de mudanças de marcha, por intermédio disso proporcionando para aceleração mais suavizada e mais uniforme, e também desaceleração mais suavizada e mais uniforme. Uma tal desaceleração uniforme é beneficamente implementada como frenagem regenerativa.

[015] Opcionalmente, no trem de tração híbrido, a disposição de máquina elétrica é também empregável para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha em ambas as taxas de rotação mais baixas quando acelerando a partir de uma parada ou a partir de uma marcha precedente.

[016] É também proporcionado um trem de tração

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9/47 híbrido incluindo:

uma disposição de unidade de controle acoplada em comunicação com o motor de combustão, com a disposição de máquina elétrica e com a disposição de caixa de marchas para coordenação de suas operações;

em que a disposição de caixa de marchas é operável para proporcionar uma pluralidade de relações de marcha;

disposição de máquina elétrica empregável para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma subseqüente relação de marcha em taxas de rotação mais altas depois de uma mudança de marcha a partir de uma determinada relação de marcha para a subseqüente relação de marcha para a mesma.

[017] A presente invenção é benéfica durante aceleração e bem como durante desaceleração, por exemplo, quando implementando frenagem regenerativa para converter

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10/47 energia cinética em energia elétrica para armazenamento em uma disposição de armazenamento de energia.

[018] A disposição de máquina elétrica é beneficamente acoplável para uma disposição de armazenamento de energia para provisão de energia elétrica para a disposição de máquina elétrica em operação.

[019] O trem de tração é beneficamente proporcionado com uma disposição de controle para controle de operação do trem de tração. Adicionalmente, o trem de tração é beneficamente proporcionado com uma disposição de acoplamento operável para acoplamento de energia rotacional entre o motor de combustão e a disposição de máquina elétrica.

[020] Preferivelmente, no trem de tração, a disposição de acoplamento do trem de tração é operável para pelo menos desacoplamento parcialmente do motor de combustão a partir da disposição de caixa de marchas nas taxas de rotação mais altas. Mais preferivelmente, no trem de tração, a disposição de acoplamento é operável para desacoplamento completamente do motor de combustão a partir da disposição de caixa de marchas nas taxas de rotação mais altas. Desacoplamento pelo menos parcialmente do motor de combustão reduz um risco de dano do motor de combustão por over-revving do mesmo e também é susceptível à fricção de redução no trem de tração, por intermédio disso aperfeiçoando a eficiência do mesmo.

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[021] Preferivelmente, no trem de tração, o motor de combustão é operável em cada das relações de marcha para entregar sua energia máxima em substancialmente uma porção mediana da faixa de rotação da relação de marcha, com a disposição de máquina elétrica proporcionando seu máximo em direção de limites de taxas de rotação inferiores e superiores da relação de marcha. Tal utilização da disposição de máquina elétrica em ambos os limites de taxa de rotação de uma determinada relação de marcha está em contradição para a prática contemporânea em que energia entregue a partir de um motor de combustão é normalmente utilizada em taxas de rotação relativamente mais altas na determinada relação de marcha.

[022] Mais preferivelmente, no trem de tração, a porção mediana da taxa de rotação corresponde para um eixo de saída do motor de combustão rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente 1.500 rpm até 3.000 rpm, a taxa de rotação inferior correspondendo para um eixo de saída de disposição de máquina elétrica rotacionando em uma taxa em uma faixa de 0 rpm até 1.500 rpm, e a taxa de rotação superior correspondendo para o eixo de saída da disposição de máquina elétrica rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente 3.000 rpm para até menos 4.500 rpm. Opcionalmente, a taxa de rotação inferior corresponde para o eixo de saída da disposição de máquina elétrica rotacionando em uma faixa de 1.000 rpm até 1.500

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12/47 rpm quando o trem de tração já está em movimentação.

[023] Em concordância com um segundo aspecto da presente invenção, é proporcionado um método de controle de um trem de tração híbrido incluindo:

• uma disposição de unidade de controle acoplada em comunicação com o motor de combustão, com a disposição de máquina elétrica e com a disposição de caixa de marchas para coordenação de suas operações;

em que referido método inclui as etapas de:

(a) emprego da disposição de máquina elétrica para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha em taxas de rotação mais baixas quando acelerando a partir de uma parada ou uma relação de marcha precedente, e para estender uma faixa de

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13/47 taxa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas precedente para uma mudança de marcha a partir da determinada relação de marcha para uma relação de marcha subseqüente para a mesma; ou (b) emprego da disposição de máquina elétrica para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas precedente para uma mudança de marcha a partir da determinada relação de marcha para uma subseqüente relação de marcha para a mesma.

[024] Preferivelmente, o método inclui uma etapa de utilização de uma disposição de acoplamento do trem de tração para desacoplamento pelo menos parcialmente do motor de combustão a partir da disposição de caixa de marchas nas taxas de rotação mais altas. Mais preferivelmente, no método, a disposição de acoplamento é operável para desacoplamento completamente do motor de combustão a partir da disposição de caixa de marchas nas taxas de rotação mais altas.

[025] Preferivelmente, no método, o motor de combustão é operável em cada uma das relações de marcha para entregar sua energia máxima em substancialmente uma porção mediana da faixa de rotação da relação de marcha, com a disposição de máquina elétrica proporcionando seu máximo em direção de limites de taxas rotação inferiores e superiores da relação de marcha.

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[026] Preferivelmente, no método, a porção mediana da faixa de rotação corresponde para um eixo de saída do motor de combustão rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente 1.500 rpm até 3.000 rpm, a taxa de rotação inferior correspondendo para um eixo de saída da disposição de máquina elétrica rotacionando em uma taxa em uma faixa de 0 rpm até 1.500 rpm, e a taxa de rotação superior correspondendo para o eixo de saída da disposição de máquina elétrica rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente de 3.000 rpm até pelo menos 4.500 rpm.

[027] Em concordância com um terceiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um sistema incluindo um trem de tração híbrido em concordância com o primeiro aspecto da presente invenção.

[028] Preferivelmente, o sistema é operável para controle de seu trem de tração híbrido utilizando um método em concordância com o segundo aspecto da presente invenção.

[029] Preferivelmente, o sistema é um ônibus, um caminhão, uma van, um veículo de passageiros, um bonde elétrico, um trem, uma embarcação, um navio, ou um dispositivo de entrega de energia estacionário.

[030] Em concordância com um quarto aspecto da presente invenção, é proporcionado um produto de computador executável em hardware de computação para implementação de um método em concordância com o segundo aspecto da presente invenção.

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[031] Em concordância com um quinto aspecto da presente invenção, é proporcionado um produto de computador compreendendo recurso de código de programa de computador adaptado para desempenho de um método ou para utilização em um método em concordância com o segundo aspecto da presente invenção quando o programa de computador está rodando em um microcomputador programável.

[032] Preferivelmente, o programa de computador é adaptado para ser baixado para um trem de tração em concordância com o primeiro aspecto da presente invenção ou um ou mais de seus componentes quando rodando em um computador que está conectado com a internet.

[033] Em concordância com um sexto aspecto da presente invenção, é proporcionado um produto de programa de computador armazenado em uma mídia (meio) de leitura por computador, compreendendo recurso de código de programa de computador em concordância com o quinto aspecto da presente invenção.

[034] Em concordância com um sétimo aspecto da presente invenção, é proporcionado um trem de tração híbrido incluindo:

• uma disposição de caixa de marchas para

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16/47 recepção de energia rotacional a partir de pelo menos um do motor de combustão e da disposição de máquina elétrica, a disposição de caixa de marchas sendo operável para acoplamento de correspondente força motriz para uma carga;

• em que a disposição de máquina elétrica é empregável para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha:

(a) em taxas de rotação mais altas precedentes para uma mudança de marcha a partir da determinada relação de marcha para uma relação de marcha subseqüente para a mesma; ou (b) em ambas as taxas de rotação mais baixas quando acelerando a partir de uma parada ou a partir de uma marcha precedente, e em taxas de rotação mais altas precedentes para uma mudança de marcha a partir da determinada relação de marcha para uma relação de marcha subseqüente para a mesma.

[035] Em concordância com um oitavo aspecto da presente invenção, é proporcionado um método de controle de

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17/47 um trem de tração híbrido incluindo:

o método incluindo as etapas de:

(a) emprego da disposição de máquina elétrica para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha em taxas de rotação mais baixas quando acelerando a partir de uma parada ou uma relação de marcha precedente, e para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas precedente para uma mudança de marcha a partir da determinada relação de marcha

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18/47 para uma subseqüente relação de marcha para a mesma; ou (b) emprego da disposição de máquina elétrica para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas para uma mudança de marcha a partir da determinada relação de marcha para uma subseqüente relação de marcha para a mesma.

[036] Em concordância com um nono aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para controle de um trem de tração híbrido possuindo uma disposição de máquina elétrica operável para saída ou recepção de energia rotacional para/a partir de uma carga por intermédio de uma disposição de caixa de marchas, compreendendo a etapa de controle da disposição de máquina elétrica em uma porção superior de uma faixa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha proporcionada pela disposição de caixa de marchas.

[037] Empregando a disposição de máquina elétrica na porção superior da faixa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha se criam condições para extensão de uma faixa disponível de taxas de rotação a partir de um motor de combustão em uma determinada relação de marcha. Desta maneira, uma freqüência de mudanças de marcha pode ser reduzida, por intermédio disso proporcionando aceleração mais suavizada e mais uniforme, e também desaceleração mais suavizada e mais uniforme.

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[038] A expressão “em uma porção superior da faixa de rotação” corresponde para a expressão em taxas de rotação mais altas”. Mais especificamente, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para uma conexão de energia rotacional para a carga na última porção da faixa de rotação, vantajosamente em 50 % - 100 % da faixa de rotação, preferivelmente em 60 % - 100 % da faixa de rotação e especialmente em 70 % - 100 % da faixa de rotação. Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para uma conexão de energia rotacional para a carga em taxas de rotação acima de 2.000 rpm, especialmente acima de 2.500 rpm e, por exemplo, abaixo de 6.000 rpm.

[039] Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle do trem de tração híbrido de maneira que a disposição de máquina elétrica é a principal fonte de energia em referida porção superior da faixa de rotação e especialmente de maneira que a disposição de máquina elétrica é a única fonte de energia em referida porção superior da faixa de rotação.

[040] Em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para energia rotacional de saída para a carga em referida porção superior da faixa de rotação. Por conseqüência, a disposição de máquina elétrica funciona como um motor e

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20/47 supre energia rotacional de saída, especialmente de maneira a acelerar a carga. Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para energia rotacional de saída para a carga na porção superior da faixa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha precedente para uma mudança de marcha a partir de referida determinada relação de marcha para uma relação de marcha mais alta. Por conseqüência, o método pode compreender uma mudança de marcha ascendente na caixa de marchas. Preferivelmente, uma pluralidade de mudanças de marcha ascendentes consecutivas é desempenhada e a disposição de máquina elétrica é controlada para energia rotacional de saída para a carga antes de cada mudança de marcha ascendente em referida porção superior da faixa de rotação.

[041] Em concordância com uma outra concretização preferida da presente invenção, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para recepção de energia rotacional a partir da carga, especialmente de maneira a desacelerar a carga. Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para recepção de energia rotacional a partir da carga na porção superior da faixa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha seguindo uma mudança de marcha para referida determinada relação de marcha a partir de uma relação de marcha mais alta. Por conseqüência, o

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21/47 método pode compreender uma redução de marcha na caixa de marchas. Preferivelmente uma pluralidade de reduções de marcha consecutivas é desempenhada e a disposição de máquina elétrica é controlada para recepção de energia rotacional a partir da carga depois de cada redução de marcha em referida porção superior da faixa de rotação. Em concordância com um desenvolvimento adicional da presente invenção, um motor de combustão no trem de tração híbrido pode ser desconectado a partir da carga durante a fase de desaceleração completa. Especialmente, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para frear regenerativamente a carga.

[042] Preferivelmente, em adição para a disposição de máquina elétrica, o trem de tração híbrido compreende uma fonte de energia adicional operável para energia rotacional de saída para a carga por intermédio da disposição de caixa de marchas. A fonte de energia adicional é constituída por um motor de combustão e mais particularmente um motor a diesel, mas pode alternativamente ser constituído por uma célula de combustível, turbina a gás ou outra fonte de energia.

[043] Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle da fonte de energia adicional em uma porção mediana da faixa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha proporcionada pela disposição de caixa de marchas. Em concordância com uma concretização preferida da

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22/47 presente invenção, o método compreende a etapa de controle do motor de combustão para uma conexão de energia rotacional para a carga no intervalo de 10 % - 90 % da faixa de rotação, preferivelmente em 20 % - 80 % da faixa de rotação e especialmente em 30 % - 70 % da faixa de rotação. Em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, o método compreende a etapa de controle do motor de combustão para uma conexão de energia rotacional para a carga na faixa de 500 rpm - 3000 rpm e especialmente em taxas de rotação na faixa de 1.000 rpm 2.500 rpm.

[044] Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle da fonte de energia adicional para energia rotacional de saída para a carga na porção mediana da faixa de rotação, especialmente de maneira a acelerar a carga.

[045] Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle do trem de tração híbrido de maneira que a fonte de energia adicional é a principal fonte de energia para energia rotacional de saída para a carga na porção mediana da faixa de rotação e especialmente de maneira que a fonte de energia adicional é a única fonte de energia para energia rotacional de saída para a carga na porção mediana da faixa de rotação. A disposição de máquina elétrica pode ser controlada para determinar uma contribuição de energia rotacional de saída em referida porção mediana da faixa de rotação.

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[046] Preferivelmente, a fonte de energia adicional é configurada para saída de uma energia rotacional até um limite de taxa de rotação na vizinhança da porção superior da faixa de rotação e especialmente, o limite de taxa de rotação está em uma vizinhança de uma velocidade máxima da fonte de energia adicional. Preferivelmente, o limite da porção superior da faixa de rotação substancialmente corresponde para a velocidade máxima de um motor de combustão. Entretanto, o motor de combustão pode ter capacidade de operação pelo menos parcialmente na porção superior da faixa de rotação. Portanto, da máquina elétrica e do motor de combustão podem ter saída de uma energia rotacional simultaneamente pelo menos durante uma parte da porção superior da faixa de rotação. Adicionalmente, o motor de combustão pode ser configurado de maneira que o mesmo pode entregar energia rotacional de saída também na porção superior da faixa de rotação, mas o mesmo é de fato desconectado a partir da carga na porção superior da faixa de rotação, e o método compreende unicamente utilização da disposição de máquina elétrica em referida porção superior da faixa de rotação.

[047] Preferivelmente, o método compreende a etapa de desacoplamento pelo menos parcialmente da fonte de energia rotacional a partir da disposição de caixa de marchas em referida porção superior da faixa de rotação e especialmente desacoplamento completamente da fonte de

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24/47 energia adicional a partir da disposição de caixa de marchas em referida porção superior da faixa de rotação. O procedimento de desacoplamento é preferivelmente desempenhado por intermédio de uma embreagem.

[048] Preferivelmente, a fonte de energia rotacional é operável em cada uma das relações de marcha para entrega de sua energia máxima em substancialmente uma porção mediana da faixa de rotação da relação de marcha, com a disposição de máquina elétrica proporcionando seu máximo em direção de limites de taxa de rotação inferiores e/ou superiores da relação de marcha.

[049] Preferivelmente, a disposição de caixa de marchas é operável para proporcionar uma pluralidade de relações de marcha.

[050] Preferivelmente, o método compreende a etapa de controle da disposição de máquina elétrica para uma conexão de energia rotacional para a carga por intermédio da disposição de caixa de marchas também em uma porção inferior de uma faixa de rotação em uma determinada relação de marcha quando acelerando a partir de uma parada ou a partir de uma marcha precedente.

[051] Deverá ser evidenciado que características da presente invenção são susceptíveis de serem combinadas em qualquer combinação sem se afastar a partir do escopo da presente invenção como definido pelas reivindicações de patente acompanhantes.

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DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[052]	Concretizações	da	presente	invenção	irão
agora ser	descritas em maiores	detalhes, de	uma maneira	não
limitante,	por intermédio	de	exemplos	somente,	com

referência para os Desenhos acompanhantes, nos quais:

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um trem de tração híbrido em concordância com a presente invenção;

A Figura 2 é um gráfico ilustrando aceleração de um veículo incluindo o trem de tração híbrido da Figura 1, o trem de tração operando de uma maneira contemporânea convencional; e

A Figura 3 é um gráfico ilustrando aceleração do veículo incluindo o trem tração híbrido da Figura 1, o trem de tração operando de uma maneira em concordância com a presente invenção.

As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações nelas representadas.

DESCRIÇÃO DE CONCRETIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[053] A seguir, uma concretização de um trem de tração híbrido em concordância com a presente invenção irá ser descrita. Aqui posteriormente, a operação do trem de tração híbrido irá ser elucidada. Implementações alternativas dos trens de tração híbridos irão então ser descritas.

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[054] Enquanto a seguir a presente invenção é exemplificada em uma concretização de um trem de tração híbrido para um veículo, isto não implica de nenhuma maneira em qualquer restrição levando-se em consideração o campo de aplicação da presente invenção. Pelo contrário, a presente invenção é também utilizável em muitos outros campos de aplicação como por exemplo, em trens de tração híbridos para trens, embarcações, navios e aplicações estacionárias.

[055] Referindo-se agora à Figura 1, é ilustrado um trem de tração híbrido indicado genericamente pelo numeral de referência (10). O trem de tração (10) é projetado para incluir relativamente poucas partes componentes para assegurar elevada confiabilidade e compacidade reforçadas. Além do mais, muitas de suas partes são adaptações de componentes bem testados utilizados em veículos em todo o mundo. Entretanto, o trem de tração híbrido (10) difere a partir de trens de tração conhecidos em diversos aspectos importantes que irão ser elucidados adicionalmente mais tarde.

[056] O trem de tração (10) inclui um motor de combustão (20) com seu manifold de exaustão (30) associado. O motor de combustão (20) pode tanto ser normalmente aspirado ou quanto turbo-charged. Opcionalmente, o motor de combustão (20) é um motor a diesel, um motor a biogás ou um motor a gasolina. Um eixo de comando (de manivela,

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27/47 excêntrico) de saída (40) do motor de combustão (20) é rotativamente acoplado para uma primeira placa de uma embreagem (50) . Uma segunda placa da embreagem (50) é rotativamente acoplada por intermédio de um eixo adicional para uma disposição de máquina elétrica (60) . A embreagem (50) é uma embreagem de tipo deslizante que proporciona uma característica de acoplamento de torque; a embreagem (50) é continuamente ajustável a partir de totalmente desengatada para totalmente engatada e graus de acoplamento de torque dentre estas.

[057] A disposição de máquina elétrica (60) inclui pelo menos uma máquina elétrica (70) que não é somente operável para gerar energia mecânica de rotação e, por conseqüência, torque de tração quando excitada por energia elétrica, mas é também operável para funcionar como um gerador quando configurada para proporcionar frenagem regenerativa e, por conseqüência, torque de frenagem; convenientemente, a máquina elétrica (70) capacidade de funcionamento tanto como um motor e quanto como um gerador. A disposição de máquina elétrica (60) adicionalmente inclui um eixo de saída de torque de motor (80) rotativamente acoplado para a máquina elétrica (70) e também para o eixo de comando de saída (40) do motor de combustão (20) como ilustrado. Adicionalmente, a disposição de máquina elétrica (60) inclui uma unidade de controle de máquina elétrica (90) e uma unidade eletrônica de energia (100) para

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28/47 permutar corrente alta para e a partir da máquina elétrica (70) em resposta para seu funcionamento como um motor de tração ou como um gerador.

[058] O trem de tração (10) também inclui uma disposição de armazenamento de energia (150). A disposição de armazenamento de energia (150) compreende um elemento de armazenamento de energia (160) que é opcionalmente implementado como uma bateria eletricamente recarregável acoplada para um controlador de elemento de armazenamento de energia (170) para gerenciamento de descarga e de recarga do elemento de armazenamento de energia (160). Como alternativa, o elemento de armazenamento de energia (160) é opcionalmente implementado utilizando uma tecnologia de bateria de hidreto de metal de níquel (NiMH), uma tecnologia de bateria recarregável de ácido de chumbo avançada, uma tecnologia de célula recarregável de íon de lítio, ou uma tecnologia de célula recarregável de polímero de lítio. A utilização de super capacitores como elementos de armazenamento de energia (160) é também possível. Alternativamente, o elemento de armazenamento de energia (160) pode ser implementado por intermédio de um dispositivo de armazenamento de energia de volante de rotação um dispositivo de armazenamento hidráulico, um dispositivo de armazenamento de energia mecânica combinado com qualquer disposição de conversão de energia adequada (não mostrada) convertendo:

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[059] energia elétrica produzida pela máquina elétrica (70) ( funcionando como gerador) em uma forma de energia adequada para armazenamento em referido elemento de armazenamento de energia (160); e

[060] (ii) energia armazenada em referido elemento de armazenamento de energia (160) em energia elétrica para utilização na máquina elétrica (70) (funcionando como motor).

[061] Ainda mais opcionalmente, o elemento de armazenamento de energia (160) pode ser implementado como uma combinação de diversas de tais tecnologias de armazenamento de energia para melhor utilização de características de carga e descarga individuais destas tecnologias.

[062] O trem de tração (10) e seu veículo possuem associados com os mesmos auxiliadores elétricos (180), por exemplo, um ou mais de aquecedores elétricos, ventiladores, sistemas de segurança e funções de controle de climatização de veículo. Estes auxiliadores elétricos (180) são eletricamente acoplados para o elemento de armazenamento de energia (160) como ilustrado na Figura 1.

[063] O eixo de saída de torque de motor (80) anteriormente mencionado é rotativamente acoplado para uma caixa de marchas (200) . A caixa de marchas (200) é operável para proporcionar diversas relações de marcha discretas e um acoplamento neutro a partir do eixo de saída de torque

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30/47 de motor (80) para um eixo de saída final (210). O eixo de saída final (210) é rotativamente acoplado por intermédio de uma marcha de diferencial (220) para uma carga (230) do trem de tração (10) , por exemplo, uma ou mais rodas (230) de um veículo (não mostrado) em que o trem de tração (10) é montado. O veículo é opcionalmente um veículo comercial pesado, tal como um ônibus, um caminhão, um veículo de construção, uma van de entregas, ou qualquer outro tipo de veículo que é requerido em operação exibir aceleração relativamente alta suavizada e uniforme em uma maneira de tração de parada/partida. Entretanto, a presente invenção não está limitada para tais veículos; por exemplo, o trem de tração (10) é susceptível para ser empregado em veículos de passageiros, embarcações, navios e equipamento estacionário de entrega de energia.

[064] O trem de tração (10) é adicionalmente proporcionado com uma unidade de controle central (300) eletricamente acoplada para uma montagem de acionador (não mostrada) associada com a embreagem (50), para a unidade de controle de máquina elétrica (90) , para o controlador de armazenamento de energia (170) , e para uma unidade de acionador (não mostrada) associada com a caixa de marchas (200). A unidade de controle central (300) é operável para proporcionar uma interface para um motorista do veículo, por exemplo, a unidade de controle central (300) é acoplada para receber comandos de aceleração, de frenagem e de

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31/47 mudança de marcha a partir do motorista. Além do mais, ainda que não ilustrado na Figura 1, o trem de tração (10) inclui sensores em diversas posições estratégicas no trem de tração (10) para mensuração do torque, ou mensuração de sinais de parâmetros possibilitando os subseqüentes cálculo ou estimativa do torque; os sensores são beneficamente implementados como sensores de taxa de rotação, por exemplo, sensores de taxa de rotação (tacômetros) ópticos ou indutivos implementados como codificadores ópticos ou indutivos, operáveis para geração de sinais; a partir dos sinais, uma mensuração do torque pode ser derivada a partir da aceleração angular ^da/dt em concordância com a Equação 1 (Eq. 1) :

T = I * ^dm/_dt (Eq. 1) em que:

T = torque; e

I = momento de inércia.

[065] A unidade de controle central (300) é operável para desempenhar várias funções que irão ser elucidadas mais tarde se referindo à interação do motor de combustão (20), da embreagem (50), da disposição de máquina elétrica (60) e da caixa de marchas (200). Opcionalmente, a disposição de máquina elétrica (60) é implementada por um ou mais de: tecnologia de relutância permutada, tecnologia de motor/gerador de indução, tecnologia de magneto permanente.

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[066] A operação do trem de tração (10) irá ser agora descrita com referência para a Figura 1. A unidade de controle (300) é programada para ativação do motor de combustão (20) periodicamente de maneira a operar o mesmo em uma parte a mais eficiente de seu regime de operação térmica de maneira a possibilitar que o motor de combustão (20) venha a proporcionar economia de combustível reforçada para o trem de tração (10). Existem, conseqüentemente, períodos durante os quais o motor de combustão (20) está em um estado desativado sem combustível sendo suprido para o mesmo. Quando o motor de combustão (20) está no estado desativado, a embreagem (50) é beneficamente acionada pela unidade de controle (300) para estar em um estado desengatado. Como descrito precedentemente, a embreagem (50) está pelo menos parcialmente engatada para torque acoplado a partir do motor de combustão (20) quando o motor de combustão (20) está em seu estado ativado com combustível sendo suprido para o mesmo. A unidade de controle (30) é programada para controlar a operação da máquina elétrica (60), da embreagem (50) e do motor de combustão (20) de maneira que a desativação e ativação do motor de combustão (20) ocorrem no trem de tração (10) sem substancialmente induzir quaisquer trancos de torque dignos de atenção. Uma tal característica é especialmente importante quando o trem de tração (10) é empregado em um ônibus que transporta em operação passageiros em uma

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33/47 posição em pé, ao ônibus sendo requerido acelerar suavemente e rapidamente em ambientes urbanos de maneira a não impedir indevidamente fluxo de trânsito e ainda ser tão eficiente em combustível quanto possível para satisfazer regulamentações econômicas e de emissão de combustível.

[067] A operação contemporânea convencional do trem de tração (10) irá ser agora descrita com referência para a Figura 2. Na Figura 2, é mostrado um primeiro gráfico indicado genericamente pelo numeral de referência (400) . O primeiro gráfico (400) inclui um eixo de abscissas (410) simboli zando um tempo decorrido a partir da esquerda para a direita. Além do mais, o primeiro gráfico (400) inclui um eixo de ordenadas (420) subdividido em primeira região, segunda região e terceira região (440, 460, 480).

Na primeira região (440), o eixo de ordenadas (420) simboliza velocidade de veículo aumentando a partir do fundo para o topo. Na segunda região (460), o eixo de ordenadas (420) simboli za força motriz entregue a partir da máquina elétrica (70) com energia aumentando a partir do fundo para o topo. Na terceira região (480), o eixo de ordenadas (420) simboli za força motriz entregue a partir do motor de combustão (20) por intermédio da embreagem (50) com energia aumentando a partir do fundo para o topo. A aceleração do veículo é mostrada como uma seqüência de fases começando com a fase (P1) e terminando com a fase (P5); existem fases adicionais além da fase (P5) que não

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34/47 irão ser descritas. Em um processo de progresso a partir da fase (P1) para a fase (P5), a velocidade do veículo segue uma curva (430) incluída na primeira região (440), energia entregue a partir da máquina elétrica (70) segue uma curva (450) na segunda região (460), e energia entregue a partir do motor de combustão (20) segue uma curva (470) na terceira região (480) . As fases (P1), (P3) e (P5) correspondem para a aceleração do veículo. Em um exemplo, na fase (P1), a máquina elétrica (70) é operável para proporcionar uma maior parte de energia mecânica e torque a partir de uma taxa de revolução de eixo de 1.000 rpm até

1.500 rpm em que o motor de combustão (20) proporciona uma maior parte de energia mecânica e torque a partir de uma taxa de revolução de eixo de 1.500 rpm até 3.000 rpm; consideração similar com respeito à carga de energia mecânica compartilhada entre a máquina elétrica (70) e o motor de combustão (20) também substancialmente pertencendo às fases (P3) e (P5) . As fases (P2) e (P4) correspondem para mudanças de marcha ocorrendo na caixa de marchas (200). O primeiro gráfico (400) corresponde substancialmente para um regime adotado na publicação de pedido de patente internacional PCT número WO 2005/016681 anteriormente mencionada.

[068] Em um tempo exatamente precedente à fase (P1), o veículo incluindo o trem de tração híbrido (10) está estacionário. Durante a fase (P1), aceleração inicial

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35/47 ocorre utilizando energia entregue substancialmente a partir da máquina elétrica (70) para uma velocidade de limiar em que o motor de combustão (20) progressivamente entrega mais energia relativamente para a máquina elétrica (70); no final da fase (P1) , força motriz para acelerar o veículo é proporcionada substancialmente a partir do motor de combustão (20). Durante a fase (P2), uma mudança de marcha ocorre em que a máquina elétrica (70) é novamente utilizada no começo da fase (P3) para proporcionar força motriz em cooperação com a máquina elétrica (70) com o motor de combustão (20) novamente assumindo uma função de entrega da maior parte de força motriz no final da fase (P3) exatamente precedendo uma mudança de marcha na fase (P4) . No começo da fase (P5), o motor de combustão (20) entrega relativamente mais força motriz do que a máquina elétrica (70); durante a fase (P5), o motor de combustão (20) crescentemente entrega mais força motriz na medida em que energia entregue a partir da máquina elétrica (70) é progressivamente diminuída. Além da fase (P5), o motor de combustão (20) é progressivamente mais utilizado para proporcionar força motriz em uma extensão em que a máquina elétrica (70) possui uma contribuição relativamente subordinada. Mudanças de marcha na fase (P2) e na fase (P4) determinam surgimento para mudanças abruptas em aceleração simbolizadas por (500) e (510), respectivamente, que podem ser sentidas como trancos de aceleração por passageiros

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36/47 viajando no veículo, por exemplo, um ônibus.

[069] De maneira a adicionalmente elucidar a operação do trem de tração (10) de uma maneira convencional, alguns exemplos de parâmetros se referindo a uma implementação prática do trem de tração (10) irá ser agora descrita.

[070] A máquina elétrica (70) é beneficamente um motor síncrono de magneto permanente de seis fases (PM) que é operável para gerar 120 kW de energia mecânica e gerar um torque máximo de 800 Nm. Além do mais, embora a máquina elétrica (70) venha a desenvolver seu torque o maior em velocidades de rotação mais baixas, seu rotor tem capacidade de ser tracionado em taxas de rotação a partir da parada (repouso) para substancialmente 8.000 rpm.

[071] A caixa de marchas (200) é beneficamente uma caixa de marchas automática de mudança em (I) de propriedade da Volvo; alternativamente, a caixa de marchas (200) é uma caixa de marchas projetada personalizada adaptada para utilização com o trem de tração (10). Por exemplo, a caixa de marchas (200) se inclui em uma faixa de seis até doze marchas que são individualmente selecionáveis a partir da unidade de controle (300) ; mais normalmente, a caixa de marchas (200) inclui substancialmente dez marchas. Uma tal implementação da caixa de marchas possibilita ao motor de combustão (20) impulsionar um veículo no qual o trem de tração (10) é montado em uma faixa de velocidade de

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Km/h até 150 Km/h. Por conseqüência, quando acelerando o veículo a partir da parada para uma velocidade em uma ordem de 80 Km/h, a caixa de marchas (200) convencional tem de ser permutada através de uma ordem de cinco a seis marchas. Descontinuidades em energia transmitida através da caixa de marchas (200) potencialmente ocorrem em cada mudança de marcha ocorrendo na caixa de marchas (200) quando a máquina elétrica (70) e motor de combustão (20) estão momentaneamente desacoplados a partir da caixa de marchas (200) durante operação do trem de tração (10).

[072] A presente invenção considerou que a operação do trem de tração híbrido (10) pode ser aperfeiçoada para proporcionar uma aceleração mais uniforme e suavizada do que aquela ilustrada na Figura 2. O trem de tração híbrido (10) é beneficamente operado em concordância com a presente invenção, a saber de uma maneira como ilustrada na Figura 3. Referindo-se à Figura 3, é mostrado um segundo gráfico indicado genericamente pelo numeral de referência (600) . O segundo gráfico (600) inclui o anteriormente mencionado eixo de abscissas (410) simbolizando uma passagem de tempo (t) a partir da esquerda para a direita. Além do mais, o eixo de ordenadas (420) do segundo gráfico (600) inclui as anteriormente mencionadas primeira região, segunda região e terceira região (440, 460, 480), respectivamente. Uma curva (630) na primeira região (440) do segundo gráfico (600) representa velocidade

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38/47 do veículo incluindo o trem de tração híbrido (10) . Uma curva (640) do segundo gráfico (600) corresponde para força motriz proporcionada a partir da máquina elétrica (70); por exemplo, a máquina elétrica (70) é operável para entregar sua energia mecânica sobre uma faixa de taxa de rotação de eixo de 1.000 rpm até aproximadamente 6.000 rpm quando seu veículo associado já está em movimentação, e opcionalmente a partir de substancialmente 0 rpm até aproximadamente 6.000 rpm quando o veículo está sendo lançado a partir da parada (repouso). Uma curva (650) do segundo gráfico (600) corresponde para força motriz proporcionada a partir do motor de combustão (20) ; por exemplo, o motor de combustão (20) é operável para entregar sua energia mecânica sobre uma faixa de taxa de rotação de eixo de 1.500 rpm até 3.000 rpm, embora o motor de combustão (20) tenha capacidade de ser operado em faixas de taxa de rotação abaixo de 1.500 rpm e acima de 3.000 rpm quando forçado a assim fazer de uma maneira sem carga de motor pela máquina elétrica (70). O segundo gráfico (600) corresponde para o veículo acelerando progressivamente a partir da fase (Q1) para a fase (Q5). As fases (Q2) e (Q4) correspondem para mudanças de marcha ocorrendo na caixa de marchas (200). Entretanto, em comparação com o primeiro gráfico (400) da Figura 2, o segundo gráfico (600) da Figura 3 mostra a partir da curva (630) uma velocidade de veículo mais atingível para cada marcha durante as fases (Q1), (Q3) e (Q5), por intermédio

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39/47 disso requerendo mudanças de marcha relativamente menos freqüentes, embora economizando desgaste da caixa de marchas (200) e da embreagem (50) e proporcionando uma aceleração mais suavizada e mais uniforme do que proporcionada no primeiro gráfico (400). Por conseqüência, no segundo gráfico (600), uma faixa de velocidade maior é conseguida nas fases (Q1), (Q3) e (Q5) por exploração de uma característica que a máquina elétrica (70) é susceptível para funcionar sobre uma faixa de taxa de rotação maior em comparação com o motor de combustão (20); opcionalmente, a caixa de marchas (200) é projetada para incluir poucas faixas de marcha que são mais mutuamente espaçadas separadamente levando-se em consideração suas relações de marcha, por intermédio disso simplificando projeto mecânico da caixa de marchas (200) e por intermédio disso potencialmente reduzindo seus custos de manufaturação e aumentando sua confiabilidade de operação.

[073] Opcionalmente, para otimização de eficiência de operação térmica, o motor de combustão (20) opcionalmente possui uma faixa de taxa de rotação mais reduzida do que um motor de combustão convencional não intencionado para utilização em um trem de tração híbrido, por exemplo, o motor de combustão (20) pode ser de projeto sintonizado (personalizado) e opcionalmente utiliza uma manifold de admissão sintonizado. Se necessário, a máquina elétrica (70) é opcionalmente atualizada para uma unidade

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40/47 mais poderosa quando operando em concordância com a Figura 3. Por conseqüência, uma característica importante na Figura 3 é a de que a excitação para a máquina elétrica (70) é aumentada substancialmente precedente para uma mudança de marcha de maneira a estender as fases (Q3), (Q5) e especialmente (Q1). Em conseqüência, como simbolizado pela curva (650), o motor de combustão (20) é operável para entregar a maior parte de energia substancialmente em uma porção mediana das fases (Q1), (Q3) e (Q5). Para evitar sobre over-revving do motor de combustão (20), a embreagem (50) é opcionalmente desengatada para isolar o motor de combustão (20) nas porções últimas das fases (Q1), (Q3) e (Q5), caso no qual força motriz para acelerar o veículo é derivada unicamente a partir da máquina elétrica (70) imediatamente precedente para uma mudança de marcha. Um tal modo de operação está em contradição para a prática convencional em que o motor de combustão (20) é considerado como sendo o mais apropriado para entrega de força motriz nas regiões últimas das fases (P1), (P3) e (P5) exatamente precedentemente para mudanças de marcha como ilustradas na Figura 2. Enquanto a embreagem (50) é utilizada para isolar o motor de combustão (20), o motor de combustão (20) pode opcionalmente ser desativado; alternativamente, o motor de combustão (20) pode ser mantido ativo quando isolado pela embreagem (50).

[074] Por conseqüência, na Figura 3, a máquina

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41/47 elétrica (70) proporciona uma maior parte de foca motriz em partida inicial e em torno de mudanças de marcha; por exemplo, a máquina elétrica (70) é disposta para entregar uma maior parte de sua força motriz em uma faixa de taxa de rotação de eixo mais baixa de 1.000 rpm até 1.500 rpm e também em uma faixa de taxa de rotação de eixo mais alta de 3.000 rpm para aproximadamente 6.000 rpm, respectivamente, por exemplo, aproximadamente pelo menos 4.500 rpm; a faixa de taxa de rotação de eixo mais baixa de 0 rpm até 1.500 rpm é opcionalmente apropriada quando um veículo está sendo lançado em movimentação. Na Figura 3, o motor (20) é empregado para proporcionar a maior parte da força motriz em regiões intermediárias entre mudanças de marcha; por exemplo, o motor (20) é disposto para entregar uma maior parte de sua força motriz em uma faixa de taxa de rotação de substancialmente 1.500 rpm até 3.000 rpm. Embora a Figura 3 ilustra a aceleração do veículo, uma aproximação similar pode também ser adotada quando desacelerando o veículo para reduzir um número de mudanças de marcha envolvidas; durante aceleração, o motor de combustão (20) permanece desacoplado durante regiões intermediárias de conjuntos de marcha. Por exemplo, em uma situação urbana de parada-partida, é conceptível para o veículo configurado em concordância com a presente invenção ser operado unicamente na fase (Q1) sem uma mudança de marcha sendo necessária; em comparação, operação do veículo em concordância com o

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42/47 primeiro gráfico (400) deveria requerer uma mudança de marcha na fase (P2) a ser requerida provocando que a fase (P3) venha a ser reivindicada, a mudança de marcha na fase (P2) provocando uma interrupção momentânea de força motriz para o veículo e, portanto, trancos de aceleração sentidos por passageiros do veículo. Operação do trem de tração (10) em concordância com o segundo gráfico (600) resulta em menos perturbação em regiões (700, 710) associadas com mudanças de marcha nas fases (Q2) e (Q4), respectivamente. Além do mais, como elucidado anteriormente, a presente invenção beneficamente possibilita um projeto mais simples de caixa de marchas (200) com menos faixas de marcha que é susceptível para redução de custos de manufaturação e reforço de confiabilidade de operação.

[075] A operação do veículo incluindo o trem de tração (10) de uma maneira descrita na Figura 3 é conseguida por programação apropriadamente da unidade de controle central (300). A unidade de controle central (300) é, por exemplo, operável para controlar uma maneira na qual uma distribuição de energia mecânica para ser entregue a partir da máquina elétrica (70) relativamente para o motor de combustão (20) como uma função de taxa de revolução de eixo para implementação da presente invenção, por exemplo, como ilustrado na Figura 3. Software para execução na unidade de controle central (300) é transportável para a mesma sobre um suporte de dados, por exemplo, sobre um módulo de memória somente de leitura (ROM) de plug-ín que é

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43/47 conectável para um conector da unidade de controle (300) . Alternativamente, ou adicionalmente, a unidade de controle (300) inclui um link de comunicação de dados, por exemplo, um link sem fio tal como um link sem fio de Blue Tooth ou um link de telefone celular, de maneira que software executável é transportável em um sinal de suporte semfio para o link de comunicação de dados para armazenamentodo software executável em uma memória de dados da unidadede controle (300) para execução subseqüente na mesma. Opcionalmente, a unidade de controle central (300) é conectável por intermédio de um link de dados, por exemplo, um link de dados sem fio, para uma rede de comunicação tal como a internet para baixar um ou mais produtos de software da mesma. Em particular, quando a unidade de controle central (300) é implementada como hardware de computação operável para executar software, o trem de tração (10) é opcionalmente configurável para ser selecionavelmente permutável entre os gráficos (400, 600) ou qualquer característica intermediária dentre os mesmos.

[076] Na Figura 3, a máquina elétrica (70) é ilustrada como proporcionando relativamente a maior parte de energia mecânica em uma taxa de rotação de eixo até para substancialmente 1.500 rpm, o motor de combustão (20) proporcionando relativamente a maior parte de energia mecânica em uma taxa de rotação de eixo em uma faixa de substancialmente 1.500 rpm até 3.000 rpm, e a máquina elétrica (70) proporcionando relativamente a maior parte de

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44/47 energia mecânica em uma taxa de rotação de eixo em uma faixa de 3.000 rpm até 5.000 rpm. Entretanto, dependendo do tamanho e do projeto da máquina elétrica (70) e do motor de combustão (20), est as faixas podem ser variadas um pouco.

Por exemplo,	quando o	motor	de	combustão (20)	é
relativamente	pequeno, o	motor	de	combustão (20) pode
potencialmente	ser operado	com	sua	banda de energia	se

estendendo acima de 3.000 rpm, por exemplo, para 3.500 rpm. Inversamente, por exemplo, quando o motor de combustão (20) é relativamente grande, por exemplo, um motor a díesel de capacidade de 10 litros, o motor de combustão (20) potencialmente possui uma banda de energia se estendendo a partir de 1.000 rpm ascendente para em torno de 2.500 rpm; em uma tal situação, a máquina elétrica (70) é beneficamente disposta para entregar sua energia mecânica em uma faixa de taxa de rotação de eixo de substancialmente 500 rpm até 1.000 rpm, e em uma faixa de taxa de rotação de eixo de substancialmente 2.500 rpm até 4.000 rpm. Outras variações em tais faixas de taxa de rotação são possíveis e estão dentro do escopo da presente invenção como definido pelas reivindicações acompanhantes.

[077] Por exemplo, a unidade de controle central (300) é opcionalmente programada de uma maneira tal que a operação do trem de tração híbrido implementado em um caminhão ou ônibus ou qualquer outro veículo é permutável entre um ajustamento de “condução urbana” utilizando o método em concordância com a presente invenção e um

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45/47 ajustamento de “modo convencional” (por exemplo, utilizado quando tracionando o veículo em uma auto estrada). Entretanto, o gráfico (600) representa uma situação aperfeiçoada para consecução de uma aceleração mais suavizada e mais uniforme no veículo. Opcionalmente, a unidade de controle central (300) é automaticamente permutável em resposta para sinais sem fio recebidos na mesma para permutar entre um tal ajustamento de condução urbana” e um tal ajustamento de modo convencional”. Tal permutação automática entre ajustamentos tem potencialmente capacidade de redução de uma carga de trabalho de processamento de informação apresentada para um motorista do veículo.

[078] Embora concretizações da presente invenção tenham sido descritas precedentemente levando-se em consideração uma carga, por exemplo, para aceleração de um veículo, tal como um ônibus, a presente invenção é também pertinente para frenagem regenerativa e desaceleração da carga. Por emprego da disposição de máquina elétrica (60) em taxas de rotação mais altas imediatamente depois quando reduzindo uma marcha, um número de mudanças de marcha requeridas quando desacelerando a carga pode também ser reduzido. Por conseqüência, faixas de rotação associadas com marchas em uma transmissão são por intermédio disso susceptíveis de serem estendidas por aplicação da presente invenção.

[079] Embora a presente invenção tenha sido

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46/47 descrita precedentemente levando-se em consideração o trem de tração (10), deverá ser apreciado que a presente invenção não está limitada para utilização em uma tal configuração e pode ser adaptada para utilização com outras configurações de trem de tração. Modificações para concretizações da presente invenção descritas precedentemente são, por conseqüência, possíveis sem se

afastar a partir do	escopo da presente	invenção	como
definido pelas	reivindicações acompanhantes.
[080]	Embora a	utilização do trem	de tração	(10)
tenha sido	descrita	precedentemente	levando-se	em

consideração veículos, por exemplo, ônibus e caminhões, deverá ser apreciado que a presente invenção pode ser empregada também em outros tipos de sistemas, por exemplo, veículos de passageiros, bondes elétricos, trens, embarcações, navios e sistemas de entrega de energia estacionários.

[081] Expressões tais como incluindo, compreendendo, incorporando, consistindo de, possui/em, é/são utilizadas para descrição e reivindicação da presente invenção são intencionadas para serem construídas de uma maneira não exclusiva ou não exaustiva, a saber possibilitando para itens, componentes ou elementos não explicitamente descritos, mas que também estão presentes. Referência ao singular é também construída para se referir ao plural.

[082] Numerais incluídos entre parâmetros nas reivindicações de patente acompanhantes são intencionados

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47/47 para auxiliar a compreensão das reivindicações de patente e não deveriam ser construídos de qualquer maneira para limitação de matéria reivindicada por estas reivindicações acompanhantes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Trem de tração híbrido (10) incluindo:

• um motor de combustão (20) operável para energia rotacional de saída no mesmo;

• uma disposição de máquina elétrica (60) operável para energia rotacional de saída na mesma;

• uma disposição de caixa de marchas (200) para recepção de energia rotacional a partir de pelo menos um do motor de combustão (20) e da disposição de máquina elétrica (60), a disposição de caixa de marchas (200) sendo operável para acoplamento de correspondente força motriz para uma carga (230);

• uma disposição de unidade de controle (300) acoplada em comunicação com referido motor de combustão (20), com referida disposição de máquina elétrica (60) e com referida disposição de caixa de marchas (200) para coordenação de suas operações;

• em que a disposição de caixa de marchas (200) é operável para proporcionar uma pluralidade de relações de marcha;

em que:

• a disposição de máquina elétrica (60) é empregável para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas se comparado a uma mudança de marcha a partir de referida determinada relação de marcha para uma

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2/6 relação de marcha subsequente para a mesma;

caracterizado pelo fato de que:

• a disposição de máquina elétrica (60) é também empregável para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha em taxas de rotação mais baixas se comparado a quando acelerando a partir de uma parada, em que referida taxa de rotação inferior corresponde a um eixo de saída de referida disposição de máquina elétrica (60) rotacionando em uma taxa em uma faixa de 0 rpm até 1.500 rpm.

2 - Trem de tração (10) , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma disposição de acoplamento (50) incluída no trem de tração (10) é operável para desacoplamento pelo menos parcialmente do motor de combustão (20) a partir da disposição de caixa de marchas (200) em referidas taxas de rotação mais altas.
3 - Trem de tração (10) , de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a disposição de acoplamento (50) é operável para desacoplamento completamente do motor de combustão (20) a partir da disposição de caixa de marchas (200) em referidas taxas de rotação mais altas.
4 - Trem de tração (10) , de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão (20) é operável em cada uma das relações de marcha para entregar sua energia máxima em substancialmente

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3/6 uma porção mediana da faixa de rotação da relação de marcha, com a disposição de máquina elétrica (60) proporcionando seu máximo em direção de limites de taxas de rotação inferiores e superiores da relação de marcha.
5 - Trem de tração (10) , de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que referida porção mediana da taxa de rotação corresponde para um eixo de saída de referido motor de combustão (20) rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente 1.500 rpm até 3.000 rpm, e referida taxa de rotação superior correspondendo para referido eixo de saída de referida disposição de máquina elétrica (60) rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente 3.000 rpm para até menos 4.500 rpm.
6 - Método de controle de um trem de tração híbrido (10) incluindo:

• um motor de combustão (20) operável para energia rotacional de saída no mesmo;

• uma disposição de máquina elétrica (60) operável para energia rotacional de saída na mesma;

• uma disposição de caixa de marchas (200) para recepção de energia rotacional a partir de pelo menos um do motor de combustão (20) e da disposição de máquina elétrica (60), a disposição de caixa de marchas (200) sendo operável para acoplamento de correspondente força motriz para uma carga (230);

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4/6 • uma disposição de unidade de controle (300) acoplada em comunicação com referido motor de combustão (20) , com referida disposição de máquina elétrica (60) e com referida disposição de caixa de marchas (200) para coordenação de suas operações;

• em que a disposição de caixa de marchas (200) é operável para proporcionar uma pluralidade de relações de marcha;

o método compreendendo a etapa de:

empregar a disposição de máquina elétrica (60) para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada em uma determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas se comparado a uma mudança de marcha a partir de referida determinada relação de marcha para uma subsequente relação de marcha para a mesma;

caracterizado pelo fato do método incluir a etapa de: (a) empregar a disposição de máquina elétrica (60) para estender uma faixa de taxa de rotação propo rcionada em uma determinada relação de marcha em taxas

de rotação mais baixas quando acelerando a partir de uma parada ou uma relação de marcha precedente, e para estender uma faixa de taxa de rotação proporcionada na determinada relação de marcha em taxas de rotação mais altas precedente para uma mudança de marcha a partir de referida determinada relação de marcha para uma relação de marcha subsequente

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5/6 para a mesma, em que referida taxa de rotação inferior corresponde a um eixo de saída de referida disposição de máquina elétrica (60) rotacionando em uma taxa em uma faixa de 0 rpm até 1.500 rpm.
7 - Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que inclui uma etapa de utilizar uma disposição de acoplamento (50) para pelo menos parcialmente desacoplar o motor de combustão (20) a partir da disposição de caixa de marchas (200) em referidas taxas de rotação mais altas.
8 - Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a disposição de acoplamento (50) é operável para desacoplar completamente o motor de combustão (20) a partir da disposição de caixa de marchas (200) em referidas taxas de rotação mais altas.
9 - Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão (20) é operável em cada uma das relações de marcha para entregar sua energia máxima em substancialmente uma porção mediana da faixa de rotação da relação de marcha, com a disposição de máquina elétrica (60) proporcionando seu máximo em direção limites de taxas de rotação inferiores e superiores da relação de marcha.
10 - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referida porção mediana da faixa de rotação corresponde para um eixo de saída de

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6/6 referido motor de combustão (20) rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente 1.500 rpm até 3.000 rpm, e referida taxa de rotação superior correspondendo para referido eixo de saída de referida disposição de máquina elétrica (60) rotacionando em uma taxa em uma faixa de substancialmente de 3.000 rpm até pelo menos 4.500 rpm.
11 - Sistema, caracterizado pelo fato de que inclui um trem de tração híbrido (10) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 até 5.
12 - Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referido sistema é operável para controle de seu trem de tração híbrido (10) utilizando um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 6 até 10.
13 - Sistema, de acordo com a reivindicação 11 ou

12, caracterizado pelo fato de que referido sistema é um ônibus, um caminhão, uma van, um veículo de passageiros, um bonde elétrico, uma embarcação, um navio, ou um dispositivo de entrega de energia estacionário.