IT201900000813A1 - Architettura ibrida elettrica di trasmissione a doppia frizione per veicoli agricoli - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“ARCHITETTURA IBRIDA ELETTRICA DI TRASMISSIONE A DOPPIA FRIZIONE PER VEICOLI AGRICOLI”

CAMPO TECNICO

La presente invenzione è relativa a un’architettura ibrida elettrica di una trasmissione a doppia frizione, in particolare per un veicolo fuoristrada quale un veicolo agricolo e a un metodo correlato per controllare il cambio di marcia di tale trasmissione a doppia frizione.

BACKGROUND DELL’INVENZIONE

Le trasmissioni a ingranaggi per veicoli fuoristrada quali veicoli agricoli offrono diverse configurazioni, per esempio:

• trasmissioni a cambio manuale, in cui tutte le marce delle trasmissioni sono innestate direttamente dal conducente attraverso meccanismi di leva che comandano le frizioni, sincronizzatori e innesti a denti per selezionare le marce;

• trasmissione semi-powershift, in cui alcune marce sono innestate, manualmente o automaticamente, grazie a meccanismi servo-attuati nella modalità powershift, ovvero scambiando la coppia con una coppia di frizioni e in cui altre marce sono azionate mediante meccanismi di leva che comandano frizioni, sincronizzatori e innesti a denti per selezionare la marcia o mediante un meccanismo servo-attuato che non è in modalità powershift, ovvero che usa una singola frizione e, quando tale frizione è disinnestata, la coppia non può passare attraverso la trasmissione; e

• trasmissione full powershift, in cui tutte le marce della trasmissione sono innestate attraverso un meccanismo servo-attuato in modalità powershift.

Un’importante richiesta che deve essere soddisfatta in una trasmissione meccanica moderna per veicoli agricoli è quella di avere un’elevata efficienza per l’intero intervallo di velocità rispetto al suolo, al fine di migliorare il consumo di carburante del veicolo. A questo proposito, un largo uso di frizioni a bagno d’olio per realizzare le trasmissioni semi-powershift o full powershift genera più perdite di potenza all’interno della trasmissione rispetto all’uso di sincronizzatori e innesti a denti e, di conseguenza, una mancanza di efficienza.

Per questo motivo, nella tecnica, l’architettura di trasmissione a doppia frizione, DCT (dual clutch transmission), è considerata la configurazione più utile per trasmissioni powershift al fine di soddisfare tutte le richieste precedenti:

• fornisce un elevato numero di rapporti di velocità con un meccanismo che consente un cambio di potenza comodo (scambiando una coppia di frizioni); e

• funziona ad alta efficienza, poiché una configurazione powershift è fornita da solo poche coppie di frizioni a bagno d’olio accompagnate da molti sincronizzatori e innesti a denti.

Grazie a questi vantaggi, recentemente le architetture DCT sono state applicate nel campo delle trasmissioni per veicoli agricoli. Infatti l’architettura DCT può essere usata per tutti gli intervalli di velocità di lavoro di un veicolo agricolo ovvero, da 0 km/h fino ai limiti massima di oggigiorno, ad esempio 60 km/h.

Essenzialmente, un’architettura DCT nel campo delle trasmissioni per veicoli agricoli comprende due frizioni principali, ovvero frizioni di marcia avanti e di retromarcia, che sono incaricate di selezionare la direzione di movimento di marcia avanti e retromarcia del trattore e due frizioni aggiuntive, ovvero frizioni pari e dispari, configurate per selezionare due alberi ausiliari che supportano gli elementi sincronizzatori. Una DCT comprende inoltre molteplici elementi sincronizzatori che possono essere spostati da una posizione neutra per innestare un ingranaggio montato coassiale sull’albero e libero di ruotare rispetto all’albero stesso; una controruota dell’ingranaggio innestato è montata sull’albero di uscita della DCT e pertanto l’innesto del sincronizzatore definisce il rapporto di velocità tra un albero di ingresso, ovvero l’albero di motore, e un albero di uscita, ovvero l’albero di uscita della scatola del cambio di DCT.

La sequenza degli ingranaggi è distribuita secondo la logica di ingranaggi pari azionati dalla frizione pari e ingranaggi dispari azionati dalla frizione dispari. Pertanto, le frizioni dispari e pari sono scambiate in modo alternato nella sequenza di cambio di marcia e la selezione del rapporto di marcia in entrata è realizzata mediante l'innesto dell’elemento sincronizzatore appropriato. Resta inteso chiaramente che la parte centrale di un’architettura DCT è l’operazione di sincronizzazione in quanto essa genera la qualità del cambio.

Tuttavia, tale accoppiamento per mezzo di sincronizzatori presenta limiti a causa della ripetibilità della manovra di cambio, che spesso richiede la compensazione di condizioni ambientali, dell’usura dei sincronizzatori o anche del loro guasto in caso di uso scorretto. Inoltre, il costo della soluzione, rispetto al costo dei sincronizzatori e dell’idraulica richiesti per azionare il loro cambio è considerevole, dato che il costo della singola installazione deve essere moltiplicato per il numero di sincronizzatori.

Una soluzione mirata a rimuovere i sincronizzatori è descritta nel documento WO2011027616A1; nell’architettura descritta, mentre un albero principale della DCT trasferisce tutta la potenza attraverso la trasmissione, l’altro albero principale della DCT è azionato da un motore elettrico alla velocità corretta al fine di innestare l’ingranaggio desiderato: non è necessario alcun sincronizzatore poiché l’ingranaggio può essere innestato con un innesto a denti dato che non esiste alcuna differenza di velocità tra l’albero e la ruota dentata desiderata.

Tuttavia, la trasmissione descritta summenzionata non è adatta per trasmissioni DCT per l’uso in veicoli fuoristrada/agricoli. Infatti, le trasmissioni meccaniche dei veicoli agricoli comprendono più di uno stadio di marce con molteplici rapporti selezionabili dall’utente, ad esempio un primo stadio chiamato “marce” un secondo stadio chiamato “intervalli”, poiché i veicoli agricoli devono lavorare in un ampio intervallo di velocità rispetto al suolo. Di conseguenza

• quando la “marcia” minima è innestata nella scatola del cambio di DCT ed è necessaria una scalatura di “intervallo” per ridurre la velocità del veicolo rispetto al suolo, allora la scatola del cambio di DCT deve essere ripristinata dalla “marcia” minima alla “marcia” massima, poiché quello è il rapporto disponibile più vicino;

• nella direzione opposta, quando la “marcia” massima è innestata nella scatola del cambio di DCT ed è necessario un aumento di “intervallo” al fine di aumentare la velocità di veicolo rispetto al suolo, allora la scatola del cambio di DCT deve essere ripristinata dalla “marcia” massima alla “marcia” minima, poiché quello è il rapporto disponibile più vicino.

Pertanto, nel caso in cui la sincronizzazione elettrica come descritta in (WO2011027616) fosse applicata a tale tipo di trasmissione di veicolo agricolo per ottenere i vantaggi riportati in tale configurazione, allora ne risulterebbero i seguenti vantaggi:

• la potenza meccanica richiesta dal motore elettrico dispari e dal motore elettrico pari (della scatola del cambio di DCT) durante il summenzionato ripristino di sincronizzazione della scatola del cambio di DCT è molto maggiore che durante gli altri cambi, a causa della maggiore differenza di velocità da superare;

• la potenza meccanica richiesta dal motore elettrico che dovrebbe fornire la sincronizzazione dell’albero di intervallo nella modalità non powershift è molto elevata, a causa della grande differenza di velocità da superare dovuta alla grande differenza della divisione dei rapporti consecutivi dell’intervallo.

In conclusione, si sente la necessità di migliorare l’architettura DCT esistente per un veicolo agricolo al fine di migliorare le sue prestazioni in tutti gli intervalli di velocità di lavoro e migliorare la comodità durante tutti i cambi di marcia.

Lo scopo della presente invenzione è di soddisfare le necessità summenzionate in modo economico e ottimizzato.

RIEPILOGO DELL’INVENZIONE

Lo scopo summenzionato è raggiunto da un’architettura ibrida elettrica per una trasmissione a doppia frizione e da un metodo di controllo correlato come rivendicato nell’insieme di rivendicazioni allegato.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, è descritta nel seguito una forma di realizzazione preferita a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui l’unica figura è una rappresentazione schematica di un’architettura di trasmissione a doppia frizione secondo la presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

La figura 1 descrive una trasmissione a doppia frizione 1 per un veicolo fuoristrada, quale un trattore (non illustrato), comprendente un albero di ingresso di motore 2, collegato operativamente al motore (non illustrato) del veicolo da lavoro e un albero di uscita 3 che può essere accoppiato al sistema di trazione del veicolo fuoristrada.

La trasmissione 1 comprende inoltre una prima frizione principale 5, qui di seguito “frizione di marcia avanti”, e una seconda frizione principale 6, qui di seguito “frizione di retromarcia”, entrambe accoppiate all’albero di ingresso di motore 2 attraverso uno stadio di ingresso 4.

In una configurazione nota, la frizione di marcia avanti 5 accoppia l’albero di ingresso di motore 2 all’albero di uscita 3 al fine di consentire un movimento in avanti del veicolo da lavoro mentre la frizione di retromarcia 6 accoppia l’albero di ingresso di motore 2 all’albero di uscita 3 al fine di consentire un movimento in retromarcia del veicolo da lavoro.

La trasmissione 1 comprende inoltre una prima frizione 7, qui di seguito “frizione pari”, e una seconda frizione 8, qui di seguito “frizione dispari”. La frizione pari 7 è configurata per accoppiare un primo albero ausiliario 11, qui di seguito “albero pari”, alla frizione di marcia avanti 5. La frizione dispari 8 è configurata per accoppiare un primo albero ausiliario 12, qui di seguito “albero dispari”, alla frizione di retromarcia 6.

Vantaggiosamente, la frizione di marcia avanti 5 è accoppiata alla frizione pari 7 mediante un primo alloggiamento 10’ e la frizione di retromarcia 6 è accoppiata alla frizione dispari 8 mediante un secondo alloggiamento 10’’. Il primo e secondo alloggiamento 10’, 10’’ sono accoppiati insieme mediante un ingranaggio intermedio 9 supportato in modo liberamente girevole dall’albero di ingresso di motore 2.

Preferibilmente, l’ingranaggio intermedio 9 è configurato per essere accoppiato al primo alloggiamento 10’ attraverso un primo rapporto di marcia e per essere accoppiato al secondo alloggiamento 10’’ attraverso un secondo rapporto di marcia. Il primo e il secondo rapporto di marcia sono preferibilmente diversi.

Alla luce di quanto sopra, grazie l’accoppiamento degli alloggiamenti 10’, 10’’ all’ingranaggio intermedio 9, l’albero pari 11 può essere accoppiato alla frizione di retromarcia 6 e l’albero dispari 12 può essere accoppiato alla frizione di marcia avanti 5.

L’albero pari 11 e l'albero dispari 12 comprendono ciascuno molteplici elementi di selezione ad esempio innesti a denti 17, supportati in modo fisso dal rispettivo albero 11, 12 e pertanto ruotano insieme al rispettivo albero 11, 12. In alternativa, gli elementi di selezione possono comprendere altri mezzi di collegamento equivalenti quali innesti a giunto.

Preferibilmente, l’albero pari o quello dispari alloggiano molteplici ingranaggi aventi dimensioni diverse l’uno rispetto all’altro e che sono supportati in modo liberamente girevole dal rispettivo albero 11, 12, per esempio per mezzo di cuscinetti, in modo da non essere forzati a ruotare alla stessa velocità del rispettivo albero 11, 12 quando l’innesto a denti 17 di innesto è nella sua posizione neutrale.

Preferibilmente, l’albero pari 11 può comprendere quattro ingranaggi 14, ovvero un primo ingranaggio 14<I >avente il diametro maggiore, un quarto ingranaggio 14<IV >avente il diametro minore e un secondo e un terzo ingranaggio 14<II>, 14<III >aventi rispettivi diametri compresi tra quelli del primo e del quarto ingranaggio.

Analogamente, l’albero dispari 12 può comprendere quattro ingranaggi 15, ovvero un primo ingranaggio 15<I >avente il diametro maggiore, un quarto ingranaggio 15<IV >avente il diametro minore e un secondo e un terzo ingranaggio 15<II>, 15<III >aventi rispettivi diametri compresi tra quelli del primo e del quarto ingranaggio.

Vantaggiosamente, l’ingranaggio 14<I >ha lo stesso diametro dell’ingranaggio 15<I>, l’ingranaggio 14<II >ha lo stesso diametro dell’ingranaggio 15<II>, l’ingranaggio 14<III >ha lo stesso diametro dell’ingranaggio 15<III >e l’ingranaggio 14<IV >ha lo stesso diametro dell’ingranaggio 15<IV>.

Gli ingranaggi degli insiemi di ingranaggi 14, 15, quando selezionati, rappresentano i diversi rapporti di velocità della trasmissione; ovvero il primo rapporto di velocità che seleziona l’ingranaggio 15<IV>, il secondo rapporto di velocità che seleziona l’ingranaggio 14<IV>, il terzo rapporto di velocità che seleziona l’ingranaggio 15<III>, il quarto rapporto di velocità che seleziona l’ingranaggio 14<III>, il quinto rapporto di velocità che seleziona l’ingranaggio 15<II>, il sesto rapporto di velocità che seleziona l’ingranaggio 14<II>, il settimo rapporto velocità che seleziona l’ingranaggio 15<I >o l'ottavo rapporto di velocità che seleziona l’ingranaggio 14<I>.

Come detto sopra, gli ingranaggi degli insiemi di ingranaggi 14, 15 possono essere selezionati da un innesto a denti 17 configurato per accoppiare l’albero all’ingranaggio scelto. Preferibilmente, l’albero pari 11 può comprendere due innesti a denti 17 interposti rispettivamente tra gli ingranaggi 14<I >– 14<II >e 14<III >– 14<IV>. Analogamente, l’albero dispari 12 può comprendere due innesti a denti 17 interposti rispettivamente tra gli ingranaggi 15<I >– 15<II >e 15<III >– 15<IV>.

Secondo un aspetto dell’invenzione, la trasmissione a doppia frizione 1 comprende inoltre un primo e un secondo motore elettrico 18<I>, 18<II >ciascuno rispettivamente collegato agli alberi dispari e pari 11, 12. Preferibilmente, i motori elettrici 18<I>, 18<II >sono accoppiati direttamente agli alberi pari e dispari 11, 12 in una porzione terminale di questi ultimi, opposti alle frizioni 7 e 8. Tale accoppiamento può essere realizzato in modo noto, a seconda del vincolo di spazio di progettazione e dell’architettura di motore elettrico.

La controruota di ciascuno degli ingranaggi innestati degli insiemi di ingranaggi 14, 15 è rigidamente montata su un albero intermedio 19, che è coassiale all’albero motore 2 e che può essere collegato direttamente all’albero di uscita 3 o, secondo la configurazione descritta, attraverso uno stadio di riduzione di ingranaggi aggiuntivo, ovvero uno stadio di gruppo di intervallo di ingranaggi 20, con un meccanismo di selezione di rapporto di marcia.

Il gruppo di intervallo di ingranaggi 20 è configurato per accoppiare l’albero di uscita intermedio 19 all’albero di uscita 3 scegliendo tra molteplici rapporti di marcia che sono moltiplicati per i rapporti di marcia di DCT sopra descritti.

Per esempio, lo stadio di selezione di intervallo 20 può comprendere un primo ingranaggio 22<I >chiamato intervallo “basso”, un secondo ingranaggio 22<II >chiamato intervallo “medio” e un terzo ingranaggio 22<III >chiamato “veloce”; i tre ingranaggi di intervallo hanno dimensioni diverse e sono configurati per accoppiarsi agli ingranaggi corrispondenti montati sull’albero di uscita 3 come descritto nel seguito. In questo modo, la trasmissione fornisce ventiquattro possibili rapporti di marcia, grazie agli otto rapporti di DCT ripetuti per i tre rapporti di intervallo.

Vantaggiosamente, il primo ingranaggio 22<I>, il secondo e il terzo ingranaggio 22<II >e 22<III >sono supportati in modo liberamente girevole sull’albero a ingranaggi intermedio 19 mentre gli ingranaggi corrispondenti sull’albero di uscita 3 sono supportati in modo rigido su quest’ultimo. Analogamente allo stadio di rapporto, gli innesti a denti 17 possono spostarsi sui loro lati sinistro e destro per innestare l’ingranaggio appropriato che identifica l’intervallo di velocità richiesto. Secondo la configurazione descritta, il gruppo di intervallo di ingranaggi 20 comprende due innesti a denti 17, un primo innesto a denti 17 destinato ad accoppiare il primo ingranaggio 22<I >all’albero a ingranaggi intermedio 19 e un secondo innesto a denti 17 tra il terzo ingranaggio 22<II >e il quarto ingranaggio 22<III >destinato ad accoppiare selettivamente questi ultimi all’albero a ingranaggi intermedio 19.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il gruppo di intervallo di ingranaggi 20 comprende un motore elettrico 18<III >accoppiato all’albero intermedio 19, preferibilmente posizionato su un’estremità dell’albero 19 opposta rispetto a quella più vicina all’albero di ingresso 2.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, la trasmissione a doppia frizione 1 comprende inoltre uno stadio di salto 30 interposto meccanicamente tra l’ingranaggio intermedio 9 e lo stadio di intervallo 20.

In particolare, lo stadio di salto 30 comprende un albero di salto principale 31 che supporta in modo rigido una frizione di collegamento 32 configurata per collegare o scollegare meccanicamente l’albero di salto principale 31 all’ingranaggio intermedio 9. Lo stadio di salto 30 comprende inoltre un albero di salto intermedio 34 che supporta un primo ingranaggio 33<I >e un secondo ingranaggio 33<II >configurati per cooperare con corrispondenti ingranaggi supportati dall’albero principale 31 per definire un primo rapporto di salto e un secondo rapporto di salto. Preferibilmente, il primo ingranaggio 33<I >definisce un rapporto di marcia minore rispetto al secondo ingranaggio 33<II>.

Secondo la configurazione descritta, il primo ingranaggio 33<I >e il secondo ingranaggio 33<II >sono supportati in modo liberamente girevole sull’albero di salto intermedio 34 mentre i corrispondenti ingranaggi sull’albero di salto principale 31 sono supportati in modo rigido su quest’ultimo. Analogamente agli stadi di rapporto e intervallo, gli ingranaggi, primo ingranaggio 33<I >e secondo ingranaggio 33<II>, possono essere accoppiati in modo selettivamente girevole all’albero di salto intermedio 34 attraverso un innesto a denti 17.

Come detto, lo stadio di salto 30 è ulteriormente collegato all’ingranaggio intermedio 9 e allo stadio di intervallo 20 attraverso un collegamento meccanico. Secondo la configurazione descritta, la frizione 32 è collegata in modo fisso all’ingranaggio 35 configurato per definire un collegamento meccanico 36 con l’ingranaggio intermedio 9; inoltre, l’albero di salto intermedio 34 comprende un ingranaggio 37 supportato in modo fisso su una porzione terminale di quest’ultimo adiacente al secondo ingranaggio di salto 33<II >definendo un collegamento meccanico 38 con un ingranaggio 23 supportato in modo fisso dall’albero di uscita 3 in una porzione terminale di quest’ultimo adiacente al primo ingranaggio di stadio 22<I>.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, lo stadio di salto 30 comprende inoltre un quarto motore elettrico 18<IV >accoppiato all’albero di salto principale 31.

I motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV >sono preferibilmente motori elettrici relativamente piccoli, aventi preferibilmente una tensione inferiore a 48 V e/o un’uscita di potenza limitata ad esempio minore di 6-7 W.

I motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV >sono alimentati elettricamente da una sorgente di energia elettrica per esempio supportata dal veicolo, quale un alternatore e/o un pacco batterie e/o un supercondensatore configurato per alimentare energia durante eventuali picchi di carico. Vantaggiosamente, l’alternatore può ricevere potenza meccanica per generare energia elettrica dall’albero di ingresso 2 della trasmissione.

Come noto, i motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV >agiscono in modo selettivo sul rispettivo albero 11, 12, 19, 34 e possono essere collegati grazie a qualsiasi tipologia di giunto.

Le frizioni 5, 6, 7, 8, 32 e gli innesti a denti 17 sopradescritti possono essere selezionati da rispettivi attuatori (non mostrati) che sono controllati da un’unità di controllo elettronica (non mostrata). Inoltre i motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV >sono controllati da tale unità di controllo elettronica che può controllare la velocità e la coppia che questi motori possono trasmettere al rispettivo elemento accoppiato. L’unità di controllo elettronica controlla dette frizioni o detti motori elettrici inviando segnali elettrici di controllo diretti alle rispettive frizioni o ai rispettivi motori da controllare.

L’unità di controllo elettronica può essere o la ECU del veicolo o la ECU della trasmissione del veicolo. L’unità elettronica è configurata per controllare gli elementi citati sopra della trasmissione 1 come per il comando immesso diretto dell’utente del veicolo o in modo automatico seguendo la logica di controllo di cambio dispiegata in un codice software specifico, che può essere memorizzato nell’unità elettronica.

Nel seguito sono descritti esempi di operazioni tipiche della trasmissione 1.

Un primo esempio di operazione è lo spostamento della trasmissione 1 da una condizione di stazionamento del veicolo in cui il freno di stazionamento è innestato e il motore è spento.

L’utente accende il motore e sposta la leva del cambio dalla posizione di stazionamento alla posizione non frenata; in questa condizione le frizioni 5, 6, 7, 8, 32 sono ancora disinnestate e l’albero motore 2 inizia a ruotare, di conseguenza tutti gli elementi che sono accoppiati direttamente all’albero motore 2 (ad esempio lo stadio di ingresso 4) ruotano. L’utente (o la ECU) seleziona un rapporto di marcia totale tra i rapporti disponibili, per esempio il rapporto di marcia totale II che è la SECONDA LENTA corrisponde agli ingranaggi 14<IV >e 22<I >innestati. Pertanto l’ingranaggio 14<IV >dell’albero pari 11 è selezionato spostando l’innesto a denti 17 e l’ingranaggio 22<I >è selezionato spostando l’innesto a denti 17 del gruppo 20, quindi la frizione pari 7 è innestata. Il controllo delle frizioni menzionato in precedenza è effettuato, come noto, grazie al controllo della ECU. In questo modo vi è un percorso meccanico continuo dagli alloggiamenti 10’ e 10’’ all’albero di uscita 3. Per esempio, l’utente, spostando una leva nel veicolo, consente che la frizione di marcia avanti 5 sia innestata e gli alloggiamenti 10’ e 10’’ iniziano a ruotare e grazie alla frizione pari 7, l’albero pari 11 è forzato a ruotare così come l’albero a ingranaggi intermedio 19 e l’albero di uscita 3 grazie al collegamento meccanico che è stabilito dall’albero motore 2 all’albero di uscita 3. Occorre evidenziare che in questa configurazione, dato che nessuno degli ingranaggi 15 è innestato sull’albero dispari 12 e nessuno degli ingranaggi 33 è innestato sull’albero di salto intermedio 34, entrambi questi ultimi sono liberi.

Un secondo esempio di operazione è il cambio di marcia dello stadio di rapporto di marcia, ad esempio come descritto in seguito.

Dato che il veicolo si sta muovendo in avanti, il percorso meccanico tra l’albero motore 2 e l’albero di uscita 3 è lo stesso di quello descritto nell’esempio precedente. Pertanto, la frizione di marcia avanti 5 è innestata, la frizione pari 7 è innestata, al fine di collegare l’albero pari 11 all’albero di ingresso di motore 2 e gli ingranaggi, ad esempio, 14<IV >e 22<I >sono selezionati per collegare l’albero pari 11 all’albero di uscita 3 attraverso l’albero a ingranaggi intermedio 19. In tale condizione, l’utente può decidere di scalare la marcia (o aumentare la marcia) selezionando il rapporto desiderato, ad esempio selezionando un pulsante su una impugnatura. Il veicolo può inoltre essere dotato di un codice software di controllo dedicato, eseguito sulla ECU del veicolo, configurato per riconoscere segnali dai sensori installati sul veicolo, ad esempio la richiesta di coppia in corrispondenza dell’albero di uscita 3 e la velocità dell’albero di ingresso di motore 2, e cambiare automaticamente il rapporto di trasmissione a un rapporto meglio adatto in modo automatico senza alcun intervento dell’utente.

Supponendo che l’utente o la ECU decida di scalare dal secondo rapporto di marcia - intervallo lento al primo rapporto di marcia - intervallo lento, ad esempio passando dell’ingranaggio 14<IV >all’ingranaggio 15<IV >mantenendo sempre innestato l’ingranaggio di intervallo 22<I>, allora l’ingranaggio 15 sarà disinnestato spostando il relativo innesto a denti 17 e il motore elettrico 18<II >farà ruotare l’albero dispari 12 a una velocità obiettivo, ovvero la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 15<IV >e innestarlo con quasi nessuna differenza di velocità tra l’innesto a denti 17 e l’ingranaggio 15<IV>. L’unità di controllo elettronica garantisce la gestione dell'innesto a denti 17 entro una certa tolleranza massima di differenza di velocità tra l’albero 12 e l’ingranaggio 15<IV>. La quantità di potenza dei motori elettrici 18<I>, 18<II >garantisce il completamento di queste azioni entro un periodo di tempo massimo disponibile per la sincronizzazione di velocità, definito dalla progettazione in modo compatibile all’inerzia degli alberi e alla differenza di velocità massima da superare. Una volta che l’innesto a denti 17 ha innestato l’ingranaggio 15<IV>, le frizioni 7 e 8 sono scambiate, consentendo il flusso di coppia attraverso il nuovo rapporto di marcia. Dato che nessuna coppia passa attraverso l’albero pari 11 e l’ingranaggio 14<IV>, la ECU può decidere di disinnestare l’ingranaggio 14<IV >dall’albero pari 11 spostando l’innesto a denti 17 lontano dall’ingranaggio 14<IV >in modo che l’albero 11 sia libero ovvero non sia coinvolto nella trasmissione di coppia dall’albero motore 2 all’albero di uscita 3.

Un terzo esempio di operazione è la gestione della velocità dell’albero libero dello stadio di rapporto di marcia, ovvero l’albero non è coinvolto nella trasmissione di coppia come descritto sopra, ad esempio come descritto in seguito.

Dato che il veicolo si muove in avanti, il percorso meccanico tra l’albero motore 2 e l’albero di uscita 3 è lo stesso di quello descritto nel primo esempio. Pertanto, la frizione di marcia avanti 5 è innestata, la frizione pari 7 è innestata, al fine di collegare l’albero pari 11 all’albero di ingresso di motore 2 e gli ingranaggi 14<IV >e 22<I >sono selezionati per collegare l’albero pari 11 all’albero di uscita 3 attraverso l’albero a ingranaggi intermedio 19.

Il veicolo può essere dotato di un codice software di controllo dedicato nella ECU della trasmissione configurato per riconoscere segnali dai sensori installati sul veicolo, ad esempio la richiesta di coppia in corrispondenza dell’albero di uscita 3 e la velocità dell’albero l’ingresso di motore 2, e definire automaticamente una velocità obiettivo per l’albero libero dello stadio di rapporto di marcia, ovvero l’albero che non è coinvolto nella trasmissione di coppia, senza alcun intervento dell’utente. In base ai segnali ricevuti dai sensori installati sul veicolo, la ECU può decidere di predisporre gli alberi liberi al fine di facilitare un cambio del rapporto di trasmissione.

In quest’esempio, l’albero dispari 12 è libero, nel senso che non è coinvolto nella trasmissione di coppia dall’albero motore 2 all’albero di uscita 3. In questo caso, dopo l’innesto della frizione pari 7 come fase finale di un’operazione che porta all’innesto del rapporto di marcia totale II, ovvero SECONDO LENTO, che coinvolge gli ingranaggi 14<IV >e 22<I>, allora la ECU può decidere di disinnestare dall’albero dispari 12 qualsiasi ingranaggio 15 eventualmente innestato dello stesso, spostando l’innesto a denti 17 lontano da tale ingranaggio 15. In questa condizione, l’albero dispari 12 è libero e può essere fatto ruotare dal motore elettrico 18<II >a una nuova velocità obiettivo definita dalla ECU.

In particolare, il codice software di controllo previsto nella ECU può essere progettato per definire come velocità obiettivo per l’albero libero una velocità intermedia tra:

• la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 15<IV >con quasi nessuna differenza di velocità tra l’innesto a denti 17 e l’ingranaggio 15<IV>;

• la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 15<III >con quasi nessuna differenza di velocità tra l’innesto a denti 17 l’ingranaggio 15<III>.

La ECU della trasmissione controllerà il motore elettrico 18<II >al fine di far ruotare l’albero dispari 12 a tale velocità obiettivo intermedia. La potenza che dovrebbe essere fornita al motore elettrico 18<II >al fine di mantenere la rotazione dell’albero dispari 12 a tale velocità obiettivo intermedia è ridotta poiché è semplicemente dovuta alla rotazione dell’albero sui suoi cuscinetti.

Supponendo che l’utente/ECU decida di scalare marcia dal secondo rapporto di marcia intervallo lento al primo rapporto di marcia intervallo lento (o aumentare la marcia dal secondo rapporto di marcia intervallo lento al terzo rapporto di marcia intervallo lento), allora la trasmissione lavorerà come descritto nel secondo esempio di operazione, al fine di innestare l’ingranaggio 15<IV >(o rispettivamente l’ingranaggio 15<III>) e scambiare la frizione pari 7 e la frizione dispari 8.

Uno dei possibili vantaggi di gestire la velocità dell’albero libero come descritto in quest’esempio di operazione è che la differenza di velocità da superare mediante il motore elettrico 18 che aziona l’albero libero, nell’esempio descritto il motore elettrico 18<II >che aziona l’albero dispari 12, quando un cambio del rapporto di marcia è richiesto dall’utente/ECU, è molto bassa e indipendente dal quale cambio è richiesto (aumento di marcia o scalatura di marcia). Di conseguenza, compatibilmente all’inerzia degli alberi e al periodo di tempo massimo disponibile per la sincronizzazione di velocità (definito dalla progettazione), la richiesta di potenza dai motori elettrici 18<I>, 18<II >è minore della loro quantità di potenza massima grazie alla ridotta differenza di velocità da superare, determinando minori sollecitazioni e usura sugli stessi.

Per esempio, senza la strategia di controllo descritta, dopo il disinnesto dall’albero dispari 12 di qualsiasi ingranaggio 15 eventualmente innestato sullo stesso, la velocità dell’albero dispari 12 può diminuire fino a quando l’albero si arresta; in questo caso la differenza di velocità da superare per innestare il nuovo ingranaggio 15 sull’albero dispari 12 quando è richiesto un cambio sarebbe maggiore.

Un quarto esempio di operazione è il cambio sia di un ingranaggio dello stadio di rapporti di marcia sia di un ingranaggio dello stadio di rapporti di intervallo, come descritto in seguito.

Supponendo che l’utente o la ECU decida di aumentare la marcia dall’ottavo rapporto di marcia - intervallo medio al secondo rapporto di salto, e quindi dal secondo rapporto di salto al primo rapporto di marcia - intervallo veloce, ad esempio passando dagli ingranaggi 14<I >e 22<II >all’ingranaggio 33<II >e quindi dall’ingranaggio 33<II >agli ingranaggi 15<IV >e 22<III>, la trasmissione 1 attiverà lo stadio di salto 30 come descritto nel seguito.

Durante la sequenza di aumento di marcia degli ingranaggi nello stadio di rapporto di marcia, da 14<I >a 15<IV >mentre l’ingranaggio di intervallo 22<II >è mantenuto sempre innestato, quando, ad esempio, l’ingranaggio 14<II >è innestato, il motore elettrico 18<V >farà ruotare l’albero di salto principale 31, e di conseguenza gli ingranaggi 33<I >e 33<II>, per raggiungere una velocità obiettivo, ovvero la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 33<II >e innestarlo con quasi nessuna differenza di velocità tra l’innesto a denti 17 e l’ingranaggio 33<II>. L’unità di controllo elettronica garantisce la gestione dell'innesto a denti 17 entro una certa tolleranza massima di differenza di velocità tra l’albero 34 e l’ingranaggio 33<II>. Il tempo disponibile per far ruotare l’albero 31 e gli ingranaggi 33<I >e 33<II>, al fine di far raggiungere all’ingranaggio 33<II >la velocità obiettivo, è abbastanza elevato, ad esempio almeno 1 secondo, rispetto all’inerzia e alla differenza di velocità, in modo che la potenza del motore elettrico 18<IV >possa essere bassa, ad esempio al massimo 5 kW.

Quando la condizione di cui sopra viene raggiunta, allora l’albero di salto principale 31 è collegato in rotazione all’albero di uscita 3 attraverso gli ingranaggi 33<II >e 38, per cui quando l’utente o la ECU decide di passare dall’ottavo rapporto di marcia intervallo medio al secondo rapporto di salto, la frizione pari 7 sarà disinnestata e la frizione di salto 32 sarà innestata. Grazie a tale scambio di frizione la coppia passerà ora pertanto dallo stadio di ingresso attraverso la frizione di marcia avanti 5, all’ingranaggio intermedio 9, quindi attraverso la frizione di salto 32 all’albero di salto principale e quindi attraverso il secondo rapporto di salto all’albero di uscita 3 attraverso l’ingranaggio 37.

In tale situazione entrambi gli stadi di rapporto di marcia e di rapporto di intervallo sono liberi e non passa nessuna coppia attraverso gli stessi; pertanto è possibile tutti gli ingranaggi necessari per passare alla configurazione di aumento di marcia, ovvero primo rapporto di marcia intervallo veloce.

Prima che la frizione pari 7 sia disinnestata e la frizione di salto 32 sia innestata, ovvero quando la trasmissione è ancora all’ottavo rapporto di marcia intervallo medio, la ECU controlla l’innesto a denti 17 al fine di disinnestare l’ingranaggio 15<I >dall’albero dispari 12 e quindi controlla il motore 18<II >per iniziare a far ruotare l’albero dispari 12 in modo da raggiungere una velocità obiettivo predefinita, ovvero la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 15<IV >sull’albero 12 e innestare quest’ultimo senza alcuna differenza di velocità, mentre l’ingranaggio 22<III >sarà già stato innestato sull’albero di salto intermedie 19. Quando l'utente, o la ECU, decide di passare dall’ottavo rapporto di marcia intervallo medio al primo rapporto di salto, la frizione pari 7 e la frizione di salto 32 sono scambiate, ovvero lo stadio di salto 30 supporta il carico di trasmissione, quindi gli innesti 17 disinnestano rispettivamente l’ingranaggio 14<I >dall’albero pari 11 e l’ingranaggio 22<II >dall’albero a ingranaggi intermedio 19. In questo modo, tutti gli alberi di stadio di marcia e intervallo sono liberi e l’albero dispari è ancora fatto ruotare dal motore elettrico 18<II >al fine di raggiungere la velocità obiettivo predefinita. Quindi, il terzo motore elettrico 18<III >farà ruotare l’albero a ingranaggi intermedio 19 per raggiungere una velocità obiettivo, ovvero la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 22<III >sull’albero 19 e innestare quest’ultimo senza alcuna differenza di velocità. L’unità di controllo elettronica garantisce la gestione dell'innesto a denti 17 entro una certa tolleranza massima di differenza di velocità tra l’albero 19 e l’ingranaggio 22<III.>

Quando sono soddisfatte le condizioni di cui sopra, sia l’ingranaggio di rapporto 15<IV >sia l’ingranaggio di intervallo 22<III >sono innestati con i rispettivi alberi 12, 19 e l’albero a ingranaggi intermedio 19 è collegato in rotazione all’albero di uscita 3 attraverso l’ingranaggio 22<III>. Quando l’utente, o la ECU, decide di passare dal secondo rapporto di salto al primo rapporto di marcia intervallo veloce, allora la frizione di salto pari 32 sarà disinnestata e la frizione dispari 8 sarà innestata. Grazie allo scambio di frizione la coppia passerà quindi ora dallo stadio di ingresso attraverso la frizione di marcia avanti 5, all’ingranaggio intermedio 9, quindi attraverso la frizione dispari 8 all’albero dispari 12, quindi attraverso l’ingranaggio 15<IV >all’albero a ingranaggi intermedio 19 attraverso l’ingranaggio 22<III >all’albero di uscita 3. Lo stadio di salto 30, non essendo più collegato a entrambi gli stadi non trasmette la coppia.

Un quinto esempio di operazione è un altro metodo (alternativo a quello descritto nel quarto esempio) per fornire il cambio sia di un ingranaggio dello stadio di rapporto di marcia sia di un ingranaggio dello stadio di rapporto di intervallo, come descritto in seguito.

Supponendo che l’utente decida di aumentare la marcia dall’ottavo rapporto di marcia intervallo medio al secondo rapporto di salto, e quindi dal secondo rapporto di salto al primo rapporto di marcia intervallo veloce, ad esempio passando dagli ingranaggi 14<I >e 22<II >all’ingranaggio 33<II>, e quindi dall’ingranaggio 33<II >agli ingranaggi 15<IV >e 22<III>, la trasmissione 1 attiverà lo stadio di salto 30 come descritto in seguito.

Durante la sequenza di aumento di marcia degli ingranaggi nello stadio di rapporto di marcia, da 14<I >a 15<IV>, mentre l’ingranaggio di intervallo 22<II >è mantenuto sempre innestato, quando ad esempio l’ingranaggio 14<II >è innestato, il motore elettrico 18<IV >farà ruotare l’albero di salto principale 31 e di conseguenza gli ingranaggi 33<I >e 33<II >per raggiungere una velocità obiettivo, ad esempio la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 33<II >e innestarlo con quasi nessuna differenza di velocità tra l’innesto a denti 17 e l’ingranaggio 33<II>. L’unità di controllo elettronica garantisce la gestione dell'innesto a denti 17 entro una certa tolleranza massima di differenza di velocità tra l’albero 34 e l’ingranaggio 33<II>.

Il tempo disponibile per far ruotare l’albero 31 e gli ingranaggi 33<I >e 33<II>, al fine di far raggiungere all’ingranaggio 33<II >la velocità obiettivo, è abbastanza elevato, ad esempio almeno 1 secondo, rispetto all’inerzia e alla differenza di velocità, in modo che la potenza del motore elettrico 18<IV >possa essere bassa, ad esempio al massimo 5 kW.

Quando si raggiungere la condizione di cui sopra, l’albero di salto principale 31 è collegato in rotazione all’albero di uscita 3 attraverso gli ingranaggi 33<II >e 38, per cui quando l’utente o la ECU decide di passare dall’ottavo rapporto di marcia intervallo medio al secondo rapporto di salto, la frizione pari 7 sarà disinnestata e frizione di salto 32 sarà innestata. Grazie a tale scambio di frizione, la coppia passerà ora dallo stadio di ingresso attraverso la frizione di marcia avanti 5, all’ingranaggio intermedio 9, quindi attraverso la frizione di salto 32 all’albero di salto principale quindi attraverso il secondo rapporto di salto all’albero di uscita 3 attraverso l’ingranaggio 37.

In tale situazione entrambi gli stadi di rapporto di marcia e di rapporto di intervallo sono liberi e non passa alcuna coppia attraverso gli stessi; è pertanto possibile commutare tutti gli ingranaggi necessari per passare alla configurazione di aumento di marcia, ovvero primo rapporto di marcia intervallo veloce.

Prima che la frizione pari 7 sia disinnestata e la frizione di salto 32 sia innestata, ovvero quando la trasmissione è ancora all’ottavo rapporto di marcia intervallo medio, la ECU controlla l’innesto a denti 17 al fine di disinnestare l’ingranaggio 15<I >dall’albero dispari 12 e quindi controlla il motore 18<II >per far ruotare l’albero dispari 12 in modo da raggiungere una velocità obiettivo predefinita, ovvero la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 15<IV >sull’albero 12 e innestare quest’ultimo senza alcuna differenza di velocità, mentre l’ingranaggio 22<II >è ancora innestato sull’albero a ingranaggi intermedio 19.

Quando l’utente, o la ECU, decide di passare dall’ottavo rapporto di marcia intervallo medio al primo rapporto di salto, la frizione pari 7 e la frizione di salto 32 sono scambiate, ovvero lo stadio di salto 30 supporta il carico di trasmissione, quindi gli innesti 17 disinnesto rispettivamente l’ingranaggio 14<I >dall’albero pari 11 e l’ingranaggio 22<II >dall’albero a ingranaggi intermedio 19. In questo modo, tutti gli alberi di stadio di marcia e di intervallo sono liberi e l’albero dispari è ancora fatto ruotare dal motore elettrico 18<II >al fine di raggiungere la velocità obiettivo predefinita.

Quando il motore elettrico 18<II >raggiunge la velocità obiettivo predefinita, l’ingranaggio 15<IV >è innestato sull’albero dispari 12 dall’innesto a denti 17 e la frizione dispari 8 è innestata per un breve tempo e quindi disinnestata di nuovo. Innestando la frizione dispari 8 per un breve tempo dopo l'innesto dell’ingranaggio 15<IV >sull’albero dispari 12, la velocità dell’albero a ingranaggi intermedio 19 viene avvicinata alla sua velocità obiettivo, ovvero la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 22<III >sull’albero 19 e innestare quest’ultimo senza nessuna differenza di velocità.

Quindi, il motore elettrico 18<III>, direttamente, e il motore elettrico 18<I>, attraverso l’albero dispari 12 e l’ingranaggio 15<IV >innestato sullo stesso, faranno ruotare l’albero a ingranaggi intermedio 19 per raggiungere una velocità obiettivo, ovvero la velocità richiesta per spostare l’innesto a denti 17 verso l’ingranaggio 22<III >sull’albero 19 e innestare quest’ultimo senza alcuna differenza di velocità. L’unità di controllo elettronica garantisce la gestione dell'innesto a denti 17 entro una certa tolleranza massima di differenza di velocità tra l’albero 19 e l’ingranaggio 22<III>.

Quando le condizioni di cui sopra sono soddisfatte, sia l’ingranaggio di rapporto 15<IV >sia l’ingranaggio di intervallo 22<III >sono innestati con i rispettivi alberi 12, 19 e l’albero a ingranaggi intermedio 19 è collegato in rotazione all’albero di uscita 3 attraverso l’ingranaggio 22<III>.

Quando l’utente, o la ECU, decide di passare dal secondo rapporto di salto al primo rapporto di marcia intervallo veloce, la frizione di salto pari 32 sarà disinnestata e la frizione dispari 8 sarà innestata. Grazie a tale scambio di frizioni, la coppia passerà ora dallo stadio di ingresso attraverso la frizione di marcia avanti 5, all’ingranaggio intermedio 9, quindi attraverso la frizione dispari 8 all’albero dispari 12, quindi attraverso l’ingranaggio 15<IV >all’albero a ingranaggi intermedio 19 e attraverso l’ingranaggio 22<III >all’albero di uscita 3. Lo stadio di salto 30, non essendo più collegato a entrambi gli stadi, non trasmette la coppia.

È chiaro che le strategie di cui sopra possono essere usate per aumentare la marcia o scalare la marcia lungo l’intero elenco di possibili rapporti totali definiti tra lo stadio di ingresso allo stadio di uscita, ovvero ventisei possibili rapporti totali grazie agli otto rapporti di marcia moltiplicati per tre rapporti di intervallo più due rapporti di salto. In particolare può essere seguito il seguente ordine:

- I rapporto di marcia totale: PRIMO LENTO corrispondente agli ingranaggi 15<IV >e 22<I >innestati;

- II rapporto di marcia totale: SECONDO LENTO corrispondente agli ingranaggi 14<IV >e 22<I >innestati;

- III rapporto di marcia totale: TERZO LENTO corrispondente agli ingranaggi 15<III >e 22<I >innestati;

- IV rapporto di marcia totale: QUARTO LENTO corrispondente agli ingranaggi 14<III >e 22<I >innestati;

- V rapporto di marcia totale: QUINTO LENTO corrispondente agli ingranaggi 15<II >e 22<I >innestati;

- VI rapporto di marcia totale: SESTO LENTO corrispondente agli ingranaggi 14<II >e 22<I >innestati;

- VII rapporto di marcia totale: SETTIMO LENTO corrispondente agli ingranaggi 15<I >e 22<I >innestati;

- VIII rapporto di marcia totale: OTTAVO LENTO corrispondente agli ingranaggi 14<I >e 22<I >innestati;

- IX rapporto di marcia totale: PRIMO SALTO corrispondente all’ingranaggio 33<I >innestato;

- X rapporto di marcia totale: PRIMO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 15<IV >e 22<II >innestati;

- XI rapporto di marcia totale: SECONDO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 14<IV >e 22<II >innestati;

- XII rapporto di marcia totale: TERZO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 15<III >e 22<II >innestati;

- XIII rapporto di marcia totale: QUARTO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 14<III >e 22<II >innestati;

- XIV rapporto di marcia totale: QUINTO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 15<II >e 22<II >innestati;

- XV rapporto di marcia totale: SESTO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 14<II >e 22<II >innestati;

- XVI rapporto di marcia totale: SETTIMO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 15<I >e 22<II >innestati;

- XVII rapporto di marcia totale: OTTAVO MEDIO corrispondente agli ingranaggi 14<I >e 22<II >innestati;

- XVIII rapporto di marcia totale: SECONDO SALTO corrispondente all’ingranaggio 33<II >innestato;

- XIX rapporto di marcia totale: PRIMO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 15<IV >e 22<III >innestati;

- XX rapporto di marcia totale: SECONDO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 14<IV >e 22<III >innestati;

- XXI rapporto di marcia totale: TERZO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 15<III >e 22<III >innestati;

- XXII rapporto di marcia totale: QUARTO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 14<III >e 22<III >innestati;

- XXIII rapporto di marcia totale: QUINTO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 15<II >e 22<III >innestati;

- XXIV rapporto di marcia totale: SESTO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 14<II >e 22<III >innestati;

- XXV rapporto di marcia totale: SETTIMO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 15<I >e 22<III >innestati;

- XXVI rapporto di marcia totale: OTTAVO ELEVATO corrispondente agli ingranaggi 14<I >e 22<III >innestati;

Un sesto esempio di operazione è la possibilità di fornire una coppia all’albero di uscita 3 direttamente da tutti i motori elettrici da 18<I >a 18<IV>.

In operazioni specifiche, in cui è richiesta una potenza ridotta all’albero di uscita 3, è possibile fornire una coppia modulando di conseguenza le frizioni della trasmissione in modo che la potenza dei motori elettrici da 18<I >a 18<IV >possa essere inviata all’albero di uscita 3, da sola o in combinazione tra loro, mentre l’albero di uscita 3 non è collegato meccanicamente all’albero di ingresso di motore 2, ad esempio poiché le frizioni 7, 8, 32 sono disinnestate. L'aggiunta di potenza è resa possibile dall’unità di controllo elettrica, che garantisce l’aggiunta in fase delle coppie elettriche menzionate. La potenza elettrica totale può essere sufficiente a spostare il veicolo ad una velocità ridotta, per esempio nella manovra dell’organo di sollevamento di attrezzo o in una modalità di avanzamento lento.

L’invenzione è inoltre relativa a un metodo per far funzionare un’architettura ibrida elettrica 1 come descritto sopra per cambiare da un ingranaggio 15<IV >di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un ingranaggio 22<I>, 22<II>, 22<III >di uno stadio di ingranaggi di intervallo 20 a un ulteriore ingranaggio 14<I >di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un altro ingranaggio 22<I>, 22<II>, 22<III >di uno stadio di ingranaggi di intervallo:

• ricevere un ingresso per cambiare da un ingranaggio 15<IV >di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un ingranaggio 22<I>, 22<II>, 22<III >di uno stadio di ingranaggi di intervallo 20 a un ulteriore ingranaggio 14<I >di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un altro ingranaggio 22<I>, 22<II>, 22<III >di uno stadio di ingranaggi di intervallo;

• far ruotare l’albero di salto 31 per mezzo del corrispondente motore elettrico 18<IV >per raggiungere una velocità obiettivo che riduce al minimo la differenza di velocità ai due lati di un innesto a denti 17 adatto per selezionare un ingranaggio 33<I>, 33<II >che definisce un rapporto con l’albero di uscita 3 che è compreso tra i rapporti tra cui è necessario cambiare;

• quando la velocità obiettivo viene raggiunta, innestare l’ingranaggio menzionato 33<I>, 33<II >mentre si scambiano le frizioni 7, 8 con la frizione 32 è supportata dall’albero di salto 31;

• disinnestare detto ingranaggio 15<IV >di detto stadio di rapporto di marcia e detto ingranaggio 22<I>, 22<II>, 22<III >dello stadio di ingranaggi di intervallo 20;

• far ruotare l’albero 12 che supporta l’ulteriore ingranaggio 14<I >dello stadio di rapporto di marcia grazie a un motore elettrico accoppiato 18<II >fino a raggiungere una velocità predefinita;

• far ruotare l’albero intermedio 19 che supporta l’altro ingranaggio 22<I>, 22<II>, 22<III >dello stadio di ingranaggi di intervallo 20 grazie a un motore elettrico accoppiato 18<III >fino a raggiungere una velocità predefinita;

• quando le velocità predefinita sono raggiunte, innestare detto altro ingranaggio 22<I>, 22<II>, 22<III >dello stadio di ingranaggi di intervallo 20 all’albero intermedio 19 e l’ulteriore ingranaggio 14<I >dello stadio di rapporto di marcia all’albero 12; e

• scambiare le frizioni 7, 8 con la frizione 32 supportata dall’albero di salto 31.

Alla luce di quanto precede, i vantaggi di una trasmissione a doppia frizione 1 secondo l’invenzione e del metodo correlato sono evidenti.

Grazie alla presenza dei motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV >è possibile realizzare un completo cambio di potenza sotto condizioni di carico in qualsiasi possibile rapporto di marcia totale, con la condizione di una presincronizzazione del nuovo rapporto di marcia con la velocità degli alberi che non sono coinvolti nella trasmissione di coppia e da accoppiare con il nuovo rapporto di marcia. In questo modo è possibile usare innesti a denti 17 invece di sincronizzatori come elementi di selezione.

Inoltre, dato che i motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV >ruotano quasi liberamente per la maggior parte del tempo, il loro contributo alle perdite parassite non è rilevante per l’efficienza totale della trasmissione.

Dato che l’albero da accoppiare è velocizzato fino a una velocità obiettivo che è la velocità di innesto di un ingranaggio selezionato, i sincronizzatori sono sostituiti dagli innesti a denti. Questo consente di ridurre i costi e l’ingombro di sistemi idraulici destinati al controllo dei sincronizzatori. Inoltre, gli innesti a denti possono essere controllati semplicemente da valvole di chiusura, evitando in tal modo l’uso di valvole proporzionali il cui controllo è più complesso.

Inoltre, i motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV >hanno due stati operativi, ovvero una fase motore in cui convertono l’energia elettrica in energia meccanica per far ruotare il loro albero ad una velocità costante o per farlo accelerare e una fase generatore in cui il loro albero è rallentato o viene trascinato dal resto della trasmissione attraverso una frizione innestata mentre il veicolo sta avanzando e pertanto possono convertire l’energia meccanica in energia elettrica. Nell’ultimo caso, l’energia recuperata da meccanica a elettrica può essere stoccata in un accumulatore, quale una batteria e/o un supercondensatore. Inoltre, la sincronizzazione degli alberi non è più ottenuta mediante attrito, diminuendo in tal modo l’energia cinetica del veicolo, ovvero richiedendo più energia al motore a combustione, ma dall’accumulatore che può gestire il picco di carico richiesto dai motori specifici.

L’eventuale uso di motori elettrici 18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV>, per azionare direttamente l’albero di uscita 3, consente di eliminare un possibile stadio di avanzamento lento, aumentando di conseguenza il risparmio di costi e riducendo gli ingombri della trasmissione 1 e migliorando l’utilizzabilità del veicolo in alcune condizioni, ad esempio nella manovra dell’organo di sollevamento di attrezzo.

Inoltre, grazie alla presente configurazione e alle fasi di sincronizzazione che avvengono sovrapposte nel tempo, si può ottenere un ridotto tempo di cambio (ad esempio 0,15 secondi) tra i summenzionati ventisei rapporti di marcia totali, rispetto all’inerzia e alla differenza di velocità, usando motori elettrici a bassa potenza da 18<I >a 18<IV>. Pertanto le prestazioni della trasmissione 1 sono aumentate.

È chiaro che possono essere apportate modifiche all’architettura ibrida elettrica descritta 1 per una DCT che non si estendano oltre l’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Per esempio, il numero di ingranaggi degli stadi di rapporto di marcia, intervallo e salto può essere variato secondo la necessità del veicolo.

Inoltre, l’architettura ibrida elettrica per DCT può comprendere elementi diversi rispetto a quelli descritti, ad esempio il numero e/o le tipologie di frizioni, ingranaggi e innesti a denti può variare.

Per esempio, l’ingranaggio intermedio 9 può avere lo stesso rapporto di marcia rispetto agli alloggiamenti 10’ e 10’’ o può essere presente uno stadio aggiuntivo diverso dallo stadio di selezione di intervallo 20, lo stadio di salto 30 e l’albero di uscita 3.

Inoltre, il controllo degli innesti a denti 17 può essere implementato con qualsiasi tipologia di controllo, ad esempio idraulico, elettrico o pneumatico in alternativa o in combinazioni.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Architettura ibrida elettrica per una trasmissione a doppia frizione (1) per un veicolo fuoristrada, detta trasmissione a doppia frizione (1) comprendendo: • un albero di ingresso di motore (2) configurato per essere accoppiato all’uscita di un motore di detto veicolo da lavoro, • un albero intermedio (19) configurato per essere accoppiato a un albero di uscita (3) ulteriormente collegabile a un sistema di azionamento di detto veicolo fuoristrada, e • una frizione di marcia avanti (5) e una frizione di retromarcia (6), configurate ciascuna per essere accoppiate all’albero di ingresso di motore (2); • un primo e un secondo albero (11, 12) configurati ciascuno per supportare molteplici ingranaggi (14, 15), detto primo e detto secondo albero (11, 12) essendo configurati per essere accoppiati, attraverso rispettive frizioni (7, 8), a detto albero di ingresso (2) ed essendo configurati per essere accoppiati a detto albero (19) definendo con uno di detti ingranaggi (14, 15) un rapporto di marcia predeterminato (14<I>, 14<II>, 14<III>, 14<IV>, 15<I>, 15<II>, 15<III>, 15<IV>) tra detto albero di ingresso di motore (2) e detto albero (19), • detto albero intermedio (19) essendo configurato per supportare molteplici ingranaggi (22), detto albero intermedio (19) essendo accoppiato a detto albero di uscita (3) definendo con uno di detti ingranaggi (22) un rapporto di intervallo predeterminato (22<I>, 22<II>, 22<III>) tra l’albero intermedio (19) e l’albero di uscita (3), • uno stadio di salto (30) meccanicamente interposto tra detto albero di ingresso (2) e detto albero di uscita (3) e comprendente una frizione di salto (32) configurata per essere accoppiata meccanicamente all’albero di ingresso di motore (2) al fine di bypassare meccanicamente detti alberi primo, secondo e intermedio (11, 12, 19) quando detta frizione di salto (32) è innestata, detto stadio di salto (30) comprendendo inoltre almeno un albero di salto (31; 34) che supporta almeno due ruote dentate (33<I>, 33<II>) e configurato per essere accoppiato a detto albero di uscita (3) definendo con uno di detti ingranaggi (33<I>, 33<II>) molteplici rapporti di salto predeterminati tra l’albero di ingresso (2) e l’albero di uscita (3), detta trasmissione a doppia frizione (1) comprendendo inoltre molteplici motori elettrici (18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV>) ciascuno di detti molteplici motori essendo collegato rispettivamente a detto primo albero (11), a detto secondo albero (12), a detto albero intermedio (19) e a detto albero di salto (31) per impartire una coppia.
2. 2. Architettura secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo e detto secondo albero (11, 12) sono configurati per essere accoppiati mediante dette frizioni (7, 8) a una coppia di alloggiamenti rotanti (10’, 10’’), detto alloggiamento rotante (10’, 10’’) essendo configurato per essere accoppiato mediante un’altra coppia di frizioni (5, 6) a detto albero di ingresso (2) e in cui detto albero di salto (31, 34) è configurato per essere accoppiato mediante detta frizione di salto (32) a detto albero di ingresso (2) mediante detta altra coppia di frizioni (5, 6), in cui detta altra coppia di frizioni (5, 6), quando accoppiata in modo alternato al rispettivo alloggiamento (10’, 10’’), consente un movimento in avanti o in retromarcia del veicolo.
3. 3. Architettura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui ciascuno tra detto primo e detto secondo albero (11, 12) supporta quattro ruote (14<I>, 14<II>, 14<III>, 14<IV>, 15<I>, 15<II>, 15<III>, 15<IV>) e detto albero intermedio (19) supporta tre ruote (22<I>, 22<II>, 22<III>).
4. 4. Architettura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto stadio di salto (30) comprende un albero di salto intermedio (34), detto albero di salto intermedio (34) essendo accoppiato meccanicamente a detto albero di uscita (3) e supportando molteplici ruote dentate configurate per cooperare con le ruote dentate (33<I>, 33<II>) supportate da un albero di salto principale (31) per definire detti rapporti di salto.
5. 5. Architettura secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascuna di dette ruote dentate (14, 15, 22, 33) è supportata in modo liberamente girevole sul rispettivo albero (11, 12, 19, 34), detta trasmissione (1) comprendendo molteplici mezzi di selezione (17) configurati per accoppiare in modo girevole dette ruote dentate (14, 15, 22, 33) al rispettivo albero (11, 12, 19, 34).
6. 6. Architettura secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi di selezione (17) comprendono un innesto a denti o un innesto a giunto.
7. 7. Architettura secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detti motori elettrici (18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV>) hanno una tensione di lavoro nominale intorno ai 48 Volt e/o una potenza di uscita minore di 5 kW.
8. 8. Architettura secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detti motori elettrici (18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV>) agiscono selettivamente sul rispettivo albero (11, 12; 19; 34).
9. 9. Architettura secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detti motori elettrici (18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV>) sono collegabili al rispettivo albero (11, 12; 19; 34) attraverso un giunto o un innesto a denti.
10. 10. Architettura secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre una unità di controllo elettronica configurata per controllare detti motori elettrici (18<I>, 18<II>, 18<III>, 18<IV>).
11. 11. Architettura secondo la rivendicazione 10 in cui detta unità di controllo elettronica è configurata per controllare detti mezzi di selezione (17) al fine di selezionare una ruota dentata scelta (14, 15, 22, 33).
12. 12. Metodo per far funzionare un’architettura ibrida elettrica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni per cambiare da un ingranaggio (15<IV>) di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un ingranaggio (22<I>, 22<II>, 22<III>) di uno stadio di ingranaggi di intervallo (20) a un ulteriore ingranaggio (14<I>) di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un altro ingranaggio (22<I>, 22<II>, 22<III>) dello stadio di ingranaggi di intervallo: • ricevere un ingresso per cambiare da un ingranaggio (15<IV>) di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un ingranaggio (22<I>, 22<II>, 22<III>) di uno stadio di ingranaggi di intervallo (20) a un ulteriore ingranaggio (14<I>) di uno stadio di rapporto di marcia in combinazione con un altro ingranaggio (22<I>, 22<II>, 22<III>) dello stadio di ingranaggi di intervallo; • far ruotare detto albero di salto (31) per mezzo del corrispondente motore elettrico (18<IV>) per raggiungere una velocità obiettivo che riduce al minimo la differenza di velocità in corrispondenza dei due lati di un innesto a denti (17) adatto per selezionare un ingranaggio (33<I>, 33<II>) definente un rapporto con l’albero di uscita (3) che è compreso tra detti rapporti tra cui è necessario cambiare; • quando la velocità obiettivo viene raggiunta, innestare detto ingranaggio (33<I>, 33<II>) mentre si scambiano le frizioni (7, 8) con la frizione (32) supportata da detto albero di salto (31); • disinnestare detto ingranaggio (15<IV>) di detto stadio di rapporto di marcia e detto ingranaggio (22<I>, 22<II>, 22<III>) dello stadio di ingranaggi di intervallo (20); • far ruotare l’albero (12) che supporta detto ulteriore ingranaggio (14<I>) di detto stadio di rapporto di marcia grazie a un motore elettrico accoppiato (18<II>) fino a raggiungere una velocità predefinita; • far ruotare l’albero intermedio (19) che supporta detto altro ingranaggio (22<I>, 22<II>, 22<III>) di detto stadio di ingranaggi di intervallo (20) grazie a un motore elettrico accoppiato (18<III>) fino a raggiungere una velocità predefinita; • quando dette velocità predefinite sono raggiunte, innestare detto altro ingranaggio (22<I>, 22<II>, 22<III>) di detto stadio di ingranaggi di intervallo (20) su detto albero intermedio (19) e detto ulteriore ingranaggio (14<I>) di detto stadio di rapporto di marcia su detto albero (12); e • scambiare le frizioni (7, 8) con la frizione (32) supportata da detto albero di salto (31).