ITMI20060976A1 - Veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica - Google Patents

Veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica Download PDF

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ITMI20060976A1
ITMI20060976A1 IT000976A ITMI20060976A ITMI20060976A1 IT MI20060976 A1 ITMI20060976 A1 IT MI20060976A1 IT 000976 A IT000976 A IT 000976A IT MI20060976 A ITMI20060976 A IT MI20060976A IT MI20060976 A1 ITMI20060976 A1 IT MI20060976A1
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electric
vehicle
electric traction
rolling vehicle
wheeled
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IT000976A
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Lucio Masut
Mario Donato Santucci
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Piaggio & C Spa
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale
Il presente trovato si riferisce ad un veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica.
Nel corso della descrizione, con il termine rollante si indicherà la caratteristica del veicolo di oscillare intorno ad un asse disposto longitudinalmente rispetto al veicolo stesso, oscillazione che verrà contestualmente indicata con il termine rollio.
I veicoli rollanti a quattro ruote, in grado di coniugare le peculiarità delle motociclette, in termini di maneggevolezza, con le caratteristiche di stabilità e frenatura tipiche dei veicoli quattro ruote, sono oggetto di studio da parte della stessa richiedente, per i loro vantaggi in termini di sicurezza attiva, dovuti alla loro architettura e conseguente dinamica del moto.
In questo contesto, la stessa richiedente ha già sviluppato un innovativo veicolo rollante a quattro ruote, oggetto della domanda PCT pubblicata con il n. WO 2005/058680 Al, dotato di due ruote anteriori sterzanti e due ruote posteriori motrici, dette ruote anteriori essendo dotate di un gruppo di sospensione costituito da almeno due traverse orizzontali collegate al telaio del veicolo ed almeno due sospensioni tra loro indipendenti e vincolate alle due traverse, in modo da formare un quadrilatero articolato che consente il rollio del veicolo, dette ruote posteriori essendo invece dotate di sospensioni a bracci longitudinali indipendenti, anch'essi collegati al telaio in modo da consentire il rollio del veicolo.
Grazie alle particolari soluzioni sviluppate per permettere il rollio del veicolo mantenendo il contatto di tutte le sue ruote con il suolo, il veicolo rollante a quattro ruote oggetto di WO 2005/058680 Al è particolarmente affidabile e sicuro, essendo in grado di garantire la stabilità in qualsiasi condizione di marcia e di terreno.
Facendo riferimento alle diverse soluzioni di trazione disponibili per veicoli terrestri di trasporto, indipendentemente dal numero delle ruote, è altresì noto che, a seconda della posizione della trazione rispetto al veicolo, il trasferimento dei pesi e quindi il bilanciamento del mezzo, in special modo in accelerazione e frenata, influenza il comportamento dinamico del veicolo secondo modalità diverse tra loro.
Infatti, per contrastare la coppia motrice o frenante, in accelerazione la reazione risulatante sugli assi si sposta verso la parte posteriore del veicolo, mentre in frenata succede il contrario. Ciò significa che in un veicolo a trazione anteriore, in fase di accelerazione, la parte anteriore tende ad alleggerirsi con conseguente diminuzione del carico gravante sulle ruote anteriori motrici, che il più delle volte sono anche quelle direttrici, con la conseguenza che, in special modo per accelerazioni elevate o su fondi viscidi, le ruote possono perdere aderenza e il veicolo tende a sbandare verso l'esterno della curva.
Per contro, in un veicolo a trazione posteriore (universalmente adottata nel caso dei veicoli a due ruote, in particolare ciclomotori e motociclette) i problemi di tenuta in curva sono opposti, ovvero in conseguenza di una forte accelerazione o anche di un'accelerazione più blanda ma immediatamente successiva ad una precedente frenata (con carico che si è spostato nella parte anteriore del veicolo), può accadere che il veicolo tenda a sbandare nella parte posteriore, con conseguente perdita di controllo da parte del pilota. Per superare questi problemi dei veicoli a sola trazione anteriore o posteriore, in particolare per agevolare la percorrenza di fondi sconnessi, a forte pendenza o a scarsa aderenza, sono stati quindi sviluppati veicoli in cui la forza motrice è ripartita su tutte le ruote, denominati veicoli a trazione integrale.
Continuando l'analisi dei sistemi di trazione di tipo conosciuto, è altresì noto che per ciascuna coppia di ruote motrici sullo stesso asse è necessario prevedere un differenziale, ovvero un organo meccanico in grado di distribuire equamente il momento torcente tra le due ruote lasciandole libere di ruotare a differente velocità angolare, per evitare lo slittamento di una o di entrambe nelle traiettorie curvilinee, dove la ruota esterna deve ruotare più velocemente della ruota interna poiché deve percorrere una traiettoria curva di lunghezza maggiore a parità di raggio di rotolamento.
Nei veicoli a quattro ruote motrici devono essere presenti almeno due differenziali (uno anteriore ed uno posteriore) più eventualmente un terzo al centro per distribuire la potenza tra gli assi anteriori e posteriori. Un veicolo senza differenziale intermedio non potrebbe circolare su strade asfaltate, poiché una minima differenza di velocità media tra le ruote anteriori e posteriori causerebbe una torsione sulla trasmissione che provocherebbe danni. Per questo motivo sui veicoli a quattro ruote a trazione integrale è previsto un comando che permette di disinserire la trazione integrale. Questo problema non si manifesta invece su terreni sconnessi e strade sterrate, in cui le differenze di velocità sono assorbite dagli slittamenti delle ruote sul terreno a basso coefficiente di attrito.
D'altra parte è di grande ausilio per la sicurezza di marcia per un veicolo a quattro ruote poterlo dotare di trazione integrale; questo vale anche per un veicolo rollante a quattro ruote, come quello descritto in WO 2005/058680 Al, purché il sistema di trazione sia in grado, come già descritto nel caso di veicoli a quattro ruote a trazione integrale di tipo tradizionale, di garantire la distribuzione opportuna del momento torcente tra le ruote motrici rispettivamente appartenenti alla coppia anteriore o alla coppia posteriore, in modo analogo o migliore di quanto viene comunemente ottenuto mediante un meccanismo di tipo differenziale meccanico .
Per raggiungere tale scopo, nel caso di un veicolo rollante, si deve superare una serie di problemi di realizzazione, dovuti alla diversa architettura del telaio ed in particolare alla particolare configurazione a quadrilatero articolato delle sospensioni anteriori, che abbina in un unico meccanismo i movimenti di sospensione, rollio e sterzatura, nonché al sistema di sospensioni a bracci longitudinali indipendenti delle ruote posteriori, che non consentono di utilizzare gli stessi accorgimenti di trasmissione differenziale del moto che sono stati adottati nel caso di autoveicoli a trazione integrale di tipo non rollante.
Appare evidente l'opportunità di dotare detto veicolo rollante a quattro ruote di un sistema di trazione integrale dotato di "gestione della coppia motrice" che, rispetto a quelli utilizzati nei veicoli a quattro ruote di tipo tradizionale, garantisca una maggiore flessibilità di utilizzo e semplicità meccanica di realizzazione.
Scopo, quindi, del presente trovato è quello di risolvere i problemi della tecnica nota fornendo un veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica integrale dotato di un motore elettrico per ciascuna ruota, in grado di garantire la distribuzione opportuna del momento torcente tra le ruote motrici rispettivamente appartenenti alla coppia anteriore o alla coppia posteriore e di distribuire la coppia tra gli assi anteriori e posteriori, in modo da fornire massima trazione in piena sicurezza su qualsiasi fondo ed in qualsiasi condizione d'uso.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica integrale dotato di estrema semplicità strutturale e funzionale.
Questi ed altri scopi sono raggiunti dal veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica integrale secondo il presente trovato che presenta le caratteristiche dell'annessa rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione saranno più chiari a seguito della presente descrizione, data a titolo illustrativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:
-la figura 1 mostra una vista frontale schematica di un gruppo sospensione anteriore di un veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica integrale, secondo la presente invenzione;
-la figura 2 mostra una vista schematica in pianta della porzione posteriore di un veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica integrale, secondo la presente invenzione;
-la figura 3 mostra una vista schematica in pianta della porzione posteriore di un veicolo rollante della figura 2, con alimentazione secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione ;
-la figura 4 mostra una vista schematica in pianta della porzione posteriore di un veicolo rollante della figura 2, con alimentazione secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione ;
-la figura 5 mostra una vista schematica in pianta della porzione posteriore di un veicolo rollante della figura 2, con alimentazione secondo una terza forma di realizzazione della presente invenzione; e
-la figura 6 mostra una vista schematica in pianta della porzione posteriore di un veicolo rollante della figura 2, con alimentazione secondo una quarta forma di realizzazione della presente invenzione.
Facendo riferimento alle figure, un veicolo rollante a quattro ruote a trazione elettrica integrale, indicato complessivamente con 10, secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, è dotato di due ruote anteriori sterzanti 11, un telaio 12, un manubrio 13, due ruote posteriori 14, un gruppo di sospensione anteriore 15 per le ruote anteriori 11 e sospensioni a bracci longitudinali indipendenti 16 per le ruote posteriori 14. In particolare, il gruppo di sospensione anteriore 15 è costituito da una traversa superiore 17 collegata al telaio 12 del veicolo per mezzo di una cerniera 18 in corrispondenza della sua metà, due traverse inferiori 19 collegate ad una estremità al telaio 12 del veicolo per mezzo di cerniere 20 ed almeno due sospensioni 20 tra loro indipendenti e vincolate superiormente una a ciascuna estremità della traversa superiore 17 e inferiormente alla rispettiva traversa inferiore 19, in modo da formare un quadrilatero articolato che consente il rollio del veicolo .
Tale soluzione permette al veicolo di avere due ruote anteriori direttrici in parallelo, sterzanti ed inclinabili, in modo da essere guidato come una moto (parte anteriore inclinabile - moto di rollio - insieme alla posteriore). Potendo poi il sistema sterzante anteriore rollare rispetto alla parte posteriore, le ruote anteriori possono a loro volta inclinarsi come le ruote posteriori, rimanendo però sempre in contatto con il terreno e garantendo quindi una maggiore aderenza al manto stradale.
Come in precedenza accennato, la caratteristica del veicolo secondo la presente invenzione consiste nel dotare ciascuna ruota, sia le ruote anteriori 11 che le ruote posteriori 14, di un corrispondente motore elettrico 21, alloggiato nel mozzo della ruota (le cui dimensioni sono se necessario opportunamente aumentate per garantire lo spazio necessario al suo interno).
Con riferimento in particolare alla figura 3, in cui per semplicità è mostrata solo la parte posteriore del veicolo 10, a bordo del veicolo è installato inoltre un gruppo accumulatore elettrico 22, che può essere ad esempio costituito da batterie a base di Pb, Pb-gel, Ni-Mh, Li-Ion, in accoppiamento o meno con supercondensatori . Tramite .opportuna centralina elettronica di controllo 24, eventualmente funzionalmente suddivisa in sottocentraline di controllo, asservita ai comandi di bordo, il gruppo accumulatore elettrico 22 alimenta, attraverso collegamenti elettrici 23, i gruppi motori elettrici 21 installati in ciascuna delle quattro ruote, sia le ruote anteriori 11 che le ruote posteriori 14. La trasmissione della coppia motrice è quindi diretta sulle quattro ruote.
Il gruppo accumulatore elettrico 22, alloggiato all'interno del telaio 12 del veicolo rollante a quattro ruote, può essere estraibile per permettere il trasporto e la ricarica "in casa". Alternativamente, la ricarica può essere effettuata senza estrazione dell'accumulatore elettrico 22, ovvero "sul posto", per mezzo di un caricabatteria (non mostrato) installato o meno a bordo, eventualmente alloggiato anch'esso all'interno del telaio 12 e dotato di un cavo con una spina per la connessione alla rete elettrica o, più in generale, ad una sorgente di energia elettrica.
Risulta evidente come la soluzione della presente invenzione permette, attraverso il controllo operato dalla centralina elettronica 24, eventualmente funzionalmente suddivisa in sottocentraline di controllo, la gestione singola di ciascuno dei motori elettrici 21 installati in ciascuna delle quattro ruote, potendosi conseguentemente ottenere prestazioni superiori in fatto di sicurezza di guida del veicolo.
Inoltre, attraverso un sistema di sensori (non mostrati) di velocità e di accelerazione, collegati da una parte alle singole ruote e dall'altra alla centralina elettronica 24, eventualmente funzionalmente suddivisa in sottocentraline di controllo, si rende possibile verificare istante per istante la condizione di aderenza della singola ruota.
Conseguentemente, in caso di slittamento in accelerazione, rilevato su una o più ruote anteriori 11 o posteriori 14, la centralina 24 e/o le sue sottocentraline possono intervenire limitando direttamente la coppia fornita dal motore o dai motori corrispondenti, ristabilendo le condizioni di aderenza .
In caso di slittamento in frenata, rilevato su una o più ruote, la centralina 24 e/o le sue sottocentraline possono intervenire aumentando direttamente la coppia fornita dal motore o dai motori corrispondenti, ristabilendo le condizioni di aderenza a parità di pressione dell'impianto frenante. In questo senso, dunque, la gestione elettronica dei motori si pone come ausilio e/o alternativa al noto sistema ABS (presente o meno sul veicolo).
Inoltre, installando a bordo del veicolo uno o più accelerometri e/o giroscopi (non mostrati), è possibile verificare istante per istante il movimento di imbardata del veicolo stesso e confrontarlo con l'angolo geometrico di inclinazione e di sterzo, per ricavare l'eventuale scostamento dalla traiettoria desiderata dal pilota. Nel caso di scostamento rilevato, la centralina elettronica di controllo 24 agisce direttamente o attraverso le sue sottocentraline sulla coppia fornita dai motori elettrici 21, al fine di recuperare la corretta velocità angolare di imbardata.
Oltre alla forma di realizzazione descritta con riferimento alle figure 1-3, in cui è presente un motore elettrico 21 per ognuna delle ruote del veicolo, è anche prevista una forma di realizzazione alternativa in cui i motori sono alternativamente presenti solamente sulle due ruote anteriori 11 oppure solamente sulle ruote posteriori 14.
Qualora le ruote siano tutte dotate di motore, potranno comunque essere impiegate a comando del pilota in coppia, solo le anteriori, solo le posteriori o tutte assieme.
La selezione della modalità di trazione dipende da vari fattori: prestazioni richieste, autonomia e aderenza. L'innesto della trazione integrale è convenientemente riservato a particolari situazioni di guida, che, grazie ad un selettore (non mostrato), possono essere scelte dal guidatore del veicolo. In generale, la trazione su tutte le ruote privilegia prestazioni e motricità ed è consigliabile sempre in condizioni di bassa aderenza, ma può essere comunque impostata sulla base di considerazioni personali del guidatore.
Con riferimento alla figura 4, è mostrata una forma alternativa di realizzazione del veicolo della presente invenzione, in particolare mirata ad aumentare l'autonomia del veicolo. Infatti, secondo questa forma di realizzazione, è prevista la presenza di un motore termico 25, funzionante in regime stazionario o semi stazionario o comunque opportuno per il corretto mantenimento del bilancio energetico elettrico a bordo veicolo, come generatore per la ricarica degli accumulatori elettrici 22. Tale soluzione realizza un sistema di trazione denominata "ibrida seriale termico/elettrica", con motori elettrici 21 alimentati attraverso accumulatori elettrici, il gruppo accumulatore 22 essendo ricaricato dal motore termico 25 secondo cicli di ricarica dipendenti dalla condizione delle batterie stesse e dal tipo di impiego a cui il veicolo 10 è sottoposto, secondo logiche predefinite ed attuate dalla centralina di controllo 24 e/o dalle sottocentraiine.
Il motore termico 25 può essere alimentato con combustibili diversi, quali benzina per autotrazione, gasolio, metano, idrogeno gassoso, GPL, alcool.
Inoltre, con riferimento alla figura 5, è mostrata un'ulteriore forma di realizzazione, particolarmente mirata ad aumentare l'autonomia del veicolo 10, realizzata utilizzando un motore turbogas, di cui sono schematizzati la girante 26 e l'alternatore/generatore 27. Il motore turbogas, operando in regime stazionario oppure semi stazionario o comunque opportuno per il corretto mantenimento del bilancio energetico elettrico a bordo veicolo, agisce come generatore per la ricarica degli accumulatori elettrici 22. Tale soluzione realizza un sistema di trazione denominata "ibrida seriale turbogas/elettrica", con motori elettrici alimentati attraverso il gruppo accumulatore elettrico 22, come nel caso già descritto. In questo caso, il gruppo accumulatore 22 è quindi ricaricato dal motore turbogas secondo cicli di ricarica dipendenti dalla condizione delle batterie stesse e dal tipo di impiego a cui il veicolo è sottoposto, secondo logiche predefinite ed attuate dalla centralina di controllo 24 e/o dalle sue sottocentraline.
Il motore turbogas può essere progettato per essere alimentato da diversi tipi di combustibile, quali kerosene, benzina per autotrazione, gasolio, metano, GPL, alcool.
Un'ulteriore forma di realizzazione del veicolo 10 mirata ad aumentare l'autonomia del veicolo è mostrata in figura 6 e prevede l'utilizzazione di una o più celle a combustibile 28 come generatore per la ricarica degli accumulatori elettrici: tale soluzione realizza un sistema denominato di "trazione elettrica a celle a combustibile", con motori elettrici 21 alimentati dal gruppo accumulatore elettrico 22 come nei casi già descritti.
Come alimentazione è possibile impiegare idrogeno gassoso compresso oppure idrogeno adsorbito su idruri metallici, o ancora altri tipi di combustibili specifici per le celle a combustibile.
Secondo tutte le forme alternative di realizzazione precedentemente illustrate, è possibile montare un supercondensatore in parallelo al gruppo accumulatore 22, in modo da far fronte efficacemente alle improvvise richieste di potenza elettrica (per esempio in accelerazione) che potrebbero danneggiare o non essere fronteggiabili dalle batterie.
Queste forme di realizzazione permettono inoltre l'impiego in "solo elettrico", disattivando per qualsiasi motivo momentaneamente l'unità di ricarica delle batterie. È inoltre possibile impiegare l'unità di ricarica delle batterie anche a veicolo fermo e con antifurto (meccanico e/o elettrico e/o elettronico) inserito, allo scopo di ricaricare il gruppo accumulatore 22 durante le soste e/o durante lo stazionamento in parcheggio, ove consentito.
Il veicolo rollante a quattro ruote così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica, con ruote anteriori (11) sterzanti collegate ad un telaio (12) tramite un gruppo di sospensione anteriore (15) a quadrilatero articolato e ruote posteriori (14) collegate a detto telaio (12) tramite sospensioni a bracci longitudinali indipendenti (16), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una coppia di motori elettrici (21) di azionamento, rispettivamente un motore elettrico per ognuna delle ruote anteriori (11) e/o un motore elettrico per ognuna delle ruote posteriori (14), detti motori (21) essendo alimentati da almeno un gruppo accumulatore elettrico (22), attraverso collegamenti elettrici (23).
  2. 2. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti motori elettrici (21) sono alloggiati nei mozzi delle ruote (11, 14).
  3. 3. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un gruppo accumulatore elettrico (22) è estraibile per permettere il trasporto e la ricarica "in casa".
  4. 4. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un caricabatteria per la ricarica di detto almeno un gruppo accumulatore elettrico (22) "sul posto".
  5. 5. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una centralina elettronica (24), eventualmente funzionalmente suddivisa in sottocentraline di controllo, per il controllo della trazione elettrica, del flusso energetico e della ricarica di ciascun motore elettrico (21).
  6. 6. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta centralina (24), eventualmente funzionalmente suddivisa in sottocentraline di controllo, è collegata a sensori di velocità e di accelerazione, collegati alle singole ruote (11, 14) per verificare, istante per istante, le loro condizioni di aderenza.
  7. 7. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta centralina e/o le sue sottocentraline sono collegate a uno o più accelerometri e/o giroscopi per verificare, istante per istante, il movimento di imbardata del veicolo stesso e confrontarlo con l'angolo geometrico di inclinazione e di sterzo, per ricavare l'eventuale scostamento dalla traiettoria desiderata dal pilota.
  8. 8. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende quattro motori elettrici (21), uno per ciascuna ruota, e un selettore per l'impiego dei motori solo delle ruote anteriori (11), solo delle posteriori (14) o contemporaneamente di tutti i motori elettrici (21).
  9. 9. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente un motore termico (25), funzionante in regime stazionario o semi stazionario o comunque opportuno per il corretto mantenimento del bilancio energetico elettrico a bordo veicolo, come generatore per la ricarica degli accumulatori elettrici (22).
  10. 10. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto motore termico (25) può essere alimentato con combustibili diversi, quali benzina per autotrazione, gasolio, metano, idrogeno gassoso, GPL, alcool.
  11. 11. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente un motore turbogas, funzionante in regime stazionario oppure semi stazionario o comunque opportuno per il corretto mantenimento del bilancio energetico elettrico a bordo veicolo, come generatore per la ricarica degli accumulatori elettrici (22).
  12. 12. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che può essere alimentato da diversi tipi di combustibile, quali kerosene, benzina per autotrazione, gasolio, metano, GPL, alcool.
  13. 13. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente una o più celle a combustibile (28), come generatore per la ricarica degli accumulatori elettrici (22).
  14. 14. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che può essere alimentato da diversi tipi di combustibile, quali idrogeno gassoso compresso oppure idrogeno adsorbito su idruri metallici.
  15. 15. Veicolo rollante (10) a quattro ruote a trazione elettrica secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente un supercondensatore, disposto in parallelo al gruppo accumulatore (22).
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