SISTEMA DE ACOPLAMENTO INTELIGENTE ENTRE IMPLEMENTO RODOVIÁRIO E VEÍCULO TRATOR, SISTEMA E PROCESSO DE GERENCIAMENTO PARA ATUAÇÃO DE TRAÇÃO

AUXILIAR EM IMPLEMENTOS RODOVIÁRIOS

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção é relacionada aos campos de engenharia mecânica e eletrónica, com foco em eficiência energética em sistemas de transporte de carga. Mais especificamente, a invenção se aplica a uma Combinação de Veículo de Carga (CVC) cujo semirreboque é dotado de sistema de tração auxiliar, como por exemplo, tração elétrica com frenagem regenerativa. A invenção proporciona um meio de controle do acionamento da tração auxiliar, que proporciona uso seguro e potencializa os ganhos económicos e ambientais em transporte de cargas.

Antecedentes da Invenção

[0002] Diante das políticas ambientais e programas de sustentabilidade associadas à pressão pela redução de uso de combustível fóssil, a busca por eficiência energética no setor de transporte de cargas está cada vez mais desejável. O ramo de transporte rodoviário, seja de cargas ou de passageiros, é um dos setores que mais demanda combustíveis fósseis e qualquer redução de consumo neste ramo de atuação reverte-se em benefícios para o transportador, reduzindo seu custo de operação. Ainda, a dita redução também proporciona benefícios ao meio ambiente, uma vez que se reduz a emissão de gases poluentes e/ou gases intensificadores do efeito estufa.

[0003] Em Combinações de Veículos de Carga, a demanda por energia é muito significativa, uma vez que se necessita transpor condições críticas de rota de carga, como por exemplo, situações de aclive acentuado e/ou relevos irregulares. Estas situações exigem grande quantidade de energia para movimentar o conjunto veículo-carga, exigindo mais da relação peso-potência do conjunto.

[0004] Em implementos rodoviários, a Energia Cinética ((Massa x Velocidade ²⁾ )/2) da CVC é muito expressiva. Tendo em vista as múltiplas possibilidades de combinações possíveis previstas na legislação brasileira, a presente invenção é aplicável a qualquer tipo de combinação de veículos de carga. Neste contexto, a legislação de trânsito brasileira permite CVCs com até 74 toneladas de Peso Bruto Total Combinado, o que demanda veículos tratores potentes para que a relação peso/potência seja adequada às condições de trafegabilidade. Além disso, no modal rodoviário do Brasil e de certos outros países, as rodovias apresentam relevos bastante irregulares e com inúmeras situações de aclive e declive. Desta forma, as Combinações de Veículo de Carga, considerando a tara do veículo somada ao peso da carga transportada, requerem uma elevada potência de motor para que seja vencida a inércia. Todo este contexto faz com que o combustível seja um dos maiores gastos do transportador, sendo a variável que mais influencia no valor do frete. A presente invenção proporciona uma solução para este problema.

[0005] CVCs operando nas condições referidas acima também têm elevada demanda do sistema de freios, uma vez que este é submetido a condições de muita exigência mecânica sob altas temperaturas, reduzindo a vida útil dos componentes do sistema de freio e, consequentemente, incrementando custo de manutenção para a segura operação.

[0006] O uso de sistemas de regeneração de energia cinética e armazenamento da energia proporciona vantagens técnicas substanciais de redução de consumo de combustível, notadamente quando a referida energia é usada para gerar tração em veículos, além de proporcionar menor demanda no sistema de freios.

[0007] Sistemas desse tipo são desejáveis em implementos rodoviários, para auxiliar a tração do veículo trator. Entretanto, um problema técnico ainda não resolvido satisfatoriamente é compatibilizar o vetor de tração do veículo trator com o vetor de tração do implemento, para evitar problemas de segurança do conjunto, tanto em linha reta quanto em curvas. Para a operação segura de uma CVC que compreende um implemento dotado sistema de tração auxiliar, jamais o implemento poderá empurrar o veículo trator. Assim sendo, uma CVC deste tipo deve compreender um sistema que garanta que a tração do implemento seja meramente auxiliar (ou he/per) à do veículo trator. Para a operação segura de uma CVC deste tipo, a tração auxiliar do implemento jamais pode afetar atitude direcional do veículo trator ou da combinação.

[0008] Nestas e noutras circunstâncias, especialmente quando ocorrem ângulos entre o veículo trator e o implemento, surgem vetores resultantes que podem gerar instabilidade na combinação de veículos de carga (ou CVC, que compreende um veículo trator associado a ao menos um implemento rodoviário). A magnitude do referido problema técnico é proporcional ao ângulo entre o veículo trator e o implemento, ou entre a quintarrroda e o pinorrei, e à diferença de tração entre aquela do veículo trator e a proporcionada pelo implemento rodoviário dotado de tração auxiliar.

[0009] Desta forma, é desejável tanto do ponto de vista ambiental, quanto de segurança e económico a utilização de formas para melhor aproveitamento energético da Combinação de Veículo de Carga, como por exemplo, formas de reaproveitar a energia dissipada pelo sistema de freios em situação de declive para uso posterior em situações de exigência de maior tração, como em situações de aclive.

[0010] Sistemas de regeneração de energia cinética têm sido aplicados em automóveis com objetivo de reduzir o consumo de combustível, bem como diminuir as taxas de emissões de gases poluentes. Deste modo, a energia cinética regenerada pode ser utilizada como energia elétrica para tracionar veículos. Entretanto, sistemas de regeneração de energia cinética não têm sido utilizados no transporte de cargas devido a várias dificuldades técnicas que são superadas pela presente invenção.

[0011] Combinações de Veículo de Carga têm elevada massa do conjunto e da carga transportada, o que proporciona condição de inércia favorável à utilização de sistemas de regeneração de energia cinética, a tração auxiliar no semirreboque. Em sistemas de frenagem regenerativa, a energia dissipada durante frenagens é convertida em energia elétrica e armazenada em baterias para posterior uso em tracionamento em situações de aclive, por exemplo. Ademais, o reaproveitamento da energia decorrente da frenagem auxilia na preservação do conjunto sistema de freios e componentes associados a ele, como os pneus.

[0012] No melhor do conhecimento dos inventores, até a presente invenção não foram concretizados na prática veículos de transporte de carga dotados de sistema de tração auxiliar no semirreboque devido a dificuldades técnicas que incluem, entre outras, a complexa dinâmica de estabilidade direcional do conjunto.

[0013] Aspectos do sistema de articulação e as variações de rigidez dos chassis de Combinações de Veículo de Carga propiciam graus de liberdade que amplificam os efeitos oriundos das excitações direcionais de tráfego.

[0014] Além disso, a complexidade também está relacionada ao fato de que atualmente um implemento rodoviário como um semirreboque, é um veículo sem representatividade no quesito tração, que serve apenas como base para a carga, sendo que toda a força de mobilidade é realizada pelo veículo trator. Desta forma, o implemento rodoviário apenas copia a trajetória e responde a estímulos /inputs dinâmicos do veículo trator.

[0015] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, foram encontrados os seguintes documentos que tratam sobre o tema:

[0016] O documento US201 10094807A1 descreve um sistema de acionamento elétrico que inclui dois motores elétricos, cada um atuando independentemente em cada roda, sendo estes motores alimentados eletricamente por meio da energia proveniente de frenagem regenerativa armazenada. Um controlador controla os dois motores elétricos de forma independente de tal forma que as rodas operam com velocidades iguais ou diferentes entre si. Ademais, o documento menciona um meio de coleta de dados provenientes do veículo trator, como velocidade do veículo e acelerações. Contudo, tal solução não menciona a utilização de formas de prevenção do efeito“jackknife”, ou, como é de conhecimento, o efeito canivete ou L, ou seja, o documento não revela ou sugere meios de segurança para evitar este efeito, que pode trazer riscos à segurança e/ou causar prejuízos à dirigibilidade do veículo. Além disso, o referido documento não menciona formas de gerenciamento da potência aplicada nas rodas, nem mesmo indica quando tal potência deve ser aplicada. Ademais, não é mencionada também a análise de vetores de força aplicados sobre o acoplamento entre o veículo trator e o implemento rodoviário, prejudicando a dirigibilidade do conjunto.

[0017] O documento US20080174174A1 descreve um sistema de regeneração de frenagem e propulsão de reboques de caminhão que realiza aceleração e desaceleração. Referido sistema compreende um motor/gerador acoplado à caixa de engrenagens, um sistema de armazenamento de energia que armazena a energia da frenagem e a fornece para tracionamento e um sistema de controle que controla o sistema e informa o veículo trator quando o implemento está operando. Além disso, o documento menciona que o sistema controla cada roda de forma independente em cada lado do eixo do implemento. Ainda, o documento menciona um sistema de navegação que indica quando o motor/gerador deve ser acionado para gerenciar a energia armazenada e disponível para tracionamento auxiliar. Contudo, o documento não menciona a utilização de formas de prevenção do efeito “jackknife”, também conhecido como efeito canivete ou L. O referido documento tampouco menciona detalhes de como são analisados os vetores de força no acoplamento do veículo trator com o implemento e não menciona detalhes sobre como o sistema é gerenciado, de tal modo que a solução trazida não provê elementos de segurança e que podem interferir na dirigibilidade do conjunto. [0018] O documento US8215436 descreve um sistema de frenagem regenerativa para implementos rodoviários que utiliza a energia regenerada durante frenagens para tracionamento auxiliar, sendo que a dita energia é armazenada em um sistema de armazenamento. O referido documento revela um sistema de acelerômetros para verificar aceleração, desaceleração, inclinação e trepidação do implemento rodoviário, bem como utiliza sensor de velocidade das rodas. A referida solução, no entanto, não proporciona indicativos de segurança para a operação do conjunto trator-implemento, nem tampouco o gerenciamento da potência a ser aplicada nas rodas, e qualquer sistema de redundâncias para a garantia da operação segura do sistema. Como é sabido, as combinações veículo de carga são extremamente pesadas e também transportam cargas igualmente pesadas, de tal modo que qualquer falha gerada por um sistema dessa natureza pode causar um grande acidente, além de um enorme prejuízo ao transporte.

[0019] O documento US20100025131 A1 descreve um sistema de propulsão elétrica aplicado em veículos, compreendendo um chassi que suporta ao menos um motor elétrico fixado na sua suspensão. O referido documento revela a utilização de um controlador que controla o tracionamento e/ou controla a estabilidade. Contudo, o documento não revela ou sugere mecanismos para prevenir o efeito“jackknife”, conhecido também como efeito canivete ou L. Além disso, o referido documento não revela formas de gerenciamento da potência aplicada nas rodas, nem quando tal potência é aplicada. Ademais, não revela nenhuma análise de vetores de força aplicados sobre o acoplamento entre o veículo trator e o implemento rodoviário.

[0020] O documento BR102016001644 descreve uma proposta de reboque dotado de sistema de recuperação de energia cinética de desacelerações e seu uso para propulsão em momentos de aceleração. Para tal, o referido documento menciona a utilização de um motor elétrico conectado com um sistema de armazenamento de energia. Contudo, o conceito deste tipo de arranjo é integralmente antecipado pelos documentos norte-americanos citados acima. Além disso, o referido documento não se confunde com a presente invenção nem a antecipa, uma vez que não é revelado qualquer meio de segurança para prevenção do efeito“jackknife”, conhecido também como efeito canivete ou L. Além disso, o referido documento não revela um meio de gerenciamento da potência aplicada nas rodas, nem quando e como tal potência é aplicada. Ademais, não menciona qualquer análise de vetores de força aplicados sobre o acoplamento entre o veículo trator e o implemento rodoviário.

[0021] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta, aos olhos dos inventores, possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

Sumário da Invenção

[0022] A invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de um meio de controle da atuação de um sistema de tração auxiliar em um semirreboque presente em uma Combinação de Veículo de Carga (CVC).

[0023] O conceito inventivo comum os diversos objetos da invenção é um meio físico que proporciona o uso seguro de um implemento rodoviário dotado de meio auxiliar de tração de uma CVC. Na presente invenção, o referido meio físico é selecionado dentre: uma quintarroda e/ou um pinorrei inteligente; sensores em outros pontos de monitoramento; sensores ligados ao pedal de freio; ou combinações dos mesmos.

[0024] Em uma concretização, a invenção adicionalmente compreende um sistema de processamento de tais dados e de envio de sinais para controlar o sistema de tração auxiliar do implemento, e/ou da tração principal do veículo trator, para que o conjunto opere com mais segurança e/ou eficiência.

[0025] Em uma concretização, o referido conjunto de informações é processado por uma unidade de comando que compreende um algoritmo de controle, que comanda o acionamento ou não do sistema helper. [0026] A invenção proporciona um meio de controle do acionamento da tração auxiliar, que proporciona uso seguro e potencializa os ganhos económicos e ambientais em transporte de cargas. O meio de controle ou de gerenciamento da invenção proporciona uso seguro da atuação da tração auxiliar em um implemento rodoviário. A presente invenção também proporciona um meio de controle ou sistema de gerenciamento que proporciona melhor condição de dirigibilidade de uma CVC na qual o implemento é dotado de sistema de tração auxiliar.

[0027] A presente invenção também proporciona um meio de controle ou sistema de gerenciamento que evita o efeito indesejável conhecido como jackknife.

[0028] Em uma concretização, o meio de controle ou sistema de gerenciamento da invenção compreende meios de evitar falhas de elementos do próprio sistema, consistindo em um sistema de redundâncias de segurança controlado por um algoritmo inteligente, programado e pré-parametrizado.

[0029] Em uma concretização, o meio de controle ou sistema de gerenciamento da invenção adicionalmente compreende um algoritmo que proporciona otimização energética do conjunto veículo trator e implemento rodoviário mediante a análise prévia das demandas de relevo de estradas com base na rota a ser adotada. Nesta concretização, o referido algoritmo estabelece gerencia os momentos de mais adequado armazenamento e/ou uso da energia para tração auxiliar, de forma a auxiliar o veículo trator nas situações de maior demanda, sem interferir nas condições de dirigibilidade.

[0030] Em uma concretização, o meio de controle ou sistema de gerenciamento da invenção adicionalmente auxilia no efeito de desaceleração, proporcionando, dentro da margem de operação, condições de retardo no aquecimento do sistema de freio, o que mantém ou aumenta a performance do freio, diminui a necessidade de manutenção e incrementa a vida útil dos componentes do sistema de freio e itens relacionados.

[0031] A aplicação da invenção em implementos rodoviários resulta em diversas vantagens para a combinação e para a operação de transporte, como: redução significativa do consumo de combustível e vantagens ambientais; redução das taxas de emissões de gases intensificadores do efeito estufa por quilómetro rodado; aumento da vida útil do veículo; diminuição da necessidade de manutenção dos componentes do veículo trator, uma vez que o sistema auxilia na tração em momentos de requisição de torque; redução da exigência dos ditos componentes; redução do desgaste dos pneus por distribuir a tração em mais eixos; redução da exigência do sistema de freio, reduzindo a carga térmica nos mesmos, evitando a redução do coeficiente de atrito de seus componentes, minimizando o efeito fading; evita o superaquecimento dos componentes do freio acarretando no aumento da vida útil dos mesmos, por exemplo, lonas, tambores, discos e pastilhas.

[0032] Além disso, a presente invenção é uma tecnologia verde e ecofriendly por reduzir significativamente o consumo de combustível pelo veículo e, por consequência, diminuir as emissões de gases poluentes. A invenção também contribui para reduzir o desgaste de elementos de fricção, reduzir a velocidade oriunda da regeneração e por incrementar a vida útil dos pneus, por meio do não aquecimento dos talões. A tecnologia da invenção também melhora a eficiência energética do conjunto veículo trator semirreboque.

[0033] Em um objeto, a presente invenção apresenta um sistema de gerenciamento da atuação de um sistema de tração auxiliar de um implemento rodoviário.

[0034] Na invenção, a tração auxiliar é qualquer elemento capaz de fornecer força motriz para que o implemento rodoviário atue como um helper, sendo este elemento de tração auxiliar capaz de ser acionado/desacionado e/ou controlado por um sistema de controle (4). Em uma concretização, a tração auxiliar é oriunda um motor (10) e ao menos um sistema de armazenamento de energia (3), em que o referido motor (10) interage com ao menos um eixo do implemento rodoviário, sendo a operação do motor (10) e do sistema de armazenamento de energia (3) controlada por ao menos um sistema de controle (4) conectado ao motor (10) e ao sistema de armazenamento de energia (3).

[0035] Em uma concretização, a tração auxiliar é elétrica e oriunda de frenagem regenerativa, compreendendo ao menos um motor elétrico (10) e ao menos um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), em que ao menos um motor elétrico (10) interage com ao menos um eixo do implemento rodoviário, sendo a operação do motor elétrico (10) e do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) controlada por ao menos um sistema de controle (4) conectado aos ditos motor elétrico (10) e sistema de armazenamento de energia elétrica (3).

[0036] Em um outro objeto, a presente invenção apresenta um processo de gerenciamento para atuação elétrica em implementos rodoviários, envolvendo tração elétrica e frenagem regenerativa, em que o implemento rodoviário é equipado com um sistema de gerenciamento para atuação elétrica compreendendo ao menos um motor elétrico (10) e ao menos um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), compreendendo as etapas de:

a. identificação de grau de inclinação de terreno em que o implemento rodoviário é trafegado; e

b. seleção de modo de operação, por meio de um sistema de controle (4) compreendido no sistema de gerenciamento, sendo a seleção realizada com base pelo menos no grau de inclinação identificado.

[0037] Em ainda um outro objeto, a presente invenção apresenta um sistema de acoplamento inteligente entre implemento rodoviário e veículo trator, em que o implemento rodoviário é equipado com um sistema de gerenciamento para atuação elétrica compreendendo ao menos um motor elétrico (10) e ao menos um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), em que o sistema de acoplamento compreende ao menos um sensor de movimento angular e um sensor de carregamento vetorial comunicantes com um sistema de controle (4) do sistema de gerenciamento do implemento rodoviário. Em uma concretização referidos sensores de movimento angular ou de carregamento vetorial são posicionados na quintarroda e/ou no pinorrei.

[0038] É, também, um objeto da invenção proporcionar uma comunicação entre o veículo trator e o implemento rodoviário, a partir de um meio de comunicação, em que o implemento rodoviário é provido de um sistema de tração inteligente operativo em um ou mais eixos do implemento tornando-o eventualmente motriz. O sistema proporciona controle real da ação no implemento rodoviário, sendo a ação ativa e não passiva. O sistema da invenção proporciona resultados significativos, independente de condições externas, sejam elas favoráveis ou não. Portanto, a operação não depende de condições de vento favorável ou do modo de condução do motorista, mas sim o sistema age em momentos de necessidade, otimizando o balanço energético da combinação, buscando uma redução considerável de combustível consumido através de tração auxiliar no implemento rodoviário.

[0039] É, adicionalmente, um objeto da presente invenção, um kit de tração elétrica com sistema regenerativo para implementos rodoviários compreendendo ao menos um sistema de tração elétrica, ao menos um sistema regenerativo e ao menos um sistema mecanizado capaz de acoplar o sistema de tração elétrica ao implemento rodoviário.

[0040] É, ainda, um objeto da presente invenção, um sistema de gerenciamento para atuação elétrica em implementos rodoviários, envolvendo tração elétrica e frenagem regenerativa, compreendendo um sistema de controle (4) comunicante com um painel de operações (5), em que o painel de operações (5) é provido com ao menos uma rota para tráfego do implemento rodoviário, sendo a dita rota contendo dados de perfil altimétrico da rota, em que: o sistema de controle (4), provido com um algoritmo, seleciona modos de operação a partir dos dados do perfil altimétrico da rota, sendo os modos de operação ao menos um entre i) tração elétrica, ii) frenagem regenerativa, iii) eixo livre, ou uma combinação entre os mesmos. [0041] Em um outro objeto da invenção, é provido um CVC (Combinação de Veículo de Carga) que compreende um semirreboque dotado de sistema de gerenciamento para atuação de tração auxiliar, em que compreende:

a. um ou mais sensores selecionados entre: sensor de movimento angular; sensor de carregamento vetorial; sensor de uso de freio; sensor de marcha ré; sensor de velocidade de roda; sensor de geolocalização; sensor de nível de carga elétrica; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos; e

b. um sistema de controle (4) que recebe os sinais dos sensores e, a partir dos sinais recebidos, emite comando de acionamento de tração auxiliar.

[0042] Considerando as variáveis apontadas no estado da técnica, como o peso do conjunto, os desgastes do sistema de freios, as irregularidades dos terrenos, há um grande potencial para a aplicação de sistemas regenerativos inteligentes, que são capazes de otimizar as relações peso/potência, onde a massa do conjunto (veículo trator + semirreboque(s)) associada às condições acidentadas de terrenos (aclives e declives) promovem situações favoráveis para os ciclos de carga (por recuperação de energia cinética) e descarga da bateria para transpor condições específicas de tráfego, como aclives acentuados. Com isso, a presente invenção é perfeitamente aplicável para quaisquer combinações de veículo de carga (CVC), tais como rodotrens, bitrenzões, bitrens, etc., onde a relação peso/potência é elevada.

[0043] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0044] São apresentadas as seguintes figuras:

[0045] A figura 1 mostra uma concretização do sistema de gerenciamento da presente invenção aplicada em um implemento rodoviário sob situação de aclive. [0046] A figura 2 mostra uma concretização do sistema de gerenciamento da presente invenção aplicada em um implemento rodoviário sob situação de declive.

[0047] A figura 3 mostra uma vista inferior de um implemento rodoviário provido com uma concretização do sistema de gerenciamento da presente invenção.

[0048] A figura 4 mostra uma vista em perspectiva inferior de um implemento rodoviário de três eixos provido com uma concretização do sistema de gerenciamento da presente invenção.

[0049] A figura 5 mostra uma concretização de um eixo diferencial com redução (12) utilizado e uma das realizações do sistema.

[0050] A figura 6 mostra uma esquematização de um implemento rodoviário acoplado a um veículo trator, de modo a evidenciar uma faixa de ângulo Q, entre o implemento rodoviário e o eixo de referência do veículo trator, considerada segura para atuação do sistema de gerenciamento.

[0051] A figura 7 mostra uma vista em perspectiva de um implemento rodoviário de três eixos acoplado a um veículo trator, sendo o implemento equipado com uma concretização do sistema de gerenciamento da presente invenção.

[0052] A figura 8 mostra uma vista superior, conforme figura 7, do implemento rodoviário acoplado a um veículo trator, sendo o implemento equipado com uma concretização do sistema de gerenciamento da presente invenção.

[0053] A figura 9 mostra uma vista lateral do implemento conforme as figuras 7 e 8.

[0054] A figura 10 mostra uma vista em perspectiva de uma concretização da presente invenção aplicada nos dois eixos de um implemento rodoviário com dois eixos.

[0055] A figura 1 1 mostra uma vista superior da concretização apresentada na figura 10. [0056] A figura 12 mostra uma vista frontal da concretização apresentada nas figuras 10 e 1 1.

[0057] As figuras de 13 a 20 mostram uma sequência de imagens de uma exemplificação da montagem do sistema de gerenciamento da presente invenção em um implemento rodoviário, de modo a enfatizar o posicionamento do eixo motriz do implemento rodoviário, bem como a interação entre o motor elétrico (10) e o eixo.

[0058] A figura 21 mostra uma concretização do motor elétrico (10) da presente invenção.

[0059] A figura 22 mostra um exemplo de aplicação do motor elétrico (10) da presente invenção.

[0060] A figura 23 mostra uma concretização do sistema de armazenamento de energia elétrica (3).

[0061] A figura 24 mostra um exemplo do sistema de armazenamento (3) utilizado na montagem do sistema de gerenciamento da presente invenção.

[0062] As figuras de 25 a 28 mostram uma sequência de imagens que relatam uma exemplificação de montagem do sistema de controle (4), sistema de armazenamento (3) e eventuais componentes adicionais para possibilitar a operação na parte inferior do implemento rodoviário.

[0063] A figura 29 mostra as situações de aclive e declive presentes em uma rota de 37 km realizada para teste do sistema da presente invenção.

[0064] A figura 30 mostra as situações de aclive e declive presentes em uma rota de 148 km realizada para teste do sistema da presente invenção.

[0065] A figura 31 mostra representação esquemática de uma concretização do pinorrei e os vetores de movimentação angular passíveis de serem detectados.

[0066] A figura 32 mostra uma representação esquemática de uma concretização da quintarroda e os vetores de movimentação angular e de carregamento vetorial passíveis de serem detectados.

[0067] A figura 33 mostra uma concretização da quintarroda em processo de instalação de um elemento sensitivo para coleta de dados.

[0068] A figura 34 mostra a mesma concretização ilustrada na figura 33, sendo que em (A) é mostrada uma visão frontal e em (B) é mostrada uma outra vista em perspectiva.

[0069] A figura 35 mostra a concretização da quintarroda montada em um veículo trator.

[0070] A figura 36 mostra uma concretização da quintarroda, em que em (A) é mostrada a ferradura da quintarroda dotada de sensores (como mostrada nas figuras 33 e 34) e em (B) é ilustrado o detalhe da passagem do cabo.

[0071] A figura 37 mostra em (A) e (B) um exemplo do sensor de movimento angular instalado.

[0072] A figura 38 mostra a verificação do funcionamento do sensor de movimento angular.

[0073] A figura 39 mostra a verificação do funcionamento do sensor de movimento angular.

[0074] A figura 40 mostra a verificação do funcionamento do sensor de movimento angular.

[0075] A figura 41 mostra a verificação do funcionamento do sensor de movimento angular.

[0076] A figura 42 mostra um gráfico que relaciona Carga vs. Deformação em um teste realizado a partir da concretização de quintarroda das figuras anteriores.

[0077] A figura 43 mostra um teste de verificação da atuação do sensor de movimento angular.

[0078] A figura 44 mostra o teste de verificação da atuação do sensor de carregamento vetorial.

[0079] A figura 45 mostra dados de realização de testes em um centro de testes para as variações do sensor de movimento angular (gráfico de cima) e para as variações do sensor de carregamento vetorial (gráfico de baixo).

[0080] A figura 46 mostra dados de realização de testes em rota externa, para as variações do sensor de movimento angular (gráfico de cima) e para as variações do sensor de carregamento vetorial (gráfico de baixo).

[0081] A figura 47 mostra dados de realização de testes para velocidade do veículo e dados de velocidade de roda do implemento rodoviário em desaceleração.

[0082] A figura 48 mostra, da mesma forma que a figura 47, dados de realização de testes para velocidade do veículo e dados de velocidade de roda do implemento rodoviário em desaceleração.

[0083] A figura 49 mostra uma concretização do painel de operações (5).

[0084] A figura 50 mostra uma concretização do painel de operações (5).

[0085] A figura 51 mostra uma exemplificação de uma possível arquitetura para os modos de operação e pilotagem do sistema.

[0086] A figura 52 ilustra um exemplo de fluxograma com os modos de operação e as respectivas regras e condicionais de seleção.

Descrição Detalhada da Invenção

[0087] O conceito inventivo comum os diversos objetos da invenção é um meio físico que proporciona o uso seguro de um implemento rodoviário dotado de meio auxiliar de tração de uma CVC.

[0088] Na presente invenção, o referido meio físico é selecionado dentre: uma quintarroda e/ou um pinorrei inteligente; sensores em outros pontos de monitoramento; sensores ligados ao pedal de freio; ou combinações dos mesmos. A invenção adicionalmente compreende um sistema de processamento de tais dados e de envio de sinais para controlar o sistema de tração auxiliar do implemento, e/ou da tração principal do veículo trator, para que o conjunto opere com mais segurança e/ou eficiência.

[0089] Em uma concretização, o referido conjunto de informações é processado por uma unidade de comando que compreende um algoritmo de controle, que comanda o acionamento ou não do sistema helper.

[0090] Em uma concretização, sensores de movimento angular e carregamento vetorial são alimentados por meio de uma fonte externa e, a partir da variação dos referidos movimentos angulares e forças vetoriais de ao menos uma direção, produzem uma variação no sinal de saída. Os sinais de saída são processados por um circuito eletrónico específico, e disponibilizados para a VCU ( Vehicle Control Unit ) a qual utiliza o sinal destes sensores como parâmetros de monitoramento e controle do sistema de tração auxiliar.

[0091] Na presente invenção, compreende-se por “quintarroda e/ou pinorrei inteligente” uma quintarroda e/ou um pinorrei que seja(m) dotado(s) de um ou mais sensores que enviam sinais para um sistema de controle do conjunto de acoplamento dos vetores de tração do veículo trator e do implemento que compreende sistema auxiliar de tração ou helper.

[0092] É um outro objeto da invenção proporcionar um processo de controle de sistema de tração auxiliar de implemento rodoviário em um conjunto veiculo de carga que compreende o recebimento de sinal de: uma quintarroda e/ou um pinorrei inteligente; de sensores em outros pontos de monitoramento; de sensores ligados ao pedal de freio; ou combinações dos mesmos.

[0093] Em uma concretização da invenção, o sistema auxiliar de tração do implemento ou sistema helper compreende: (i) um sistema de recuperação de energia cinética em condição de desaceleração (frenagens); (ii) um sistema de armazenamento desta energia em baterias; e (iii) um motor elétrico alimentado pelas referidas baterias, para servir de elemento trator auxiliar em momentos de maior demanda do conjunto. Na referida concretização, o sistema helper auxilia CVC a transpor condições de trajeto onde há picos de demanda de potência e, consequentemente, picos de consumo de combustível. A presente invenção constitui um sistema de segurança adicional, que proporciona as condições segundo as quais a operação do sistema de otimização da energia cinética da CVC seja feito de forma segura nas condições peculiares de operação de uma CVC que compreende um veículo trator dianteiro e um implemento rodoviário traseiro. [0094] É um dos objetos da invenção proporcionar segurança na otimização de energia cinética de uma CVC com segurança e menor consumo de combustível.

[0095] É um outro objeto da invenção proporcionar segurança e menor tempo em rota de uma dada CVC com determinada carga, uma vez que a CVC da invenção proporciona uso de potência adicional, particularmente em subidas, mediante o armazenamento de energia.

[0096] É um outro objeto da invenção proporcionar segurança em um sistema auxiliar de potência para apoio a ultrapassagens ( helper ).

[0097] É um outro objeto da invenção proporcionar segurança e incremento de vida útil da CVC, devido ao menor desgaste do veículo trator, quando comparado à CVC sem a presente invenção.

[0098] É um outro objeto da invenção proporcionar segurança e a diminuição da emissão de gases para o transporte de uma dada carga em CVCs.

[0099] São outros objetos da invenção proporcionar segurança: (i) na preservação do sistema de freios; (ii) no menor aquecimento dos mesmos; (iii) no incremento da segurança da CVC; (iv) na maior estabilidade dos talões dos pneus, aumentando a vida útil dos mesmos; (v) no menor dano ao pavimento e aumento de sua vida útil, devido à divisão da tração da CVC.

[0100] Em uma concretização, a quintarroda e/ou o pinorrei são dotados de um ou mais sensores angulares e um ou mais sensores de carregamentos vetoriais, proporcionando o mapeamento dos dados de movimento de acoplamento entre o veículo trator e o implemento, ou entre a quintarroda e o pinorrei.

[0101] A invenção proporciona uso seguro e potencializa os ganhos económicos e ambientais em transporte de cargas. O meio de controle ou de gerenciamento da invenção proporciona uso seguro da atuação da tração auxiliar em um implemento rodoviário.

[0102] A presente invenção também proporciona um meio de controle ou sistema de gerenciamento que proporciona melhor condição de dirigibilidade de uma CVC na qual o implemento é dotado de sistema de tração auxiliar.

[0103] A presente invenção também proporciona um meio de controle ou sistema de gerenciamento que evita o efeito indesejável conhecido como jackknife.

[0104] Para fins da presente invenção, veículo é uma Combinação de Veículo de Carga (CVC) que compreende um veículo trator associado a ao menos um implemento rodoviário.

[0105] A presente invenção descreve um sistema de gerenciamento para atuação elétrica segura no implemento rodoviário, que controla a captação e armazenamento da energia dissipada no sistema de freios em momentos de frenagem e a utiliza para posterior tração elétrica para auxiliar o veículo trator em situações de demanda de potência. O dito sistema propicia redução no consumo de combustível, uma vez que utiliza a energia que seria dissipada no sistema de freios para auxiliar no tracionamento do veículo trator, economizando combustível e tornando o sistema eficiente energeticamente. Ainda, possibilita redução da emissão de gases poluentes, devido a redução de consumo de combustível. Ademais, o sistema auxilia na preservação do sistema de freios, reduzindo os custos de manutenção do operador.

[0106] Para fins da presente invenção, “atuação elétrica” refere-se às atuações elétricas ocorridas no implemento rodoviário, tais como a tração elétrica e a frenagem regenerativa - partes dos objetos da invenção, sendo ambas proporcionadas por um motor elétrico, ou qualquer máquina elétrica com funcionalidade de motor/gerador.

[0107] Em um objeto, a presente invenção apresenta um sistema de gerenciamento para atuação elétrica em implementos rodoviários, envolvendo tração elétrica e frenagem regenerativa, compreendendo ao menos um motor elétrico (10) e ao menos um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), em que ao menos um motor elétrico (10) interage com ao menos um eixo do implemento rodoviário, sendo a operação do motor elétrico (10) e do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) controlada por ao menos um sistema de controle (4) conectado aos ditos motor elétrico (10) e sistema de armazenamento de energia elétrica (3).

[0108] Para fins da presente invenção, o motor elétrico citado refere-se a um motor elétrico que possui atuação positiva e negativa, sendo a atuação positiva a operação na função“motor elétrico”, ou seja, a geração de energia mecânica a partir da energia elétrica armazenada em um sistema de armazenamento de energia elétrica (3); e a atuação negativa sendo a operação na função“gerador elétrico” a geração de energia elétrica a partir de energia mecânica para armazenamento em um sistema de armazenamento de energia elétrica (3).

[0109] Em uma concretização, a geometria do sistema de tração auxiliar da presente invenção é otimizada para proporcionar acoplamento em qualquer eixo do implemento rodoviário, ou seja, pode ser posicionado desde o primeiro até o último eixo, sem restrições de uso ou acoplamento. Ainda, o sistema pode ser acoplado em um ou mais eixos do implemento rodoviário, de acordo com a necessidade e/ou demanda, sem necessidade de alteração geométrica no implemento, ou seja, o sistema de gerenciamento de frenagem regenerativa e tração elétrica é acoplável em implementos com quaisquer arranjos de eixo, sejam estes eixos de roda dupla ou não.

[0110] O sistema de armazenamento de energia elétrica (3), para fins da invenção, é qualquer elemento capaz de armazenar energia elétrica e operar nas funções de carga e descarga, ou seja, sendo passível de ser recarregado e operar como uma fonte de energia elétrica. Em uma concretização, o sistema de armazenamento de energia elétrica (3) compreende ao menos uma bateria ou ao menos um ultra-capacitor. O dito sistema de armazenamento (3) armazena a energia dissipada em momentos de frenagem e disponibiliza-a ao eixo do implemento na forma de energia elétrica para tracionamento elétrico em momentos de necessidade de tração auxiliar.

[0111] O sistema de controle (4), por sua vez, é o responsável por controlar as operações do motor elétrico (10) e do sistema de armazenamento (3), sendo neste último no que couber. Para isso, o sistema de controle (4) é associado a um sistema de sensoriamento (9), em que a operação do motor elétrico (10) e do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) é definida com base nas respostas fornecidas pelo sistema de sensoriamento (9). O sistema de controle (4) gerencia a tração ou frenagem que o sistema aplica sobre o eixo do implemento, garantindo a trajetória, estabilidade e segurança do veículo.

[0112] A partir disto, o sistema de controle (4) é provido com um algoritmo de gerenciamento da potência aplicada ao motor elétrico (10), de modo a utilizar dos sinais do sistema de sensoriamento (9) para gerenciar a tração ou frenagem da atividade/atuação elétrica do sistema. Em uma concretização, o sistema de sensoriamento (9) gera inputs para que o algoritmo de gerenciamento de potência realize as ações de tração ou regeneração conforme necessidade de atuação. Assim, com o auxílio do sistema de sensoriamento (9) associado, o implemento rodoviário, como por exemplo, um semirreboque, opera de forma inteligente de acordo com os sinais recebidos do sistema de sensoriamento (9), de tal modo que o sistema de controle (4), ao receber os sinais lidos pelo sistema de sensoriamento (9), executa uma lógica de controle para geração de ações previamente definidas no implemento rodoviário. Nesse sentido, o sistema de controle (4) é projetado de forma que o implemento rodoviário opere de forma inteligente e independente do veículo trator, contudo, é válido ressaltar que esta operação não torna o implemento rodoviário um veículo autónomo, pois há a necessidade de estar acoplado a um veículo de carga.

[0113] Em uma concretização, o algoritmo do sistema de controle (4) compreende ao menos os modos de operação: i) tração elétrica; ii) frenagem regenerativa; e iii) eixo livre. No modo de i) tração elétrica, o algoritmo é capaz de identificar a necessidade e o momento da operação do motor elétrico (10) ao eixo fornecendo energia mecânica, após identificar os sinais fornecidos pelo sistema de sensoriamento (9) e a comparação destes sinais com parâmetros pré-estabelecidos. No modo ii) frenagem regenerativa, o algoritmo identifica, por meio dos sinais fornecidos pelo sistema de sensoriamento (9), a necessidade de configurar o sistema para a operação na função de gerador elétrico do motor. Assim, a partir da comparação com parâmetros pré- estabelecidos, o algoritmo entre neste modo e inicia o carregamento do sistema de armazenamento de energia elétrica (3). Já no modo de iii) eixo livre, o algoritmo é capaz de identificar a necessidade de“não-operação”, ou seja, com os parâmetros dentro de limiares pré-estabelecidos e/ou por meio de regras pré-definidas, o sistema não opera o motor elétrico (10). Este modo é tido como o modo de segurança do sistema, de tal forma que quando o algoritmo identifica condições que podem gerar riscos (ou condições inseguras), o sistema não aciona o motor elétrico (10) deixando com que o eixo do implemento rodoviário haja normalmente. Adicionalmente, o modo iii) eixo livre pode ser acionado por um usuário, possibilitando a ação de segurança do sistema.

[0114] Em uma concretização, o sistema de sensoriamento (9) compreende sensoriamento direto e/ou indireto, sendo compreendido por ao menos um entre: sensor de movimento angular, sensor de carregamento vetorial, sensor de uso de freio, sensor de marcha ré, sensor de velocidade de roda, sensor de geolocalização, sensor de nível de carga elétrica, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.

[0115] Em uma concretização, sensoriamento direto compreende os sensores que realizam medição direta de sinais, sendo que os sensores que realizam sensoriamento direto são, por exemplo, o sensor de movimento angular, o sensor de carregamento vetorial, o sensor de uso de freio e o sensor de marcha ré.

[0116] Em uma concretização, sensoriamento indireto compreende os sensores que realizam medição indireta de sinais, sendo que os sensores que realizam sensoriamento indireto são, por exemplo, o sensor de velocidade de roda e sensor de geolocalização.

[0117] Em uma concretização, o sistema de sensoriamento (9) opera em redundância, ou seja, o sistema de sensoriamento (9) promove maior segurança de operação da CVC, bem como segue normas de segurança vigentes, como por exemplo, a ISO 26262, e boas práticas do ramo automotivo.

[0118] Em uma concretização, o sensor de movimento angular e o sensor de carregamento vetorial são posicionados em um sistema de acoplamento entre o implemento rodoviário e um veículo trator. Em uma concretização, este sistema de acoplamento compreende ao menos um conjunto do tipo quintarroda e pino rei inteligentes.

[0119] Em uma concretização, os sensores de movimento angular e carregamento vetorial são alimentados por meio de uma fonte externa, ou seja, a partir da variação dos movimentos angulares e forças vetoriais de ao menos uma direção do sistema de acoplamento produzem uma variação no sinal de saída.

[0120] Em uma concretização, o sensor de velocidade da roda é posicionado no eixo da roda do implemento rodoviário, de tal modo a possibilitar a medição da velocidade do mesmo.

[0121] Em uma concretização, o sensor de geolocalização compreende um sensor que transmite sinais de localização da CVC, tendo funcionamento semelhante a, por exemplo, um GPS. O sinal transmitido pelo sensor de geolocalização compreende localização da CVC no plano e de uma rota selecionada a ser trafegada, bem como sinais de altimetria da rota a ser percorrida.

[0122] Em uma concretização, o sensor de uso de freio compreende sensor posicionado no sistema de freio do implemento que indica ao sistema de controle (4) quando o sistema de freio do implemento é acionado. Em outra concretização, o sensor de uso de freio é posicionado de modo a coletar informações de acionamento do freio provindas do veículo trator, uma vez que essas informações já são convencionalmente enviadas por meio do umbilical elétrico que comunica o trator ao implemento.

[0123] Em uma concretização, o sensor de marcha ré compreende um sensor posicionado na parte traseira do implemento que indica ao sistema de controle (4) quando a marcha ré é engatada pelo operador do veículo de carga. Este sensor pode captar informações trazidas pelo próprio umbilical do veículo trator que comunica com o implemento, podendo indicar o momento em que o motorista aciona a marcha a ré do veículo.

[0124] Em uma concretização, o sensor de nível de carga elétrica é um sensor posicionado no sistema de armazenamento de energia elétrica (3) que indica o nível de carga armazenado no dito sistema. O referido sensor é capaz de indicar o estado de carga atual do sistema de armazenamento (3). Adicionalmente, este sensor de nível pode operar coletando parâmetros elétricos do sistema de armazenamento (3) e os enviando ao sistema de controle (4), para que este possa calcular o nível de carga (e.g., SoC) da bateria.

[0125] Em uma concretização, um inversor de frequência (2) é disposto entre o dito sistema de armazenamento (3) e ao menos um motor elétrico (10). Em uma concretização, o inversor de frequência (2) tem a função de transformar correntes alternadas em contínuas, e vice-versa, além de monitorar diversos parâmetros de entrada e aplicar os diferentes modos de operação do sistema. Ainda, o dito inversor (2) faz a interface entre o motor elétrico (10) e o sistema de armazenamento de energia elétrica (3). O dito inversor (2), então, possibilita que o sistema de armazenamento de energia elétrica (3) receba energia provinda da frenagem regenerativa e forneça energia elétrica para o motor elétrico (10) para tracionamento do eixo, realizando, então, os ajustes de tensão e corrente adequados.

[0126] Em uma concretização, o sistema de controle (4) está embarcado no inversor de frequência (2), para atuação conjunta com o algoritmo de gerenciamento de potência. Em uma concretização, o inversor de frequência (2), opera de forma conjunta com a VCU ( Vehicle Control Unit ) do semirreboque, de modo a realizar o gerenciamento de potência do sistema.

[0127] Conforme pode ser observado através das concretizações relatadas acima, todos os sensores e sinais utilizados como parâmetros estão embarcados no próprio implemento rodoviário. Com base nisso, o algoritmo do sistema de controle (4) leva em consideração o fator destes sensores para sua operação, podendo ser utilizados um ou mais destes sensores, sendo definida uma ordem de prioridade para o algoritmo, tornando assim o sistema com uma operação mais segura. Na consideração da existência de todos os sensores indicados acima, o controle (4) opera de forma aditiva, ou seja, considerando dois ou mais parâmetros ao mesmo tempo, ou de forma alternativa, considerando um parâmetro com maior fator de prioridade em relação aos demais. Em uma concretização, os sensores utilizados, em combinação com a atuação do algoritmo de gerenciamento de potência, possibilitam que o implemento rodoviário seja acoplado a um veículo trator sem que necessite modificações no veículo trator.

[0128] Para fins de exemplificação, sem limitação ao escopo da invenção, o algoritmo do sistema de controle (4) gerencia a potência aplicada com base: no nível de carga elétrica do sistema de armazenamento de energia elétrica (3); na a altimetria da rota a ser percorrida indicada pelo sensor de geolocalização; na inclinação da rodovia; no sensor de alinhamento entre o semirreboque e o caminhão trator; no sensor de carga no acoplamento; nos sensores de velocidade de roda, etc.

[0129] Em uma concretização, o algoritmo de gerenciamento de potência gerencia também a demanda de potência pelo sistema de gerenciamento para atuação elétrica. Desta forma, o gerenciamento feito pelo algoritmo considera o sinal provindo do sensor de nível de carga elétrica do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) que indica o nível de carga disponível para utilização em tração elétrica e/ou o quanto de carga necessita para total carregamento para poder acionar a frenagem regenerativa.

[0130] Ainda, em uma concretização, o gerenciamento realizado pelo algoritmo de gerenciamento de potência pode também ser aditivo ou alternativo, com a utilização do sensor de geolocalização que sinaliza a altimetria da rota a ser percorrida. Deste modo, caso o algoritmo de gerenciamento de potência identifique que no percurso da rota à frente o implemento pode necessitar de maior energia para tração elétrica, o algoritmo, automaticamente, realiza gerenciamento da utilização da energia elétrica disponível no sistema de armazenamento de energia elétrica (3) e direciona/raciona a energia do sistema de armazenamento (3) para os momentos de maior necessidade de tração auxiliar.

[0131] Em uma concretização, em caso de utilização de marcha ré, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica opera no modo eixo livre para evitar danos na dirigibilidade do conjunto veículo-implemento. Para tal, o sensor de marcha ré atua sinalizando ao sistema de controle (4) que a marcha ré está sendo utilizada.

[0132] Em uma concretização, o algoritmo de gerenciamento de potência opera a função de ii) frenagem regenerativa e a função de i) tração elétrica do sistema sem a interferência de um operador externo, ou seja, o algoritmo de gerenciamento de potência é um sistema de controle inteligente. Em uma concretização, o usuário possui permissão para desabilitar estas funções para prover maior segurança ao conjunto.

[0133] Em uma concretização, o sistema de controle (4) compreende uma VCU ( Vehicle Control Unit ), que abriga o algoritmo de gerenciamento de potência e faz os devidos processamentos de dados para leitura de informações do sistema de sensoriamento (9) e as devidas tomadas de decisão.

[0134] Para que o sistema de gerenciamento para atuação elétrica em implementos rodoviários opere e o sistema de controle (4) gerencie todos os parâmetros necessários para os modos de operação, o sistema de controle (4) necessita robustez e garantia de atendimento irrestrito aos requisitos de segurança de operação. [0135] Em uma concretização, o sistema de controle (4) não permite que o modo de i) tração elétrica atue quando o veículo trator ou implemento estiver em processo de frenagem. Além disso, não permite que o modo i) tração elétrica atue durante manobras como curvas, condição de baixa tração, etc., bem como garante que o sistema de gerenciamento para atuação elétrica seja desligado em caso de manobras bruscas. Para tal, o sistema de sensoriamento (9) orienta e sinaliza o sistema de controle (4) para que o algoritmo de gerenciamento de potência não permita atuação nas situações descritas, com base na medição dos sensores. Ademais, no modo i) tração elétrica o sistema de controle (4) opera com potência controlada de tal modo que o implemento rodoviário nunca exerça força de“empurramento” sobre o veículo trator, de modo que o implemento rodoviário opera como um helper.

[0136] Além disso, em uma concretização, o sistema de controle (4) não permite que entre em modo de ii) frenagem regenerativa durante situações de tração do veículo trator ou em situações em que a Combinação de Veículo de Carga necessite do modo eixo livre.

[0137] Ainda, em uma concretização, o sistema de controle (4) garante que o sistema de gerenciamento para atuação elétrica atue em condições onde o ângulo entre a unidade tratora e a tracionada seja conveniente para evitar a perda de dirigibilidade do veículo trator, sendo esta angulação detectada pelo sensor de movimento angular.

[0138] Além disso, o sistema de controle (4) permite que, em caso de esforço positivo no sistema de acoplamento, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica seja desativado imediatamente, com base nos dados do sensor de movimento angular e do sensor de carregamento vetorial.

[0139] Desta forma, a presente invenção compatibiliza o vetor de tração do veículo trator com o vetor de tração do implemento com o objetivo de evitar problemas de segurança do conjunto veículo-implemento, tanto em linha reta quanto em curvas, onde o implemento opera como um helper para o veículo trator. Para a operação segura da CVC, o implemento jamais“empurra” o veículo trator. Desta forma, uma CVC com o sistema de gerenciamento para atuação elétrica garante que a tração do implemento seja auxiliar à tração do veículo trator. Portanto, para operação segura de uma CVC com a presente invenção, a tração auxiliar do implemento não afeta a atitude direcional do veículo trator ou da combinação veículo-implemento.

[0140] Nestas e em outras circunstâncias, especialmente quando ocorrem ângulos entre o veículo trator e o implemento, surgem vetores resultantes que geram instabilidade na combinação de veículos de carga. A magnitude desta instabilidade é proporcional ao ângulo entre o acoplamento do veículo trator e o implemento e à diferença de tração entre o veículo trator e a proporcionada pelo implemento rodoviário dotado de tração auxiliar. O sistema de controle (4), então, gerencia a operação com base nos dados de todos os sensores do sistema de sensoriamento (9) e, a partir disso, evita a ocorrência de instabilidade na combinação de veículos de carga.

[0141] Em uma concretização, os sensores, cabos, o VCU, etc., possuem grau de proteção que atende os requisitos e normas automotivas, que permitem atuação em ambiente agressivo, como por exemplo, imerso em água, óleo, poeira, barro, vibração, etc.

[0142] Em uma concretização, o sistema de controle (4) não depende de informações da rede CAN do veículo trator, com exceção de informações já trocadas entre veículo trator e implemento, como por exemplo o sinal de acionamento do freio do veículo trator ou acionamento da marcha ré.

[0143] Em uma concretização, o sistema de gerenciamento compreende ao menos um painel de operações (5). Em uma concretização, o painel de operações (5) compreende uma “interface homem-máquina (IHM)” onde o operador/usuário escolhe parâmetros de rota, como por exemplo, a rota que pretende trafegar, para então o algoritmo de gerenciamento de potência controlar a utilização e aplicabilidade do modo de tração elétrica e do modo de frenagem regenerativa visando maior ganho energético, levando em consideração as características da rota selecionada, como altimetria, distância, etc., além dos sinais advindos do sistema de armazenamento de energia elétrica (3), como nível de carregamento da bateria, SoC da bateria, etc.

[0144] Em uma concretização, a IHM é disposta em local acessível ao motorista dentro da cabine do veículo trator. O sistema de sensoriamento (9) e o sistema de controle (4) que fazem parte da IHM são dispostos sem utilização de qualquer tipo de cabeamento.

[0145] Em uma concretização, a IHM permite configuração manual do motorista do veículo trator caso o operador do veículo permita utilização da opção manual. Desta forma, a configuração manual habilita a utilização do modo de tração elétrica do sistema, disponibilizando assim mais potência mecânica ao CVC sob comando manual do motorista. Esta função manual é permitida apenas quando todos os parâmetros de segurança medidos pelo sistema de sensoriamento (9) estiverem sendo atendidos para, assim, o modo de tração elétrica entrar em operação. Quando não for possível a utilização desta função manual, a IHM informa o motorista da não possibilidade de utilização da função manual.

[0146] Em uma concretização, a operação automática do sistema de gerenciamento para atuação elétrica pode ser alterada para o modo de operação manual em qualquer momento que o operador desejar, salvo que todos os parâmetros de segurança medidos pelo sistema de sensoriamento (9) estejam sendo cumpridos, ou seja, o algoritmo de gerenciamento de potência atua de forma automática, porém a operação manual se sobrepõe à automática de forma que o operador pode acionar o modo de tração elétrica e o modo de frenagem regenerativa quando o algoritmo de gerenciamento de potência não acionar automaticamente, ou quando achar conveniente, somente quando o sistema de sensoriamento (9) indicar total segurança de acionamento de qualquer um dos modos de operação.

[0147] Em uma concretização, o sistema de controle (4) compreende adicionalmente acesso a ao menos um banco de armazenamento de dados.

[0148] Ainda, em uma concretização, o usuário ao indicar a rota no painel de operações (5), tem-se duas possibilidades: o sistema de controle (4) indica no painel que a rota é conhecida ou a rota é desconhecida. O algoritmo de gerenciamento de potência do sistema de controle (4) é capaz de identificar uma rota conhecida e o“momento ideal” para acionamento do modo de tração elétrica ou do modo de frenagem regenerativa. Ademais, para fins de compreensão,“momento ideal” compreende a otimização do uso do modo de tração elétrica ou do modo de frenagem regenerativa do sistema baseado na altimetria da rota, sendo o algoritmo de gerenciamento de potência capaz de optar, de forma automática, pela utilização ou não do sistema em prol da maior redução de consumo de combustível possível. Ainda, em uma concretização, o painel de operações (5) possui atualização remota que possibilita atualização do mapa de rotas conhecidas.

[0149] Com isso, o sistema de gerenciamento da presente invenção proporciona as operações elétricas de tração e frenagem regenerativa no implemento rodoviário de forma mais segura, a partir das informações cedidas pelo sistema sensoriamento (9) e as parametrizações do sistema de controle (4) se evidenciando e suprindo uma demanda do cenário atual. Adicionalmente, este sistema também possibilita: reduzir significativamente o consumo de combustível; redução das taxas de emissões de gases intensificadores do efeito estufa por quilómetro rodado; aumento da vida útil do veículo; diminuição da necessidade de manutenção dos componentes do veículo trator, uma vez que o sistema auxilia na tração em momentos de requisição de torque; redução da exigência dos ditos componentes; redução do desgaste dos pneus por distribuir a tração em mais eixos; redução da exigência do sistema de freio, reduzindo a carga térmica nos mesmos, evitando a redução do coeficiente de atrito de seus componentes, minimizando o efeito fading; evita o superaquecimento dos componentes do freio acarretando no aumento da vida útil dos mesmos, por exemplo, lonas, tambores, discos e pastilhas.

[0150] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um processo de gerenciamento para atuação elétrica em implementos rodoviários, envolvendo tração elétrica e frenagem regenerativa, em que o implemento rodoviário é equipado com um sistema de gerenciamento para atuação elétrica compreendendo ao menos um motor elétrico (10) e ao menos um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), sendo o processo compreendendo as etapas de:

a. identificação de grau de inclinação de terreno em que o implemento rodoviário é trafegado; e

b. seleção de modo de operação, por meio de um sistema de controle (4) compreendido no sistema de gerenciamento, sendo a seleção realizada com base pelo menos no grau de inclinação identificado.

[0151] Em uma concretização, o implemento rodoviário é provido com um sistema de sensoriamento (9) que realiza monitoramento constante das condições da CVC, como por exemplo, monitora a velocidade, monitora a inclinação, monitora o acionamento dos freios, entre outros. O referido sistema de sensoriamento (9) é responsável por apresentar sinais dos parâmetros do implemento para que o sistema de controle (4) possa atuar. Assim, com base em ao menos um parâmetro prévio indicado, o sistema de controle (4) seleciona, por meio de um algoritmo, um dos possíveis modos de operação, indicando a ação que o sistema deve realizar.

[0152] Em uma concretização, os modos de operação selecionáveis pelo sistema de controle (4) são ao menos: i) tração elétrica; ii) frenagem regenerativa; e iii) eixo livre. No modo de i) tração elétrica, o algoritmo é capaz de identificar a necessidade e o momento da operação do motor elétrico (10) ao eixo fornecendo energia mecânica, após identificar os sinais fornecidos pelo sistema de sensoriamento (9) e a comparação destes sinais com parâmetros pré-estabelecidos. No modo ii) frenagem regenerativa, o algoritmo identifica, por meio dos sinais fornecidos pelo sistema de sensoriamento (9), a necessidade de configurar o sistema para a operação na função de gerador elétrico do motor. Assim, a partir da comparação com parâmetros pré- estabelecidos, o algoritmo entre neste modo e inicia o carregamento do sistema de armazenamento de energia elétrica (3). Já no modo de iii) eixo livre, o algoritmo é capaz de identificar a necessidade de“não-operação”, ou seja, com os parâmetros dentro de limiares pré-estabelecidos e/ou por meio de regras pré-definidas, o sistema não opera o motor elétrico (10). Este é modo é tido como o modo de segurança do sistema, de tal forma que quando o algoritmo identifica condições que podem gerar riscos (ou condições inseguras), o sistema não aciona o motor elétrico (10) deixando com que o eixo do implemento rodoviário haja normalmente.

[0153] Para se realizar as tomadas de decisão automaticamente, o algoritmo deve considerar ao menos o grau de inclinação do terreno que foi identificado. Com isso, a partir da detecção de limiares de valores de graus previamente definidos, o algoritmo seleciona qual dos modos de operação o mesmo deve selecionar. Em uma concretização, a identificação de grau de inclinação do implemento é realizado por um sensor de carregamento vetorial, capaz de identificar a inclinação do trecho que está sendo percorrido. Para fins de exemplificação, em situação de inclinação positiva ou aclive, acima de um limiar de inclinação previamente definido, o algoritmo aciona o modo de i) tração elétrica. Em situação de inclinação negativa ou declive, acima de um limiar de inclinação previamente definido, o algoritmo aciona o modo de ii) frenagem regenerativa. Em caso de rota plana ou em casos de aclive ou declive dentro de um intervalo mínimo aceitável, o algoritmo aciona o modo de iii) eixo livre.

[0154] Em uma outra concretização, a identificação do grau de inclinação do terreno é realizada por um sensor de geolocalização comunicante a um sistema previamente alimentado com a rota em que o conjunto CVC está percorrendo, contendo também as informações altimétricas da rota. Com isso, o sistema de geolocalização consegue informar a posição atual do CVC e, a partir das informações altimétricas, indicar para o sistema de controle (4) a inclinação do trecho atual. Com base nisso, o algoritmo pode escolher os melhores momentos para se selecionar cada um dos modos de operação. Em uma concretização, as informações da rota e informações altimétricas da rota estão contidas no painel de operação (5).

[0155] Ainda, em uma concretização, o usuário ao indicar a rota no painel de operações (5), o sistema de controle (4) indica no painel se a rota é conhecida ou desconhecida. O algoritmo de gerenciamento de potência do sistema de controle (4) é capaz de identificar uma rota conhecida e o“momento ideal” para acionamento do modo de tração elétrica ou do modo de frenagem regenerativa. Ademais, para fins de compreensão, “momento ideal” compreende a otimização do uso do modo de tração elétrica ou do modo de frenagem regenerativa do sistema baseado na altimetria da rota, sendo o algoritmo de gerenciamento de potência capaz de optar, de forma automática, pela utilização ou não do sistema em prol da maior redução de consumo de combustível possível. Ainda, em uma concretização, o painel de operações (5) possui atualização remota que possibilita atualização do mapa de rotas conhecidas.

[0156] Vale notar que para a seleção dos modos de operação o algoritmo pode utilizar de informações de ambos os sensores (sensor de carregamento vetorial e sensor de geolocalização comunicante a um sistema previamente alimentado com a rota) ou de cada um deles individualmente. Adicionalmente, nota-se que em ambas as concretizações para a identificação do grau de inclinação há a consideração do limiar do grau de inclinação do terreno, onde no primeiro caso o sensor indica a inclinação por meio da disposição vetorial e, no segundo, o sensor/sistema indica a inclinação por meio da rota previamente inserida.

[0157] Em uma concretização, o sistema de controle (4) seleciona os modos de operação adicionalmente a partir de um limiar de velocidade previamente definido e identificado por meio de ao menos um sensor de velocidades posicionado no eixo da roda do implemento rodoviário. A detecção de velocidade de roda do implemento opera com uma funcionalidade complementar, ou seja, somando-se às demais detecções de parâmetros e, a partir disso, tomando as decisões de seleção de modos. Para fins de exemplificação, com esta funcionalidade o sistema pode garantir que a tração só ocorra em caso de a velocidade de roda ser conveniente, para sinalizar que o veículo está em movimento; Também, a partir deste parâmetro, é possível definir uma velocidade mínima para o modo i) tração elétrica começar a operar, bem como identificar a redução de velocidade do implemento, para se acionar o modo ii) frenagem regenerativa.

[0158] Em uma concretização, o sistema de controle (4) seleciona os modos de operação adicionalmente a partir de um limiar de angulação entre o implemento rodoviário e o veículo trator, a qual o implemento é acoplado, sendo a angulação detectada por meio de ao menos um sensor de movimento angular. Com isso, o sistema de controle (4) aumenta a segurança do sistema de gerenciamento de potência evitando que a atuação do motor elétrico (10) gere o efeito jackknife. Ademais, esta funcionalidade garante que seja respeitada a disparidade de tempo entre a unidade tratora e tracionada para evitar perda de dirigibilidade.

[0159] Em uma concretização, o sistema de controle (4) seleciona os modos de operação, adicionalmente, considerando o sinal provindo do sensor de nível de carga elétrica do sistema de armazenamento de energia elétrica (3), que indica o nível de carga disponível para utilização em tração elétrica e/ou o quanto de carga necessita para total carregamento para poder acionar a frenagem regenerativa. Com base nisso, o algoritmo considera o estado atual do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) para selecionar os modos de operação, evitando o acionamento da frenagem regenerativa com a carga completa ou o acionamento da tração elétrica com baixa carga.

[0160] Em uma concretização, o modo de operação i) tração elétrica compreende uma etapa de gerenciamento da potência aplicada ao motor elétrico (10), a partir de resultados obtidos por ao menos um sensor de carregamento vetorial e/ou um sensor de nível de carga elétrica do sistema de armazenamento (3). O referido sensor de carregamento vetorial é responsável por, além de indicar inclinações, dar informações sobre os vetores de força que agem entre o implemento e o veículo trator, por exemplo, vetor de aceleração e desaceleração. A partir disso, no modo i) tração elétrica, o sistema de controle (4) opera para que não ocorra o “empurramento” do veículo trator pelo implemento rodoviário acoplado. O modo de i) tração elétrica do sistema atua como um auxiliar, pois reduz a necessidade de tração do veículo trator. A aplicação do sistema no modo de tração elétrica a ao menos um eixo do implemento rodoviário traz diversos benefícios ao veículo como um todo. Em momentos que o sistema aplica torque para auxiliar na tração do veículo, são reduzidos os esforços sobre os componentes do veículo trator, deste modo, prolongando a vida útil e reduzindo a necessidade de manutenção dos mesmos, reduzindo também a taxa de emissões de gases, do consumo de combustível e períodos de viagem. A distribuição de tração entre mais pneus reduz o desgastes dos mesmos e resulta em menos dano ao pavimento de rodagem. Para fins da presente invenção, o gerenciamento da potência aplicada refere-se à quantidade de força aplicada pelo motor elétrico (10) ao eixo, seja esta força positiva ou negativa (negativa, no caso de atuar como gerador). No âmbito da invenção, o controle da potência não se limita única e exclusivamente à potência elétrica, uma vez que é relativo à força aplicada pelo motor elétrico (10), ou seja, este controle pode ser feito pela variação da tensão ou corrente elétricas que alimentam o motor.

[0161] Não obstante, a tração gerada pelo modo de i) tração elétrica do sistema permite que o veículo desenvolva uma melhor condição de rodagem em momentos de alta requisição de torque, por exemplo, em situações de aclive, como uma subida de serra. Este fator reduz o tempo total de viagem, permitindo que o transportador seja capaz de realizar um número maior de viagens em um mesmo período de tempo.

[0162] Em uma concretização, o modo de operação i) tração elétrica compreende uma etapa de segurança de desacionamento do motor elétrico (10), a partir de detecção de acionamento de freio, por meio de ao menos um sensor de uso de freio. Adicionalmente, a etapa de segurança tem como default o modo i) tração elétrica desligado, de tal modo que as condições identificadas pelos sensores faz com que este modo seja ativado, possibilitando que sua operação se dê com maior segurança. Ainda, o algoritmo está configurado para que qualquer falha que ocorra durante a utilização do sistema, a tração elétrica deve ser desligada automática e instantaneamente. Em uma concretização, esta etapa de segurança avalia as condições de carga do sistema de armazenamento (3), onde caso a carga esteja abaixo de um limiar, a tração elétrica é desativada. Em uma concretização, a etapa de segurança verifica o grau de inclinação do terreno, onde caso o veículo esteja em um declive, o algoritmo bloqueia qualquer ação para o uso da tração elétrica. Adicionalmente, em uma concretização, ao entrar no modo de segurança, o sistema de controle (4) seleciona o modo iii) eixo livre.

[0163] No caso de o sistema controle, ao realizar a verificação dos dados do sistema de sensoriamento (9), identificar a necessidade de selecionar o modo ii) frenagem regenerativa, o sistema fica configurado para reaproveitar a energia dissipada pelo freio durante as frenagens, convertendo a energia dissipada em energia elétrica e armazenando-a no sistema de armazenamento de energia elétrica (3) para posterior utilização em tração elétrica no modo de i) tração elétrica. Para fins de exemplificação, o modo ii) frenagem regenerativa é selecionado ao se verificar uma condição de declive do terreno e/ou ao se verificar o uso dos freios.

[0164] Assim, na seleção do modo ii) frenagem regenerativa, o sistema de controle (4) opera para direcionar a energia elétrica convertida no processo de frenagem para o sistema de armazenamento de energia elétrica (3). Em uma concretização, este direcionamento se dá por meio de um inversor de frequência, controlado pelo sistema de controle (4).

[0165] Em uma concretização, o sistema de controle (4) capta os dados do sistema de sensoriamento (9) e proporciona uma análise para determinar o início da operação do modo de frenagem regenerativa ou do modo de tração elétrica aplicado ao eixo do implemento sem que ocasione a alteração da trajetória ou perda de controle sobre o veículo pelo implemento tracionado.

[0166] Em uma concretização, o sistema de controle (4) considera, em seu algoritmo, os sinais provindos de todos os sensores descritos anteriormente, de modo a considerar dois ou mais parâmetros para a seleção dos modos de operação, de modo que a redundância das informações seja considerada, possibilitando maior nível de segurança na operação do conjunto.

[0167] Em uma concretização, os modos de operação podem ser acionados automaticamente pelo algoritmo de gerenciamento de potência ou manualmente pelo operador. Os acionamentos manual e automático operam conjuntamente, de tal modo que uma prioridade/escala de segurança de acionamento é definida, por exemplo, o acionamento automático é prioritário em relação ao manual ou o acionamento manual é prioritário em relação ao automático. Em uma concretização, o acionamento manual apenas é permitido pelo sistema de controle (4) quando todos os parâmetros de segurança medidos e devidamente sinalizados pelo sistema de sensoriamento (9) indicar total segurança para realizar tal acionamento. Em uma concretização, o desacionamento manual do sistema de gerenciamento é prioritário frente a qualquer ação que possa ser tomada pelo sistema de controle (4), garantindo que um usuário possa desativar o sistema no caso de qualquer emergência.

[0168] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um sistema de acoplamento inteligente entre implemento rodoviário e veículo trator, em que o implemento rodoviário é equipado com um sistema de gerenciamento para atuação elétrica compreendendo ao menos um motor elétrico (10) e ao menos um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), sendo o sistema de acoplamento compreendendo ao menos um sensor de movimento angular e um sensor de carregamento vetorial comunicantes com um sistema de controle (4) do sistema de gerenciamento do implemento. [0169] Em uma concretização, o sistema de acoplamento compreende um pinorrei posicionado no implemento rodoviário que acopla em uma quintarroda posicionada no veículo trator.

[0170] Em uma concretização, a quintarroda e/ou o pinorrei são dotados de ao menos um sensor de movimento angular e ao menos um sensor de carregamento vetorial, que proporcionam o mapeamento dos dados de movimento do sistema de acoplamento entre o veículo trator e o implemento, ou entre a quintarroda e o pinorrei.

[0171] Em uma concretização, os sensores de movimento angular e os sensores de carregamento vetorial estão posicionados na quintarroda do veículo trator. Em uma concretização, o sensor de movimento angular está posicionado no pinorrei e o sensor de carregamento vetorial está posicionado na quintarroda. Em uma concretização, ambos os ditos sensores estão posicionados no pinorrei. Em uma concretização, o sensor de movimento angular está posicionado na quintarroda e o sensor de carregamento vetorial está posicionado no pinorrei.

[0172] As combinações de Veículos de Carga (CVC), em situações de aceleração, o modo de tração elétrica do sistema atua de forma que vetor de tração entre a quintarroda e o pinorrei seja mantido orientado no sentido do movimento e de forma paralela ao eixo central da CVC. Isso é feito compreendendo tolerância de esterçamento, para proporcionar a cópia de trajetória da via de rodagem, ou seja, havendo um tracionamento do implemento. Assim, a tecnologia garante que não ocorra o“empurramento” do veículo trator, ou seja, garante que o implemento rodoviário mantenha sempre um regime sincronizado de redução do vetor de tração, implicando na redução de necessidade da tração do cavalo. Neste sentido, o modo de tração elétrica do sistema da presente invenção atua como um auxiliador, de tal modo que o implemento rodoviário não empurre o veículo trator, evitando gerar o efeito “jackknife", ou, como de conhecimento, os efeitos canivete ou L. Em situações de frenagem, os esforços resultantes no pinorrei podem inverter de sentido, porém sem prejuízos à dirigibilidade do veículo.

[0173] Em uma concretização, o sistema de acoplamento adicionalmente compreende outros pontos de monitoramento para auxiliar o sistema de gerenciamento a definir um sensor inercial no implemento e/ou meios para sinalizar o comportamento do(s) implemento(s) acoplado(s). Em uma concretização, sinais advindos do pedal de freio são usados desligar a tração do sistema de gerenciamento.

[0174] É um objeto da presente invenção, um sistema de gerenciamento para atuação elétrica em implementos rodoviários, envolvendo tração elétrica e frenagem regenerativa, compreendendo um sistema de controle (4) comunicante com um painel de operações (5), em que o painel de operações (5) é provido com ao menos uma rota para tráfego do implemento rodoviário, sendo a dita rota contendo dados de perfil altimétrico da rota, em que: o sistema de controle (4), provido com um algoritmo, seleciona modos de operação a partir dos dados do perfil altimétrico da rota, sendo os modos de operação ao menos um entre i) tração elétrica, ii) frenagem regenerativa, iii) eixo livre, ou uma combinação entre os mesmos.

[0175] A rota a ser trafegada pelo veículo trator e implemento rodoviário é previamente definida por um operador/usuário, onde nesta rota os dados do perfil altimétrico são adquiridos por meio de informações contidas em banco de dados, informações via satélite, informações via imagens aéreas, informações levantadas local e manualmente, etc. Com base nisso, é possível verificar os pontos em que há maior trechos de aclive, declive e planos ao longo da rota. Assim, ao acessar essas informações, o sistema de controle (4), por meio de um algoritmo previamente configurado, decide pela seleção de qual dos modos de operação o sistema de gerenciamento deve utilizar.

[0176] O sistema de gerenciamento compreende um sistema de armazenamento de energia elétrica (3) comunicante com um motor elétrico (10) que interage com o eixo do implemento rodoviário. Em uma concretização, o sistema de gerenciamento compreende ao menos um sensor de nível de carga elétrica posicionado no sistema de armazenamento (3), capaz de indicar a quantidade de carga presente no dito sistema (3).

[0177] Assim, em uma concretização, o sistema de controle (4) considera em seu algoritmo os dados do perfil altimétrico e a quantidade de carga do sistema de armazenamento (3), de modo a propor um gerenciamento da energia elétrica a ser utilizada no conjunto e, consequentemente, melhor otimização no consumo de combustível. Durante a operação, o sistema de controle (4) orienta a atuação dos modos de tração elétrica, frenagem regenerativa ou eixo livre, de acordo com a necessidade de operação a partir dos sinais de localização atual do conjunto providos pelo sensor de geolocalização.

[0178] Nesse sentido, para fins de exemplificação, o sistema de controle (4), a partir das informações de altimetria consideradas como preditivas, é capaz de identificar se o atual aclive possui uma inclinação menos íngreme do que o aclive subsequente, de modo a optar a seleção do modo i) tração elétrica apenas no próximo aclive. Em uma concretização, o algoritmo do sistema de controle considera uma relação entre a altimetria da rota e o nível de carga do sistema de armazenamento (3). A partir de parâmetros desta relação, o algoritmo é capaz de selecionar os modos de operação em conformidade. Adicionalmente, em uma concretização, é realizado um cálculo prévio da quantidade de trechos de aclive, e as respectivas distâncias, e quantidade de trechos de declive, e as respectivas distâncias, que estão presentes na rota a ser percorrida. Assim, considerando as relações de carga x descarga do sistema de armazenamento (3) (conhecidas previamente), o algoritmo é capaz de predizer aproximadamente o estado de carga do sistema (3) ao final da rota. Com isso, a depender deste resultado, o algoritmo é capaz de identificar os momentos mais ideais para a aplicação do modo i) tração elétrica, podendo ser apenas nos aclives de maior inclinação e/ou maior prolongamento.

[0179] A aplicação do dito sistema em implementos rodoviários resulta em diversas vantagens para a combinação e para a operação de transporte, como redução significativa do consumo de combustível, além do gerenciamento da carga da bateria utilizada no sistema, proporcionando um consumo inteligente da bateria no sistema de atuação elétrica do implemento rodoviário.

[0180] Os exemplos a seguir descritos ilustram algumas das formas de concretizar a invenção, mas não devem ser interpretados como limitantes da mesma.

[0181] Exemplo 1 - Sistema de gerenciamento de tração elétrica e frenaqem regenerativa em implemento rodoviário

[0182] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

[0183] Para uma exemplificação do conceito da invenção, foram consideradas diversas premissas iniciais, que enfatizam a segurança do sistema, bem como visam as melhores condições de operação para diminuir o consumo de combustível e aumentar a vida útil dos componentes. Tais premissas referem-se: ao desenvolvimento do sistema de controle para que o implemento rodoviário seja acoplado a um veículo trator sem necessidade de modificações no mesmo; instalação de sensoriamentos indiretos, principalmente para que haja redundância de segurança no sistema; o sistema de controle (algoritmo) ser projetado de forma que o semirreboque (implemento) possa operar de forma independente do veículo trator; todos os sensores e sinais utilizados como parâmetro de controle devem obrigatoriamente estar embarcados no semirreboque.

[0184] Ademais, o algoritmo deve ser responsável pela operação do sistema de tração auxiliar, bem como do modo de frenagem regenerativa, sem a interferência de um operador externo, nas seguintes condições: a) Em trechos planos ou com inclinação positiva (aclives) o sistema deve operar somente no modo trativo (nunca regenerativo), de acordo com parâmetros de bateria que permitam a utilização da mesma, inclinação de rodovia conveniente e com o veículo trator em modo tração (avançando); b) Em inclinações negativas (declives), onde faz-se necessário a redução ou manutenção da velocidade, o sistema deve operar no modo regenerativo, de acordo com parâmetros de bateria que permitam o carregamento da mesma, inclinação de rodovia conveniente e com o veículo trator em modo frenagem; c) Em trechos planos, o sistema o sistema deve operar no modo“roda livre”, sem gerar restrições nem mesmo auxílio trativo; d) Em caso de marcha ré, o sistema deve operar no modo“roda livre”, para evitar desvios na dirigibilidade do conjunto.

[0185] Em vista disso, foi projetado um sistema de gerenciamento com o sistema de controle (4) desenvolvido com um algoritmo operando a partir das respostas do sistema de sensoriamento (9). Para isto, o sistema de sensoriamento foi projetado de modo a conter o sensoriamento direto e o sensoriamento indireto (redundante), sendo composto por: sensor de movimento angular, sensor de carregamento vetorial, sensor de movimento, sensor de uso de freio, sensor de marcha ré, sensor de velocidade de roda, sensor de geolocalização e sensor de nível de carga elétrica. Todos os sensores foram posicionados no semirreboque, para garantir que nenhuma modificação tivesse sido necessária no veículo trator.

[0186] Assim, em trechos de rodovia planos ou com inclinação positiva, ou seja, em situação de aclives, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica opera no modo tração elétrica, mas nunca no modo de frenagem regenerativa. No modo de tração elétrica, o sistema opera de acordo com parâmetros do sensor de nível de carga elétrica, ou seja, se há energia elétrica disponível no sistema de armazenamento (3) para utilização em tração elétrica, bem como considera a inclinação de aclive > 0% da rodovia, ou seja, a tração atua em condição plana ou em inclinação positiva. Desta forma, o sistema de sensoriamento (9) orienta o algoritmo de gerenciamento de potência acerca da inclinação positiva da rodovia ou trecho plano e, a partir disso, o algoritmo aciona o motor elétrico (10) que traciona o eixo do implemento com a energia elétrica armazenada. Nesse sentido, o algoritmo foi projetado de tal modo que o modo tração elétrica seja acionada apenas em aclive ou em trecho plano.

[0187] Em trechos de rodovias com inclinações negativas, ou seja, em trechos de declives, onde se faz necessário a redução ou manutenção da velocidade, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica opera no modo de frenagem regenerativa, de acordo com os parâmetros advindos do sensor de nível de carga elétrica do sistema de armazenamento de energia elétrica (3), para que permitam o carregamento da mesma, bem como considerando a inclinação inferior a 0 da rodovia. Ainda, a partir dos sensores e rotinas de redundância que o sistema opera, o sistema de controle (4) seleciona o modo de frenagem regenerativa considerando o grau de inclinação negativa e a distância do trecho nestas condições, a fim de determinar o potencial de regeneração. Desta forma, ao acionar o modo de frenagem regenerativa, é reaproveitada a energia das frenagens para alimentar o sistema de armazenamento de energia elétrica (3).

[0188] Em trechos planos de rodovia, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica opera no modo eixo livre, que compreende o modo em que não é gerado restrições ao implemento, nem auxílio trativo. Para tal, o sistema de sensoriamento (9) identifica que não há situação de demanda por tracionamento auxiliar e não há momentos de frenagem para que seja acionado o modo regenerativo. Contudo, mesmo em trechos planos, a tração elétrica pode ser ativada.

[0189] Ademais, o algoritmo do sistema de controle (4) é configurado de tal modo a não permitir que o modo i) tração elétrica atue durante manobras como curvas, condição de baixa tração, etc., bem como garante que o sistema de gerenciamento para atuação elétrica seja desligado em caso de manobras bruscas. Ademais, no modo i) tração elétrica o sistema de controle (4) opera com potência controlada de tal modo que o implemento rodoviário nunca exerça força de“empurramento” sobre o veículo trator, onde o implemento rodoviário opera como um helper. Para isso, no caso de o sensor de movimento angular e/ou o sensor de carregamento vetorial detectarem esforço positivo no sistema de acoplamento entre o implemento e o veículo trator, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica é desativado imediatamente.

[0190] Ainda, o sistema de controle (4) permite que, em caso de necessidade de potência auxiliar de start em situações de aclive, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica atue como assistente de tração para evitar recuos da CVC. Para isso, o sensor de carregamento vetorial sinaliza ao algoritmo de gerenciamento de potência que a CVC está em situação de aclive e aciona o modo de tração elétrica. Não obstante, o sistema de controle (4) permite que, em situações de aclive, jamais deve ser acionado o modo de frenagem regenerativa, mesmo quando o sistema de freio esteja operando. Para isso, o sensor de carregamento vetorial identifica e sinaliza ao algoritmo de gerenciamento de potência que a CVC está em situação de aclive e, portanto, necessita de tracionamento.

[0191] O sistema de controle (4) também permite que o modo de tração elétrica só seja acionado em caso de a velocidade das rodas estiver acima de 0, sendo conveniente para sinalizar que o veículo trator está em movimento para frente, utilizando, neste caso, os dados do sensor de velocidade de roda do implemento.

[0192] Adicionalmente, o algoritmo do sistema de controle (4) não permite a seleção do modo de ii) frenagem regenerativa durante situações de tração do veículo trator ou em situações em que a Combinação de Veículo de Carga necessite do modo eixo livre. Para isso, o sensor de carregamento vetorial identifica se a CVC está em trecho de aclive, com o algoritmo de gerenciamento de potência acionando o modo de tração elétrica, ou se a CVC está em trecho plano, com o algoritmo de gerenciamento de potência acionando o modo eixo livre. No mais, o sensor de velocidade e o sensor de movimento angular auxiliam na identificação de que a CVC está em condição de manobra e, por isso, deve ser mantido o modo iii) eixo livre. Ainda assim, o sistema de controle (4) pode permitir que o modo frenagem regenerativa atue, em determinados ângulos de atuação, independentemente do acionamento do freio, haja vista que o veículo trator pode ter outros recursos para iniciar uma descida.

[0193] Para se evitar o efeito jackknife, ou qualquer aplicação de força indevida no momento em que o veículo trator está com uma angulação em relação ao semirreboque, evitando a perda de dirigibilidade do veículo, o algoritmo é configurado para selecionar o modo i) tração elétrica para diferentes ângulos entre as unidades da CVC, contudo, em qualquer momento o ângulo relativo entre as unidades (tratora e tracionada(as)) não pode gerar influencia dinâmica capaz de alterar a dirigibilidade da combinação, tendo como base os parâmetros dos demais sistemas, sensores e controles do conjunto. Estão contemplados no sistema automático gerenciado pelo algoritmo, ângulos de 0 à 60° (para esquerda e direita). O sistema pode ser demandando a operar com valores superiores a 60 graus, contudo, neste caso o sistema requer o acionamento manual. Desta forma, como pode ser visto na figura 6, o ângulo Q exemplifica uma faixa segura de atuação em relação ao eixo de referência do veículo trator, possibilitando que o sistema atue como helper mesmo em situações de curva em aclives. O sistema garante que condições dinâmicas de curvas e arrasto de eixo sejam consideradas para que a segurança do conjunto seja mantida.

[0194] Adicionalmente, em caso de utilização de marcha ré, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica opera no modo eixo livre para evitar danos na dirigibilidade do conjunto veículo-implemento. Para tal, o sensor de marcha ré atua sinalizando ao sistema de controle (4) que a marcha ré está sendo utilizada. Alternativamente, a indicação de que o veículo trator engatou a marcha ré é identificada por meio do umbilical que convencionalmente faz a interligação entre o veículo trator e o semirreboque.

[0195] Conforme mencionado anteriormente, o algoritmo também considera o sinal provindo do sensor de nível de carga elétrica do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) que indica o nível de carga disponível para utilização em tração elétrica e/ou o quanto de carga necessita para total carregamento para poder acionar a frenagem regenerativa. Ademais, as condições do nível de carga são indicadas ao usuário, para que possa ter ciência do atual estado da bateria.

[0196] Em outra premissa de projeto, o sistema de controle (4) foi configurado para permitir que, em caso de necessidade de atuação do sistema de freio ABS, o sistema de gerenciamento para atuação elétrica deixe de atuar imediatamente, com base nos dados do sensor de velocidade de roda e do sensor de uso de freio do implemento. Ainda, o sistema de controle (4) não interfere no funcionamento do sistema de freio ABS ou em qualquer outro sistema de segurança do veículo. Ademais, no caso de atuação de qualquer sistema de segurança auxiliar (ABS, EBS, ESC), o sistema de controle (4) interrompe a atuação do sistema de gerenciamento de atuação elétrica, deixando o conjunto em modo de eixo livre.

[0197] Adicionalmente, o algoritmo considera as informações da rota em que o veículo está percorrendo, onde um usuário indica através de um painel de operações a rota a ser percorrida pelo veículo, citando um ponto de partida e um ponto de chegada e o caminho entre estes dois pontos. Nestas informações de rota estão contidos também os dados do perfil altimétrico do trecho. Assim, com base neste perfil altimétrico e nos sinais enviados pelo sensor de geolocalização, que indica a posição atual do veículo, o algoritmo do sistema de controle (4) é capaz de identificar a existência de aclives e declives. Ademais, com acesso a estas informações preditivas, o algoritmo de controle é capaz de indicar o momento ideal da seleção dos modos. Por exemplo, mesmo que seja detectada uma situação de aclive, o sistema de controle (4), a partir do perfil altimétrico, sabe que o atual aclive não possui uma inclinação muito íngreme e que seria mais viável aguardar a próxima situação de aclive, que é mais íngreme que a primeira, para se acionar o modo de tração elétrica. Com isso, o sistema de controle pode optar ao longo da rota em racionalizar a potência aplicada ao motor, de modo a conservar a energia armazenada na bateria. Vale ressaltar que esta condição de terreno é extremamente normal em países com perfil geográfico dotado de relevos, tal como o Brasil. Caso ocorra perda de sinal provindo do sensor de geolocalização, ou seja, ocorra perda de sinal de GPS por alguns minutos durante operação em rota, a perda de sinal não é percebida pelo motorista e o impacto da dita perda é desprezível para o desempenho energético do sistema de gerenciamento de frenagem regenerativa e tração elétrica.

[0198] Para esta função, os dados da rota podem ser adicionados a um banco de dados, a qual o sistema de gerenciamento possui acesso. Com isso, as rotas novas podem ser armazenadas no banco de dados para posterior uso. Adicionalmente, ao terminar uma rota, o banco de dados é atualizado com os dados obtidos ao longo da rota, indicando também os pontos em que o sistema de controle optou por selecionar os modos de operação automaticamente, além de indicar se e quando houve intervenção do usuário, por meio de operação manual. As rotas mapeadas são compatíveis com qualquer combinação de veículo trator e implemento e são compartilháveis com demais usuários do sistema.

[0199] Para inserir informações de rota, o usuário utiliza o painel de operações (5), onde este painel compreende uma IHM em que o usuário pode visualizar também os parâmetros de operação do sistema de gerenciamento. Ainda, por meio desta IHM, o usuário pode selecionar manualmente os modos de operação do sistema de controle (4), uma vez que todos os parâmetros de segurança medidos e devidamente sinalizados pelo sistema de sensoriamento (9) indicar total segurança para realizar tal acionamento. Ademais, como um comando de segurança, através da IHM o usuário possui uma ferramenta para desacionar manualmente qualquer operação do sistema de gerenciamento, onde esta opção possui maior grau de prioridade (em se tratando de arquitetura de software) em relação a qualquer outra ação do sistema. Adicionalmente, pode se registrar um log com as informações de operação automática ou manual do sistema.

[0200] O IHM pode também ser configurado com modos específicos para cada usuário, por exemplo, para um frotista ou motorista. Com base nisso, é possibilitada a configuração das operações de acordo com a necessidade de atuação. Na figura 51 , que mostra uma das inúmeras possibilidades de arquitetura do sistema, são disponibilizados os modos “normal”, “cidade”, “boost”,“carregar” e“desabilitado”. Nesta possível arquitetura é mostrado um sistema de controle em camadas, no qual a camada Pilotagem é mais interna e roda sempre que o sistema estiver ativo, isto é, só não roda no modo“disable”. A pilotagem é apenas um bloco da camada Navegação. A realimentação pelo GPS só deve ocorrer nas rotas conhecidas, predefinidas. Nas outras rotas/situações o sistema deve ser setado para um dos modos escolhidos (normal, cidade, boost).

Exemplo 2 - Combinação Veículo de Carqa Provido com Sistema de Gerenciamento Seguro de Tração Elétrica e Frenaqem Regenerativa

[0201] Foi produzido um sistema de gerenciamento de tração elétrica e frenagem regenerativa em implementos rodoviários. O dito sistema possui um motor elétrico (10) e um sistema de armazenamento de energia elétrica (3), controlados por um sistema de controle (4), em que o sistema de controle (4) está associado a um sistema de sensoriamento (9), onde a operação do motor elétrico (10) e do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) é realizada com base em sinais provindos do sistema de sensoriamento (9).

[0202] O sistema de armazenamento de energia elétrica (3) é composto por um arranjo de diversas células de bateria.

[0203] A figura 1 mostra o sistema de gerenciamento de tração elétrica e frenagem regenerativa em implementos rodoviários aplicado em uma CVC. A dita figura 1 ilustra a localização dos componentes do sistema, bem como mostra um exemplo de funcionamento em situações de aclives. O sistema de sensoriamento (9), conforme indicado na figura 1 , compreende o conjunto de sensores que realizam o sensoriamento. Os sensores estão posicionados no sistema de acoplamento, no sistema de armazenamento de energia elétrica (3), no eixo da roda (1 ), no sistema de controle (4) e na parte traseira do implemento rodoviário.

[0204] Ainda, conforme indicado na figura 1 , em situações de aclives, a direção do fluxo de energia é conforme indicado em (8), ou seja, a função helperào sistema está atuando para auxiliar no tracionamento. Nesta situação, a energia elétrica flui do conjunto de baterias (3), a corrente é convertida no inversor (2), que a disponibiliza para o motor elétrico (10) e este interage com o eixo (1 ). O sentido de giro do eixo (1 ) na função helperé conforme indicado em (6). A corrente proveniente do conjunto de baterias (3) é conduzida até o motor elétrico (10) por meio de condutores elétricos (7).

[0205] Ademais, a figura 1 mostra o painel de operações (5) localizado no veículo trator. O painel de operações (5) é uma interface homem-máquina (IHM) disposta em local acessível ao motorista dentro da cabine do veículo trator.

[0206] A figura 2, da mesma forma como ilustrado na figura 1 , mostra a localização dos componentes do sistema, bem como mostra um exemplo de funcionamento em situações de declives.

[0207] Ainda, conforme indicado na figura 2, em situações de declives, a direção do fluxo de energia é conforme indicado em (8), ou seja, a função de frenagem regenerativa do sistema está atuando para carregar o conjunto de baterias (3). Nesta situação, a energia dissipada no eixo (1 ) é captada, convertida pelo inversor (2) e direcionada para ser armazenada no conjunto de baterias (3). O sentido de giro do eixo (1 ) na função de frenagem regenerativa é conforme indicado em (6). A energia dissipada no eixo (1 ) é conduzida ao inversor de frequência (2) por meio de condutores elétricos (7), bem como é conduzida do inversor de frequência (2) para o conjunto de baterias (3), também, por meio de condutores elétricos (7).

[0208] A figura 3 mostra uma vista inferior de um exemplo de aplicação e disposição do sistema de gerenciamento para atuação elétrica em implementos rodoviários, onde o motor elétrico (10) interage com um dos eixos do implemento. Um sistema de cooling (1 1 ) realiza a dissipação do calor do motor elétrico (10) e do inversor de frequência (2). Uma caixa auxiliar (14) engloba o sistema de controle (4) e se conecta ao inversor de frequência (2). Ainda, o sistema possui um eixo Cardan com isolamento (13) que faz a ligação entre o motor elétrico (10) e um eixo diferencial com redução (12). Ademais, o motor elétrico (10) é associado diretamente ao eixo (12) ou ao eixo (1 ), sem utilização do eixo Cardan (13).

[0209] A figura 4 mostra uma vista inferior de um exemplo do sistema de gerenciamento de tração elétrica e frenagem regenerativa aplicado em um implemento rodoviário de três eixos. Nesta concretização, o sistema foi aplicado ao primeiro eixo do implemento.

[0210] A figura 5 mostra uma concretização do eixo diferencial com redução (12).

[0211] A figura 6 mostra o ângulo Q seguro entre a unidade tratora e a tracionada, que compreende o ângulo seguro de atuação do implemento em relação ao eixo de referência do veículo trator. Este ângulo garante a segurança da CVC para que não ocorra perda de dirigibilidade do veículo.

[0212] A figura 7 mostra uma vista em perspectiva da presente invenção aplicada nos três eixos de um implemento rodoviário com três eixos. A figura 8 mostra uma vista superior da concretização apresentada na figura 7. A figura 9 mostra uma vista frontal da concretização apresentada nas figuras 7 e 8.

[0213] A figura 10 mostra uma vista em perspectiva da presente invenção aplicada em dois eixos de um implemento rodoviário com dois eixos. A figura 11 mostra uma vista superior da concretização apresentada na figura 10. A figura 12 mostra uma vista frontal da concretização apresentada nas figuras 10 e 1 1. A partir das figuras indicadas, fica nítido que o motor elétrico (10) pode interagir com qualquer combinação de eixos do implemento rodoviário, ou seja, valendo-se da interação com um ou mais eixos, podendo ser qualquer um dos eixos do implemento.

[0214] As figuras 13 a 20 mostram construções para aplicações do sistema de gerenciamento de tração elétrica e frenagem regenerativa dispostos em um implemento rodoviário, demonstrando que o dito sistema possui geometria e construção otimizada para que seja possível o encaixe de forma segura em qualquer tipo implemento rodoviário, sem necessidade de alterações estruturais do implemento, o que poderia comprometer a segurança da utilização do sistema.

[0215] A figura 21 mostra uma concretização do motor elétrico (10) e a figura 22 mostra um exemplo de aplicação do motor elétrico (10) em um implemento rodoviário.

[0216] A figura 23 mostra uma concretização do sistema de armazenamento de energia elétrica (3) e a figura 24 mostra um exemplo do sistema de armazenamento (3), sendo um conjunto de diversas células de bateria.

[0217] O fluxograma ilustrado na figura 52 mostra os modos de operação com base no sistema de sensoriamento e na atuação do algoritmo de gerenciamento de potência. O sistema da presente invenção atua em três funções, a função“ajudante” ou helperque é a função que utiliza tração elétrica para auxiliar no tracionamento de uma CVC, a função“roda livre”, em que nenhuma função de tração ou regeneração está atuando sobre o eixo, e a função“regeneração” que é a função que utiliza a energia de momentos de frenagem para recarregar um conjunto de baterias, sendo esta energia utilizada posteriormente em momentos de necessidade de tração auxiliar.

[0218] Para acionamento da função“ajudante”, conforme a figura 52, o algoritmo de gerenciamento de potência confirma se o implemento está acoplado ao veículo trator. Se sim, o algoritmo verifica se o implemento rodoviário está em processo de frenagem. Se não está, o algoritmo verifica o nível de carga das baterias. Se o nível da bateria está alto, o algoritmo verifica o ângulo de inclinação em situação de aclive. Se o ângulo de inclinação for conveniente, o algoritmo verifica o ângulo entre o implemento rodoviário e o eixo central de referência do veículo trator. Se o ângulo for conveniente, o algoritmo verifica a velocidade em que o implemento está e se a mesma é conveniente para acionar a tração auxiliar. Se a velocidade é conveniente, o algoritmo verifica o mapeamento da rota a ser trafegada e se a rota for conhecida, o algoritmo inicia automaticamente a função“ajudante” ou helper, ou seja, inicia a tração auxiliar.

[0219] Ainda, conforme a figura 52, caso o implemento não esteja acoplado ao veículo trator, o algoritmo aciona a função“roda livre”. Quando a função“ajudante” está sendo executada e o implemento entre em processo de frenagem, o algoritmo de gerenciamento de potência aciona a função“roda livre”. Quando a função“ajudante” está sendo executada e o nível de carga das baterias está baixo, o algoritmo aciona o modo de“roda livre”. Caso a função “ajudante” está sendo executada e o ângulo de inclinação, o ângulo do implemento em relação ao eixo central de referência do veículo trator e a velocidade do implemento não for conveniente para atuação do helper, o algoritmo aciona o modo“roda livre”. Ademais, quando o mapeamento da rota não for conhecido, o algoritmo aciona a função“roda livre”.

[0220] Para acionamento da função“regeneração”, conforme a figura 52, o algoritmo de gerenciamento de potência verifica inicialmente se o implemento está acoplado do veículo trator. Se o implemento está acoplado, na próxima etapa o algoritmo verifica se o implemento está em processo de frenagem. Caso o implemento esteja em processo de frenagem, na próxima etapa o algoritmo verifica o nível de carga das baterias. Se o nível de carga está baixo, o algoritmo verifica o ângulo de inclinação em declives. Caso o ângulo de declive seja conveniente, na próxima etapa o algoritmo verifica se o ângulo entre o implemento e o eixo central de referência do veículo trator e a velocidade do implemento são convenientes. Caso sejam, na próxima etapa o algoritmo verifica o mapeamento de rota conhecida e se a rota for conveniente, o algoritmo de gerenciamento de potência inicia a função“regeneração”.

[0221] Ainda, conforme a figura 52, quando a função“regeneração” está sendo executada e o implemento para de realizar processo de frenagem, o algoritmo aciona a função“roda livre”. Caso o nível de carga das baterias esteja alto em momentos que a função“regeneração” está atuando, o algoritmo aciona o modo“roda livre” devido à carga suficiente nas baterias. Ainda, caso o ângulo de inclinação em declive, o ângulo entre o implemento e o eixo central de referência do veículo trator e a velocidade não forem convenientes, o algoritmo aciona o modo“roda livre”. Ainda, quando o mapeamento da rota for insuficiente ou não for conveniente, o algoritmo aciona o modo“roda livre”.

[0222] Com isso, é notório que a invenção é perfeitamente aplicável para quaisquer combinações de veículo de carga (CVC), por exemplo, nas combinações listadas previstas na Portaria 63/09 do DENATRAN, tais como rodotrens, bitrenzões, bitrens, etc., onde a relação peso/potência é elevada.

Teste de consumo:

[0223] Para o tracionamento do sistema, foi utilizado um motor de Imã Permanente do fornecedor Weg - carcaça 160L. O dito motor possui uma potência de saída de 135 kW, potência de pico de 270 kW, tensão da bateria de 650 V, corrente nominal de 225 A, corrente máxima de 470 A, velocidade nominal de 3000 rpm, velocidade máxima de 6000 rpm, ciclo de trabalho S9 (intermitente), temperatura ambiente de -20°C a 50°C, grau de proteção IP66 e um peso aproximado de 155 kg.

[0224] A conexão entre o motor elétrico (10) e as baterias (3) do sistema de gerenciamento é realizada por um inversor de frequência (2). Para tal, foi utilizado um inversor WEG CVW800 que, além de fazer a conversão de tensão (AC - DC/DC - AC), pode ser utilizado para controle e gerenciamento dos sensores, bem como para execução de lógicas de controle.

[0225] O referido inversor de frequência (2) possui tensão nominal de alimentação de 650 Vcc, corrente de saída nominal de 450 Arms. Corrente de sobrecarga 1 minuto de 750 Arms, frequência de chaveamento nominal de 5 kHz. Possui refrigeração a água, peso de 65 kg, possui alta compactação e densidade de potência, bem como algoritmo para controle de motores de indução e de imã permanente trifásicos.

[0226] Na presente invenção, a função de frenagem regenerativa foi incorporada ao controlador lógico programável PLC1 1 -01 integrado, grau de proteção IP66 e controle escalar (V/f), VVW ou controle vetorial programáveis, sendo que o controle vetorial com encoder proporciona alto grau de precisão no acionamento, para toda faixa de velocidade, até com o motor parado.

[0227] A bateria utilizada no sistema de tração elétrico foi a bateria FreedomWon de Fosfato de Ferro de Lítio (LiFeP0 ₄ ), com capacidade da célula de 50 Ah onde possui 180 células de bateria, todas em série. Além disso, a bateria tem capacidade de 29 kWh na descarga de 1 C (50A), tensão nominal de 576 V (3,2 V por célula), tensão máxima de 640 V com carga completa, tensão mínima de 520 V a 0% de carga, potência máxima de saída por 30 segundos de 70 kW ou 140 A, potência máxima de saída contínua de 60 kW ou 120 A e peso da bateria de 250 kg.

[0228] Para o controle dos modos de operação do sistema e dos sistemas de segurança, foi monitorado um conjunto de diferentes sensores em todo o sistema, monitorando a velocidade do motor, velocidade de referência do motor, corrente do motor, tensão do motor, aviso de falhas, temperatura do rolamento do motor, temperatura da bobina do motor, temperatura do inversor, limite de corrente de carregamento, limite de corrente de descarga, etc.

[0229] Adicionalmente, foram monitorados os sinais da porta CAN do veículo de carga e diferentes sensores do semirreboque, incluindo sensores de monitoramento angular e de carregamentos vetoriais no acoplamento pinorrei/quintarroda da CVC.

[0230] Para a transmissão do movimento do motor elétrico (10) para as rodas, foi utilizado um eixo com diferencial da Meritor MR-25-168, com uma redução de 6,83:1. A transmissão entre o eixo e o motor foi realizada por um eixo Cardan (13) e o isolamento entre o motor elétrico (10) e o Cardan (13) foi realizada com a utilização de uma placa de Celeron.

[0231] Para a realização dos testes funcionais, foi utilizado um veículo trator Volvo FH 440 - tração 6x4.

[0232] O sistema de gerenciamento para atuação elétrica descrito acima foi instalado em um semirreboque de 3 eixos da Randon. As figuras 25, 26, 27 e 28 mostram a aplicação do sistema.

Exemplo 3 - Sistema de controle da tração elétrica do implemento com controle de acionamento na cabine do motorista

[0233] Neste teste realizado, a operação do sistema foi controlada por um painel de operação (5) que se encontra dentro da cabine do veículo trator, sendo construído de maneira simplificada apenas para a execução dos testes, conforme ilustram as figuras 49 e 50. No painel de operação (5), o botão E1 é o botão de emergência e desliga todo o sistema, o botão B1 realiza o comando do modo de operação, o botão M aciona o motor no modo de tração, tracionando a combinação e consumindo energia, o botão N mantém o motor no modo neutro, o botão F aciona o motor no modo de frenagem, freando a combinação e regenerando energia, o botão B2 define os modos de potência (nível I, II e III), o botão B3 se refere ao modo de operação manual ou automático, onde o controle automático dos modos de funcionamento é feito pelo algoritmo, o botão L1 se refere a um Led indicador de funcionamento, onde o Led azul contínuo indica o correto funcionamento do sistema e o Led azul intermitente indica o incorreto funcionamento do sistema e o botão E2 é o botão de emergência 2 que desliga todo o sistema e é um botão exclusivo para o motorista do veículo.

[0234] O LED azul acende no momento em que o sistema é energizado. A partir deste momento, em condições normais de operação, o mesmo permanece sempre aceso. Caso ocorra alguma falha no sistema, as quais são monitoradas através dos diferentes sensores instalados, o LED passa a atuar de forma intermitente. Neste caso, é necessário acessar o sistema de controle (4) do sistema, localizado no inversor de frequência (2), verificar o código e o motivo da falha apresentada.

Testes de Consumo de Combustível

[0235] Foram realizados testes de consumo com o objetivo de mapear o potencial de redução de consumo do sistema, quando aplicado em combinações veiculares de carga. Para a elaboração do procedimento, foram consultadas as referências de consumo da norma SAE J1321 OCT86 - JOINT TMC/SAE FUEL CONSUMPTION TEST PROCEDURE - TYPE II.

[0236] Antes do início do teste, foram verificadas as condições de rodagem da combinação testada e realizou-se o abastecimento do veículo e calibração dos pneus. Além disso, pesou-se e abasteceu-se o tanque de combustível auxiliar, o qual foi utilizado para o levantamento dos dados de consumo da CVC.

[0237] Antes de iniciar o teste de consumo, rodou-se com o veículo pelo período de 1 hora, de forma a estabilizar todas as temperaturas do veículo e seus componentes.

[0238] Então, deslocou-se com a combinação veículo trator + semirreboque até o ponto inicial da rota. O posicionamento da combinação foi realizado com o tanque de combustível portátil desconectado e com o sistema de tração elétrica desligado. Após o posicionamento do veículo, conectou-se as linhas de alimentação de combustível e acionou-se o sistema de tração elétrica.

[0239] Com o veículo desligado, foram zerados os medidores de distância percorrida, velocidade média e tempo de testes no sistema de aquisição de dados. O início da aquisição de dados foi realizado no momento da partida do veículo.

[0240] Executou-se a rota definida, mantendo os padrões de condução para todas as rotas executadas. Os testes foram realizados sem a utilização do piloto automático do veículo e sempre pelo mesmo piloto de teste. O piloto trafegou nas velocidades da via, adotando padrões de rodagem, os quais foram utilizados em todas as etapas do teste. Após a finalização das rodagens, parou-se o veículo no ponto definido como o ponto final da rota e desligou-se o sistema portátil de alimentação de combustível.

Cálculo de consumo:

[0241] Antes da realização da rodagem, abasteceu-se o tanque de combustível portátil até o limite máximo indicado. O tanque de combustível portátil deve ser equipado com engates rápidos, os quais permitam alternar seu uso com o tanque de combustível original do veículo.

[0242] Após o abastecimento, realizou-se a pesagem do tanque de combustível em uma balança de precisão e registraram-se os valores.

[0243] Após a execução do teste, realizou-se uma nova pesagem do tanque de combustível e registraram-se os valores encontrados.

[0244] O cálculo do consumo de combustível foi realizado através da diferença entre a massa inicial e massa final de combustível para cada rota executada.

[0245] Cada TS ( Test Segment) foi composto de três amostras válidas. Para as amostras serem consideradas válidas, as mesmas devem estar dentro de uma banda com variação máxima de 2%. A banda de 2% significa que o menor valor de TS não pode estar a mais de 2% abaixo do maior valor de TS obtido.

Rotas:

[0246] A execução dos testes foi realizada em duas rotas: Short Haul e Long Haul.

[0247] A rota curta foi utilizada para testes rápidos e possui trechos de aclive e declive de menor extensão. A extensão total desta rota é de 37 km. A figura 29 mostra as situações de aclive e declive presentes na rota de 37 km, bem como a figura mostra as inclinações e elevações do longo da rota.

[0248] A rota longa foi utilizada para a realização de testes em um maior período de teste, simulando trechos de serra com maior extensão. A extensão total desta rota é de 148 km. A figura 30 mostra as situações de aclive e declive presentes na rota de 148 km, bem como ilustra as inclinações e elevações ao longo da rota.

[0249] Os resultados de consumo em litros de combustível obtidos para a rota curta sem a utilização do sistema de tração elétrica estão ilustrados na tabela 1 abaixo: Tabelai - Dados sem a presente invenção

[0250] Os resultados de consumo em litros de combustível obtidos para a rota curta com a utilização do sistema de tração elétrica estão ilustrados na tabela 2 abaixo:

Tabela 2: Dados com o uso da presente invenção

[0251] Os resultados de consumo em litros de combustível obtidos para a rota longa sem a utilização do sistema de tração elétrica estão ilustrados na tabela 3 abaixo:

Tabela 3 - Consumo de combustível sem a presente invenção

[0252] Os resultados de consumo em litros de combustível obtidos para a rota longa com a utilização do sistema de tração elétrica estão ilustrados na tabela 4 abaixo:

Tabela 4 - Consumo com a presente invenção

Exemplo 4 - Sistema de Sensoriamento em Quintarroda e/ou Pinorrei Inteligente

[0253] Neste exemplo, a quintarroda e/ou pinorrei inteligente são dotados de um sistema de sensoriamento (9) que enviam sinais para um sistema de controle (4) do conjunto de acoplamento e sincronização dos vetores de tração do veículo trator e do implemento que compreende sistema auxiliar de tração ou helper.

[0254] O sistema de sensoriamento (9) é um conjunto de sensores que sinaliza ao sistema de controle (4) os modos de operação do sistema de gerenciamento para atuação elétrica e implementos rodoviários.

[0255] O conjunto de sensores faz a medição de sinais diretos e indiretos. As medições diretas são sinais provindos do sensor de movimento angular e sensor de carregamento vetorial dispostos na quintarroda e pinorrei, bem como de sensores de movimento do implemento. [0256] Os sensores que estão presentes na quintarroda e/ou no pinorrei são selecionados do grupo que compreende: sensores de carga; gauges sensores de posição; sensores a laser; ou outros sensores que enviem sinais sobre posição, força ou aceleração relativa entre os vetores do veículo trator e o implemento rodoviário.

[0257] A figura 31 mostra uma representação esquemática de uma concretização do pinorrei da presente invenção.

[0258] A figura 32 mostra uma representação esquemática de uma concretização da quintarroda da presente invenção.

[0259] Os versados na arte sabem que o veículo trator dotado de quintarroda é acoplado a um implemento rodoviário, por exemplo, um semirreboque, através do pinorrei. Os sinais proporcionados pela presente invenção são utilizados para monitoramento e/ou subsequentemente processamento pelo sistema de controle (4) que comanda (aciona/desaciona) o motor elétrico (10) auxiliar do implemento.

[0260] A figura 33 mostra uma concretização da quintarroda, em que mostra um detalhe da chamada“ferradura” da quintarroda, dotada de sensores, que traduz sinais de carga entre o veículo trator e o implemento.

[0261] A figura 34 mostra a mesma concretização ilustrada na figura 33, mostrando outras vistas da ferradura dotada de sensores. Em A) é mostrada uma visão frontal e em B) é mostrada uma outra vista em perspectiva.

[0262] A figura 35 mostra uma concretização de uma quintarroda presente em um veículo trator, sendo evidenciado o local de direcionamento para encaixe do pinorrei até a trava mecânica ou bico de papagaio.

[0263] A figura 36 mostra a ferradura montada da quintarroda e em posição. Em A) é mostrada a ferradura dotada de sensores (como mostrada nas figuras 33 e 34) montada na quintarroda. Em B) é ilustrado o detalhe da passagem do cabo que envia os sinais dos sensores da ferradura antes da montagem da ferradura na quintarroda.

[0264] A figura 37 em A) e B) mostram o sensor de movimento angular instalado, bem como as figuras 38 a 41 mostram a verificação do funcionamento do sensor de movimento angular.

[0265] Assim, esta concretização da presente invenção proporciona dados que viabilizam a operação segura de um motor auxiliar no implemento, mediante comando de acionamento/desacionamento da tração auxiliar a depender dos sinais que a referida unidade de comando recebe do pinorrei e/ou da quintarroda inteligentes.

[0266] A unidade de comando pode adicionalmente processar dados de outras fontes, como sinais de frenagem oriundos do umbilical do veículo trator, que também são úteis para desacionar o sistema de tração auxiliar e aumentar a segurança da CVC em diferentes condições de operação, incluindo posicionamentos decorrentes de manobradas direcionais, movimento de tração, de compressão, aceleração frenagem e sua relação com as posições relativas entre o veículo trator e o implemento.

[0267] Nesta concretização, o sistema de tração auxiliar ou helper do implemento rodoviário compreende: (i) um sistema de recuperação de energia cinética em condição de desaceleração (frenagens); (ii) um sistema de armazenamento desta energia em baterias; e (iii) um motor elétrico alimentado pelas referidas baterias, para servir de elemento trator auxiliar em momentos de maior demanda do conjunto.

[0268] Nesta concretização, foi utilizado um implemento rodoviário, uma unidade tratora, um pinorrei do implemento rodoviário com um sensor angular e uma quintarroda da unidade tratora com um sensor longitudinal.

[0269] O implemento rodoviário dotado de sistema auxiliar de tração foi acoplado à unidade tratora. Ao trafegar com a unidade tratora e implemento rodoviário, foi necessária a realização de diversas curvas durante o percurso. O conjunto mapeou a angulação e movimentação do acoplamento e então corrigiu sua angulação quando foi necessária a realização de curvas. Foi trafegado um menor percurso para a realização de curva quando comparado com o percurso necessário para curva do estado da técnica. [0270] A unidade de comando pode adicionalmente processar dados de outras fontes, como sinais de frenagem oriundos do umbilical do veículo trator, que também são úteis para desacionar o sistema de tração auxiliar e aumentar a segurança da CVC em diferentes condições de operação, incluindo posicionamentos decorrentes de manobradas direcionais, movimento de tração, de compressão, aceleração frenagem e sua relação com as posições relativas entre o veículo trator e o implemento.

[0271] Exemplo 5 - Testes de carqa vs deformação

[0272] Testes que relacionam a carga e a deformação também foram realizados em bancada de testes. Os dados da calibração realizada são apresentados na tabela 5 abaixo:

Tabela 5 - Calibração em Laboratório

[0273] A figura 42 mostra um gráfico que relaciona Carga vs. Deformação em um teste realizado a partir da concretização de quintarroda descrita anteriormente.

[0274] Os dados de experimentos relacionados à força no sistema de acoplamento, ângulo entre o veículo trator, velocidade do veículo e velocidade de roda são ilustrados nas figuras 43 a 48.

[0275] A figura 43 mostra o teste de verificação da atuação do sensor de movimento angular, ilustrando a variação angular em relação ao tempo. A figura 44 mostra o teste de verificação da atuação do sensor de carregamento vetorial, ilustrando a variação da carga em kN em relação ao tempo.

[0276] A figura 45 mostra dados de realização de testes em um centro de testes, onde foram adquiridas em rota as variações do sensor de movimento angular (gráfico de cima) com a variação do ângulo em relação ao tempo e as variações do sensor de carregamento vetorial (gráfico de baixo) com a variação da carga em kN em relação ao tempo.

[0277] A figura 46 mostra dados de realização de testes em rota externa, onde foram adquiridas as variações do sensor de movimento angular, ilustrado no gráfico de cima, e as variações do sensor de carregamento vetorial, ilustrado no gráfico de baixo.

[0278] A figura 47 mostra dados de velocidade do veículo e dados de velocidade de roda do implemento rodoviário em desaceleração, ilustrando as velocidades nas rodas direita e esquerda do primeiro eixo, nas rodas direita e esquerda do segundo eixo e nas rodas direita e esquerda do terceiro eixo do implemento.

[0279] A figura 48, da mesma forma que a figura 47, mostra dados de velocidade do veículo e dados de velocidade de roda do implemento rodoviário em desaceleração, ilustrando as velocidades nas rodas direita e esquerda do primeiro eixo, nas rodas direita e esquerda do segundo eixo e nas rodas direita e esquerda do terceiro eixo do implemento.

[0280] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.