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EINFÜHRUNG
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Die Offenlegung des Gegenstands bezieht sich auf Seeschiffe und insbesondere auf Verfahren und Systeme zum Antreiben von Seeschiffen.
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Typische Seeschiffe benötigen viel Kraft, um die Zugkräfte zu überwinden und auf eine Gleitposition zu beschleunigen. Die Leistung, die benötigt wird, um das Seeschiff auf die Gleitposition zu beschleunigen, bestimmt oft die Größe des Seeschiffsantriebs.
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BESCHREIBUNG
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In einer exemplarischen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Gleiten eines Seeschiffes vorgesehen, das von einem elektrischen Antriebssystem angetrieben wird, das funktional mit einem drehbaren Propellersystem verbunden ist. Das Verfahren beinhaltet, dass eine Befehlseingabe empfangen wird, die ein Gas geben erfordert. Das Verfahren beinhaltet auch, dass bestimmt wird, ob sich das Seeschiff im Gleiten befindet. Das Verfahren beinhaltet auch, dass bestimmt wird, ob im elektrischen Antriebssystem genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um die Gleitgeschwindigkeit zu erreichen, wenn sich das Seeschiff nicht im Gleiten befindet. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass die Leistungsabgabe des elektrischen Antriebssystems für einen ausgewählten Zeitraum erhöht wird, so dass das elektrische Antriebssystem für die ausgewählte Zeitspanne die kontinuierlichen Leistungsgrenzen einer oder mehrerer Komponenten des elektrischen Antriebssystems überschreiten darf. Die eine oder mehrere Komponenten des elektrischen Antriebssystems, die mindestens einen von einem Elektromotor, einer Energiespeichervorrichtung und einer elektrischen Steuerung beinhalten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass bestimmt wird, ob sich das Seeschiff in Erwiderung auf eine Drosselklappenstellung, eine Wassergeschwindigkeit, einen Deckwinkel, einen Tiefgang, einen Gleichgewichtslagenwinkel, ein geschätztes Widerstandsprofil und eine geschätzte Lastmasse im Gleiten befindet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass bestimmt wird, ob im elektrischen Antriebssystem genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um in Erwiderung auf einen Stromverlaufsformalgorithmus, eine verfügbare Leistungsschätzung, eine Strombegrenzungsanforderung, eine zum Erreichen der Gleitgeschwindigkeit erforderliche Energie und eine zum Erreichen der Gleitgeschwindigkeit erforderliche Leistung zu erreichen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass eine für den ausgewählten Zeitraum zu erhöhende Leistungsabgabe in Erwiderung auf ein Sollbeschleunigungsprofil, eine Wassergeschwindigkeit, eine über ein globales Positionierungssystem bestimmte Geschwindigkeit, einen Tiefgang, ein geschätztes Widerstandsprofil und eine geschätzte Lastmasse bestimmt wird.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Leistung des elektrischen Energiesystems nach Ablauf der gewählten Zeitspanne verringert wird, so dass die eine oder die mehreren Komponenten des elektrischen Antriebssystems die Dauerleistungsgrenzen nicht mehr überschreiten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Leistung des Elektromotors für das Reisen im Gleiten angepasst ist. Das Verfahren kann auch beinhalten, dass eine Gleichgewichtslage auf einen effizienten Gleitwinkel eingestellt wird, wenn bestimmt wird, dass sich das Seeschiff im Gleiten befindet.
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In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist eine Steuerung zum Gleiten eines Seeschiffes vorgesehen, das von einem elektrischen Antriebssystem angetrieben wird, das funktional mit einem drehbaren Propellersystem verbunden ist. Die Steuerung beinhaltet: einen Prozessor und einen Speicher mit computerausführbaren Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor Operationen ausführt. Die Operationen, die beinhalten, dass eine Befehlseingabe empfangen wird, die ein Gas geben erfordert. Zu den Operationen gehört auch, dass bestimmt wird, ob sich das Seeschiff im Gleiten befindet. Zu den Operationen gehört auch, dass bestimmt wird, ob im elektrischen Antriebssystem genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um die Gleitgeschwindigkeit zu erreichen, wenn sich das Seeschiff nicht im Gleiten befindet. Die Operationen beinhalten ferner, dass die Leistungsabgabe des elektrischen Antriebssystems für einen ausgewählten Zeitraum erhöht wird, so dass das elektrische Antriebssystem für die ausgewählte Zeitspanne die kontinuierlichen Leistungsgrenzen einer oder mehrerer Komponenten des elektrischen Antriebssystems überschreiten kann. Die eine oder mehrere Komponenten des elektrischen Antriebssystems, die mindestens einen von einem Elektromotor, einer Energiespeichervorrichtung und einer elektrischen Steuerung beinhalten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass bestimmt wird, ob sich das Seeschiff in Erwiderung auf eine Drosselklappenstellung, eine Wassergeschwindigkeit, einen Deckwinkel, einen Tiefgang, einen Gleichgewichtslagenwinkel, ein geschätztes Widerstandsprofil und eine geschätzte Lastmasse im Gleiten befindet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass bestimmt wird, ob im elektrischen Antriebssystem genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um in Erwiderung auf einen Stromverlaufsformalgorithmus, eine verfügbare Leistungsschätzung, eine Strombegrenzungsanforderung, eine zum Erreichen der Gleitgeschwindigkeit erforderliche Energie und eine zum Erreichen der Gleitgeschwindigkeit erforderliche Leistung zu erreichen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Operationen ferner beinhalten, dass eine Leistungsabgabe, die für den ausgewählten Zeitraum ansteigt, in Erwiderung auf ein Sollbeschleunigungsprofil, eine Wassergeschwindigkeit, eine über ein globales Positionierungssystem bestimmte Geschwindigkeit, einen Tiefgang, ein geschätztes Widerstandsprofil und eine geschätzte Lastmasse bestimmt wird.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Vorgänge ferner beinhalten, dass die Leistung des elektrischen Energiesystems nach Ablauf der gewählten Zeitspanne verringert wird, so dass die eine oder die mehreren Komponenten des elektrischen Antriebssystems die Dauerleistungsgrenzen nicht mehr überschreiten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Operationen ferner beinhalten, dass die Leistung des Elektromotors für das Reisen im Gleiten angepasst ist und eine Gleichgewichtslage für einen effizienten Gleitwinkel eingestellt ist, wenn bestimmt wird, dass sich das Seeschiff im Gleiten befindet.
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In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Medium verkörpert ist. Das Computerprogrammprodukt mit Anweisungen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, Operationen zum Gleiten eines Seeschiffes durchzuführen, das von einem elektrischen Antriebssystem angetrieben wird, das funktional mit einem drehbaren Propellersystem verbunden ist, den Operationen. Die Operationen, die beinhalten, dass eine Befehlseingabe empfangen wird, die ein Gas geben erfordert. Zu den Operationen gehört auch, dass bestimmt wird, ob sich das Seeschiff im Gleiten befindet. Zu den Operationen gehört auch, dass bestimmt wird, ob im elektrischen Antriebssystem genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um die Gleitgeschwindigkeit zu erreichen, wenn sich das Seeschiff nicht im Gleiten befindet. Die Operationen beinhalten ferner, dass die Leistungsabgabe des elektrischen Antriebssystems für einen ausgewählten Zeitraum erhöht wird, so dass das elektrische Antriebssystem für die ausgewählte Zeitspanne die kontinuierlichen Leistungsgrenzen einer oder mehrerer Komponenten des elektrischen Antriebssystems überschreiten kann. Die eine oder mehrere Komponenten des elektrischen Antriebssystems, die mindestens einen von einem Elektromotor, einer Energiespeichervorrichtung und einer elektrischen Steuerung beinhalten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass bestimmt wird, ob sich das Seeschiff in Erwiderung auf eine Drosselklappenstellung, eine Wassergeschwindigkeit, einen Deckwinkel, einen Tiefgang, einen Gleichgewichtslagenwinkel, ein geschätztes Widerstandsprofil und eine geschätzte Lastmasse im Gleiten befindet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass bestimmt wird, ob im elektrischen Antriebssystem genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um in Erwiderung auf einen Stromverlaufsformalgorithmus, eine verfügbare Leistungsschätzung, eine Strombegrenzungsanforderung, eine zum Erreichen der Gleitgeschwindigkeit erforderliche Energie und eine zum Erreichen der Gleitgeschwindigkeit erforderliche Leistung zu erreichen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Operationen ferner beinhalten, dass eine Leistungsabgabe, die für den ausgewählten Zeitraum ansteigt, in Erwiderung auf ein Sollbeschleunigungsprofil, eine Wassergeschwindigkeit, eine über ein globales Positionierungssystem bestimmte Geschwindigkeit, einen Tiefgang, ein geschätztes Widerstandsprofil und eine geschätzte Lastmasse bestimmt wird.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder alternativ dazu können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Vorgänge ferner beinhalten, dass die Leistung des elektrischen Energiesystems nach Ablauf der gewählten Zeitspanne verringert wird, so dass die eine oder die mehreren Komponenten des elektrischen Antriebssystems die Dauerleistungsgrenzen nicht mehr überschreiten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Operationen ferner beinhalten, dass die Leistung des Elektromotors für das Reisen im Gleiten angepasst ist und eine Gleichgewichtslage für einen effizienten Gleitwinkel eingestellt ist, wenn bestimmt wird, dass sich das Seeschiff im Gleiten befindet.
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Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen exemplarisch nur in der folgenden Detailbeschreibung, die sich auf die Figuren bezieht:
- 1 ist ein Blockdiagramm eines Seeschiffes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Algorithmus zum Gleiten des Seeschiffes von 1 mit einem Übersteuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Es ist zu verstehen, dass in den Figuren entsprechende Bezugszeichen gleichartige oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf Verarbeitungsschaltungen, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (shared, dedicated oder group) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten beinhalten können, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hierin in Bezug auf funktionale und/oder logische Blockkomponenten und verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass solche Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert werden können, die zur Ausführung der angegebenen Funktionen eingerichtet sind. Beispielsweise können exemplarische Ausführungsformen verschiedene integrierte Schaltungskomponenten (z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen) verwenden, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte ausführen können. Darüber hinaus werden Fachkräfte zu schätzen wissen, dass exemplarische Ausführungsformen in Verbindung mit beliebig vielen Steuerungssystemen praktiziert werden können und dass die hierin beschriebenen Fahrzeugsysteme lediglich exemplarische Ausführungsformen sind.
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Der Kürze halber können konventionelle Techniken der Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Steuerung und andere funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen Bedienkomponenten der Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben werden. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen Abbildungen dargestellten Verbindungslinien exemplarische Funktionsbeziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es ist zu beachten, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in verschiedenen Ausführungsformen vorhanden sein können.
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Typische Seeschiffe benötigen viel Kraft, um die Zugkräfte zu überwinden und auf eine Gleitposition zu beschleunigen. Die Leistung, die benötigt wird, um das Seeschiff auf die Gleitposition zu beschleunigen, bestimmt oft die Größe des Seeschiffsantriebs. Die Leistung, die benötigt wird, um das Seeschiff auf die Gleitposition zu beschleunigen, ist oft größer als die Leistung, die benötigt wird, um in der Gleitposition zu fahren. Daher sind Seeschiffsantriebssysteme oft überdimensioniert, um mit einer Gleitgeschwindigkeit zu fahren. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zielen darauf ab, einem elektrischen Seeschiffsantriebssystem mit geringerer Leistung zu ermöglichen, vorübergehend eine höhere Leistung abzugeben, um eine Gleitposition zu erreichen, an der die Leistung dann auf die kontinuierliche Grenze des Antriebssystems reduziert wird, an der das Seeschiff effizient im Gleiten fahren kann.
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Unter Bezugnahme nun auf 1, ein Seeschiff 10, das einen Rumpf 12 aufweist. Das Seeschiff 10 beinhaltet ein elektrisches Antriebssystem 30, das funktional mit einem drehbaren Propellersystem 14 zum Bewegen des Rumpfes 12 verbunden ist. Das elektrische Antriebssystem 30 beinhaltet einen Elektromotor 40, eine elektronische Steuerung 50 und eine Energiespeichervorrichtung 80. Es ist zu beachten, dass, obwohl bestimmte Systeme in den schematischen Blockdiagrammen separat definiert sind, jedes oder eines der Systeme anderweitig kombiniert oder durch Hard- und/oder Software getrennt werden kann. Der Elektromotor 40 ist funktional mit dem drehbaren Propellersystem 14 verbunden. Der Elektromotor 40 kann über ein Getriebe 17 funktional mit dem drehbaren Propellersystem 14 verbunden sein. Das Getriebe 17 kann eine Antriebswelle beinhalten, die sich vom Elektromotor 40 bis zum drehbaren Propellersystem 14 erstreckt. Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen nicht auf ein Antriebswellen-Getriebesystem beschränkt sind und die hierin offenbarten Ausführungsformen mit anderen Getriebesystemen verwendet werden können, die einen Elektromotor 40 mit dem drehbaren Propellersystem 14 verbinden. Das drehbare Propellersystem 14 kann ein eigenes internes Getriebe beinhalten (der Einfachheit halber nicht dargestellt), um die Drehung des Getriebes 17 in die Drehung eines Propellers 19 umzuwandeln. Das drehbare Propellersystem 14 kann eine Gleichgewichtslagenvorrichtung 21 beinhalten, die eingerichtet ist, um einen Anstellwinkel des Propellers 19 einzustellen, und kann den Propeller entweder nach oben 23 oder nach unten 25 trimmen. Es versteht sich, dass das Seeschiff 10 auch andere Vorrichtungen beinhalten kann, die dazu beitragen können, das Seeschiff 10 zu trimmen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Trimmklappen auf dem Boden des Rumpfes 12 oder einer ähnlichen Gleichgewichtslagenvorrichtung, die dem Fachmann bekannt ist.
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Der Elektromotor 40 kann elektrisch mit einer Energiespeichervorrichtung 80 verbunden und von dieser versorgt werden. Die Energiespeichervorrichtung 80 kann ein Batteriesystem (z.B. eine Batterie oder eine Batteriebank), eine Brennstoffzelle, eine Durchflussbatterie und andere Vorrichtungen sein, die elektrische Energie speichern und abgeben können. In einer Ausführungsform kann die Energiespeichervorrichtung 80 ein Batteriesystem beinhalten, das mehrere Batterien verwenden kann, die in Batteriebanken organisiert sind. Die Energiespeichervorrichtung 80 ist elektrisch mit mindestens einem der Elektromotoren 40 und der elektronischen Steuerung 50 verbunden und kann direkt mit dem Elektromotor 40 oder über die elektronische Steuerung 50 mit dem Elektromotor 40 verbunden sein.
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Das Sensorsystem 70 kann eine Vielzahl von Sensoren 70A, 70B, 70C, 70D, 70E, 70F, 70G, 70G, 70H beinhalten, die sich an verschiedenen Stellen im gesamten Seeschiff 10 befinden. Die Sensoren 70A-70H können in drahtgebundener und/oder drahtloser Kommunikation mit der elektronischen Steuerung 50 stehen. Das Sensorsystem 70 kann einen Sensor 70A beinhalten, der eingerichtet ist, um die Antriebsleistung des drehbaren Propellersystems 14 zu erfassen. In einer Ausführungsform kann der Sensor 70A nicht erforderlich sein und die Antriebsleistung kann ein berechnetes Signal sein, das aus den erfassten Eingängen innerhalb der elektronischen Steuerung 50 bestimmt wird. Das Sensorsystem 70 kann auch einen Sensor 70B beinhalten, um einen Verkleidungswinkel des Seeschiffes 10 zu erfassen. Das Sensorsystem 70 kann einen Sensor 70C beinhalten, um Betriebsdaten des Elektromotors 40 zu erfassen, wie z.B. Umdrehungen pro Minute, Temperatur, etc. Das Sensorsystem 70 kann einen Sensor 70D beinhalten, um Betriebsdaten der Energiespeichervorrichtung 80 zu erfassen, wie beispielsweise Spannung, Strom und Temperatur jeder Batterie „Zelle“ innerhalb der Energiespeichervorrichtung. Aus der erfassten Spannung, dem Strom und der Temperatur jeder Batteriezelle der Energiespeichervorrichtung 80 kann ein Ladezustand der Energiespeichervorrichtung, ein Zustand der Energiespeichervorrichtung und eine Temperatur der Energiespeichervorrichtung bestimmt werden. Das Sensorsystem 70 kann einen Sensor 70E beinhalten, um einen Deckswinkel eines Decks 15 des Seeschiffes 10 zu erfassen. Das Deck 15 kann eine Ebene etwa parallel zur X-Achse XI und Y-Achse Y1 bilden, wenn sich das Seeschiff 10 im Gleiten befindet. Das Deck 15 kann auch etwa senkrecht zur Z-Achse Z1 stehen, wenn sich das Seeschiff 10 im Gleiten befindet. Der Sensor 70E kann eingerichtet werden, um den Deckwinkel entlang der X-Achse XI und der Y-Achse Y1 zu messen. Das Sensorsystem 70 kann einen Sensor 70F beinhalten, um eine Wassergeschwindigkeit des Seeschiffes 10 zu erfassen. Das Sensorsystem 70 kann einen Sensor 70G beinhalten, um die Parameter des Global Positioning System (GPS) des Seeschiffes 10 zu erfassen, die unter anderem eine GPS-Landgeschwindigkeit des Seeschiffes 10, Wasserflussrichtungen, Wetter oder andere ähnliche GPS-Parameter beinhalten können, die einem der Fachkräfte bekannt sind. Das Sensorsystem 70 kann einen Sensor 70H beinhalten, um einen Tiefgang des Seeschiffes 10 zu erfassen.
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Die elektronische Steuerung 50 weist einen Speicher 54 und einen Prozessor 52 auf, der einen gespeicherten Algorithmus 60 zum Gleiten des Seeschiffes 10 ausführt, wobei eine Kombination aus Sensordaten des Sensorsystems 70 und Steuereingaben von einem Steuereingabefeld 27 verwendet wird. Die elektronische Steuerung 50 beinhaltet ein oder mehrere Steuermodule mit einem oder mehreren Prozessoren 52 und einem greifbaren, nichtflüchtigen Speicher (z.B. Readonly-Speicher (ROM)), ob optisch, magnetisch, flash oder anderweitig. Die elektronische Steuerung 50 kann auch ausreichende Mengen an Speicher 54 beinhalten, wie beispielsweise Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) und dergleichen, sowie eine Hochgeschwindigkeits-Taktgeber-, Analog-Digital-(A/D) und Digital-Analog- (D/A) Schaltung, sowie Ein-/Ausgabeschaltungen und Vorrichtungen (I/O), sowie entsprechende Signalkonditionierungs- und Pufferschaltung.
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Es ist zu beachten, dass die elektronische Steuerung 50 als eine einzelne oder verteilte Steuervorrichtung eingerichtet werden kann, die elektrisch mit dem Sensorsystem 70, dem Elektromotor 40, dem Getriebe 17, dem drehbaren Propellersystem 14 und verschiedenen Seeschiffskomponenten, einschließlich der Sensoren 70A-70H, zum Senden und Empfangen elektrischer Signale für die ordnungsgemäße Ausführung des Algorithmus 60 verbunden oder anderweitig in eine fest verdrahtete oder drahtlose Kommunikation gebracht ist. Die elektronische Steuerung 50 kann eine Host-Maschine oder ein verteiltes System (z.B. ein Computer wie ein digitaler Computer oder Mikrocomputer) sein, das als Seeschiffssteuermodul und/oder als proportionale integrierte Ableitungs(PID)-Steuervorrichtung mit einem Prozessor und einem greifbaren, nicht-flüchtigen, computerlesbaren Speicher wie Nur-Lese-Speicher (ROM) oder Flash-Speicher dient. Daher kann die Steuerung 50 alle Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren usw. beinhalten, die zur Überwachung und Steuerung des Seeschiffes 10 erforderlich sind. Somit können eine oder mehrere von der Steuerung 50 ausgeführte Steuerungsmethoden als Software oder Firmware, die der Steuerung 50 zugeordnet ist, ausgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die Steuerung 50 auch jede Vorrichtung beinhalten kann, die in der Lage ist, Daten von verschiedenen Sensoren 70A-70H zu analysieren, Daten zu vergleichen und Entscheidungen zu treffen, die erforderlich sind, um zu überwachen, wann das Seeschiff 10 versucht zu Gleiten und die Leistung vorübergehend zu erhöhen, um die Widerstandskräfte des Wassers zu überwinden und das Boot auf zum Gleiten zu bringen. Darüber hinaus kann die elektronische Steuerung 50 in verschiedenen Ausführungsformen eingerichtet werden, um eine Elektromotorsteuerung, eine drehbare Propeller-Systemsteuerung und andere Steuerungen an Bord oder außerhalb des Seeschiffes 10 zu beinhalten.
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Das Seeschiff 10 kann ein Bedienfeld 27 beinhalten, das es einer Person (d.h. einem Kapitän) ermöglicht, das Seeschiff 10 zu steuern, um Steuerbefehle an eine Steuerung 50 einzugeben. Die Steuerung 50 kann die Steuerbefehle empfangen, die Steuerbefehle in Erwiderung auf Daten aus dem Sensorsystem 70 anpassen und dann die eingestellten Steuerbefehle an den Elektromotor 40 und/oder das drehbare Propellersystem 14 übertragen. Eine Person, die das Seeschiff 10 steuert, kann auch eine Eingabe in das Bedienfeld 27 eingeben, die angibt, dass sich eine andere Person im Schlepptau des Seeschiffes 10 befindet (d.h. ein anderes Seeschiff oder eine andere Röhre), die als Eingang für den wählbaren Modus des Kapitäns bezeichnet werden kann. Die Person, die das Seeschiff steuert, kann anzeigen, dass eine andere Person durch einen vom Kapitän wählbaren Modusschalter am Steuereingangsfeld 27 im Schlepptau ist.
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Unter Bezugnahme auf 2, mit weiterem Bezug auf 1, wird ein Planungssystem 300 zum Gleiten des Seeschiffes 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Planiersystem 300 auf dem Seeschiff 10 beinhaltet verschiedene Sensoren 70A-70H und beinhaltet die Steuerung 50, die Eingangssignale von den Sensoren 70A-70H empfängt, so dass der Prozessor 24 den gespeicherten Algorithmus 60 ausführen kann, der als verschiedene Module dargestellt wird, wobei jeder Aspekt der Modellierung des Seeschiffsbetriebs auf den Sensoreingaben basiert. Obwohl nur acht Sensoren 70A-70H dargestellt sind, können viele weitere Sensoren in das Hobelsystem 300 integriert werden. Basierend auf den Eingaben der Sensoren 70A-70H kann die Steuerung 50 verschiedene Betriebseigenschaften des Seeschiffes 10 wie hierin beschrieben schätzen oder berechnen.
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Der Algorithmus 60 beginnt mit dem Bestimmen eines geschätzten Widerstandsprofils 131 und einer geschätzten Lastmasse 132 in Echtzeit unter Verwendung eines erweiterten Kalmanfilters (EKF) 160. Das geschätzte Widerstandsprofil 131 ist eine Schätzung des Widerstands, der durch den Rumpf 12 des Seeschiffes 10 erfahren wird. Die geschätzte Last 132 ist eine Schätzung des Gesamtgewichts von Personen und Ladung auf dem Seeschiff 10. Der Algorithmus 60 bestimmt mindestens eines des geschätzten Widerstandsprofils 131 und der geschätzten Lastmasse 132 in Erwiderung auf mindestens eine der Definitionen eines Widerstandsmodells 111, einer Wassergeschwindigkeit 112, einer Vortriebsleistung 113, einer Tiefgang 114, einem vom Kapitän wählbaren Modusschaltereingang 115, einem Deckwinkel 116 und einem Neigungswinkel 118. Die Definition des Widerstandsmodells 111 kann ein Standard-Zugmodell für das spezifische Seeschiff 10 sein. Die vom Sensor 70F erfasste Wassergeschwindigkeit 112 kann die Geschwindigkeit des Seeschiffes 10 im Verhältnis zur Wassergeschwindigkeit sein, durch die das Seeschiff 10 fährt. Die Wassergeschwindigkeit 112 kann in Echtzeit erfasst werden. Die Antriebsleistung 113 kann die Antriebsleistung des durch den Sensor 70A erfassten drehbaren Propellersystems 14 oder ein berechnetes Signal sein, das hierin erläutert wird. Die Antriebsleistung 113 kann in Echtzeit erfasst werden.
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Die Tiefgang 114 kann vom Sensor 70H erfasst werden. Die Tiefgang 114 kann in Echtzeit erfasst werden. Der Deckswinkel 116 kann vom Sensor 70E erfasst werden. Der Deckswinkel 116 kann in Echtzeit erfasst werden. Der Gleichgewichtslagenwinkel 118 kann vom Sensor 70B erfasst werden. Der Gleichgewichtslagenwinkel 118 kann in Echtzeit erfasst werden. Der Eingang 115 des wählbaren Modusschalters des Kapitäns kann in Echtzeit vom Bedienfeld 27 empfangen werden.
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Der Algorithmus 60 pflegt und aktualisiert das geschätzte Widerstandsprofil 131 und die geschätzte Lastmasse 132, indem er Daten aus mehreren Quellen unter Verwendung des EKF 160 integriert. Der EKF 160 ist ein nichtlinearer Filter auf Basis rekursiver Bayesscher Filter. Rekursive Bayessche Filter, auch als Rekursive Bayessche Schätzung bezeichnet, ersetzen im Wesentlichen den hinteren Teil einer Schätzung in die vorherige Position, um einen neuen hinteren Teil bei einer neuen Schätzungsiteration zu berechnen. Ein EKF ist ein häufig verwendetes Werkzeug, das es ermöglicht, einen nicht messbaren Aspekt eines definierten Systems basierend auf anderen messbaren Eingaben zu schätzen.
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Die Aktualisierungen des geschätzten Widerstandsprofils 131 und der geschätzten Lastmasse 132 können kontinuierlich und in Echtzeit an ein Übersteuerverfahren 200 übermittelt werden. Das Übersteuerungsverfahren 200 kann eine vorübergehende Erhöhung der Leistung des elektrischen Antriebssystems 30 ermöglichen, wenn das Seeschiff 10 versucht, für eine effiziente Fahrt in das Gleiten zu steigen. Die vorübergehende Leistungssteigerung wird als Übersteuerung bezeichnet und diese Überschreitung tritt nur für einen ausgewählten Zeitraum auf, um Komponenten des elektrischen Antriebssystems 30 nicht zu beschädigen. Das Übersteuerverfahren 200 beginnt bei Block 210, wobei eine Befehlseingabe, die ein Gas geben erfordert, erkannt wird. Der Anstieg der Drosselklappe kann am Bedienfeld 27 erkannt werden. Sobald bei Block 210 ein Gas geben erkannt wird, fährt das Übersteuerverfahren 200 zu Block 220 über, wobei der Algorithmus 60 erkennt, ob sich das Seeschiff 10 in Erwiderung auf die Drosselklappenstellung 119, die Wassergeschwindigkeit 112, den Deckwinkel 116, die Tiefgangstiefe 114, den Drehwinkel 118, das geschätzte Tiefgangsprofil 131 und die geschätzte Lastmasse 132 im Gleiten befindet. Wenn bei Block 220 bestimmt wird, dass sich das Seeschiff 10 im Gleiten befindet, dann bewegt sich das Übersteuerungsverfahren 200 auf Block 230, um das Übersteuern zu deaktivieren und die Gleichgewichtslage auf einen effizienten Gleitwinkel einzustellen.
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Wenn bei Block 220 bestimmt wird, dass sich das Seeschiff 10 nicht im Gleiten befindet, dann bewegt sich das Übersteuerungsverfahren 200 auf Block 240, um zu bestimmen, ob in der Energiespeichervorrichtung 80 genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um zur Gleitgeschwindigkeit zu gelangen. Der Algorithmus 60 bestimmt, ob genügend Leistung und Energie vorhanden ist, um in Erwiderung auf einen Stromverlaufsformalgorithmus 141, eine verfügbare Leistungsschätzung 142 der Energiespeichervorrichtung 80, Strombegrenzungsanforderungen 143, Energie, die benötigt wird, um die Gleitgeschwindigkeit 144 zu erreichen, und die Leistung, die benötigt wird, um die Gleitgeschwindigkeit 145 zu erreichen.
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Der Algorithmus 141 zur Stromgeschichte kann das Überwachen eines quadrierten (RMS) elektrischen Stroms über eine Vielzahl von Zeitfenstern beinhalten, die den Zeitfenstern entsprechen, auf denen auch die Strombegrenzungsanforderungen 143 basieren. Der Algorithmus 141 zur Stromgeschichte kann auch das Überwachen eines durchschnittlichen elektrischen Stroms über dieselben Zeitfenster wie der elektrische RMS-Strom beinhalten. Für jede Komponente des elektrischen Antriebssystems 30, einschließlich der Energiespeichervorrichtung 80, der elektronischen Steuerung 50 und des Elektromotors 40, kann ein Algorithmus 141 zur Stromgeschichte vorliegen. Die verfügbare Leistungsschätzung 142 ist eine Schätzung der verfügbaren Leistung innerhalb der Energiespeichervorrichtung 80.
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Die Anforderungen an die Strombegrenzung 143 (z.B. die RMS- und Durchschnittsbegrenzung) werden in der Regel über bestimmte Zeitfenster definiert. Es kann eine Strombegrenzungsanforderung 143 für jede Komponente des elektrischen Antriebssystems 30 einschließlich der Energiespeichervorrichtung 80, der elektronischen Steuerung 50 und des Elektromotors 40 bestehen. So kann beispielsweise eine Zelle der Energiespeichervorrichtung 70D 5 Sekunden lang 100 Ampere Entladestrom liefern, aber nur 10 Sekunden lang 50 Ampere Entladestrom. Eine „kontinuierliche“ Nennleistung für eine Zelle kann nur 5 Ampere Entladestrom betragen. Diese Grenzwerte müssen durch Software- oder Hardware-Design so festgelegt werden, dass sie nie überschritten werden dürfen. Werden diese Grenzwerte überschritten, besteht die Gefahr einer dauerhaften Beschädigung der Zellen des Energiespeichers 80. Ähnliche Strombegrenzungsanforderungen 143 können für die elektronische Steuerung 50 und den Elektromotor 40 bestehen.
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Die Energie, die benötigt wird, um die Gleitgeschwindigkeit 144 zu erreichen, ist die Gesamtmenge an Energie, die benötigt wird, um von einer aktuellen Wassergeschwindigkeit eines Seeschiffes 10 zu einer Gleitgeschwindigkeit des Seeschiffes 10 zu gelangen. Das vorteilhafte Bestimmen der Energie, die benötigt wird, um die Gleitgeschwindigkeit 144 zu erreichen, ermöglicht einen Vergleich zwischen dem Stromverlaufsformalgorithmus 141 und den aktuellen Grenzwertanforderungen 143, um zu bestimmen, ob die Energiespeichervorrichtung 70D in der Lage ist, die erforderliche Energie über den ausgewählten Zeitraum bereitzustellen, der für die Durchführung des Übersteuerns erforderlich ist. Die Leistung, die benötigt wird, um die Gleitgeschwindigkeit 145 zu erreichen, ist die momentane Spitzenleistung, die der Elektromotor 40 benötigt, um die Gleitgeschwindigkeit zu erreichen.
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Wenn bei Block 240 nicht genügend Leistung oder Energie zur Verfügung steht, um die Gleitgeschwindigkeit zu erreichen, bewegt sich das Übersteuerungsverfahren 200 auf Block 250, um das Übersteuern zu deaktivieren. Wenn bei Block 240 genügend Leistung und Energie zur Verfügung steht, um die Gleitgeschwindigkeit zu erreichen, bewegt sich das Übersteuerverfahren 200 auf Block 260, um ein Übersteuern zu ermöglichen. Bei Block 260 wird das Übersteuern aktiviert und die Übersteuerungsparameter werden in Erwiderung auf ein Sollbeschleunigungsprofil 146, die Wassergeschwindigkeit 112, eine GPS-Geschwindigkeit 148, die Tiefgang 114, das geschätzte Widerstandsprofil 131 und die geschätzte Lastmasse 132 bestimmt. Das Sollbeschleunigungsprofil 146 ist eine Kalibrierung, die ein spezifisches Beschleunigungsprofil gegenüber der Wassergeschwindigkeit definiert, das so gewählt wurde, dass es dem Kapitän und den Passagieren des Seeschiffes 10 ein glattes, natürliches „Gefühl“ vermittelt. Vorteilhafterweise kann das Sollbeschleunigungsprofil 146 den Betrieb des Übersteuerungsverfahrens 200 für den Kapitän und die Passagiere des Seeschiffes 10 verbergen und eine gleichbleibende Betriebsweise während des Übersteuerungsverfahrens 200 ermöglichen.
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Die Nachlaufparameter können die für das Nachlaufereignis zulässige Leistung und die geschätzte Gleitzeit beinhalten. Ebenfalls bei Block 260 wird die Leistung des elektrischen Antriebssystems 30 für einen ausgewählten Zeitraum erhöht, so dass eine oder mehrere der Komponenten des elektrischen Antriebssystems 30 für die gewählte Zeitdauer kontinuierliche Leistungsgrenzen für eine oder mehrere Komponenten des elektrischen Antriebssystems 30 überschreiten dürfen. Der gewählte Zeitraum kann der Zeitraum sein, in dem der Elektromotor 40 vorübergehend die Dauerleistungsgrenzen der einen oder mehreren Komponenten überschreiten darf, ohne die eine oder die mehreren Komponenten zu beschädigen. Die Dauerleistungsbegrenzungen können jede Betriebsbeschränkung des Elektromotors 40, der elektronischen Steuerung 50 oder der Energiespeichervorrichtung 80 beinhalten, wie beispielsweise das Drehmoment des Elektromotors 40, die Drehzahl des Elektromotors 40, den Strom einer beliebigen Komponente des elektrischen Antriebssystems 30, die Spannung einer beliebigen Komponente des elektrischen Antriebssystems 30 oder eine andere Betriebsbeschränkung einer beliebigen Komponente des elektrischen Antriebssystems 30, die zu einer Beschädigung dieser Komponente führen kann, wenn die Betriebsbeschränkung länger als einen bestimmten Zeitraum überschritten wurde.
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Das Übersteuerverfahren 200 geht dann zu Block 270 über, um zu bestimmen, ob eine geschätzte Zeit bis zur Ebene überschritten wurde. Wenn bei Block 270 die geschätzte Gleitzeit nicht überschritten wird, kehrt das Nachlaufverfahren 200 zu Block 220 zurück. Wenn bei Block 270 die geschätzte Zeit bis zur Ebene überschritten wird, geht das Nachlaufverfahren 200 zu Block 280 über, wo das Nachlaufverfahren 200 verlassen wird.
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Wie vorstehend beschrieben, können Ausführungsformen in Form von prozessorimplementierten Prozessen und Vorrichtungen zum Üben dieser Prozesse, wie beispielsweise einem Prozessor, vorliegen. Ausführungsformen können auch in Form von Computerprogrammcode vorliegen, der Anweisungen enthält, die in greifbaren Medien verkörpert sind, wie Netzwerk-Cloud-Speicher, SD-Karten, Flash-Laufwerke, CD-ROMs, Festplatten oder andere computerlesbare Speichermedien, wobei, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen und von einem Computer ausgeführt wird, der Computer zu einer Vorrichtung zum Üben der Ausführungsformen wird. Ausführungsformen können auch in Form von Computerprogrammcode vorliegen, beispielsweise ob sie in einem Speichermedium gespeichert, in einen Computer geladen und/oder ausgeführt oder über ein Übertragungsmedium übertragen, in einen Computer geladen und/oder ausgeführt oder über ein Übertragungsmedium übertragen werden, ob sie in einen Computer geladen und/oder ausgeführt werden, ob sie über ein Übertragungsmedium übertragen werden, wie beispielsweise über eine elektrische Verkabelung oder Verdrahtung, über Glasfaser oder über elektromagnetische Strahlung, wobei der Computer, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen und von diesem ausgeführt wird, zu einer Vorrichtung zum Üben der Ausführungsformen wird. Wenn sie auf einem universellen Mikroprozessor implementiert sind, konfigurieren die Computerprogrammcode-Segmente den Mikroprozessor so, dass er spezifische Logikschaltungen erstellt.
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Der Begriff „etwa“ soll den Grad des Fehlers beinhalten, der mit der Messung der jeweiligen Menge auf der Grundlage der zum Zeitpunkt der Antragstellung vorhandenen Ausrüstung verbunden ist.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nichts anderes anzeigt. Es wird weiter verstanden, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elementkomponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Obwohl die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, wird von den Fachleuten verstanden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente durch Elemente davon ersetzt werden können, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass sich die vorliegende Offenbarung nicht auf die einzelnen offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern alle in den Anwendungsbereich fallenden Ausführungsformen umfasst.
