ES2856773T3

ES2856773T3 - Método y dispositivo para controlar la propulsión de un vehículo que incluye un motogenerador eléctrico a propulsión

Info

Publication number: ES2856773T3
Application number: ES19157569T
Authority: ES
Inventors: Alessio Canepa; Boot Marco Aimo; Alessandro Bernardini
Original assignee: Iveco SpA
Current assignee: Iveco SpA
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: EP3527455A1; EP3527455B1; IT201800002779A1

Abstract

Método para controlar la propulsión de un vehículo que comprende un motogenerador eléctrico y un pedal del acelerador y un sensor relacionado conectado al mismo para detectar una inclinación del pedal del acelerador, en el que una curva de par (EMTrq) entregado/absorbido por el motogenerador eléctrico es una función (F(AccPed%, p)) de dos variables, en el que una primera variable coincide con dicha inclinación de dicho pedal del acelerador y una segunda variable coincide con un momento (p) actual del vehículo híbrido, en el que dicha curva de par tiene una derivada parcial, con respecto a dicha inclinación del pedal del acelerador (AccPed%), lineal en un dominio completo relacionado (0% - 100%) y dicho dominio es continuo entre una condición de liberación completa (0%) del pedal del acelerador y una condición de bajada total (100%) del pedal del acelerador.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y dispositivo para controlar la propulsión de un vehículo que incluye un motogenerador eléctrico a propulsión Campo técnico de la invención

La invención se refiere al campo de métodos y dispositivos para controlar la propulsión de un vehículo híbrido térmico/eléctrico o simplemente híbrido, tal como se da a conocer en los documentos US2002/183161 A1, US2012/130572 A1, US2006287798 A1, EP2907686 A1, US2016/059703 A1, YUS2009/298641 A1 o US2016129809 A1.

Estado de la técnica

Los vehículos híbridos "paralelos" están provistos de un motor de combustión interna y de un motogenerador eléctrico, que están conectados a la transmisión del vehículo. Pueden utilizar tanto uno como ambos para conducir el vehículo. El motogenerador eléctrico funciona con baterías, que pueden cargarse por medio de un cargador externo, o por el propio motogenerador, cuando actúa como un freno motor en vez de utilizarse para acelerar el vehículo. Cuando el motogenerador eléctrico se utiliza para frenado motor, normalmente realiza un denominado "frenado regenerativo". Se aprovecha la inercia del vehículo con el fin de cargar las baterías del vehículo cuando el pedal del acelerador se libera completa o parcialmente, incluso sin actuar sobre el pedal de freno.

Además de aceleración y frenado regenerativo, hay una condición de liberación parcial del acelerador, normalmente definida como "punto muerto", en la que el vehículo se ralentiza y el motor eléctrico no proporciona ni par de impulsión ni par de resistencia.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un método y a un dispositivo relacionado para controlar la propulsión de un vehículo híbrido paralelo, que están diseñados para mejorar la comodidad de conducción, sin comprometer el proceso de carga de la batería del vehículo.

La idea en la que se basa la invención es la de modular, dependiendo del momento actual del vehículo, la curva que describe el par entregado/absorbido por el motogenerador eléctrico en función de la posición del pedal del acelerador. Como se sabe, dicho momento es el producto de la velocidad y de la masa del vehículo.

Tras haber adquirido una masa total del vehículo y haber impuesto un valor de velocidad constante del vehículo, la curva mencionada anteriormente es una línea recta en un intervalo de presión del pedal del acelerador [0 - 100], que cruza el eje de ordenadas en un punto denominado "término conocido". Este punto, según la invención, puede moverse a lo largo del eje de ordenadas dependiendo del momento del vehículo.

Para cada posición posible de este punto a lo largo del eje de ordenadas, se identifica una línea recta, que lo une al punto que corresponde a la máxima potencia entregable por el motor eléctrico y a la inclinación máxima del pedal del acelerador. Según una variante preferida de la invención, los momentos del vehículo se discretizan a través de umbrales que identifican un número predeterminado de términos conocidos.

Dado que la velocidad del vehículo se adquiere instante por instante y contribuye a la variación del par mencionado anteriormente, entonces, cuando el vehículo desacelera, a medida que se ralentiza, el par entregado/absorbido varía, incluso si el pedal del acelerador se mantiene en una posición constante, cambiando entre las líneas rectas mencionadas anteriormente que corresponden a los umbrales de momento mencionados anteriormente, que identifican los puntos de intersección mencionados anteriormente en el eje de ordenadas.

Los umbrales de velocidad pueden elegirse de modo que sean tan cercanos como se desea.

Esta función se define preferiblemente, según la invención, tanto durante la fase de desaceleración como en la fase de aceleración del vehículo.

La invención encuentra aplicación en vehículos eléctricos, híbridos en serie, híbridos paralelos, multimodales, de deslizamiento de potencia o de células de combustible.

Las reivindicaciones describen realizaciones preferidas de la invención, formando por tanto una parte integral de la descripción.

Breve descripción de las figuras

Objetos y ventajas adicionales de la invención se comprenderán mejor mediante la lectura de la siguiente descripción detallada de una realización de la misma (y de variantes relacionadas) con referencia a los dibujos adjuntos que muestran meramente ejemplos no limitativos, en los que:

• la figura 1 indica una curva de par relacionada con una primera estrategia para controlar el motogenerador eléctrico según la invención;

• la figura 2 muestra un desarrollo de un parámetro implementado para el cálculo analítico de la función de par según la estrategia de la figura 1.

Descripción detallada de las realizaciones

A continuación en el presente documento se describe el método según la invención, permitiendo dicho método un control continuo del par entregado/absorbido por el motogenerador eléctrico.

La figura 1 muestra un diagrama de la curva de par EMT rq, que es positiva cuando el motogenerador eléctrico actúa como un motor y negativa cuando actúa como un generador eléctrico. Dicho par positivo o negativo lo entrega el motogenerador eléctrico en función de una posición del pedal del acelerador ACCPed, también indicado en términos de porcentaje con el símbolo AccPed%, y en función del momento p actual del vehículo: F(AccPed%, p).

El par máximo positivo entregable se indica en las figuras con MaxBoostTrq. Se entrega cuando el pedal del acelerador se baja completamente, es decir cuando alcanza su inclinación máxima.

La figura 1 muestra líneas rectas de entrega de par diferenciadas diferentes en función de los umbrales de momento del vehículo.

El momento p, como se sabe, viene dado por el producto de la velocidad v (Velocidad) del vehículo por la masa m del vehículo.

Todas las líneas rectas tienen un extremo en el punto Pmax con las coordenadas [100%, MaxBoostTrq].

La figura muestra un plano en el que el eje de abscisas indica una inclinación del pedal del acelerador y el eje de ordenadas indica un par entregado o absorbido por el motogenerador eléctrico.

Se identifica con un primer punto Pmax que tiene las coordenadas

• bajada total (100%) del pedal del acelerador y

• par máximo positivo (MaxBoostTrq) entregable por el motogenerador eléctrico.

Cada línea recta identifica un segundo punto Q que tiene las coordenadas

• liberación total (0%) del pedal del acelerador e

• intersección con el eje de ordenadas, que define una ordenada en el origen cero Q0 o negativa Q1, Q2, etc., en la que el módulo de dicha ordenada en el origen es proporcional a dicho momento actual.

El punto de intersección de dicha curva de par EMTrq con el eje de abscisas se encuentra en la línea semirrecta positiva del eje de abscisas y se mueve hacia valores crecientes proporcionalmente a dicho momento p actual del vehículo, es decir mientras este último aumenta.

Por tanto, la función F(AccPed%, p) se hace discreta, discretizando el momento actual, identificando el haz de líneas rectas mencionadas anteriormente que pasan por dicho primer punto Pmax hasta que cruzan dicho eje de ordenadas en el punto Q (Q1, Q2, etc.).

Por consiguiente, considerando dos intervalos de momentos diferentes, pueden obtenerse dos líneas rectas, una para cada intervalo, que expresan el par entregado/absorbido por el motor eléctrico y tienen coeficientes angulares y términos conocidos (intersecciones con el eje de ordenadas) respectivos que son diferentes entre sí.

Además, la región que corresponde al punto muerto, es decir EMTrq = 0, está ausente para valores de AccPed dentro de un intervalo dado y está presente con un solo valor de AccPed, es decir el punto en el que la línea recta cruza el eje de abscisas.

La masa del vehículo puede considerarse sustancialmente constante siempre que el vehículo esté en movimiento. Cada vez que el vehículo se detiene, pueden entrar y salir del vehículo bienes y personas. Por tanto, la masa del vehículo debe recalcularse o detectarse cada vez que el vehículo se detiene.

Según una variante preferida de la invención, la masa del vehículo debe calcularse o adquirirse cada vez que se abre una puerta o el capó. Evidentemente, las condiciones que llevan a un nuevo cálculo o adquisición de la masa del vehículo deben evaluarse caso por caso.

Por ejemplo, un vehículo pesado o una camioneta puede cargar o descargar bienes sin tener que abrir ninguna puerta o capó. Además, pueden descargar bienes incluso cuando están en movimiento.

La masa del vehículo puede adquirirse mediante sensores, por ejemplo células de carga dispuestas en las suspensiones. La masa del vehículo puede estimarse de cualquier forma.

Según una variante preferida de la invención, la masa del vehículo se obtiene mediante un filtro de mínimos cuadrados recursivo.

En particular, el filtro se usa para hallar la masa m expresada en kg empezando a partir de la primera ley del movimiento aplicada al vehículo:

F = m * a

En la que a representa la aceleración del vehículo, expresada en m/sA2, y F representa la resultante de las fuerzas que actúan sobre el vehículo, expresada en N.

Los componentes que afectan a la fuerza son:

- Aerodinámica del vehículo, que se conoce con antelación, rozamiento por rodadura de las ruedas y rozamientos internos, que pueden representarse con un polinomio de segundo grado: Ffr= C0 * m C1 * v C2 * vA2, en el que v es la velocidad del vehículo y los coeficientes C0, C1 y C2 son parámetros característicos del vehículo.

- La fuerza desarrollada por el motor para empujar el vehículo Fen = k * Ten, el que Ten representa el par, expresado en Nm, desarrollado por el motor eléctrico y k es un coeficiente para la conversión de par eléctrico en fuerza aplicada al vehículo. Dicho valor de par Ten generalmente se comunica, a través de una red CAN del vehículo, mediante el inversor.

- La fuerza de la gravedad que actúa sobre el vehículo a lo largo de caminos inclinados: Fsl = m * g * sen(a) en el que g es la aceleración de la gravedad y a es la pendiente del camino en relación a una superficie que es perpendicular a la fuerza de la gravedad.

Evidentemente, F = Fen - Ffr - Fsl.

Descomponiendo, el resultado es:

Si

A = (k * Ten - C1*v - C2 * VA2)

y

B = (a g*sen(a) C0), entonces la ecuación anterior puede escribirse como

A = m * B (2) Que es una ecuación linear, en la que los términos A y B cambian en el tiempo, durante el desplazamiento del vehículo, y siempre se conocen. En efecto, los datos de inclinación del vehículo, los datos de velocidad del vehículo y los datos referentes al par aplicado al motor eléctrico están normalmente disponibles en la red CAN del vehículo.

La naturaleza lineal de la ecuación (2) permite estimar m a través de un algoritmo de mínimos cuadrados recursivo. Este algoritmo estima m combinando los datos medidos en diferentes instantes de tiempo. La necesidad de estas mediciones múltiples se debe al hecho de que los datos de los sensores son extremadamente ruidosos. Además, esto permite filtrar interferencias externas, tales como viento y discontinuidades de la carretera.

La salida del filtro se inicializa preferiblemente con la masa media total prevista del vehículo, a continuación en el presente documento denominada mh, y se establece preferiblemente un nivel de incertidumbre tras esta inicialización por medio de la especificación de la varianza relativa.

Preferiblemente, las mediciones llevadas a cabo por medio de los sensores del vehículo y comprendidas en la ecuación (1) se filtran previamente con un filtro promedio de movimiento.

Con el fin de que la invención sea fácilmente entendible, el momento del vehículo se discretiza y se identifica una línea recta dentro de cada intervalo de momentos según la figura 1.

Evidentemente, la dinámica de la variación de la velocidad del vehículo es mayor que la dinámica de la variación de la masa del mismo y, por tanto, la velocidad afecta a la dinámica del momento en mayor medida.

Con referencia a la figura 1, se identifican tres líneas con un momento bajo "P bajo", un momento intermedio "P int." y un momento alto "P alto".

Usando una discretización de momentos muy pequeña, se genera un haz muy grueso de líneas rectas, que reproduce un comportamiento extremadamente suave del motogenerador eléctrico.

Primer ejemplo:

Suponiendo que está tratándose con un vehículo con un momento p alto, por ejemplo un vehículo completamente cargado a 100 km/h, lo que significa que la línea recta de par de referencia es la línea recta "P alto" de la figura 1, y que el pedal del acelerador se libera hasta alcanzar exactamente el punto de intersección de la línea recta de par "P alto" con el eje de abscisas.

En este punto, el motor está en modo de punto muerto y, por tanto, el vehículo se ralentiza porque el motor eléctrico no interviene de ninguna forma y no entrega par.

Suponiendo que la masa del vehículo es constante, cuando la velocidad s del vehículo cae por debajo de un umbral predeterminado, lo que activa la línea recta inferior mencionada anteriormente, el diagrama usa la línea recta intermedia de la figura 1. Esto implica que, aunque el pedal no se ha movido, el motogenerador empieza a entregar un par de frenado.

Segundo ejemplo:

Suponiendo que el vehículo está conduciéndose a una velocidad alta con una carga completa y que el pedal del acelerador está completamente liberado.

El par de resistencia generado por el motogenerador eléctrico cae proporcionalmente hasta la velocidad del vehículo, suponiendo que la masa permanezca constante, y dicho par de resistencia tiene a alcanzar un valor de cero a medida que el vehículo se detiene.

Esta estrategia identifica un haz de líneas rectas que pasan por el punto Pmax con coordenadas (100; MaxBoostTrq) y el coeficiente angular cambia en función del momento p actual del vehículo, es decir la masa actual estimada o medida multiplicada por la velocidad actual medida.

En particular, el coeficiente angular aumenta proporcionalmente al momento p del vehículo. Por tanto, la intersección de la línea recta con el eje de ordenadas también cambia proporcionalmente al momento p del vehículo.

Según la invención, el motogenerador eléctrico entrega un par negativo, cuyo módulo depende linealmente del momento p del vehículo y del porcentaje de inclinación del pedal del acelerador, dentro del intervalo, a lo largo del eje de abscisas, que oscila entre el punto de intersección de la línea recta de par con el eje de abscisas y cero.

La curva del par cruza el eje de ordenadas en el punto Q, que, en relación con umbrales de momento p predeterminados, asume valores Q0, Q1, Q2, etc. que tienen un valor negativo, que están indicados en la figura 1.

Se desea recordar que la discretización de p se sugirió solamente para el fin de un mejor entendimiento de la invención. De hecho, el par EMTrq y el punto Q pueden calcularse de manera continua, teniendo en cuenta el tiempo de muestreo de la unidad de control del motogenerador eléctrico.

Q0 puede tener un valor de cero. Esto resulta ser particularmente ventajoso cuando el vehículo se mueve muy lentamente, en una columna, a lo largo de una ligera pendiente.

En estas condiciones, el momento es bajo y no se entrega par negativo, ya que esto forzaría al conductor a presionar el pedal del acelerador con el fin de mover el vehículo. Por otro lado, la baja velocidad del vehículo no permitiría una recuperación significativa de energía útil.

Evidentemente, la función que identifica la curva de par EMTrq entregado/absorbido por el motogenerador eléctrico, según la invención, tiene una derivada parcial, en relación con la posición del pedal del acelerador AccPed, que es continua hasta la intersección con el eje de ordenadas, es decir hasta el punto de liberación completa del acelerador. Esto significa que no hay cúspides o líneas quebradas, siempre que los valores permanezcan dentro del mismo intervalo de momento p de vehículo donde se define dicha línea recta. Al ir de un intervalo de momento p a otro, hay un cambio entre las líneas rectas mostradas en la figura 1.

Según una variante preferida de la invención, el comportamiento del motogenerador eléctrico, que se muestra sistemáticamente en la figura 1, puede expresarse matemáticamente con la siguiente ecuación

EMtrq = p * AccPed% Q

y precisamente:

en la que el coeficiente angular depende del porcentaje de inclinación AccPed% del pedal del acelerador y de la variable dependiente MaxRegTrq, que es una función del momento p del vehículo.

El término conocido Q coincide con dicha variable dependiente MaxRegTrq y de forma similar permanece constante dentro de intervalos de momento p del vehículo contiguos, obteniendo así el haz de líneas rectas mostradas en la figura 1. En particular, MaxRegTrq viene dado por el producto de una función f(p), que tiene un valor que oscila entre 0 y 1, y MaxTrq. El símbolo f(p) indica "función del momento".

MaxTrq es negativo, generalmente depende de las características del inversor asociado con el motogenerador eléctrico para gestionar la transferencia de energía desde y hasta las baterías de almacenamiento del vehículo y representa, en términos mecánicos, un valor de par de frenado máximo entregable por el motogenerador eléctrico.

Destacar que MaxRegTrq es un parámetro variable, en la figura 1 se indica como dinámico.

De hecho, varía en función de la velocidad actual del vehículo (suponiendo que la masa es constante), identificando los módulos de los puntos Q0, Q1, Q2, etc...

Preferiblemente, esta variable dependiente MaxRegTrq también puede ser una función de otros factores, tales como KbattS y KbattT, obteniendo así una función de tres o más variables. Tanto KbattS como KbattT pueden tener un valor que oscila entre 0 y 1 y se refieren a las características de las baterías del vehículo conectadas al motogenerador eléctrico mediante el inversor.

La primera representa una función del estado de carga SOC y del estado de salud SOH, en particular KbattS = SOC*SOH/10A4. La segunda representa un factor correctivo, que es una función de la temperatura de las baterías. Estos factores correctivos KbattS y KbattT los proporcionan generalmente los proveedores de las baterías del vehículo. La figura 2 muestra un desarrollo del parámetro KbattT, que es una función de la temperatura del bloque de baterías que está conectado operativamente al motogenerador eléctrico.

Tiene un valor que oscila entre 0 y 1 con un desarrollo no linear, que identifica una concavidad orientada hacia abajo y un pico en el primer cuadrante del plano cartesiano de la figura 2.

Según la figura 1, los momentos p de un vehículo híbrido/eléctrico se dividen preferiblemente en tres intervalos caracterizados por un bajo momento (P bajo), que incluye un momento cero del vehículo, un momento intermedio (P int.) y un momento alto (P alto), que incluye el momento máximo que puede alcanzar el vehículo, es decir la velocidad máxima a plena carga.

Preferiblemente, este método puede implementarlo la unidad de gestión del vehículo UGV, que está interconectada con la unidad de control del vehículo UCV.

En algunas circunstancias, las dos unidades están integradas en una sola unidad de procesamiento.

El valor de MaxRegTrq puede depender de las características del motogenerador eléctrico o puede establecerlo la aplicación.

Esta invención puede implementarse ventajosamente mediante un programa informático que comprende medios de codificación para llevar a cabo una o más etapas del método, cuando el programa se ejecuta en un ordenador. Por tanto, el alcance de protección se extiende a dicho programa informático y, además, a medios que pueden leerse por un ordenador y comprenden un mensaje grabado, comprendiendo dichos medios que pueden leerse por un ordenador medios de codificación de programa para llevar a cabo una o más etapas del método, cuando el programa se ejecuta en un ordenador.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para controlar la propulsión de un vehículo que comprende un motogenerador eléctrico y un pedal del acelerador y un sensor relacionado conectado al mismo para detectar una inclinación del pedal del acelerador, en el que una curva de par (EMTrq) entregado/absorbido por el motogenerador eléctrico es una función (F(AccPed%, p)) de dos variables, en el que una primera variable coincide con dicha inclinación de dicho pedal del acelerador y una segunda variable coincide con un momento (p) actual del vehículo híbrido, en el que dicha curva de par tiene una derivada parcial, con respecto a dicha inclinación del pedal del acelerador (AccPed%), lineal en un dominio completo relacionado (0% -100%) y dicho dominio es continuo entre una condición de liberación completa (0%) del pedal del acelerador y una condición de bajada total (100%) del pedal del acelerador.

2. Método según la reivindicación 1, en el que se identifica una inclinación de plano (pedal)/par (motogenerador eléctrico), - un primer punto (Pmax) que tiene las coordenadas

• bajada total (100%) y

• par máximo positivo (MaxBoostTrq) entregable por el motogenerador eléctrico,

- un segundo punto (Q) que tiene las coordenadas

• liberación total (0%) del pedal del acelerador e

• intersección con el eje de ordenadas, que define una ordenada en el origen cero (Q0) o negativa (Q1, Q2), en el que un valor absoluto de dicha ordenada en el origen es proporcional a dicho momento actual.

3. Método según la reivindicación 2, en el que un punto de intersección de dicha curva de par (EMTrq) con el eje de abscisas se encuentra en la línea semirrecta positiva del eje de abscisas y se mueve hacia valores crecientes proporcionalmente a dicho momento (p) actual del vehículo.

4. Método según las reivindicaciones 2 o 3, en el que dicha función (F(AccPed%, p)) se hace discreta, mediante la discretización de dicho momento actual, identificando un haz de líneas rectas que pasan por dicho primer punto (Pmax) hasta que cruzan dicho eje de ordenadas.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha curva de par define una función parcial con respecto a dicho pedal del acelerador que tiene un coeficiente angular mayor de cero y términos conocidos (Q) menores de/o iguales a 0 siendo los módulos respectivos proporcionales a dicho momento (p) actual del vehículo híbrido.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha curva de par EMTrq

viene dada por la suma de;

- una primera cantidad dada por el producto de un valor que corresponde a dicha inclinación del pedal del acelerador AccPed% multiplicada por una diferencia entre un valor de par máximo MaxBoostTrq entregable por el motogenerador eléctrico menor que un primer parámetro MaxRegTrq;

- una segunda cantidad coincidente con dicho primer parámetro MaxRegTrq,

en el que dicho primer parámetro MaxRegTrq es una función de al menos dicho momento p actual del vehículo.

7. Método según la reivindicación 6, en el que dicho primer parámetro MaxRegTrq es igual a una función f(p) de dicho momento p del vehículo, teniendo dicha función f(p) un valor que oscila entre 0 y 1 multiplicado por un segundo parámetro MaxTrq, en el que dicho segundo parámetro MaxTrq es negativo y depende de las características de un inversor asociado a un motogenerador eléctrico para gestionar la transferencia de energía desde y hasta el bloque de baterías vehicular.

8. Método según la reivindicación 6 o 7, en el que dicho primer parámetro MaxRegTrq es igual a una función f(p) de dicho momento p del vehículo, que tiene un valor que oscila entre 0 y 1, multiplicado por un tercer parámetro KbattS y/o un cuarto parámetro KbattS, que oscilan ambos entre 0 y 1 en el que dicho tercer parámetro es una función del estado de carga (SOC) y de un estado de salud (SOH) de dichas baterías vehiculares y en el que dicho cuarto parámetro es una función de una temperatura de dichos bloques de baterías vehiculares.

9. Unidad de procesamiento para controlar un motogenerador eléctrico de un vehículo híbrido configurado para llevar a cabo el método en cuestión de cualquiera de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Vehículo que comprende una transmisión, un motor de combustión interna y un motogenerador eléctrico conectados a dicha transmisión y que comprende además una unidad de procesamiento según la reivindicación 9.