ES2869074T3

ES2869074T3 - Filtro de Kalman doble para amortiguación de torsión de accionamientos de tracción eléctrica

Info

Publication number: ES2869074T3
Application number: ES15754496T
Authority: ES
Inventors: Robert J Vovos; James A Dupuy; Arthur P Lyons
Original assignee: BAE Systems Controls Inc
Current assignee: BAE Systems Controls Inc
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: EP3110657A4; US20160059735A1; BR112016019729A2; EP3110657A1; US9950639B2; EP3110657B1; CA2940779A1; MX2016011163A; CN106458054B; BR112016019729B1; PL3110657T3; CA2940779C; CN106458054A; WO2015130901A1; MX356088B

Abstract

Un método implementado por procesador para la amortiguación de torsión de una línea de transmisión de tracción eléctrica, comprendiendo la línea de transmisión de tracción eléctrica un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga, comprendiendo el método: operar un primer filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de eje; operar un segundo filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de carga; y proporcionar una amortiguación de torsión de la línea de transmisión de tracción eléctrica basándose en la estimación de espacio de estados del par de eje y en la estimación de espacio de estados del par de carga; en donde: la estimación de espacio de estados del par de eje se basa en entradas al primer filtro de Kalman de una orden de par y en una velocidad de rotación medida del motor; la estimación de espacio de estados del par de carga se basa solo en una entrada al segundo filtro de Kalman de la velocidad de rotación medida del motor; y la amortiguación de torsión se proporciona mediante un cambio en la orden de par.

Description

DESCRIPCIÓN

Filtro de Kalman doble para amortiguación de torsión de accionamientos de tracción eléctrica

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

La presente invención reivindica el beneficio a tenor de 35 U.S.C. § 119(e) de la Solicitud Provisional de Patente de EE. UU. n.° 61/946.556, presentada el 28 de febrero de 2014.

Antecedentes

Las líneas de transmisión híbridas en serie sin embrague se comportan como un sistema a resorte de dos masas que contiene una frecuencia de resonancia. La frecuencia de resonancia será excitada por el par ordenado, así como la holgura de línea de transmisión, los sucesos de frenado antibloqueo y baches de carretera. Cuando se excita, la resonancia provoca una oscilación de par amplificada que es perjudicial para los componentes de la línea de transmisión. Estas oscilaciones de torsión provocan desgaste en la línea de transmisión, reduciendo la vida útil del sistema.

La publicación de patente europea EP 0953471 describe un vehículo de motor eléctrico que incluye un motor eléctrico que acciona un diferencial reductor, unos ejes y unas ruedas motrices. Un control de operador produce señales de orden de par, que se aplican a un controlador para ordenar la aplicación de energía eléctrica al motor en respuesta a las órdenes de par, para lograr el par deseado. La fricción baja de la transmisión eléctrica, junto con la elasticidad rotacional o la rigidez imperfecta de los ejes, puede dar como resultado impulsos progresivos de baja frecuencia o un movimiento brusco, especialmente a velocidades bajas. Una disposición de amortiguación incluye un circuito de diferenciación acoplado entre el control de operador y el controlador, para calcular la diferencia entre el par ordenado por el operador y una señal de par de amortiguación. La señal de par de amortiguación se produce diferenciando la velocidad de motor eléctrico para producir una señal representativa de la aceleración del motor.

La publicación de patente de Japón JPH05115189 intenta mejorar el desempeño a prueba de vibraciones de torsión y las características transitorias empleando un par de perturbación estimado a través de un mecanismo de estimación de par de perturbación equivalente en la configuración de un observador en el estado de orden más bajo, estimando de ese modo las variables de estado internas del sistema de torsión. En un sistema de torsión en donde un impulsor está acoplado con una carga a través de un eje flexible, la respuesta de velocidad de carga transitoria va retrasada después de la velocidad de motor en un mecanismo de estimación de par de perturbación debido al eje elástico. Pero el retraso es pequeño en comparación con la respuesta de todo el sistema y, por lo tanto, se desprecia la flexibilidad del eje en la estimación del par de perturbación. Por lo tanto, se emplea un par de perturbación equivalente estimado en el diseño de un observador de estados de orden más bajo al tiempo que, además, se estiman una velocidad de carga y un par de torsión y se adapta un control de realimentación de estado normal al sistema de torsión con el fin de seleccionar una disposición de polos deseada, determinando de este modo una ganancia de realimentación de estado. De acuerdo con el sistema, se suprime la vibración de torsión del eje y se pueden mejorar las características transitorias.

Hans-Peter Beck et al.: "Traction drive control with PI state controller and Kalman filter - first experimental results", IFAC Proceedings Volumes, vol. 29, n.° 1, 1 de junio de 1996, páginas 7668-7673, XP055439322, DOI: 10.1016/S1474-6670 (17) 58924-7 describe un método de amortiguación de oscilación de par. Las oscilaciones de par se producen en trenes de transmisión mal amortiguados de locomotoras eléctricas de alta velocidad debido al contacto de rueda y carril, de naturaleza estocástica. Estas reducen la vida útil de los componentes mecánicos. El control de par altamente dinámico y los motores de tracción de alimentación única posibilitan un concepto de control basándose en un controlador de estados al tiempo que se tiene en cuenta el sistema mecánico. Este desplaza los polos de ambas oscilaciones naturales en la dirección real negativa, y aumenta la amortiguación. Debido a que el concepto de control no debería necesitar más sensores que el variador de CA convencional controlado por velocidad, los estados que faltan han de ser reconstruidos por un observador o un filtro. Los resultados de simulación con pares de carga de naturaleza determinista y estocástica muestran que el controlador de estados con filtro de Kalman reduce ambas oscilaciones de torsión natural y, por lo tanto, aumenta la vida útil de los componentes mecánicos en el tren de transmisión.

Dhaouadi R et al.: "Robust speed control of rolling mill drive systems using the loop transfer recovery design methodology', Actas de la Conferencia Internacional sobre Electrónica, Control e Instrumentación Industrial (IECON). Kobe, 28 de oct. a 1 de nov., 1; [Actas de la Conferencia Internacional sobre Electrónica, Control e Instrumentación Industrial (IECON)], NES Y, vol. CONF. 17, 28 de octubre de 1991, páginas 555-560, XP010041735, DOI: 10.1109/IECON.1991.239225, ISBN: 978-0-87942-688-0 describe los problemas de control asociados con los sistemas de accionamiento de tren de laminación y propone un controlador de velocidad para la supresión de las vibraciones de torsión. Las vibraciones mecánicas, no deseables, inherentes a un sistema de accionamiento de tren de laminación, imponen limitaciones severas al desempeño dinámico del lazo de control de velocidad. Las variaciones de parámetros de las instalaciones, la dinámica incierta y las perturbaciones de par de carga se encuentran entre los factores principales que se han de abordar para garantizar la estabilidad del sistema y un funcionamiento de desempeño alto del sistema. Para resolver estos problemas, se desarrolla un controlador de velocidad basándose en una estructura de control de realimentación de estados. La ley de control se obtiene usando la metodología de diseño de recuperación de transferencia de lazo, en donde las incertidumbres de las instalaciones y de las perturbaciones se incorporan en el diseño para lograr un lazo de control de velocidad. Se describen las etapas de diseño del controlador de estados y del observador de estados, y se analizan las restricciones impuestas al sistema. Se presentan resultados de análisis y de simulación del sistema de transmisión de velocidad global.

La publicación de patente de Japón JP 2010051160 intenta proporcionar un controlador de relación de deslizamiento y un método del mismo para controlar una relación de deslizamiento en el tiempo de frenado mediante el uso de un algoritmo simple que utiliza información de aceleración en un vehículo accionado por motor. El controlador de relación de deslizamiento calcula la velocidad V del vehículo en marcha por inercia integrando la aceleración del vehículo medida por un medio de medición de aceleración como una aceleración del vehículo en la dirección horizontal con respecto a la superficie de la carretera y, entonces, calcula un valor de orden de rotación de motor para un motor a partir de la velocidad V calculada del vehículo y el valor de orden de relación de deslizamiento. El controlador de relación de deslizamiento controla el motor en función del valor de orden de rotación de motor determinado de tal manera.

Sumario

Sistemas, métodos, algoritmos y productos de programa informático para la amortiguación de torsión de accionamientos de tracción eléctrica pueden comprender un primer filtro de Kalman accionable para realizar una estimación de espacio de estados de un par de eje y un segundo filtro de Kalman accionable para realizar una estimación de espacio de estados de un par de carga, en donde las estimaciones de espacio de estados del par de eje y del par de carga posibilitan una amortiguación de torsión de los accionamientos de tracción eléctrica.

En una realización, se proporciona un método implementado por procesador para la amortiguación de torsión de una línea de transmisión de tracción eléctrica, comprendiendo la línea de transmisión de tracción eléctrica un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga, comprendiendo el método: operar un primer filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de eje; operar un segundo filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de carga; y proporcionar una amortiguación de torsión de la línea de transmisión de tracción eléctrica basándose en la estimación de espacio de estados del par de eje y en la estimación de espacio de estados del par de carga; en donde la estimación de espacio de estados del par de eje se basa en entradas al primer filtro de Kalman de una orden de par y en una velocidad de rotación medida del motor; la estimación de espacio de estados del par de carga se basa solo en una entrada al segundo filtro de Kalman de la velocidad de rotación medida del motor; y la amortiguación de torsión se proporciona mediante un cambio en la orden de par.

En otra realización, se proporciona un sistema para la amortiguación de torsión de una línea de transmisión de tracción eléctrica, comprendiendo la línea de transmisión de tracción eléctrica un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga, comprendiendo el sistema: un procesador; y una memoria que almacena instrucciones legibles por ordenador que, cuando son ejecutadas por el procesador, implementan: un primer filtro de Kalman configurado para realizar una estimación de espacio de estados de un par de eje; un segundo filtro de Kalman configurado para realizar una estimación de espacio de estados de un par de carga; y un componente de control de amortiguación de línea de transmisión configurado para proporcionar una amortiguación de torsión de la línea de transmisión de tracción eléctrica basándose en la estimación de espacio de estados del par de eje y en la estimación de espacio de estados del par de carga; en donde la estimación de espacio de estados del par de eje se basa en entradas al primer filtro de Kalman de una orden de par y en una velocidad de rotación medida del motor; la estimación de espacio de estados del par de carga se basa solo en una entrada al segundo filtro de Kalman de la velocidad de rotación medida del motor; y la amortiguación de torsión se proporciona mediante un cambio en la orden de par.

En otra realización, se proporciona un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador que incluye un programa informático para la amortiguación de torsión de una línea de transmisión de tracción eléctrica, comprendiendo la línea de transmisión de tracción eléctrica un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga, incluyendo el programa informático unas instrucciones para: operar un primer filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de eje; operar un segundo filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de carga; y proporcionar una amortiguación de torsión de la línea de transmisión de tracción eléctrica basándose en la estimación de espacio de estados del par de eje y en la estimación de espacio de estados del par de carga; en donde la estimación de espacio de estados del par de eje se basa en entradas al primer filtro de Kalman de una orden de par y en una velocidad de rotación medida del motor; la segunda estimación de espacio de estados del par de carga se basa solo en una entrada al segundo filtro de Kalman de la velocidad de rotación medida del motor; y la amortiguación de torsión se proporciona mediante un cambio en la orden de par.

Breve descripción de los dibujos

Diversos objetos, características y ventajas de la presente divulgación serán evidentes para un experto en la materia, a la vista de la siguiente descripción detallada tomada en combinación con los dibujos adjuntos, en los que: La figura 1A ilustra un modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 1B ilustra una implementación de diagrama de bloques asociada con el modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas de la figura 1A;

la figura 1C ilustra una implementación de diagrama de bloques asociada con el modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas de la figura 1A;

la figura 2 ilustra un modelo dinámico de línea de transmisión simplificado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 3 ilustra un gráfico asociado con una estimación de parámetros de ejemplo de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 4 ilustra una implementación de diagrama de bloques de un filtro de Kalman aplicado al control de amortiguación de par de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 5 ilustra una implementación de diagrama de bloques de un filtro de Kalman aplicado al control de aceleración de carga de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 6 ilustra una implementación de diagrama de bloques de una estrategia de control de amortiguación de línea de transmisión combinada (usando dos filtros de Kalman) de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 7A ilustra una implementación de diagrama de bloques asociada con la Reducción Dinámica de Trayectoria de Orden de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 7B ilustra un gráfico asociado con la Reducción Dinámica de Trayectoria de Orden de la figura 7 de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 8A ilustra una implementación de diagrama de bloques asociada con la Exclusión de Holgura de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 8B ilustra un gráfico asociado con la Exclusión de Holgura de la figura 8A de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 9 ilustra un diagrama de Bode asociado con la respuesta de lazo cerrado de orden de par de eje de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 10 ilustra un diagrama de Bode asociado con la respuesta de lazo cerrado de orden de velocidad de motor de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

la figura 11 ilustra un diagrama de Bode asociado con respuesta de lazo abierto de amortiguación de línea de transmisión de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (como se ve, el sistema mejorado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación es estable con un Margen de Ganancia de 6 dB y un Margen de Fase de 45 grados);

la figura 12 ilustra un diagrama de Bode asociado con la sensibilidad de carga de lazo abierto de amortiguación de línea de transmisión de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (como se ve, el sistema mejorado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (es decir, en el contexto de que una línea de transmisión de vehículo se controle con una amortiguación de torsión de Kalman doble) tiene una estabilidad mantenida en diversas condiciones de carga/tracción);

la figura 13 ilustra un diagrama de Bode asociado con la sensibilidad de rigidez de par de orden de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (como se ve, el error de rigidez provoca que el desplazamiento de fase se desvíe de los 90 grados en la resonancia;

la figura 14A ilustra un gráfico asociado con una orden - escalones de par (en el que no hay una amortiguación de par);

la figura 14B ilustra un gráfico asociado con una orden - escalones de par (en el que no hay una amortiguación de valor de referencia);

la figura 14C ilustra un gráfico asociado con una orden - escalones de par (en el que hay una amortiguación de par mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación);

la figura 15A ilustra un gráfico asociado con un bache de carretera (en el que hay una amortiguación de par de valor de referencia);

la figura 15B ilustra un gráfico asociado con un bache de carretera (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación);

la figura 16A ilustra un gráfico asociado con frenado antibloqueo, o "ABS" (en el que hay una amortiguación de valor de referencia);

la figura 16B ilustra un gráfico asociado con un ABS (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación);

la figura 17A ilustra un gráfico asociado con un inicio de pendiente (en el que hay una amortiguación de valor de referencia);

la figura 17B ilustra ciertos detalles del gráfico de la figura 17A;

la figura 18B ilustra un gráfico asociado con un inicio de pendiente (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación);

la figura 18B ilustra ciertos detalles del gráfico de la figura 18A;

la figura 19A ilustra un gráfico asociado con una retención de pendiente (en el que hay una amortiguación de valor de referencia);

la figura 19B ilustra un gráfico asociado con una retención de pendiente (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación);

la figura 20A ilustra un gráfico asociado con un funcionamiento límite - motorización máxima/regeneración máxima (en el que hay una amortiguación de valor de referencia);

la figura 20B ilustra un gráfico asociado con un funcionamiento límite - motorización máxima/regeneración máxima (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación);

la figura 21 ilustra un diagrama de bloques de un dispositivo de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación; la figura 22 ilustra un diagrama de bloques de un sistema de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación; la figura 23 ilustra un diagrama de bloques de un componente de sistema de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación; y

la figura 24 ilustra un diagrama de bloques de un método de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. Descripción detallada

Para los fines de describir y reivindicar la presente invención, el término "motorización" tiene por objeto hacer referencia a la condición en la que un motor está recibiendo energía eléctrica como una entrada y está proporcionando par como una salida.

Para los fines de describir y reivindicar la presente invención, el término "regeneración" (o "generar" o "generación") tiene por objeto hacer referencia a la condición en la que un motor está recibiendo par como una entrada y está proporcionando energía eléctrica como una salida.

Para los fines de describir y reivindicar la presente invención, la expresión "línea de transmisión" tiene por objeto hacer referencia a un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga (junto con el(los) eje(s), cojinete(s), articulación(es) universal(es) y engranaje(s) asociados).

Para los fines de describir y reivindicar la presente invención, la expresión "amortiguación de valor de referencia" tiene por objeto hacer referencia a la amortiguación de torsión tradicional basándose en la derivada de la velocidad angular (como es leída por un sensor de velocidad), así como el conocimiento de la inercia del sistema.

Con el fin de describir y reivindicar la presente invención, se usará la siguiente notación:

a>t Velocidad de Carga (RPS) [identificada, a veces, en el presente documento, como "OmegaL"] Orden de Par (Nm)

Par de Eje (Nm)

Velocidad de Motor (RPS) [identificada, a veces, en el presente documento, como "OmegaM"] Inercia de motor (kgmA2)

Inercia de carga (kgmA2)

Par de Carga (Nm)

Tasa de Resorte de Eje (Nm/Rad)

Fricción de motor (Nm/RPS)

Fricción de carga (Nm/RPS)

Relación de reducción de velocidad planetaria

Relación Diferencial

Función de Holgura

Matrices de Espacio de Estados Continuas

Matrices de Espacio de Estados Discretas

Resonancia

Antirresonancia

Matriz Identidad

Tiempo de Muestreo Discreto

Los componentes de los vehículos, tales como la línea de transmisión, tienen unas frecuencias y/o resonancias naturales "peligrosas" que, con el tiempo, provocan el fallo de los componentes. La eliminación de estas resonancias naturales peligrosas, por ejemplo, las oscilaciones de torsión, pueden mejorar en gran medida la vida útil de los componentes de los vehículos. Dos filtros, tales como filtros de Kalman, se pueden usar para identificar y eliminar oscilaciones de torsión en las perturbaciones tanto internas como externas.

Con respecto a lo anterior, los objetivos de amortiguación de torsión pueden incluir la eliminación (o atenuación) de las oscilaciones de torsión de la línea de transmisión (por ejemplo, las oscilaciones que se producen a la frecuencia de resonancia de la línea de transmisión). Tales oscilaciones se pueden inducir a través del par ordenado y de perturbaciones externas. En diversos ejemplos, se han de abordar los siguientes sucesos: sistema de freno antibloqueo ("ABS"); baches de carretera; funcionamiento límite; par ordenado; velocidad cero; y/u holgura.

A continuación, con referencia a la figura 1A, se ilustra un modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas (que incluye el motor 190 y la carga 193) de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.

En relación con este modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas de la figura 1A, son de aplicación las siguientes ecuaciones:

Ecuación (1) - Resonancia

a 0

Ecuación (2) - Antirresonancia

o>„ = KshJi

Ecuación (3)

Ecuación (4)

_{O), =}GdifTsh — Ti — B¡^m¡

J

Ecuación (5)

Gprs^m — Gdif@l = Gpsr^m — ^dif^l

Ecuación (6)

Tsh = Kshb(GpSr@m — ^dif^l) ^sh(^psr^m — ^dif^l)

A continuación, con referencia a la figura 1B, se ilustra otra implementación de diagrama de bloques asociada al modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas de la figura 1A (esta figura ilustra un modelo de diagrama de bloques de una única masa en el modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas asociado). Como se ve en esta figura 1B, Tfb (par de realimentación) 101 y la salida desde el elemento 107 (Fricción) se restan de Ten (par de entrada) 103 en el elemento 102 (Bloque de Suma). El valor desde el elemento 102 se proporciona al elemento 104 (Aceleración) y esta salida se integra entonces en el elemento 105 (Integrador). El valor desde el elemento 105 se realimenta al bloque 107 (Fricción) y se emite también como Omega 109.

Todavía con referencia a la figura 1B, Tfb representa el par (de carga) de realimentación y Ten es el par de entrada. Cuando se aplica un par neto (Ten - Tfb) a una masa rotatoria (con un momento de masa de inercia J), se produce una aceleración angular (alfa - que es la derivada de omega) de acuerdo con (Ten - Tfb) / J = alfa. El término de fricción b representa una fuerza generada a partir de los engranajes, los cojinetes y la corrección por el viento que se opone o resiste el movimiento de la masa rotatoria.

A continuación, con referencia a la figura 1C, se ilustra otra implementación de diagrama de bloques asociada al modelo dinámico de línea de transmisión de dos masas de la figura 1A (esta figura ilustra la línea de transmisión como un resorte de rotación que incluye holgura y amortiguación). Como se ve en esta figura 1C, OmegaL 151 se resta de OmegaM 152 en el elemento 153 (Bloque de Suma). El valor desde el elemento 153 se proporciona al elemento 154 (Delta Theta), así como al elemento 155 (Amortiguación). La salida desde el elemento 154 se proporciona al elemento 157 (Holgura) y la salida desde el elemento 157 se proporciona a 159 (Tasa de Resorte). Además, la salida desde el elemento 159 y el elemento 155 se suman en el elemento 161 (Bloque de Suma). El elemento 161 emite entonces el Par de Eje 163.

Todavía con referencia a la figura 1C, delta theta representa la diferencia de posición angular entre la entrada y la salida de la línea de transmisión. La Amortiguación (Bsh) se refiere a las pérdidas por fricción inherentes a la línea de transmisión que tienden a amortiguar la oscilación del eje. La holgura se refiere al fenómeno de movimiento perdido entre las partes (engranajes/articulaciones); esto produce una no linealidad en el sistema cuando el par pasa por cero. La tasa de resorte (Ksh) es una constante que depende del material y de la construcción de la línea de transmisión; esta representa la fuerza por desplazamiento unitario que producirá un resorte con el fin de volver al equilibrio.

A continuación, con referencia a la figura 2, se ilustra un modelo dinámico de línea de transmisión simplificado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. En relación con esta figura 2, se hace notar que, reflejando todos los parámetros en el diferencial y reductor de velocidad planetario de motor, las relaciones pueden simplificarse a 1 (con el fin de controlar las oscilaciones de línea de transmisión, se ignorarán en el presente caso la fricción y la amortiguación, debido a que son pequeñas y tienen un efecto mínimo). Además, en relación con esta figura 2, son de aplicación las siguientes ecuaciones (Te es equivalente a T*):

Ecuación (7)

Ecuación (8)

O), = T^sh— Ti

h

Ecuación (9)

Tsh Ksh(^m ^l)

Todavía con referencia a la figura 2, se observa que Tsh se realimenta y se resta de Te, en el elemento 201 (Bloque de Suma). El valor desde el elemento 201 se proporciona al elemento 203 (Bloque de División) y esta salida (que es OmegaM) se aplica al elemento 205 (Bloque de Suma). En el elemento 205, OmegaL se resta de OmegaM y la salida se aplica al elemento 207 (Bloque de División). La salida desde el elemento 207, que es Tsh, se aplica junto con Tl al elemento 209 (Bloque de Suma). Como se ha mencionado anteriormente, Tsh también se realimenta al elemento 201. La salida desde el elemento 209 se aplica al elemento 211 (Bloque de División), que emite OmegaL.

A continuación, se hará referencia a un modelo dinámico de línea de transmisión simplificado en el espacio de estados. A este respecto, un modelo simplificado se puede representar en el espacio de estados en donde las ecuaciones se disponen para determinar unas matrices A, B, C y D. En conexión con este modelo simplificado, son de aplicación las siguientes ecuaciones:

Ecuación (10)

Ecuación (11)

Ecuación (12)

Tsh = ^sh(^m — ^l)

Ecuación (13)

7) = 0

Ecuaciones (14) y (15)

x = Ax Bu

y = Cx Du

Matrices:

_{u = T} _{c - [l o o o]} D = 0

A continuación, se hará referencia a un espacio de estados de tiempo discreto. A este respecto, con el fin de modelar la línea de transmisión en software, el sistema se ha de convertir a tiempo discreto (en este ejemplo, con una tasa de muestreo de 0,002). En relación con este espacio de estados de tiempo discreto, son de aplicación las siguientes ecuaciones:

Ecuaciones (16) y (17)

Ecuación (18) [Desarrollo en Serie de Taylor]

A continuación, se hará referencia a una estimación de parámetros. En relación con un ejemplo específico de tal estimación de parámetros, es de aplicación lo siguiente (la holgura y la amortiguación se pueden extraer midiendo theta durante inversiones de par de velocidad cero):

Ecuación (19)

] m = 0,8 kgm2

- Motor

Ecuación (20)

Ji ínea de transm isión 0,2 kgm2

- Suma Agrupada, Eje de transmisión, engranajes, diferencial, frenos, neumáticos, todo ello reflejados en el motor Ecuación (21)

M r2

Ji Ji _{ínea de transm isión} + rUp 2Sr + G ²

_{d i f}

- La inercia de carga total consiste en el peso del vehículo reflejado en el motor y todos los componentes de la línea de transmisión

Ecuación (22)

M = 32500 Ibs * 0 ,454 ^

Ib

- Peso de vehículo promedio

Ecuación (23)

r = 0,5174 m

- Radio de neumático

Ecuación (24)

Gpsr = 4,024

Ecuación (25)

Gdif = 4,33

Ecuación (26)

Ecuación (27)

o>0 = 3,5 * 2 nRPS

A continuación, con referencia a la figura 3, se ilustra un gráfico asociado con una estimación parámetros de ejemplo (que muestra la resonancia determinada a partir de una caída neutra) de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. La prueba usada para producir este gráfico comporta introducir un par completo en la línea de transmisión con las ruedas bloqueadas. El par de torsión se retira instantáneamente de la entrada con el fin de excitar la línea de transmisión a su frecuencia de resonancia. La representación gráfica ilustra la velocidad de motor frente al tiempo y la frecuencia de la oscilación observada es la frecuencia de resonancia de la línea de transmisión.

A continuación, se hará referencia a un observador de estados de filtro de Kalman. En relación con un ejemplo específico de un observador de estados de filtro de Kalman de este tipo, se hace notar que se puede construir un filtro de Kalman para el modelo de espacio de estados simplificado suponiendo que existe un ruido blanco gaussiano de media cero en el proceso (w) y en la medición (v) con unas matrices de covarianza Q y R. Además, en relación con un observador de estados de filtro de Kalman de este tipo, son de aplicación las siguientes ecuaciones:

Ecuaciones (28) y (29)

xk + i = Adxk Bduk w

yk = Cdxk Dduk v

Ecuación (30)

Ecuación (31)

Q = r t i

Ecuación (32) [Cálculo de Ganancia de Kalman]

Kk = Pk CT(CPkCT Rr 1

Ecuación (33)

resid = med — C * xk

Ecuación (34) [Uso de medición para calcular el error y actualizar el estado]

xk = xk Kk * resid

Ecuación (35) [Cálculo de matriz de covarianza de error]

Pk = (I — KkC)Pk

Ecuación (36)

xk + i = Adxk Bduk

Ecuación (37) [Proyección hacia delante]

Pk + i = AdPkATd Q

A continuación, con referencia a la figura 4, se ilustra una implementación de diagrama de bloques de un filtro de Kalman aplicado al control de amortiguación de par de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (el contenido dinámico de la estimación de espacio de estados del par de eje producido por el filtro de Kalman produce una señal de amortiguación de par que evitará las oscilaciones de línea de transmisión). Como se ve en esta figura 4, el Par de Solicitud en 401 se aplica al elemento 403 (Curva de Par - Velocidad - esta es una limitación de velocidad frente a par del motor o accionamiento de motor que ha de ser observada por el controlador). La salida desde el elemento 403 se aplica al elemento 405 (Bloque de Suma) junto con la salida desde el elemento 409 (Ganancia). La salida desde el elemento 405 se proporciona como Orden de Par FW (esto representa la orden de par que el controlador de sistema transmite al controlador orientado en campo (controlador de inversor)) en 415, así como al elemento 407 (Modelo de Límite de Tasa FW - esto representa un límite de tasa de par que ha de reproducir cualquier limitación de tasa de par introducida por el controlador orientado en campo (controlador de inversor) con el fin de estimar con precisión el par generado por el motor). La salida desde el elemento 407 se proporciona a una entrada de Par de Orden del filtro de Kalman 413. Además, Omega de Motor FW (esta es la velocidad de rotación del motor como es notificado por el controlador orientado en campo (controlador de inversor) como es leído por el sensor de velocidad del motor) en 417 se proporciona a una entrada de Sensor de Omega del filtro de Kalman 413. Además, la salida desde una salida de par de eje del filtro de Kalman 413 se proporciona al elemento 411 (Derivada Limitada en Banda) y la salida desde el elemento 411 se proporciona, a su vez, al elemento 409 (Ganancia).

A continuación, con referencia a la figura 5, se ilustra una implementación de diagrama de bloques de un filtro de Kalman aplicado al control de aceleración de carga de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (cuando la velocidad de las ruedas se desvía de la velocidad del vehículo (por ejemplo, ABS, deslizamiento de ruedas, baches de carretera), tiene lugar una aceleración de carga súbita que se ha de limitar con el fin de evitar que la línea de transmisión oscile). Como se ve en esta figura 5, el Par de Solicitud en 501 se aplica al elemento 503 (Curva de Par -Velocidad - esta es una limitación de velocidad frente a par del motor o accionamiento de motor que ha de ser observada por el controlador). La salida desde el elemento 503 se aplica al elemento 505 (Bloque de Suma) junto con la salida desde el elemento 519 (Ganancia). La salida desde el elemento 505 se proporciona como Orden de Par FW (esto representa la orden de par que el controlador de sistema transmite al controlador orientado en campo (controlador de inversor)) en 507. Además, Omega de Motor FW (esta es la velocidad de rotación del motor como es notificado por el controlador orientado en campo (controlador de inversor) como es leído por el sensor de velocidad del motor) en 519 se proporciona a una entrada de Sensor de Omega del filtro de Kalman 509. Además, la salida desde una salida de Omega de Carga del filtro de Kalman 509 se proporciona al elemento 511 (Derivada Limitada en Banda). La salida desde el elemento 511, junto con una salida desde una salida de Par de Eje del filtro de Kalman 509 se proporciona al elemento 513 (Bloque de Suma). La salida desde el elemento 513 (que es el Par de Carga) se proporciona al elemento 515 (Filtro de Paso Alto). La salida desde el elemento 515 se proporciona al elemento 517 (Filtro de Paso Bajo) y la salida desde el elemento 517 se proporciona al elemento 521 (Ganancia).

Todavía con referencia a la figura 5, se hace notar que, ignorando la Orden de Par (véase la flecha 1), se elimina, de la estimación de aceleración de carga, la dinámica solicitada.

A continuación, con referencia a la figura 6, se ilustra una implementación de diagrama de bloques de una línea de estrategia de control de amortiguación de línea de transmisión combinada (usando dos filtros de Kalman) de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (esta implementación combinada utiliza aspectos de la implementación de la figura 4 y aspectos de la implementación de la figura 5).

Como se ve en esta figura 6, el Par de Solicitud en 601 se aplica al elemento 603 (Curva de Par - Velocidad - esta es una limitación de velocidad frente a par del motor o accionamiento de motor que ha de ser observada por el controlador). La salida desde el elemento 603 se aplica al elemento 605 (Bloque de Suma) junto con la salida desde el elemento 623 (Ganancia). La salida desde el elemento 605 se aplica al elemento 607 (Bloque de Suma) junto con la salida desde el elemento 617 (Ganancia). La salida desde el elemento 607 se proporciona como Orden de Par FW (esto representa la orden de par que el controlador de sistema transmite al controlador orientado en campo (controlador de inversor)) en 626, así como al elemento 609 (Modelo de Límite de Tasa FW - esto representa un límite de tasa de par que ha de reproducir cualquier limitación de tasa de par introducida por el controlador orientado en campo (controlador de inversor) con el fin de estimar con precisión el par generado por el motor).

Todavía con referencia a la figura 6, se ve que la salida desde el elemento 609 se proporciona a una entrada de Par de Orden del filtro de Kalman (Amortiguación de Par) 611. Además, Omega de Motor FW (esta es la velocidad de rotación del motor como es notificado por el controlador orientado en campo (controlador de inversor) como es leído por el sensor de velocidad del motor) en 629 se proporciona a una entrada de Sensor de Omega del filtro de Kalman (Amortiguación de Par) 611, así como a una entrada de Sensor de Omega del filtro de Kalman (Aceleración de Carga) 613.

Todavía con referencia a la figura 6, se ve que la salida desde una salida de Omega de Carga del filtro de Kalman (Aceleración de Carga) 613 se proporciona al elemento 625 (Derivada Limitada en Banda). Una salida desde el elemento 625 se proporciona al elemento 627 (Bloque de Suma), junto con una salida desde una salida de Par de Eje del filtro de Kalman (Aceleración de Carga) 613. Además, la salida desde el elemento 627 se proporciona al elemento 619 (Filtro de Paso Alto). La salida desde el elemento 619 se proporciona al elemento 621 (Filtro de Paso Bajo) y la salida desde el elemento 621 se proporciona al elemento 623 (Ganancia). Además, una salida desde una salida de Par de Eje del filtro de Kalman (Amortiguación de Par) 611 se proporciona al elemento 615 (Derivada Limitada en Banda) y la salida desde el elemento 615 se proporciona, a su vez, al elemento 617 (Ganancia).

A continuación, con referencia a la figura 7A, se ilustra una implementación de diagrama de bloques asociada con la Reducción Dinámica de Trayectoria de Orden de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. Esta figura ilustra un preacondicionamiento de la orden de par motor del controlador de sistema. La solicitud de par de Ley de Control (LEYC) es el par que solicita el controlador de sistema, basándose en las entradas generadas por el conductor y en las condiciones actuales del vehículo. Se aplican unos Límites de Sobreaceleración (también conocidos como límites de aceleración), así como un filtrado de paso bajo con el fin de eliminar cualesquiera impulsos de escalón súbitos de la orden de par del controlador de nivel de sistema al controlador de inversor y, en última instancia, a la línea de transmisión. La solicitud de par filtrada de LEYC (Ley de Control) es la orden de par presentada al amortiguador de torsión de Kalman doble y, en última instancia, al controlador de inversor. Más particularmente, como se ve en esta figura, la Solicitud de Par de LEYC en 701 se proporciona al elemento 703 (Límite de Sobreaceleración). En un ejemplo específico, el Límite de Sobreaceleración es de 1500 Nm/s. La salida desde el elemento 703 se proporciona al elemento 705 (Filtro de Paso Bajo). En un ejemplo específico, el filtro de Paso Bajo es un filtro de Paso Bajo de 2 Hz.

Además, la salida desde el elemento 705 se proporciona en 707 como Solicitud de Par Filtrada de LEYC.

la figura 7B ilustra un gráfico asociado con la LEYC (Reducción Dinámica de Trayectoria de Orden) de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. En esta figura 7B, el trazo "A" es la Solicitud de Par (véase 701 de la figura 7A) y el trazo "B" es la Solicitud de Par Filtrada (véase 707 de la figura 7A).

Todavía con referencia a las figuras 7A y 7B, se hace notar que: (i) no se ha de permitir que la dinámica de trayectoria de orden excite la línea de transmisión; (ii) solo se puede aplicar una reducción limitada en los límites de sobreaceleración y filtrado antes de observar una latencia de pedal; y (iii) un control de amortiguación de línea de transmisión mejorado eliminará selectivamente la componente resonante restante de la orden.

A continuación, con referencia a la figura 8A, se ilustra una implementación de diagrama de bloques asociada con la Exclusión de Holgura de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. En esta figura, el limitador dinámico de saturación produce una salida y como un valor limitado de la entrada u, dadas la cota superior sup y la cota inferior inf. Este bloque introduce una banda inactiva en la orden de par en torno a cero con el fin de evitar un funcionamiento a par cero, lo que dará lugar a traqueteo por holgura. Más particularmente, como se ve en esta figura, la Solicitud de Par Filtrada en 801 (véase también 707 de la figura 7A) se proporciona al elemento 807 (Relé), así como a la entrada "u" del elemento 803 (Dinámica de Saturación). Una salida desde el elemento 807 se proporciona a una entrada del conmutador de múltiples puertos 811, así como a una entrada del conmutador de múltiples puertos 817. Además, una salida del elemento 809 (Constante) se proporciona a una segunda entrada del conmutador de múltiples puertos 811. Lo que es más, el Límite de Par en el elemento 805 se proporciona a una tercera entrada del conmutador de múltiples puertos 811, así como al elemento de 815 (Ganancia). Una salida del elemento 815 se proporciona a una segunda entrada del conmutador de múltiples puertos 817. Además, una salida del elemento 813 (Constante) se proporciona a una tercera entrada del conmutador de múltiples puertos 817. Una salida del conmutador de múltiples puertos 811 se proporciona a la entrada "sup" del elemento 803 (Dinámica de Saturación) y una salida del conmutador de múltiples puertos 817 se proporciona a la entrada "inf" del elemento 803 (Dinámica de Saturación). Desde la salida "y" del elemento 803 (Dinámica de Saturación), se proporciona una Solicitud de Par Limitado en 814.

La figura 8B ilustra un gráfico asociado con las Actualizaciones (Exclusión de Holgura) de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. En esta figura 8B, el trazo "A" es la Solicitud de Par (véase 801 de la figura 8A) y el trazo "B" es el Par Limitado (véase 815 de la figura 8A). Además, los trazos "A" y "B" son similares entre sí, salvo en donde el trazo "B" se desvía como se muestra. Lo que es más, como se muestra en la flecha 1, por ejemplo, el par no se puede ordenar en holgura.

Todavía con referencia a las figuras 8A y 8B, se hace notar que: (i) los límites de par se aplican antes de la amortiguación; y (ii) la banda de histéresis minimiza los cruces de holgura.

A continuación, con referencia a la figura 9, esta figura ilustra un diagrama de Bode asociado con la respuesta de lazo cerrado de orden de par de eje de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (en esta figura 9, el trazo etiquetado "A" es para el sistema mejorado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación; el trazo etiquetado "B" es para un valor de referencia; y el trazo etiquetado "C" es para una amortiguación nula).

A continuación, con referencia a la figura 10, esta figura ilustra un diagrama de Bode asociado con la respuesta de lazo cerrado de orden de velocidad de motor de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (en esta figura 10, el trazo etiquetado "A" es para el sistema mejorado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación; el trazo etiquetado "B" es para un valor de referencia; y el trazo etiquetado "C" es para una amortiguación nula).

A continuación, con referencia a la figura 11, esta figura ilustra un diagrama de Bode asociado con la respuesta de lazo abierto de amortiguación de línea de trasmisión de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (en esta figura 11, el trazo etiquetado "A" es para el sistema mejorado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación; el trazo etiquetado "B" es para un valor de referencia). Como se ve, el sistema mejorado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación es estable con un Margen de Ganancia de 6 dB y un Margen de Fase de 45 grados (es decir, en este ejemplo, el sistema de control tiene 6 decibelios de margen en su ganancia antes de que se vuelva inestable y el sistema de control tiene 45 grados de margen en su respuesta de fase antes de que se vuelva inestable. A continuación, con referencia a la figura 12, esta figura ilustra un diagrama de Bode asociado con la sensibilidad de carga de lazo abierto de amortiguación de línea de trasmisión de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación (en esta figura 12, el trazo etiquetado "A" es para Nominal; el trazo etiquetado "B" es para una Completa; el trazo etiquetado "C" es para Vacía; el trazo etiquetado "D" es para Deslizamiento de Ruedas; y el trazo etiquetado "E" es para Bloqueo de Ruedas). Como se ve, el sistema mejorado de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación tiene una estabilidad mantenida en diversas condiciones de carga/tracción).

A continuación, con referencia a la figura 13, esta figura ilustra un diagrama de Bode asociado con la sensibilidad de rigidez de par de orden de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. Como se ve, el error de rigidez provoca que el desplazamiento de fase se desvíe de los 90 grados en la resonancia (esta figura ilustra la sensibilidad del controlador a los errores en la rigidez de línea de transmisión estimada; es decir, esta figura muestra que incluso unos errores significativos en la rigidez estimada producen un sistema estable (aunque el desempeño se puede reducir)). En esta figura 13, el trazo etiquetado "A" es para Coincidente; el trazo etiquetado "B" es para MitadEst (Mitad de lo Estimado); el trazo etiquetado "C" es para un DobleEst (Doble de lo Estimado). Es decir, esta representación gráfica compara la respuesta del controlador ante los errores en el valor estimado de la rigidez de eje de transmisión, mostrando respuestas de frecuencia cuando el valor estimado es correcto, la mitad del valor del sistema y el doble del valor del sistema.

A continuación, con referencia a la figura 14A, esta figura ilustra un gráfico asociado con una orden - escalones de par (en el que no hay una amortiguación de par). En esta figura 14A, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1, la resonancia de línea de transmisión conduce a una sobreoscilación significativa.

A continuación, con referencia a la figura 14B, esta figura ilustra un gráfico asociado con una orden - escalones de par (en el que no hay una amortiguación de valor de referencia). En esta figura 14B, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1, la amortiguación de valor de referencia continúa sobreoscilando.

A continuación, con referencia a la figura 14C, esta figura ilustra un gráfico asociado con una orden - escalones de par (en el que hay una amortiguación de par mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación). En esta figura 14C, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1, la sobreoscilación se elimina y solo existe un pequeño rebasamiento.

A continuación, con referencia a la figura 15A, esta figura ilustra un gráfico asociado con un bache de carretera (en el que hay una amortiguación de par de valor de referencia). En esta figura 15A, el trazo "A" es (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1, los baches crean una oscilación lentamente amortiguada.

A continuación, con referencia a la figura 15B, esta figura ilustra un gráfico asociado con un bache de carretera (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación). En esta figura 15B, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1, ha habido una ondulación atenuada, habiéndose eliminado la sobreoscilación.

A continuación, con referencia a la figura 16A, esta figura ilustra un gráfico asociado con frenado antibloqueo, o "ABS" (en el que hay una amortiguación de valor de referencia). En esta figura 16A, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1, el suceso de ABS de valor de referencia contiene unos pasos por cero sostenidos. A continuación, con referencia a la figura 16B, esta figura ilustra un gráfico asociado con un ABS (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación). En esta figura 16B, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1, se han producido unos pasos por cero reducidos y una ondulación atenuada.

A continuación, con referencia a la figura 17A, esta figura ilustra un gráfico asociado con un inicio de pendiente (en el que hay una amortiguación de valor de referencia). En esta figura 17A, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). A continuación, con referencia a la figura 17B, esta figura ilustra ciertos detalles del gráfico de la figura 17A. En esta figura 17B, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop").

A continuación, con referencia a la figura 18A, esta figura ilustra un gráfico asociado con un inicio de pendiente (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación). En esta figura 18A, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop").

A continuación, con referencia a la figura 18B, esta figura ilustra ciertos detalles del gráfico de la figura 18A. En esta figura 18B, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1 de esta figura (en comparación con la flecha 1 de la figura 17B), se han reducido la duración y la magnitud de la sobreoscilación de inicio de pendiente. A continuación, con referencia a la figura 19A, esta figura ilustra un gráfico asociado con una retención de pendiente (en el que hay una amortiguación de valor de referencia). En esta figura 19A, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop").

La figura 19B ilustra un gráfico asociado con una retención de pendiente (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación). En esta figura 19B, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1 de esta figura, la sobreoscilación se reduce cuando se entra en la retención de pendiente. Como se ve en la flecha 2 de esta figura, hay una única perturbación sin holgura de cruce de sobreoscilación.

A continuación, con referencia a la figura 20A, esta figura ilustra un gráfico asociado con un funcionamiento límite -motorización máxima/regeneración máxima (en el que hay una amortiguación de valor de referencia). En esta figura 20A, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop").

A continuación, con referencia a la figura 20B, esta figura ilustra un gráfico asociado con un funcionamiento límite -motorización máxima/regeneración máxima (en el que hay una amortiguación de línea de transmisión mejorada de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación). En esta figura 20B, el trazo "A" es el Par de Eje (o "Par Prop"). Como se ve en la flecha 1 de esta figura, las oscilaciones se reducen significativamente través de la holgura. Como se ve en las flechas 2A y 2B de esta figura, se ha eliminado el rebasamiento de par.

A continuación, con referencia a la figura 21, esta figura ilustra un diagrama de bloques de un dispositivo de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. Como se ve en esta figura 21, el dispositivo 2100 incluye un procesador 2102, un bus de datos 2104, una ROM 2106a, una RAM 2106b, un almacenamiento persistente 2106c, un visualizador 2108, un dispositivo de entrada 2110, un puerto de entrada de datos 2112a y un puerto de salida de datos 2112b.

A continuación, con referencia a la figura 22, se ilustra un diagrama de bloques de un sistema de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. Como se ve en esta figura 22, en un ejemplo, la implementación puede ser en un vehículo. El vehículo 2200 puede incluir un motor de combustión interna 2202 (conectado al generador de arranque integrado (ISG) 2204). En un ejemplo, el generador de arranque integrado puede ser de tipo imán permanente de superficie. El vehículo 2200 también puede incluir un motor 2206 (conectado a la carga 2208). La carga 2208 puede comprender, por ejemplo, el resto de una línea de transmisión (excluyendo el motor 2206). En un ejemplo, el motor puede ser de tipo inducción. Además, el inversor 2210 se puede disponer entre el generador de arranque integrado 2204 y la batería 2212 (que puede comprender una o más baterías). Lo que es más, el inversor 2214 se puede disponer entre el motor 2206 y la batería 2212. Lo que es más, en un ejemplo, el inversor 2214 puede incluir en el mismo un dispositivo 2100 del tipo mostrado en la figura 21 (el dispositivo 2100 se puede comunicar (tal como de forma bidireccional con el inversor de 2214) a través del puerto de entrada de datos 2112a y el puerto de salida de datos 2112b.

A continuación, con referencia a la figura 23, se ilustra un diagrama de bloques de un componente de sistema 2401 de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. Este componente de sistema 2301 es una memoria (tal como, por ejemplo, un tipo mostrado en la figura 21) e incluye en el mismo unas instrucciones legibles por ordenador que, cuando son ejecutadas por un procesador (tal como, por ejemplo, un tipo mostrado en la figura 21), implementan el primer filtro 2303 (para realizar una primera estimación de espacio de estados de un par de eje), un segundo filtro 2305 (para realizar una segunda estimación de espacio de estados de un par de carga) y el amortiguador 2307 (para proporcionar una amortiguación de torsión de la línea de transmisión basándose en la primera estimación de espacio de estados del par de eje y en la segunda estimación de espacio de estados del par de carga).

A continuación, con referencia a la figura 24, se ilustra un diagrama de bloques de un método de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. Como se ve en esta figura 24, el proceso comienza en la etapa 2401. En la etapa 2403, se acciona un primer filtro para realizar una primera estimación de espacio de estados de un par de eje y se acciona un segundo filtro para realizar una segunda estimación de espacio de estados de un par de carga. Además, en la etapa 2405, se proporciona una amortiguación de torsión de la línea de transmisión basándose en la primera estimación de espacio de estados del par de eje y en la segunda estimación de espacio de estados del par de carga (después de la etapa 2405, el método se puede repetir de forma iterativa en la etapa 2401).

Como se describe en el presente documento, en un aspecto, unos filtros de Kalman dobles corrigen las oscilaciones para "quitar" las resonancias naturales peligrosas. Los filtros de Kalman dobles funcionan basándose en la velocidad de motor de tracción medida y el par de motor de tracción ordenado. Un primer filtro de Kalman puede realizar una estimación de espacio de estados del par de eje, proporcionando una realimentación negativa para la orden de par final con el fin de eliminar, del par ordenado, las componentes resonantes, y amortiguar rápidamente las perturbaciones externas. Un segundo filtro de Kalman proporciona una estimación de espacio de estados del par de carga o, de manera equivalente, la aceleración de carga. Este segundo filtro de Kalman puede ignorar el par ordenado, y puede proporcionar una realimentación de amortiguación cuando la velocidad de las ruedas se desvía de la velocidad del vehículo. La combinación de estas dos técnicas, en este aspecto de la divulgación, posibilita un control de línea de transmisión críticamente amortiguado en todas las perturbaciones de línea de transmisión.

A diferencia de algunas soluciones de amortiguación de línea de transmisión tradicionales, estos filtros de Kalman dobles pueden atenuar directamente la frecuencia de resonancia mediante el seguimiento de un espacio de estados de la línea de transmisión. Modelando la línea de transmisión con filtros de Kalman, se puede obtener una amortiguación de torsión excelente incluso con una separación espectral limitada a partir de la dinámica de par de pedal ordenado. Además, debido a que el filtro de Kalman se puede adaptar a errores tanto en el sistema de espacio de estados como en la calidad de medición, en este aspecto de la divulgación, las oscilaciones tanto ordenadas como no ordenadas se pueden amortiguar usando solo un único sensor de posición de baja calidad.

En un aspecto de la presente divulgación, el sensor de posición puede ser un sensor de posición de rotación que detecta la velocidad de rotación. El sensor puede determinar la velocidad de rotación y enviarla a un controlador de sistema. El controlador de sistema puede enviar una orden de par a un inversor que acciona el motor, y un bloque de amortiguación en el inversor puede realizar una amortiguación según sea necesario.

Se pueden utilizar aspectos de la presente invención en relación con un vehículo (por ejemplo, un autobús, un camión, un automóvil). En un ejemplo específico, se pueden aplicar aspectos de esta divulgación a un vehículo híbrido. En diversos aspectos de la presente divulgación, se pueden proporcionar uno o más sensores de corriente en un inversor asociado con una máquina (por ejemplo, un motor de tracción o un generador de arranque integrado (ISG)). Durante el funcionamiento (ya sea un funcionamiento de motorización o un funcionamiento de regeneración), la corriente detectada se puede usar para controlar el voltaje de la máquina (por ejemplo, para controlar el par de la máquina).

En un aspecto de la presente divulgación, un controlador (tal como un controlador de sistema) que recibe valores ordenados (y que proporciona una o más de las técnicas divulgadas en el presente documento) se puede incluir en un inversor. En otro aspecto de la divulgación, un controlador (tal como un controlador de sistema) que recibe valores ordenados (y que proporciona una o más de las técnicas divulgadas en el presente documento) puede ser distinto de un inversor (por ejemplo, puede ser parte de un controlador a nivel de vehículo).

En un aspecto de la presente divulgación, diversas técnicas divulgadas en el presente documento se pueden implementar en una FPGA, un microcontrolador, y/o en software (por ejemplo, software de reloj fijo con un procesador en tiempo real).

En un aspecto de la presente divulgación, una o más de las técnicas divulgadas en el presente documento se pueden aplicar a cualquier sistema mecánico lineal o rotatorio que se pueda modelar como dos masas conectadas por un resorte.

En un aspecto de la presente divulgación, un sistema de control incluye un procesador, al menos un dispositivo de almacenamiento de datos, tal como, pero sin limitarse a, RAM, ROM y almacenamiento persistente, y una interfaz externa. El procesador está configurado para ejecutar uno o más programas almacenados en un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador. El dispositivo de almacenamiento legible por ordenador puede ser RAM, almacenamiento persistente o almacenamiento extraíble. Por ejemplo, el procesador puede ejecutar instrucciones en un programa que se puede cargar en RAM. El Procesador puede incluir una o más unidades de procesamiento. El procesador puede ser, pero no se limita a, una CPU o una GPU.

Un dispositivo de almacenamiento es cualquier elemento de hardware que sea capaz de almacenar información, tal como, por ejemplo, sin limitación, datos, programas, instrucciones, código de programa, y/u otra información adecuada, ya sea de forma temporal y/o de forma permanente.

En otro aspecto de la divulgación, se puede usar como el procesador un ASIC, una FPGA, una PAL y una PLA. Diversos aspectos de la presente divulgación se pueden realizar como un programa, software, o instrucciones informáticas materializadas o almacenadas en un medio utilizable o legible por ordenador o por máquina, o un grupo de medios, que haga que el equipo o máquina realice las etapas del método cuando se ejecuta en el ordenador, el procesador y/o la máquina. También se proporciona un dispositivo de almacenamiento de programas legible por una máquina, por ejemplo, un medio legible por ordenador, que incorpora de forma tangible un programa de instrucciones ejecutables por la máquina para realizar diversas funcionalidades y métodos descritos en la presente divulgación, por ejemplo, un producto de programa informático.

El medio legible por ordenador puede ser un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador o un medio de señal legible por ordenador. Un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador puede ser, por ejemplo, un sistema, aparato o dispositivo magnético, óptico, electrónico, electromagnético, de infrarrojos o de semiconductores, o cualquier combinación adecuada de los anteriores; sin embargo, el dispositivo de almacenamiento legible por ordenador no se limita a estos ejemplos, excepto que un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador excluye un medio de señal legible por ordenador. Los ejemplos adicionales del dispositivo de almacenamiento legible por ordenador pueden incluir: un disquete de ordenador portátil, un disco duro, un dispositivo de almacenamiento magnético, una memoria de solo lectura - disco compacto (CD-ROM) portátil, una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de solo lectura (ROM), una memoria programable y borrable de solo lectura (EPROM o memoria flash), un dispositivo de almacenamiento óptico, o cualquier combinación apropiada de los anteriores; sin embargo, el dispositivo de almacenamiento legible por ordenador que tampoco se limita a estos ejemplos. Cualquier medio tangible que puede contener, o almacenar, un programa para su uso por o en relación con un sistema, aparato o dispositivo de ejecución de instrucciones, podría ser un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador.

Un medio de señal legible por ordenador puede incluir una señal de datos propagada con un código de programa legible por ordenador materializado en la misma, tal como, pero sin limitarse a, en banda base o como parte de una onda portadora. Una señal propagada puede adoptar cualquiera de una pluralidad de formas, incluyendo, pero sin limitarse a, electromagnética, óptica, o cualquier combinación adecuada de las mismas. Un medio de señal legible por ordenador puede ser cualquier medio legible por ordenador (salvo por un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador) que puede comunicar, propagar o transportar el programa para su uso por o en relación con un sistema, aparato o dispositivo. El código de programa materializado en un medio de señal legible por ordenador se puede transmitir usando cualquier medio apropiado, incluyendo, pero sin limitarse a, tecnología inalámbrica, cableada, cable de fibra óptica, RF, etc., o cualquier combinación apropiada de los anteriores.

Las expresiones "un sistema de control" y "controlador", como se pueden usar en la presente divulgación, pueden incluir una diversidad de combinaciones de hardware, software, periféricos, y dispositivos de almacenamiento de ordenador portátil y/o fijo. El controlador y/o sistema de control puede incluir una pluralidad de componentes individuales que están conectados en red, o enlazados de otra forma, para actuar en colaboración, o puede incluir uno o más componentes autónomos. Los componentes de hardware y de software del sistema de control y/o controlador de la presente divulgación pueden incluir, y se pueden incluir dentro de, dispositivos fijos y transportables tales como de escritorio, portátil y/o de servidor, y de red de servidores (nube).

La terminología usada en el presente documento solo tiene el fin de describir realizaciones particulares y no tiene por objeto ser limitante del alcance de la divulgación, y no tiene por objeto ser exhaustiva. Muchas modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la materia sin apartarse del alcance de la divulgación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método implementado por procesador para la amortiguación de torsión de una línea de transmisión de tracción eléctrica, comprendiendo la línea de transmisión de tracción eléctrica un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga, comprendiendo el método:

operar un primer filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de eje; operar un segundo filtro de Kalman para realizar una estimación de espacio de estados de un par de carga; y proporcionar una amortiguación de torsión de la línea de transmisión de tracción eléctrica basándose en la estimación de espacio de estados del par de eje y en la estimación de espacio de estados del par de carga; en donde:

la estimación de espacio de estados del par de eje se basa en entradas al primer filtro de Kalman de una orden de par y en una velocidad de rotación medida del motor;

la estimación de espacio de estados del par de carga se basa solo en una entrada al segundo filtro de Kalman de la velocidad de rotación medida del motor; y

la amortiguación de torsión se proporciona mediante un cambio en la orden de par.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la estimación de espacio de estados del par de carga se basa en una velocidad de rotación de carga emitida desde el segundo filtro de Kalman y en un valor de par de eje emitido desde el segundo filtro de Kalman.

3. El método de la reivindicación 2, en donde el valor de par de eje emitido desde el segundo filtro de Kalman se resta de una derivada de la velocidad de rotación de carga emitida desde el segundo filtro de Kalman para determinar la estimación de espacio de estados del par de carga.

4. Un sistema para la amortiguación de torsión de una línea de transmisión de tracción eléctrica, comprendiendo la línea de transmisión de tracción eléctrica un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga, comprendiendo el sistema:

un procesador, y

una memoria que almacena instrucciones legibles por ordenador que, cuando son ejecutadas por el procesador, implementan:

un primer filtro de Kalman configurado para realizar una estimación de espacio de estados de un par de eje; un segundo filtro de Kalman configurado para realizar una estimación de espacio de estados de un par de carga; y

un componente de control de amortiguación de línea de transmisión configurado para proporcionar una amortiguación de torsión de la línea de transmisión de tracción eléctrica basándose en la estimación de espacio de estados del par de eje y en la estimación de espacio de estados del par de carga;

en donde:

5. El sistema de la reivindicación 4, en donde la estimación de espacio de estados del par de carga se basa en una velocidad de rotación de carga emitida desde el segundo filtro de Kalman y en un valor de par de eje emitido desde el segundo filtro de Kalman.

6. El sistema de la reivindicación 5, en donde el valor de par de eje emitido desde el segundo filtro de Kalman se resta de una derivada de la velocidad de rotación de carga emitida desde el segundo filtro de Kalman para determinar la estimación de espacio de estados del par de carga.

7. Un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador que incluye un programa informático para la amortiguación de torsión de una línea de transmisión de tracción eléctrica, comprendiendo la línea de transmisión de tracción eléctrica un motor, una carga y un eje que conecta el motor y la carga, incluyendo el programa informático unas instrucciones para: