ES2932555T3

ES2932555T3 - Un sistema de control para un vehículo

Info

Publication number: ES2932555T3
Application number: ES16774709T
Authority: ES
Inventors: Helen Monkhouse; Richard Burke; Christopher Hilton
Original assignee: Protean Electric Ltd
Current assignee: Protean Electric Ltd
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2023-01-20
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: EP3353004B1; CN106985705B; GB2544259B; KR20180059487A; WO2017051308A1; GB2544259A; PL3353004T3; CN106985705A; US20180272892A1; JP2018531572A; GB201516902D0; JP7122966B2; EP3353004A1; GB2544259A8; US10988033B2

Abstract

Un sistema de control para un vehículo que tiene una primera rueda (101) dispuesta para ser accionada por una primera fuente de accionamiento y una segunda rueda (101) dispuesta para ser accionada por una segunda fuente de accionamiento, donde la primera rueda y la segunda rueda están ubicadas transversalmente. en el vehículo, comprendiendo el sistema de control un controlador (102) y un dispositivo de monitoreo, en el que el dispositivo de monitoreo está dispuesto para monitorear el diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda por la primera fuente de accionamiento y la potencia que se aplica al segunda rueda por la segunda fuente de accionamiento, donde al determinar que la diferencia de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda y la segunda rueda es mayor que un valor predeterminado, el controlador está dispuesto para reducir la diferencia de potencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un sistema de control para un vehículo

La presente invención se refiere a un sistema de control, en particular a un sistema de control para un vehículo, y a un método.

Con un mayor interés puesto en los vehículos amigables con el medio ambiente, tal vez como era de esperar, ha habido un aumento correspondiente en el interés en el uso de vehículos eléctricos.

Aunque la mayoría de los vehículos eléctricos disponibles en el mercado utilizan un motor eléctrico central que se utiliza para accionar dos o más de las ruedas del vehículo, una solución alternativa que está ganando cada vez más popularidad utiliza motores eléctricos en las ruedas, donde se utilizan motores eléctricos individuales para accionar las ruedas respectivas de un vehículo, lo que permite controlar de forma independiente el suministro de torque a cada rueda. Las características de respuesta rápida de un motor eléctrico junto con el control de torque independiente a las ruedas de un vehículo permiten que los motores eléctricos en las ruedas se utilicen para mejorar la estabilidad del vehículo, complementando o reemplazando los mecanismos adicionales de control de estabilidad del vehículo. Por ejemplo, el control de torque independiente de los motores eléctricos en las ruedas se puede utilizar para proporcionar tanto control de tracción como control dinámico del vehículo. Sin embargo, para los vehículos que tienen una pluralidad de ruedas accionadas por su propia fuente de accionamiento independiente, si la entrega de torque a cada rueda de carretera se aplica incorrectamente, cualquier asimetría de torque asociada puede causar la guiñada inducida por el peligro.

En consecuencia, un vehículo que tiene un sistema de transmisión, en el cual el torque se entrega de forma independiente a cada rueda del vehículo, incluye preferiblemente un sistema de monitorización que monitoriza el torque que se aplica a cada rueda respectiva, donde el sistema de monitorización toma medidas correctivas si la asimetría del torque alcanza un nivel inaceptable.

Sin embargo, la asimetría del torque que dará como resultado que se produzca una condición de guiñada inducida por el peligro depende de la velocidad; por ejemplo, se pueden tolerar discrepancias de torque más grandes a velocidades más bajas. En consecuencia, los sistemas de control de torque actualmente necesitan programarse previamente con diferentes límites de asimetría de torque para diferentes velocidades del vehículo, lo cual aumenta las tareas necesarias para preconfigurar un vehículo.

El documento de Estados Unidos 2012/330484 describe un sistema de control de torque para un vehículo que tiene una pluralidad de ruedas, en donde al menos dos de las ruedas están dispuestas para ser accionadas por motores eléctricos separados. Una vez que un controlador maestro determina que una condición de falla ha resultado en la reducción del torque generado por un motor eléctrico en la rueda, donde la reducción del torque puede deberse a una falla en el motor eléctrico en la rueda o el controlador maestro puede haber reducido el torque como resultado de una condición de falla, el controlador maestro reduce la demanda de torque enviada a todos los demás motores eléctricos en las ruedas de modo que el torque generado por cada uno de los motores eléctricos en las ruedas sea sustancialmente el mismo.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un controlador y un método de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención, tal como se reivindica, proporciona un mecanismo independiente de la velocidad para impedir que se produzca una condición de guiñada inducida por un peligro dentro de un vehículo.

La presente invención se describirá ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Figura 1 ilustra un vehículo de acuerdo con una realización de la presente invención;

la Figura 2 ilustra una vista en despiece de un motor eléctrico utilizado en una realización de la presente invención;

la Figura 3 ilustra una vista en despiece del motor eléctrico que se muestra en la Figura 2 a partir de un ángulo alternativo;

la Figura 4 ilustra un motor eléctrico de acuerdo con una realización de la presente invención;

la Figura 5 ilustra una vista en despiece de un dispositivo de control de acuerdo con una realización de la presente invención;

la Figura 6 ilustra corrientes de fase en un motor eléctrico trifásico;

la Figura 7 ilustra un sistema de control de estabilidad de acuerdo con una realización de la presente invención;

la Figura 8 ilustra una configuración de monitorización de corriente de acuerdo con una realización de la presente invención.

La realización de la invención descrita es para un sistema de control para impedir que se produzca una condición de guiñada inducida por un peligro utilizando una estimación de la potencia mecánica del motor (Tw) y/o la potencia eléctrica del motor (VI). El sistema de control está dispuesto para monitorizar la potencia generada por dos o más motores eléctricos que están dispuestos para proporcionar un accionamiento independiente a una rueda respectiva de un vehículo. Para los fines de la presente realización, los motores eléctricos son para uso en una rueda de un vehículo, sin embargo, los motores eléctricos pueden estar ubicados en cualquier lugar dentro del vehículo. Los motores son del tipo que tiene un conjunto de bobinas que forman parte de un estator para acoplarse a un vehículo, rodeado radialmente por un rotor que lleva un conjunto de imanes para acoplarse a una rueda. Además, algunos de los aspectos de la invención son aplicables a una disposición que tiene el rotor montado centralmente dentro de bobinas que lo rodean radialmente. Como apreciará un experto en la técnica, la presente invención es aplicable para su uso con otros tipos de motores eléctricos o sistemas de accionamiento.

La Figura 1 ilustra un vehículo 100, por ejemplo un automóvil o camión, que tiene cuatro ruedas 101, donde dos ruedas están ubicadas en la posición delantera del vehículo en una posición lateral cercana y adelantada respectivamente, donde la rueda lateral cercana se designa como la primera rueda y la rueda adelantada se designa como la segunda rueda. De manera similar, dos ruedas adicionales están ubicadas en la posición posterior del vehículo en las posiciones lateral cercana y adelantada respectivamente, como es típico para una configuración de automóvil convencional. Sin embargo, como apreciará un experto en la técnica, el vehículo puede tener cualquier número de ruedas.

Incorporado dentro de cada una de las dos ruedas 101 delanteras hay un motor eléctrico en la rueda, como se describe en detalle a continuación, donde cada motor eléctrico en la rueda actúa como una fuente de accionamiento para cada rueda respectiva. Sin embargo, aunque la realización actual describe un vehículo que tiene un motor eléctrico en la rueda asociado con cada una de las dos ruedas 101 delanteras, como apreciará un experto en la técnica, se pueden adoptar otras configuraciones de motor eléctrico en la rueda. Por ejemplo, para un vehículo de cuatro ruedas, todas las ruedas pueden tener motores en las ruedas asociados o, alternativamente, solo las dos ruedas posteriores pueden tener motores en las ruedas asociados.

Acoplado a cada motor eléctrico en rueda hay un controlador 102 central, donde la función del controlador 102 central se describe en detalle a continuación.

Para los propósitos de la presente realización, como se ilustra en la Figura 2 y la Figura 3, el motor eléctrico en la rueda incluye un estator 252 que comprende un disipador 253 de calor, bobinas 254 múltiples, dos dispositivos 400 de control montados en el disipador 253 de calor en una porción posterior del estator para accionar las bobinas, y un condensador anular, también conocido como condensador de enlace de CC, montado en el estator dentro del radio interior de los dispositivos 400 de control. Las bobinas 254 se forman sobre láminas de dientes de estator para formar devanados de la bobina. Una cubierta 256 de estator está montada en la porción posterior del estator 252, encerrando los dispositivos 400 de control para formar el estator 252, el cual luego puede fijarse a un vehículo y no gira con respecto al vehículo durante el uso.

Cada dispositivo 400 de control incluye dos inversores 410 y una lógica 420 de control, la cual en la presente realización incluye un procesador, para controlar el funcionamiento de los inversores 410, el cual se representa esquemáticamente en la Figura 4.

Aunque para los propósitos de la presente realización, el motor eléctrico en rueda incluye dos dispositivos de control, donde cada dispositivo de control incluye lógica de control, en otras palabras, un controlador, para controlar la operación de un inversor, cualquier configuración de combinación de lógica de control e inversor puede ser utilizados, que incluyen la colocación de la lógica de control y/o inversores remotos al motor eléctrico.

El condensador anular está acoplado a través de los inversores 410 y la fuente de alimentación de CC del motor eléctrico para reducir la fluctuación de voltaje en la línea de suministro de potencia del motor eléctrico, también conocida como barra colectora de CC, y para reducir los excesos de voltaje durante el funcionamiento del motor eléctrico. Para reducir la inductancia, el condensador se monta junto a los dispositivos 400 de control. En consecuencia, el flujo de corriente al motor eléctrico es a través de la barra colectora de CC, donde el motor eléctrico actúa como una carga eléctrica para la fuente de alimentación de CC con el voltaje de la fuente de alimentación de CC colocado a través de la barra colectora de CC. Como se describe a continuación, se utiliza un sensor de corriente para medir la corriente de línea de la barra colectora de CC al motor eléctrico.

Un rotor 240 comprende una porción 220 frontal y una porción 221 cilíndrica que forman una cubierta, la cual rodea sustancialmente el estator 252. El rotor incluye una pluralidad de imanes 242 permanentes dispuestos alrededor del interior de la porción 221 cilíndrica. A los efectos de la presente realización, se montan 32 pares de imanes en el interior de la porción 221 cilíndrica. Sin embargo, puede usarse cualquier número de pares de imanes.

Los imanes están muy cerca de los devanados de la bobina en el estator 252 para que los campos magnéticos generados por las bobinas interactúen con los imanes 242 dispuestos alrededor del interior de la porción 221 cilíndrica del rotor 240 para hacer que el rotor 240 gire. Dado que los imanes 242 permanentes se utilizan para generar un torque de accionamiento para accionar el motor eléctrico, los imanes permanentes se denominan típicamente imanes de accionamiento.

El rotor 240 está unido al estator 252 por un bloque 223 de cojinete. El bloque 223 de cojinete puede ser un bloque de cojinete estándar como el que se usaría en un vehículo en el cual se va a instalar este conjunto de motor. El bloque de cojinete consta de dos partes, una primera parte fijada al estator y una segunda parte fijada al rotor. El bloque de cojinete está fijado a una porción 253 central de la pared del estator 252 y también a una porción 225 central de la pared 220 de la carcasa del rotor 240. El rotor 240 se fija así en rotación al vehículo con el cual se utilizará a través del bloque 223 de cojinete en la porción 225 central del rotor 240. Esto tiene la ventaja de que se puede fijar una llanta y un neumático al rotor 240 en la porción 225 central utilizando los pernos de rueda normales para fijar la llanta a la porción central del rotor y, en consecuencia, firmemente al lado giratorio bloque 223 de cojinete. Los pernos de rueda pueden montarse a través de la porción 225 central del rotor hasta el propio bloque de cojinete. Con el rotor 240 y la rueda montados en el bloque 223 de cojinete, existe una correspondencia uno a uno entre el ángulo de rotación del rotor y la rueda.

La Figura 3 muestra una vista en despiece del mismo conjunto de motor que se ilustra en la Figura 2 a partir del lado opuesto. El rotor 240 comprende la pared 220 exterior del rotor y la pared 221 circunferencial dentro de las cuales se disponen circunferencialmente los imanes 242. Como se describió anteriormente, el estator 252 está conectado al rotor 240 a través del bloque de cojinete en las porciones centrales de las paredes del rotor y del estator.

Se proporciona un sello en forma de V entre la pared 221 circunferencial del rotor y el borde exterior del estator.

El rotor también incluye un conjunto de imanes 227 para detección de posición, también conocidos como imanes de conmutación, los cuales junto con sensores montados en el estator permiten estimar un ángulo de flujo del rotor. El ángulo de flujo del rotor define la relación posicional de los imanes de accionamiento con los devanados de la bobina. Alternativamente, en lugar de un conjunto de imanes separados, el rotor puede incluir un anillo de material magnético que tenga múltiples polos que actúen como un conjunto de imanes separados.

Para permitir que los imanes de conmutación se utilicen para calcular un ángulo de flujo del rotor, preferiblemente cada imán de accionamiento tiene un imán de conmutación asociado, donde el ángulo de flujo del rotor se deriva del ángulo de flujo asociado con el conjunto de imanes de conmutación mediante la calibración del ángulo de flujo del imán de conmutación medido. Para simplificar la correlación entre el ángulo de flujo del imán de conmutación y el ángulo de flujo del rotor, preferiblemente el conjunto de imanes de conmutación tiene el mismo número de imanes o pares de polos magnéticos que el conjunto de pares de imanes de accionamiento, donde los imanes de conmutación y los imanes de accionamiento asociados están aproximadamente alineados radialmente entre sí. En consecuencia, para los fines de la presente realización, el conjunto de imanes de conmutación tiene 32 pares de imanes, donde cada par de imanes está alineado aproximadamente radialmente con un par de imanes de accionamiento respectivo.

Un sensor, el cual en esta realización es un sensor Hall, está montado en el estator. El sensor está posicionado de modo que, cuando el rotor gira, cada uno de los imanes de conmutación que forman el anillo magnético de conmutación gira respectivamente pasando el sensor.

A medida que el rotor gira en relación con el estator, los imanes de conmutación giran correspondientemente pasando el sensor con el sensor Hall emitiendo una señal de voltaje de CA, donde el sensor emite un ciclo de voltaje completo de 360 grados eléctricos para cada par de imanes que pasan por el sensor, donde la salida de señal de voltaje de CA del sensor Hall se puede usar tanto para la detección de la posición del rotor como para determinar la velocidad del rotor (w).

Para mejorar la detección de posición, preferiblemente el sensor incluye un segundo sensor asociado colocado 90 grados eléctricos desplazado del primer sensor.

En la presente realización, el motor eléctrico incluye cuatro conjuntos de bobinas y cada conjunto de bobinas tiene tres subconjuntos de bobinas que están acoplados en una configuración en estrella para formar un submotor trifásico, lo que da como resultado que el motor tenga cuatro submotores trifásicos. El funcionamiento de los respectivos submotores se controla a través de uno de los dos dispositivos 400 de control, como se describe a continuación. Sin embargo, aunque la presente realización describe un motor eléctrico que tiene cuatro conjuntos de bobinas (es decir, cuatro submotores), el motor puede tener igualmente uno o más conjuntos de bobinas con dispositivos de control asociados. En una realización preferida, el motor incluye ocho conjuntos 60 de bobinas, cada conjunto de bobinas tiene tres subconjuntos de bobinas que están acoplados en una configuración en estrella para formar un submotor trifásico, lo que da como resultado que el motor tenga ocho submotores trifásicos. De manera similar, cada conjunto de bobinas puede tener cualquier número de subconjuntos de bobinas, lo que permite que cada submotor tenga dos o más fases.

La Figura 4 ilustra las conexiones entre los respectivos conjuntos 60 de bobinas y los dispositivos 400 de control, donde un respectivo conjunto 60 de bobinas está conectado a un respectivo inversor 4 l0 trifásico incluido en un dispositivo 400 de control para controlar el flujo de corriente dentro de los respectivos conjuntos de bobinas. Como es bien sabido por un experto en la técnica, un inversor trifásico contiene seis interruptores, donde se puede generar un voltaje alterno trifásico mediante el funcionamiento controlado de los seis interruptores. Sin embargo, el número de interruptores dependerá del número de fases de voltaje que se apliquen a los submotores respectivos, donde los submotores pueden construirse para tener cualquier número de fases.

Preferiblemente, los dispositivos 400 de control son de construcción modular. La Figura 5 ilustra una vista detallada de una realización preferida, donde cada dispositivo 400 de control, también conocido como módulo de potencia, incluye una placa 500 de circuito impreso de potencia en la cual están montados dos conjuntos 510 de sustrato de potencia, una placa 520 de circuito impreso de control, cuatro barras 530 colectoras de fuente de alimentación para conectar a una batería de CC, y barras 540 colectoras de devanado de seis fases para conectar a los respectivos devanados de la bobina. Cada uno de los componentes del dispositivo de control está montado dentro de una carcasa 550 de dispositivo de control con las cuatro barras 530 colectoras de fuente de alimentación montadas en un lado opuesto de la carcasa 550 del dispositivo de control a las barras 540 colectoras de devanado de fase.

Como se indicó anteriormente, el flujo de corriente hacia el motor eléctrico, en otras palabras, la corriente de línea, se realiza a través de las respectivas barras colectoras de la fuente de alimentación, donde el motor eléctrico actúa como una carga eléctrica para la fuente de alimentación de CC con el voltaje de la fuente de alimentación de CC colocado a través de la respectivas barras colectoras de la fuente de alimentación.

Cada sustrato 510 de potencia está dispuesto para montarse en una abertura respectiva formada en la placa 500 de circuito impreso de potencia.

La placa 500 de circuito impreso de potencia incluye una diversidad de componentes que incluyen controladores para los interruptores del inversor formados en los conjuntos 510 de sustrato de potencia, donde los controladores se usan típicamente para convertir las señales de control en una forma adecuada para encender y apagar los interruptores del inversor.

La placa 520 de circuito impreso de control incluye un procesador para controlar el funcionamiento de los interruptores del inversor. Además, cada placa 520 de circuito impreso de control incluye una disposición de interfaz para permitir la comunicación entre los respectivos dispositivos 400 de control a través de un bus de comunicación con un dispositivo 400 de control dispuesto para comunicarse con un controlador de vehículo montado fuera del motor eléctrico. El procesador 420 de cada dispositivo 400 de control está dispuesto para gestionar la comunicación a través de la disposición de interfaz.

Como se indicó anteriormente, los procesadores 420 en los respectivos dispositivos 400 de control están dispuestos para controlar la operación de los interruptores del inversor montados en los respectivos sustratos 520 de potencia dentro de la carcasa 550 de control, lo que permite que cada uno de los conjuntos 60 de bobinas de motor eléctrico se suministre con un suministro de voltaje trifásico que da como resultado que los respectivos subconjuntos de bobinas generen un campo magnético giratorio. Como se indicó anteriormente, aunque la presente realización describe cada conjunto 60 de bobinas con tres subconjuntos de bobinas, la presente invención no está limitada por esto y se apreciará que cada conjunto 60 de bobinas puede tener uno o más subconjuntos de bobinas.

Bajo el control de los respectivos procesadores 420, cada inversor 410 de puente trifásico está dispuesto para proporcionar control de voltaje PWM de modulación de ancho de pulso a través de los respectivos subconjuntos de bobina, generando así un flujo de corriente en los respectivos subconjuntos de bobina para proporcionar un torque requerido por los respectivos submotores, donde el flujo de corriente en los respectivos subconjuntos de bobinas se conoce como corriente de fase.

El control PWM funciona utilizando la inductancia del motor para promediar un voltaje de pulso aplicado para accionar la corriente requerida en las bobinas del motor. Usando el control PWM, se cambia un voltaje aplicado a través de los devanados del motor. Durante el período en que se cambia el voltaje a través de las bobinas del motor, la corriente aumenta en las bobinas del motor a un ritmo dictado por su inductancia y el voltaje aplicado. El control de voltaje PWM se apaga antes de que la corriente haya aumentado más allí del valor requerido, lo que permite lograr un control preciso de la corriente de fase dentro de los subconjuntos de bobina.

Para un conjunto 60 de bobinas dado, los interruptores del inversor 410 de puente trifásico están dispuestos para aplicar una sola fase de voltaje a través de cada uno de los subconjuntos de bobinas.

Usando la conmutación PWM, la pluralidad de interruptores se dispone para aplicar un voltaje alterno a través de los respectivos subconjuntos de bobinas. La envolvente de voltaje y el ángulo de fase de las señales eléctricas están determinados por los pulsos de voltaje de modulación. La Figura 6 ilustra un ejemplo de corrientes de fase en un conjunto de bobinas que tiene tres subconjuntos de bobinas, también conocido como configuración de motor trifásico, que muestra tres fases.

Los interruptores del inversor pueden incluir dispositivos semiconductivos tales como MOSFETs o IGBTs. En el presente ejemplo, los interruptores comprenden IGBTs. Sin embargo, se puede emplear cualquier circuito de conmutación conocido adecuado para controlar la corriente. Para un inversor trifásico que tiene seis interruptores configurados para accionar un motor eléctrico trifásico, los seis interruptores están configurados como tres conjuntos paralelos de dos interruptores, donde cada par de interruptores se coloca en serie y forman una pata del circuito de puente trifásico con un diodo de retorno, también conocido como diodo inverso, acoplado en antiparalelo a través de cada interruptor. Un inversor monofásico tendrá dos pares de interruptores dispuestos en serie para formar dos patas 600 de un inversor.

Como se indicó anteriormente, cada una de las patas del inversor 600 está eléctricamente acoplada entre un par de barras colectoras de fuente de alimentación.

Como se indicó anteriormente, la conmutación PWM se usa para aplicar un voltaje alterno a los devanados de la bobina de los motores eléctricos, donde la velocidad del rotor depende de la amplitud del voltaje aplicado a través de los devanados de la bobina. El torque aplicado al rotor resulta de la corriente de fase dentro de los devanados de la bobina, donde el torque motor es proporcional a la amplitud de la corriente de fase. En otras palabras:

^{T oc} I?,

donde, I²= amplitud de corriente de fase del rotor,

Ahora se describirá el sistema de control para prevenir una condición de guiñada inducida por peligro, donde se monitoriza el diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda por un primer motor eléctrico en la rueda y la potencia que se aplica a la segunda rueda por un segundo motor eléctrico. Tras la determinación de que la diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda y a la segunda rueda es mayor que un valor predeterminado, el controlador está dispuesto para reducir la diferencial de potencia. Los estudios empíricos de la respuesta del conductor indican que los valores de asimetría de potencia superiores a 30 kW/tonelada normalmente dan como resultado una peligrosa condición de guiñada inducida que puede resultar difícil de controlar para el conductor de un vehículo. Por consiguiente, en una realización preferida, si la diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda y a la segunda rueda es superior a 30 kW/tonelada de peso del vehículo, el controlador está dispuesto para reducir la diferencial de potencia. Sin embargo, se pueden usar otros valores de umbral de asimetría de potencia para indicar una condición de guiñada inducida por peligro.

Como la derivación de la potencia incluye un término de velocidad, el valor del umbral diferencial de potencia utilizado para identificar una condición de guiñada inducida por un peligro, por ejemplo, 30 kW/tonelada, se aplica en todo el rango de velocidad del vehículo y no depende de la velocidad. En consecuencia, a diferencia de los límites de asimetría de torque, se puede utilizar el mismo valor de umbral diferencial de potencia para identificar una condición de guiñada inducida por peligro independientemente de la velocidad del vehículo. En una primera realización, se estima la potencia mecánica generada por los respectivos motores eléctricos en las ruedas, donde el control de la potencia se implementa dentro de los propios motores. La potencia mecánica se estima utilizando mediciones de corriente de fase para estimar el torque generado por los respectivos motores eléctricos en las ruedas. A continuación, el valor del torque (T) se combina con la velocidad de rotación (w) de los respectivos rotores para proporcionar una estimación de la potencia mecánica del motor, es decir, un producto del torque y la velocidad de rotación (T w).

Dado que la guiñada inducida por el peligro depende de la asimetría de torque entre al menos dos ruedas ubicadas transversalmente entre sí en un vehículo, como se ilustra en la Figura 1, los factores externos a los motores respectivos que influyen en la cantidad de potencia que se aplica en la interfaz entre el vehículo y la carretera (es decir, la zona de contacto del neumático) pueden cancelarse, por ejemplo, las pérdidas por fricción. En consecuencia, la potencia mecánica estimada con base en la monitorización de potencia implementada dentro de los respectivos motores eléctricos puede usarse para implementar un mecanismo de seguridad que monitoriza la discrepancia de potencia entre dos motores, donde se pueden tomar las medidas apropiadas para impedir una condición de guiñada inducida peligrosa si la asimetría de potencia excede un valor umbral, por ejemplo 30 kW/tonelada.

En una segunda realización, se estima la potencia del motor eléctrico, donde la potencia del motor eléctrico se estima midiendo el voltaje de tracción de CC a través de las barras colectoras de CC que están acopladas a los respectivos motores eléctricos en las ruedas junto con la corriente de línea proporcionada a los motores. En consecuencia, la potencia eléctrica estimada del motor se determina usando un producto de voltaje y corriente (VI) proporcionado a los respectivos motores eléctricos.

Aunque la asimetría de potencia se puede calcular determinando la potencia eléctrica para cada motor eléctrico en la rueda y luego determinando la diferencial de potencia eléctrica entre los dos motores eléctricos en la rueda, en una realización preferida, ya que ambos motores eléctricos están acoplados a la misma batería y, en consecuencia, el voltaje aplicado a través de ambos motores eléctricos será el mismo, la diferencia en las corrientes de línea proporcionadas al motor eléctrico respectivo se puede usar para proporcionar una determinación de potencia asimétrica.

Preferiblemente, la diferencia entre las corrientes de los motores se determina haciendo pasar la corriente suministrada a ambos motores eléctricos a través del mismo dispositivo de medición de corriente en direcciones opuestas. Esto permite determinar la diferencia en la corriente de línea proporcionada a ambos motores eléctricos en una sola etapa, al mismo tiempo que reduce la cantidad de componentes necesarios para medir la corriente, lo que permite implementar una solución de monitorización de potencia puramente de hardware.

Al igual que con la estimación de la potencia mecánica, no se requiere la estimación de la potencia eléctrica para reflejar con precisión la potencia real que se aplica a la zona de contacto del neumático. La monitorización continua de la asimetría en la estimación de potencia eléctrica estimada es suficiente para detectar una condición peligrosa de guiñada inducida.

Preferiblemente, para tener en cuenta las funciones avanzadas de control de estabilidad (por ejemplo, vectorización de torque), el sistema de control de estabilidad descrito anteriormente para identificar una condición peligrosa de guiñada inducida utiliza datos de control de estabilidad para determinar cuándo las asimetrías de potencia superan el valor de umbral designado, por ejemplo, 30 kW/ tonelada, puede ignorarse legítimamente, por ejemplo, cuando el sistema de control de estabilidad está modificando el torque de las ruedas individuales para modificar las características de manejo del vehículo. Dichos ejemplos incluyen control de tracción y/o control dinámico del vehículo que requieren una asimetría de potencia superior a 30 kW/tonelada de potencia. Como tal, si el sistema de control de estabilidad identifica que el control de estabilidad del vehículo requiere asimetrías de potencia mayores que el valor de umbral designado para lograr las características de manejo requeridas, el sistema de monitorización de potencia está dispuesto para no reducir la asimetría de potencia identificada. Alternativamente, el sistema de control de estabilidad se puede preprogramar con una diversidad de diferentes valores de asimetría de potencia, donde los diferentes valores de asimetría de potencia se aplican a diferentes características de manejo asociadas con el vehículo, las cuales pueden ser seleccionables por el conductor.

Los riesgos asociados con la guiñada inducida por peligros forman parte de los requisitos de seguridad asociados con un diseño de automóvil, donde normalmente el riesgo asociado con la guiñada inducida por peligros se determinará utilizando el modelo de riesgo ISO 26262.

La clasificación de riesgo de guiñada inducida por peligros suele depender del vehículo y, en última instancia, dependerá de las características del vehículo dado, pero para la guiñada inducida podría ser tan alta como ASIL D. Por lo tanto, la estimación de potencia eléctrica o el mecanismo de seguridad de estimación de potencia mecánica, descrito anteriormente, para identificar una condición de guiñada inducida puede heredar un nivel de integridad ASIL D.

Sin embargo, un proceso de desarrollo de ASIL D requiere diversos recursos.

Sin embargo, dado que los mecanismos de seguridad de estimación de potencia eléctrica y de estimación de potencia mecánica descritos anteriormente proporcionan mecanismos independientes para identificar una condición de guiñada inducida por peligro, la combinación de ambos mecanismos dentro de un vehículo permite utilizar la técnica de descomposición de requisitos ISO 26262 para reducir los requisitos de nivel de integridad ASIL. Esto tiene la ventaja de permitir que se reduzcan los costes de desarrollo, a la vez que hace posible que los clientes utilicen los módulos de control electrónico existentes (por ejemplo, un módulo de control de motor interno existente).

La Figura 7 ilustra una realización preferida de una arquitectura de monitorización de potencia para usar en el vehículo que se ilustra en la Figura 1, donde la arquitectura de monitorización de potencia incluye mecanismos de seguridad de estimación de potencia eléctrica y de estimación de potencia mecánica para identificar y corregir una condición de guiñada inducida por peligro, permitiendo así que se reduzca la calificación ASIL asociada con el sistema de control de estabilidad.

El vehículo incluye dos motores 710 eléctricos en las ruedas que están dispuestos para accionar la primera rueda (es decir, la rueda delantera del lado cercano) y la segunda rueda (es decir, la rueda delantera del lado opuesto) respectivamente.

Para respaldar la funcionalidad de estimación de potencia mecánica, los dispositivos de control asociados con ambos motores eléctricos en las ruedas incluyen un primer medio 720 de detección, un primer medio 730 de monitorización de potencia y una función 740 de desactivación de la unidad de software.

El primer medio 720 de detección está dispuesto para determinar la potencia mecánica que está desarrollando el respectivo motor en la rueda (Pa) de la corriente de fase del motor y la velocidad, como se describió anteriormente.

El primer medio 730 de monitorización de potencia asociado con cada motor eléctrico en la rueda está dispuesto para comparar la potencia mecánica que desarrolla su propio motor (por ejemplo, Pai) con la del otro motor (por ejemplo, P^a2), y envía una solicitud de desactivación de software a la función 740 de desactivación de la unidad de softWare en caso de que la potencia asimétrica supere el valor de umbral predeterminado Pasy (por ejemplo, más de 30 kW/tonelada) a menos que una función de control dinámico dentro del controlador 102 principal indique que se ha seleccionado una función de control de estabilidad avanzada (por ejemplo, vectorización de torque) que requiere asimetrías de potencia mayores que el valor de umbral designado.

Como tal, si la función de control dinámico identifica que el control de estabilidad del vehículo requiere asimetrías de potencia mayores que el valor de umbral designado para lograr las características de manejo requeridas, el sistema de control de estabilidad está dispuesto para no reducir la asimetría de potencia identificada, por ejemplo, la función de control dinámico puede anular la solicitud de desactivación del software o establecer un valor de umbral de asimetría de potencia diferente.

La función 740 de desactivación de la unidad de software dentro del motor está dispuesta para desactivar las formas de onda PWM de la unidad de motor en respuesta a la recepción de una solicitud de desactivación de software recibida a partir de los primeros medios 730 de monitorización de potencia.

Para respaldar la funcionalidad de estimación de potencia eléctrica, el controlador 102 principal incluye un segundo medio 750 de monitorización de potencia con un segundo medio 760 de detección incorporado dentro del vehículo 100 externo a los motores 710 eléctricos en las ruedas y una función 770 de desactivación de la unidad de hardware incorporada dentro de ambos motores 710 eléctricos en las ruedas.

La función 770 de desactivación de la unidad de hardware es independiente de la función 740 de desactivación del software, donde el motor se desactivará si la función 770 de desactivación de la unidad de hardware o la función 740 de desactivación del software están activas.

El segundo medio 760 de detección, montado en el exterior de los respectivos motores 710 eléctricos en las ruedas, determina de forma independiente la potencia eléctrica asimétrica que desarrollan ambos motores eléctricos en las ruedas determinando el voltaje de tracción proporcionado a ambos motores eléctricos en las ruedas y la diferencia que se proporciona entre las corrientes de motor (delta I) a los motores eléctricos en las ruedas, como se ha descrito anteriormente.

La Figura 8 ilustra una realización preferida del segundo medio 760 de detección, donde el segundo medio 760 de detección incorpora un circuito 810 divisor de potencial resistivo para detectar el voltaje de la fuente de alimentación acoplada a los respectivos motores 710 eléctricos en las ruedas y un sensor 820 de corriente (por ejemplo, un sensor de efecto Hall/núcleo de ferrita) donde los cables que transportan corriente que suministran corriente a los respectivos motores eléctricos en las ruedas pasan a través del sensor de corriente en direcciones opuestas para permitir que se determine una diferencia de corriente, impidiendo así la necesidad de tener dos sensores de corriente y circuitos separados para determinar una diferencia en la corriente medida por ambos sensores de corriente.

Una vez que el segundo medio 760 de detección determina que la diferencia entre las corrientes del motor (delta I) que se proporciona a los respectivos motores 710 eléctricos en las ruedas excede un valor umbral, el segundo medio 750 de monitorización de potencia, incorporado dentro del controlador 102 principal, está dispuesto para enviar una solicitud de desactivación de hardware a las respectivas funciones 770 de desactivación de la unidad de hardware incorporadas dentro de los respectivos motores 710 eléctricos en las ruedas a menos que una función de control dinámico 780 indique que se ha seleccionado una función de control de estabilidad avanzada (por ejemplo, vectorización de torque) que requiere asimetrías de potencia mayores que el valor umbral designado.

Como se indicó anteriormente, si la función de control dinámico identifica que el control de estabilidad del vehículo requiere asimetrías de potencia mayores que el valor de umbral designado para lograr las características de manejo requeridas, el sistema de monitorización de potencia está dispuesto para no reducir la asimetría de potencia identificada, por ejemplo, la función de control dinámico puede establecer un valor de umbral de asimetría de potencia diferente.

Aunque el sistema de control de estabilidad descrito en la realización anterior emite una solicitud de desactivación del motor si se identifica una condición de guiñada inducida por peligro, alternativamente, se puede emitir una solicitud de reducción de torque para reducir el diferencial de potencia entre los dos motores eléctricos en las ruedas.

La realización descrita anteriormente es capaz de identificar y abordar asimetrías de potencia mayores que un valor de umbral designado en los escenarios donde:

1. El motor entrega incorrectamente un torque exigido (por ejemplo, debido a una falla interna);

2. Una unidad de control del vehículo externa al motor demanda un torque incorrecto, sin embargo en este escenario la asimetría de torque solo será detectada una vez que el torque entregado por los motores alcance el torque demandado;

3. Uno o más motores leen incorrectamente un valor de demanda de torque, nuevamente esto se detectará cuando el torque entregado por los motores alcance el valor de demanda de torque leído incorrectamente.

En una realización alternativa, los motores eléctricos pueden configurarse para comprobar que la demanda de torque no exceda el delta de potencia máxima permitida en el eje antes de intentar alcanzar la demanda de torque requerida. Por ejemplo, la potencia se comprueba en la etapa de demanda calculando la potencia demandada. La potencia es el torque multiplicado por la velocidad, por lo que en el motor se realiza un cálculo multiplicando las velocidades de los motores por el torque demandado. Una unidad de control externa, por ejemplo una unidad de control del vehículo, encargada de emitir una demanda de torque puede realizar un cálculo similar, donde en este caso la unidad de control externa puede utilizar la señal de velocidad de los sensores ABS.

Esta realización permite identificar las asimetrías de potencia en una etapa anterior. En otras palabras, si se sabe que una demanda de torque hará que una asimetría de potencia exceda un valor de umbral, esto puede abordarse antes de que se genere el torque.

Será evidente para los expertos en la técnica que el tema divulgado puede modificarse de diversas maneras y puede asumir realizaciones distintas de las formas preferidas establecidas específicamente como se describe anteriormente, por ejemplo, cuando el sistema de control identifica que la asimetría de potencia entre los dos motores eléctricos excede el valor de umbral predeterminado, en lugar de desactivar ambos motores eléctricos en las ruedas, si la asimetría de potencia es el resultado de una falla en uno de los motores secundarios en uno de los motores eléctricos en las ruedas, el torque generado por ese motor eléctrico en la rueda puede incrementarse aumentando el torque de los otros submotores, reduciendo así la asimetría de potencia. Además, se puede identificar una condición peligrosa de guiñada inducida mediante el control de la asimetría de potencia entre los diferentes ejes de un vehículo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de control para un vehículo (100) que tiene una primera rueda (101) dispuesta para ser accionada por una primera fuente de accionamiento y una segunda rueda (101) dispuesta para ser accionada por una segunda fuente de accionamiento, en donde la primera rueda y la segunda rueda están ubicadas transversalmente en el vehículo entre sí, comprendiendo el sistema de control un controlador (102) y un dispositivo de monitorización, en donde el dispositivo de monitorización está dispuesto para monitorizar el diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda por la primera fuente de accionamiento y la potencia que se aplica a la segunda rueda por la segunda fuente de accionamiento, en donde al determinarse que el diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda y la segunda rueda es mayor que un valor predeterminado, el controlador está dispuesto para reducir la diferencial de potencia, en donde el dispositivo de monitorización está dispuesto para monitorizar la potencia mecánica generada por la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento y la potencia eléctrica generada por la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento para permitir que el sistema de control identifique una condición de guiñada inducida por un peligro con base tanto en un diferencial de potencia mecánica como en un diferencial de potencia eléctrica.

2. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento es un motor (710) eléctrico.

3. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la primera fuente de accionamiento es un primer motor (710) eléctrico en la rueda y la segunda fuente de accionamiento es un segundo motor (710) eléctrico en la rueda.

4. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el dispositivo de monitorización incluye una primera disposición para monitorizar la potencia mecánica generada por la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento y una segunda disposición para monitorizar la potencia eléctrica generada por la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento.

5. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la primera disposición está incorporada dentro de la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento.

6. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la segunda disposición incluye un sensor (820) de corriente montado en el exterior de la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento.

7. Un sistema de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el controlador (102) está dispuesto para reducir el diferencial de potencia apagando tanto la primera fuente de accionamiento como la segunda fuente de accionamiento.

8. Un sistema de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el controlador (102) está dispuesto para reducir la diferencial de potencia apagando tanto la primera fuente de accionamiento como la segunda fuente de accionamiento mediante una desactivación de accionamiento por software y/o desactivación de accionamiento por hardware.

9. Un sistema de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el controlador (102) está dispuesto para no reducir el diferencial de potencia si se determina que una característica de manejo predeterminada requiere una asimetría de potencia superior al valor umbral.

10. Un sistema de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el dispositivo de control incluye un dispositivo de detección de corriente que determina la diferencial de potencia entre la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento con base en una diferencia de corriente suministrada a la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento.

11. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la diferencia de corriente se determina disponiendo el flujo de corriente hacia la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento para pasar a través del dispositivo de detección de corriente en direcciones opuestas.

12. Un método para un vehículo que tiene una primera rueda dispuesta para ser accionada por una primera fuente de accionamiento y una segunda rueda dispuesta para ser accionada por una segunda fuente de accionamiento, en donde la primera rueda y la segunda rueda están ubicadas transversalmente en el vehículo entre sí, comprendiendo el método monitorizar la diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda por la primera fuente de accionamiento y la potencia que se aplica a la segunda rueda por la segunda fuente de accionamiento, en donde al determinarse que la diferencial de potencia entre la potencia que se aplica a la primera rueda y la segunda rueda es mayor que un valor predeterminado, reduciendo el diferencial de potencia, en donde la monitorización comprende monitorizar la potencia mecánica generada por la primera fuente de accionamiento y la segunda fuente de accionamiento y la potencia eléctrica generada por la primera fuente de accionamiento y una segunda fuente de accionamiento para permitir que el sistema de control identifique una condición de guiñada inducida por un peligro basándose tanto en una diferencial de potencia mecánica como en una diferencial de potencia eléctrica.