IT201800009925A1

IT201800009925A1 - "CONTROL SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE"

Info

Publication number: IT201800009925A1
Application number: IT102018000009925A
Authority: IT
Inventors: Bruno Vianello; Leonardo Polito; Tommaso Moras
Original assignee: Texa Spa
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-04-30

Description

“SISTEMA DI CONTROLLO PER VEICOLO ELETTRICO” "CONTROL SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e sistema di controllo per veicolo elettrico motorizzato (assistito elettricamente) a due o più ruote, come ad es. un Segway, un’automobile o, più preferibilmente, una bicicletta elettrica qui di seguito presa come esempio applicativo. The present invention relates to a method and control system for a motorized (electrically assisted) electric vehicle with two or more wheels, such as e.g. a Segway, a car or, more preferably, an electric bicycle taken below as an application example.

I veicoli sono dotati di un sistema di assistenza alla partenza in salita (hill holder), un sistema elettronico che permette di partire da fermi in salita senza retrocedere. Di solito il sistema rileva l'inclinazione del veicolo e ne impedisce la retromarcia bloccando i freni. The vehicles are equipped with a hill holder, an electronic system that allows you to start from stationary uphill without going backwards. The system usually detects the vehicle's tilt and prevents it from reversing by locking the brakes.

Una versione diversa per bicicletta elettrica è mostrata in EP3176066, dove si immobilizza la bicicletta non attraverso i freni ma controllandone il motore elettrico. La centralina elettronica di EP3176066 è configurata per funzionare in varie modalità: una in cui il motore elettrico non applica alcuna coppia alla ruota, una in cui il motore elettrico applica coppia alla ruota per immobilizzare la bicicletta, e una in cui il motore elettrico applica coppia alla ruota per viaggiare. Le tre modalità sono selezionabili manualmente dal ciclista tramite un pannello di comando. A different version for an electric bicycle is shown in EP3176066, where the bicycle is immobilized not through the brakes but by controlling its electric motor. The electronic control unit of EP3176066 is configured to work in various modes: one in which the electric motor does not apply any torque to the wheel, one in which the electric motor applies torque to the wheel to immobilize the bicycle, and one in which the electric motor applies torque to the wheel to travel. The three modes are manually selectable by the cyclist via a control panel.

In salita e fermo il ciclista è costretto a commutare velocemente tra una modalità e l’altra, difetto che può comportare un ritardo di intervento nel bloccaggio della bicicletta. La bicicletta che arretra incontrollata e/o inaspettatamente può urtare il ciclista, spaventarlo o destabilizzarlo. Uphill and stationary, the cyclist is forced to switch quickly between one mode and another, a defect that can lead to a delay in locking the bicycle. The bicycle that rolls back uncontrollably and / or unexpectedly can hit the cyclist, frighten him or destabilize him.

Scopo principale dell’invenzione è migliorare questo stato dell’arte. The main purpose of the invention is to improve this state of the art.

Altro scopo dell’invenzione è realizzare un metodo e un sistema di controllo per veicolo assistito da un motore elettrico che faciliti l’uso dell’assistenza in salita. Another purpose of the invention is to create a method and a control system for a vehicle assisted by an electric motor that facilitates the use of uphill assistance.

Altro scopo dell’invenzione è realizzare un metodo e un sistema di controllo per veicolo assistito da un motore elettrico che renda più sicuro l’intervento dell’assistenza in salita. Another purpose of the invention is to create a method and a control system for a vehicle assisted by an electric motor that makes uphill assistance intervention safer.

Altro scopo dell’invenzione è realizzare un metodo e un sistema di controllo per veicolo assistito da un motore elettrico che funzioni in maniera automatica (cioè senza l’intervento dell’utente) per correggere i suddetti difetti di EP3176066. Another purpose of the invention is to create a method and a control system for a vehicle assisted by an electric motor that works automatically (ie without the intervention of the user) to correct the aforementioned defects of EP3176066.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da quanto definito nelle allegate rivendicazioni indipendenti; altre vantaggiose caratteristiche tecniche sono definite nelle rivendicazioni dipendenti. These and other purposes are achieved by what is defined in the attached independent claims; other advantageous technical characteristics are defined in the dependent claims.

Un aspetto dell’invenzione è un metodo di controllo per veicolo dotato di motore elettrico per assisterne la propulsione, con le fasi di One aspect of the invention is a control method for a vehicle equipped with an electric motor to assist its propulsion, with the phases of

(i) elaborare tramite un circuito elettronico dati, rilevati da un sensore posto sul veicolo, per stabilire se i dati soddisfano una condizione prestabilita, e (i) processing, through an electronic circuit, data, detected by a sensor placed on the vehicle, to establish whether the data satisfy a predetermined condition, and

(ii) in caso affermativo, controllare l’alimentazione elettrica del motore (ad es. tramite un inverter monofase o trifase) per imporre velocità nulla al veicolo. (ii) if so, check the motor power supply (eg via a single-phase or three-phase inverter) to impose zero speed on the vehicle.

In una variante, che realizza la funzione di assistenza in salita per la partenza da fermi, si elaborano i dati rilevati dal sensore per stabilire se il veicolo è fermo in salita. Il metodo allora consente di automatizzare il blocco del motore. In a variant, which carries out the uphill assistance function for starting from stationary, the data detected by the sensor is processed to establish whether the vehicle is stationary uphill. The method then automates the locking of the engine.

In un’altra variante, che realizza la funzione di antifurto (illustrata meglio in seguito), si elaborano i dati rilevati da un sensore (ad es. di prossimità o contatto) per stabilire se al veicolo è attaccato un dispositivo portatile. In another variant, which performs the anti-theft function (better illustrated below), the data detected by a sensor (eg proximity or contact) is processed to determine if a portable device is attached to the vehicle.

Un altro aspetto dell’invenzione è un veicolo elettrico comprendente: un motore per assistere la propulsione del veicolo, Another aspect of the invention is an electric vehicle comprising: an engine to assist the propulsion of the vehicle,

un sensore, ad es. di pendenza e velocità del veicolo, a sensor, e.g. of slope and vehicle speed,

un circuito elettronico, ad es. un microprocessore programmato allo scopo o una scheda a componenti discreti, configurato per an electronic circuit, e.g. a purpose-programmed microprocessor or discrete component board, configured for

rilevare dati dal sensore, collect data from the sensor,

elaborare i dati, ad es. per stabilire se il veicolo è fermo in salita, e in caso affermativo, controllare il motore per imporre velocità nulla al veicolo. process data, e.g. to determine if the vehicle is stationary on an uphill slope, and if so, check the engine to impose zero speed on the vehicle.

In particolare, il veicolo comprende uno stadio elettronico per controllare l’alimentazione elettrica del motore così da controllare la velocità del motore, e il circuito elettronico è configurato per controllare il motore tramite lo stadio elettronico per imporre velocità nulla al veicolo. In particular, the vehicle includes an electronic stage to control the power supply of the engine so as to control the engine speed, and the electronic circuit is configured to control the engine through the electronic stage to impose zero speed on the vehicle.

Secondo una più preferita forma di realizzazione nel metodo e/o tramite il circuito elettronico si verifica According to a more preferred embodiment in the method and / or via the electronic circuit occurs

se la velocità del veicolo è nulla e se l’inclinazione del veicolo (l’angolo di beccheggio) è superiore ad una soglia, if the vehicle speed is zero and if the vehicle inclination (the pitch angle) is higher than a threshold,

e qualora, più preferibilmente solo qualora, le due precedenti condizioni siano soddisfatte si controlla il motore per imporre velocità nulla al veicolo. and if, more preferably only if the two preceding conditions are satisfied, the engine is checked to impose zero speed on the vehicle.

Allo scopo preferibilmente il circuito elettronico è programmato per eseguire le suddette verifiche. For this purpose, the electronic circuit is preferably programmed to perform the above checks.

Secondo una preferita forma di realizzazione, nel metodo e/o tramite configurazione del circuito elettronico si impone velocità nulla al veicolo ponendo a zero un riferimento di velocità in ingresso ad un sistema a retroazione che controlla il regime o la coppia del motore. According to a preferred embodiment, in the method and / or through configuration of the electronic circuit, zero speed is imposed on the vehicle by setting to zero a speed reference in input to a feedback system which controls the engine speed or torque.

Secondo una preferita forma di realizzazione, la detta fase (i) avviene periodicamente, ad es. con periodo costante, ad es. ogni millisecondo. According to a preferred embodiment, said step (i) occurs periodically, e.g. with constant period, eg. every millisecond.

Secondo una preferita forma di realizzazione, la detta fase (i) comprende la fase di elaborare dati rilevati dal detto sensore per stabilire se il veicolo è in discesa (se l’angolo di beccheggio è negativo), e in caso affermativo si controlla il motore in modo che esso consenta la retromarcia. Ciò è utile se ad es. la bicicletta è scesa in un fosso e il ciclista lo vuole risalire andando all’indietro. According to a preferred embodiment, said step (i) comprises the step of processing data detected by said sensor to establish whether the vehicle is downhill (if the pitch angle is negative), and if so, the engine is checked. so that it allows reversing. This is useful if eg. the bicycle has fallen into a ditch and the cyclist wants to go up it by going backwards.

Secondo una preferita forma di realizzazione, la fase (i) di controllare il motore per imporre velocità nulla al veicolo può essere attivata e/o eseguita anche indipendentemente dalla fase (ii) di elaborare dati. Il vantaggio è di poter associare il blocco del motore ad un sistema antifurto. In particolare la fase (i) può essere attivata solo o anche su comando dell’utente, ad es. tramite un’interfaccia di comando (ad es. un touch-screen a bordo del veicolo), o automaticamente. La seconda opzione è particolarmente vantaggiosa qualora la fase (ii) venga attivata quando si rilevi il distacco e/o l’allontanamento dal veicolo di un dispositivo portatile di controllo del veicolo. Ad es. tale dispositivo può essere un dispositivo visualizzatori in grado di informare il ciclista con dati sul percorso e/o sulla corsa e/o sullo stato de veicolo. Il dispositivo visualizzatore può essere ad es. montato sul manubrio di una bicicletta, e in modo rimovibile per venir staccato quando la bicicletta è parcheggiata e incustodita. In assenza del proprietario, che ha con sé il dispositivo portatile, al motore del veicolo rimane così inibita la retromarcia o la rotazione, impedendo o complicando il furto. According to a preferred embodiment, the step (i) of controlling the engine to impose zero speed on the vehicle can also be activated and / or performed independently of the step (ii) of processing data. The advantage is that the engine lock can be associated with an anti-theft system. In particular, phase (i) can be activated only or even on user command, eg. via a command interface (e.g. a touch-screen on board the vehicle), or automatically. The second option is particularly advantageous if phase (ii) is activated when detecting the detachment and / or removal from the vehicle of a portable vehicle control device. Eg. this device can be a display device capable of informing the cyclist with data on the route and / or on the race and / or on the state of the vehicle. The display device can be e.g. mounted on the handlebar of a bicycle, and detachable to be detached when the bicycle is parked and unattended. In the absence of the owner, who has the portable device with him, the vehicle engine is thus inhibited from reversing or turning, preventing or complicating theft.

Nei suddetti aspetti dell’invenzione, come varianti: In the aforementioned aspects of the invention, as variants:

- la soglia per l’inclinazione del veicolo (l’angolo di beccheggio) è preferibilmente da 2 a 5 gradi, preferibilmente da 2 a 3 gradi, e/o - the threshold for the vehicle inclination (the pitch angle) is preferably from 2 to 5 degrees, preferably from 2 to 3 degrees, and / or

- i dati rilevati consistono in o ad es. comprendono la velocità del veicolo e l’inclinazione del veicolo rispetto all’orizzonte attorno al suo asse trasversale (cioè l’angolo di beccheggio). Qui e nel seguito si adotta la solita convenzione per cui un angolo di beccheggio positivo indica che il muso del veicolo è, rispetto all’orizzonte, rivolto verso l’alto o il cielo. - the data collected consist of or eg. include the speed of the vehicle and the inclination of the vehicle with respect to the horizon around its transverse axis (i.e. the pitch angle). Here and in the following, the usual convention is adopted whereby a positive pitch angle indicates that the nose of the vehicle is, with respect to the horizon, facing upwards or towards the sky.

In particolare, il circuito elettronico è programmato o configurato per eseguire una o ciascuna fase del metodo. In particular, the electronic circuit is programmed or configured to perform one or each step of the method.

Ulteriori vantaggi risulteranno chiari dalla descrizione seguente, che si riferisce ad un esempio di realizzazione preferito di sistema in cui: Further advantages will become clear from the following description, which refers to a preferred embodiment of a system in which:

- la figura 1 mostra una vista tridimensionale di bicicletta elettrica; Figure 1 shows a three-dimensional view of an electric bicycle;

- la figura 2 mostra uno schema a blocchi di un sistema di controllo dalla bicicletta. - figure 2 shows a block diagram of a bicycle control system.

Una bicicletta 10 comprende un noto telaio 14 collegato a una ruota posteriore 16, una sella 20 e a una ruota anteriore 12 che si può sterzare con un manubrio 18. A bicycle 10 comprises a known frame 14 connected to a rear wheel 16, a saddle 20 and to a front wheel 12 which can be steered with a handlebar 18.

Il telaio 14 alloggia un motore elettrico 30, una batteria 50 per alimentare il motore elettrico 30 e un circuito elettronico 40 per controllare il motore 30. Il circuito elettronico 40 è preferibilmente un microprocessore, per semplificare la programmazione delle funzioni. The frame 14 houses an electric motor 30, a battery 50 to power the electric motor 30 and an electronic circuit 40 to control the motor 30. The electronic circuit 40 is preferably a microprocessor, to simplify the programming of the functions.

Il motore elettrico 30 fornisce una coppia propulsiva alla ruota 16 onde assistere la pedalata della bicicletta 10. The electric motor 30 supplies a propulsive torque to the wheel 16 in order to assist the pedaling of the bicycle 10.

La bicicletta 10 è mostrata in fig. 1 come in salita, con la ruota 12 più in alto della ruota 16, ovvero la bicicletta 10 poggia su un piano P che è inclinato di un angolo β>0 rispetto ad un piano orizzontale T. L’angolo β indica l’angolo di beccheggio della bicicletta 10. Il telaio 14 alloggia anche un sensore 60 di velocità ed di inclinazione (misura cioè l’angolo β). The bicycle 10 is shown in FIG. 1 as uphill, with the wheel 12 higher than the wheel 16, i.e. the bicycle 10 rests on a plane P which is inclined by an angle β> 0 with respect to a horizontal plane T. The angle β indicates the angle of pitch of the bicycle 10. The frame 14 also houses a speed and inclination sensor 60 (that is, it measures the angle β).

Poiché nella condizione di fig. 1 la bicicletta 10 potrebbe andare incontrollatamente all’indietro, la bicicletta 10 è dotata di un sistema di asservimento implementato nel circuito elettronico 40. Le fasi di funzionamento sono illustrate dal grafo di flusso in fig. 2. Since in the condition of fig. 1 the bicycle 10 could go uncontrollably backwards, the bicycle 10 is equipped with an interlocking system implemented in the electronic circuit 40. The operating phases are illustrated by the flow graph in fig. 2.

Nella fase F1, il circuito elettronico 40 controlla se la funzione di asservimento in salita è attivata. In step F1, the electronic circuit 40 checks whether the upward interlock function is activated.

Se lo è, l’esecuzione salta alla fase F4 dove si pone a zero un riferimento di velocità per il motore elettrico 30. Il riferimento di velocità è l’ingresso di un sistema di controllo in retroazione, ad es. con controllo di coppia, che pilota il motore elettrico 30 per imporre una velocità desiderata. If it is, the execution jumps to phase F4 where a speed reference for the electric motor 30 is set to zero. The speed reference is the input of a feedback control system, eg. with torque control, which drives the electric motor 30 to impose a desired speed.

Se invece la funzione di asservimento in salita non è attivata, si passa alla fase F2. Qui il circuito elettronico 40 legge il sensore 60 e calcola la velocità e l’inclinazione della bicicletta 10. If, on the other hand, the upward interlock function is not activated, one passes to phase F2. Here the electronic circuit 40 reads the sensor 60 and calculates the speed and inclination of the bicycle 10.

Se la velocità è nulla e se l’inclinazione della bicicletta 10 (l’angolo β) è maggiore di una soglia (ad es. 2-3 gradi) l’esecuzione passa alla fase F3, altrimenti passa alla fase F5, dove si disattiva la funzione di asservimento in salita. If the speed is zero and if the inclination of the bicycle 10 (the angle β) is greater than a threshold (e.g. 2-3 degrees) the execution passes to phase F3, otherwise it passes to phase F5, where it is deactivated the upward interlock function.

Nella fase F3 si attiva la funzione di asservimento in salita e poi l’esecuzione passa alla fase F4. In phase F3 the upward interlock function is activated and then the execution passes to phase F4.

Il ciclo di fig. 2 viene eseguito periodicamente dal circuito elettronico 40, ad es. ogni millisecondo. In questo modo si garantisce una prontezza di risposta del sistema nella attivazione o disattivazione della funzione. The cycle of fig. 2 is periodically executed by the electronic circuit 40, e.g. every millisecond. This ensures a prompt response from the system when activating or deactivating the function.

La fase F4 può essere eseguita dal circuito elettronico 40 anche indipendentemente dal ciclo di fig. 2, quando la bicicletta 10 è ferma e parcheggiata. Il vantaggio è renderne difficile il furto. The step F4 can be performed by the electronic circuit 40 also independently of the cycle of fig. 2, when the bicycle 10 is stationary and parked. The advantage is to make it difficult to steal.

Ad es. il circuito elettronico 40 esegue la fase F4 quando rileva che l’utente ha staccato dalla bicicletta 10 un dispositivo elettronico portatile, come ad es. un display montabile sul manubrio 18 per visualizzare dati di marcia. Eg. the electronic circuit 40 performs phase F4 when it detects that the user has disconnected a portable electronic device from the bicycle 10, such as for example. a handlebar-mountable display 18 to display ride data.

Claims

CLAIMS 1. Control method for vehicle (10) equipped with an electric motor (30) to assist its propulsion, with the (i) to process through an electronic circuit (40) data, detected by a sensor (60) placed on the vehicle, to verify whether the data satisfy a predetermined condition, and (ii) if so, check the power supply of the motor (30) to impose zero speed on the vehicle (10).

Method according to claim 1, in which the data is processed to determine if the vehicle is stationary on an uphill slope.

3. Method according to claim 1 or 2, in which it is verified if the vehicle speed is zero and if the vehicle inclination is higher than a threshold, and if, more preferably only if the two preceding conditions are satisfied, the engine is checked to impose zero speed on the vehicle.

Method according to claim 1 or 2 or 3, in which zero speed is imposed on the vehicle (10) by setting to zero a speed reference in input to a feedback system which controls the engine speed or torque (30).

Method according to claim 1 or 2 or 3 or 4, in which step (i) occurs with a constant period.

Method according to any preceding claim, in which data detected by the sensor are processed to establish whether the vehicle is downhill, and if so, the engine is controlled so that it allows the vehicle to reverse.

7. Method according to any preceding claim, in which the detected data consist of or include the speed of the vehicle and the inclination of the vehicle around its transverse axis with respect to the horizon.

8. Method according to claim 7, in which the threshold for the inclination of the vehicle is preferably from 2 to 5 degrees.

Method according to any preceding claim, in which step (i) is activated when detachment and / or removal from the vehicle of a portable vehicle control device is detected.

10. Electric vehicle (10) comprising: an engine (30) to assist in propulsion of the vehicle, a sensor (60) for the slope and speed of the vehicle, an electronic circuit (40) configured for collect data from the sensor (60), process the data to determine if the vehicle is stationary on an uphill slope, and if so, check the engine to impose zero speed on the vehicle.