ITUB20153401A1

ITUB20153401A1 - Metodo di controllo di una macchina elettrica per la trazione di un veicolo

Info

Publication number: ITUB20153401A1
Application number: ITUB2015A003401A
Authority: IT
Inventors: Samuele Arcangeli; Francesco Marcigliano; Luca Arzilli; Andrea Suppa; Andrea Balluchi
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-03-03

Description

DESCRIZIONE

"METODO DI CONTROLLO DI UNA MACCHINA ELETTRICA PER LA TRAZIONE DI UN VEICOLO"

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo di una macchina elettrica per la trazione di un veicolo.

La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione in un veicolo ibrido, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.

ARTE ANTERIORE

Un veicolo ibrido comprende un motore termico a combustione interna, il quale trasmette la coppia motrice alle ruote motrici mediante una trasmissione provvista di un cambio accoppiato ad una frizione, ed almeno una macchina elettrica che è collegata elettricamente ad un sistema di accumulo elettrico ed è collegata meccanicamente alle ruote motrici. Normalmente, la macchina elettrica è collegata meccanicamente alle ruote motrici attraverso il cambio, in modo tale che sia possibile modificare (utilizzando almeno parte delle marce il cambio) il rapporto di trasmissione esistente tra la macchina elettrica e le ruote motrici per evitare di mandare la macchina elettrica fuori giri (ovvero fare ruotare la macchina elettrica ad un regime troppo elevato) ed anche per cercare di fare funzionare la macchina elettrica ad un regime favorevole (ovvero ad un regime che permette di ottenere un rendimento energetico elevato),

La macchina elettrica è generalmente una macchina sincrona con rotore a magneti permanenti, in quanto questa tipologia di macchina elettrica è in grado di generare una coppia motrice che si adatta bene alle esigenze della trazione, è facilmente e precisamente controllabile, e non richiede alcun tipo di manutenzione,

E' stato notato che avanzando (particolarmente, ma non solo, in abbinamento con una partenza da fermo) a bassissima velocità (sotto i 5 km/h) in trazione elettrica, nel veicolo si possono avvertire delle vibrazioni longitudinali (eventualmente accompagnate ad una certa rumorosità meccanica) che risultano essere fastidiose e quindi del tutto indesiderate.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di controllo di una macchina elettrica per la trazione di un veicolo, il quale metodo di controllo sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e, nel contempo, sia di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo di una macchina elettrica per la trazione di un veicolo secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate,

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 è una vista schematica di un veicolo stradale con propulsione ibrida;

• la figura 2 è una vista schematica di una trasmissione del veicolo stradale della figura 1 provvista di un sistema idraulico;

• la figura 3 è una vista schematica di una macchina elettrica del veicolo stradale della figura 1 che viene controllata in accordo con il metodo di controllo della presente invenzione;

• la figura 4 è uno schema a blocchi che illustra una logica di controllo utilizzata per il pilotaggio della macchina elettrica della figura 3;

• la figura 5 è uno schema a blocchi che illustra con maggiore dettaglio un blocco di controllo della figura 4;

• la figura 6 è uno schema a blocchi che illustra con maggiore dettaglio un blocco di controllo della figura 5; e

• la figura 7 un grafico che illustra l'evoluzione nel tempo dell'angolo elettrico e della velocità di rotazione della macchina elettrica della figura 3. FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un veicolo stradale con propulsione ibrida provvisto di due ruote 2 anteriori e di due ruote 3 posteriori motrici, che ricevono la coppia motrice da un sistema 4 di motopropulsione ibrido.

Il sistema 4 di motopropulsione ibrido comprende un motore 5 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore ed è provvisto di un albero 6 motore, una trasmissione 7, la quale trasmette la coppia motrice generata dal motore 5 termico le ruote 3 posteriori motrici, ed una macchina 8 elettrica reversibile (cioè che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando un coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica) che è meccanicamente collegata alla trasmissione 7.

La trasmissione 7 comprende un albero 9 di trasmissione che da un lato è angolarmente solidale all'albero 6 motore e dall'altro lato è meccanicamente collegato ad un cambio 10 a doppia frizione, il quale è disposto in posizione posteriore e trasmette il moto alle ruote 3 posteriori motrici mediante due semiassi 11 che ricevono il moto da un differenziale 12. La macchina 8 elettrica reversibile è meccanicamente collegata al cambio 10 a doppia frizione come verrà meglio descritto in seguito ed è pilotata da un convertitore 13 elettronico di potenza collegato ad un sistema 14 di accumulo che è atto immagazzinare energia elettrica ed è provvisto di batterie chimiche e/o supercondensatori.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il cambio 10 a doppia frizione comprende due alberi 15 e 16 primari tra loro coassiali, indipendenti ed inseriti uno all'interno dell'altro e due frizioni 17 e 18 coassiali e disposte in serie, ciascuna delle quali è atta a collegare un rispetto albero 15 o 16 primario all'albero 9 di trasmissione (quindi all'albero 6 motore del motore 5 termico a combustione interna) . Inoltre, il cambio 10 a doppia frizione comprende due alberi 19 e 20 secondari, i quali sono entrambi angolarmente solidali all'ingresso del differenziale 12 che trasmette il moto alle ruote 3 posteriori motrici. La macchina 8 elettrica presenta un albero 21, il quale è permanentemente collegato all'albero 15 primario in modo da ruotare sempre in modo solidale con l'albero 15 primario stesso.

La trasmissione 7 comprende un sistema 22 idraulico (solo parzialmente e schematicamente illustrato nella figura 2), il quale ha la funzione di fare circolare attraverso la trasmissione 7 stessa (cioè attraverso il cambio 10 e le frizioni 17 e 18) un olio di lubrificazione necessario alla lubrificazione di tutte le componenti ed un olio di attuazione necessario al funzionamento degli attuatori idraulici (utilizzati per l'innesto delle marce nel cambio 10 e per il comando delle frizioni 17 e 18). Il sistema 22 idraulico della trasmissione 7 comprende una pompa 23 di circolazione, la quale ha la funzione di fare circolare l'olio di lubrificazione attraverso gli ingranaggi del cambio 10 ed i dischi delle frizioni 16 e 17 in modo da assicurare una adeguata lubrificazione ed un adeguato raffreddamento. Inoltre, il sistema 22 idraulico della trasmissione 7 comprende una pompa 24 di attuazione che fornisce la pressione idraulica necessaria al funzionamento degli attuatori idraulici di innesto delle marce (cioè degli attuatori dei sincronizzatori del cambio 10) e degli attuatori di comando delle frizioni 17 e 18.

Le due pompe 23 e 24 del cambio 10 vengono azionate da un albero 25 di trascinamento ausiliario passante (cioè che passa attraverso ciascuna pompa 23 e 24) che da un lato prende il moto da un cestello 26 anteriore delle frizioni 17 e 18 che è solidale all'albero 6 motore (con l'interposizione dell'albero 9 di trasmissione) e dal lato opposto prende il moto da un motore 27 elettrico ausiliario (ad esempio un motore elettrico "BLDC sensorless"). Tra l'albero 25 di trascinamento e l'albero 6 motore (ovvero tra l'albero 25 di trascinamento ed il cestello 26 anteriore delle frizioni 17 e 18) è interposta una ruota libera 28 (o ruota folle 28) che trasmette o meno il moto (cioè ingrana o meno) a seconda del verso della differenza di velocità. Analogamente anche tra l'albero 25 di trascinamento ed il motore 27 elettrico ausiliario è interposta una ruota libera 29 (o ruota folle 29) che trasmette o meno il moto (cioè ingrana o meno) a seconda del verso della differenza di velocità.

Quando il motore 5 termico è acceso (ovvero quando l'albero 6 motore del motore 5 termico è in rotazione), il motore 27 elettrico ausiliario viene mantenuto spento: la velocità di rotazione imposta all'albero 25 di trascinamento dall'albero 6 motore del motore 5 termico è superiore alla velocità di rotazione imposta all'albero 25 di trascinamento dal motore 27 elettrico ausiliario (che è fermo) e quindi la ruota 28 libera risulta ingranata e trasmette il moto verso le pompe 23 e 24 mentre la ruota 29 libera risulta non ingranata e "separa" il motore 27 elettrico ausiliario dall'albero 25 di trascinamento; in altre parole, l'albero 25 di trascinamento viene fatto ruotare dall'albero 6 motore del motore 5 termico mentre l'albero 25 di trascinamento risulta isolato dal motore 27 elettrico ausiliario.

Quando il motore 5 termico è spento (ovvero quando l'albero 6 motore del motore 5 termico è fermo), il motore 27 elettrico ausiliario viene attivato; la velocità di rotazione imposta all'albero 25 di trascinamento dall'albero 6 motore del motore 5 termico (che è fermo) è inferiore alla velocità di rotazione imposta all'albero 25 di trascinamento dal motore 27 elettrico ausiliario e quindi la ruota 29 libera risulta ingranata e quindi trasmette il moto verso le pompe 23 e 24 mentre la ruota 28 libera risulta non ingranata e separa l'albero 6 motore del motore 5 termico dall'albero 25 di trascinamento; in altre parole; l'albero 25 di trascinamento viene fatto ruotare dal motore 27 elettrico ausiliario mentre l'albero 25 di trascinamento risulta isolato dall'albero 6 motore del motore 5 termico,

Secondo quanto illustrato nella figura 3, la macchina 8 elettrica è una macchina elettrica in corrente alternata trifase presentante tre morsetti di alimentazione attraverso i quali viene trasmessa l'energia elettrica. Nella schematizzazione della figura 3, all'interno della macchina 8 elettrica sono illustrate tre impedenze equivalenti tra loro collegate a stella; ovviamente nella realtà il circuito elettrico interno della macchina 8 elettrica è molto più complesso ed articolato di quanto schematizzato nella figura 3, La macchina 8 elettrica è pilotata dal convertitore 13 elettronico di potenza collegato al sistema 14 di accumulo; il convertitore 13 elettronico di potenza converte la corrente continua fornita dal sistema 14 di accumulo in corrente alternata trifase a frequenza variabile per pilotare la macchina 8 elettrica.

E' prevista una unità 30 di controllo, la quale sovraintende al funzionamento della macchina 8 elettrica. Secondo quanto illustrato nella figura 4, l'unità 30 di controllo comprende un modulo 31 di controllo che riceve una coppia Tref desiderata (obiettivo) che la macchina 8 elettrica deve generare in funzione dei comandi impartiti dal guidatore (particolarmente, ma non solo, mediante il pedale dell'acceleratore), in funzione dello stato di funzionamento del motore 5 termico e della trasmissione 7, in funzione dello stato di moto del veicolo 1 stradale, ed in funzione dello stato di carica del sistema 14 di accumulo. Inoltre, l'unità 30 di controllo comprende un blocco 32 di calcolo che determina una coppia Tcomp di compensazione in funzione della coppia Tref desiderata, della velocità di rotazione ω corrente (effettiva) dell'albero 21 della macchina 8 elettrica, e della posizione angolare Θ corrente (effettiva) dell'albero 21 della macchina 8 elettrica; la coppia Tcomp di compensazione viene sommata alla coppia Tref desiderata per ottenere la coppia Tref__comp desiderata compensata (corretta). Infine, l'unità 30 di controllo comprende un modulo 33 di controllo che riceve in ingresso la coppia Tref_comp desiderata compensata e pilota di conseguenza il convertitore 13 elettronico di potenza per inseguire la coppia Tref__comp desiderata compensata.

La macchina 8 elettrica è una macchina sincrona con rotore a magneti permanenti e di conseguenza la coppia motrice generata dalla macchina 8 elettrica presenta un contenuto armonico (ovvero delle oscillazioni) indesiderate e ineliminabili che sono generate dall'interazione tra i magneti permanenti del rotore e le cave di statore e presentano delle frequenze di oscillazione che sono direttamente proporzionali alla velocità di rotazione ω dell'albero 21 (ovvero del rotore) della macchina 8 elettrica. Nella figura 7 è illustrato un grafico che illustra l'evoluzione temporale della velocità di rotazione ω dell'albero 21 e della posizione angolare Θ dell'albero 21 (misurata in radianti) quando l'albero 21 ruota libero (cioè a vuoto, ovvero completamente scollegato da carichi meccanici) con una velocità di rotazione ω modesta (dell'ordine di 10-20 giri/min); si noti come la velocità di rotazione ω presenta delle oscillazioni a diverse frequenze diretta conseguenza delle corrispondenti oscillazioni della coppia motrice.

In caso di trazione elettrica (cioè quando la macchina 8 elettrica è collegata alle ruote 3 posteriori motrici sia da sola ovvero in trazione puramente elettrica, sia in abbinamento al motore 5 termico ovvero in trazione ibrida) ed a velocità di rotazione ω medie-alte (indicativamente sopra i 200 giri/min) le frequenze delle armoniche (ovvero delle oscillazioni) della coppia motrice generata dalla macchina 8 elettrica sono lontane (cioè molto più elevate) delle frequenze modali (frequenze di risonanza) della trasmissione 7, quindi le armoniche della coppia motrice vengono assorbite dalla "elasticità'' della trasmissione 7 senza alcun tipo di ripercussione meccanica o acustica sul veicolo 1 stradale. Invece in caso di trazione elettrica (cioè quando la macchina 8 elettrica è collegata alle ruote 3 posteriori motrici sia da sola ovvero in trazione puramente elettrica, sia in abbinamento al motore 5 termico ovvero in trazione ibrida) ed a velocità di rotazione ω basse (indicativamente sotto i 200 giri/min ed in particolare attorno ai 100 giri/min) le frequenze delle armoniche (ovvero delle oscillazioni) della coppia motrice generata dalla macchina 8 elettrica intersecano le frequenze modali (frequenze di risonanza) della trasmissione 7, quindi le armoniche della coppia motrice generano nella trasmissione 7 dei fenomeni di risonanza meccanica che amplificano l'effetto delle armoniche della coppia motrice determinano l'insorgere di oscillazioni longitudinali nel moto del veicolo 1 stradale e di rumorosità nella trasmissione Ί, In particolare, le armoniche della coppia motrice presentano frequenze di oscillazione che sono multiple di 6 volte la frequenza elettrica, ovvero 6 volte il prodotto tra la frequenza meccanica (ovvero la velocità di rotazione ω) ed il numero P di coppie polari del rotore della macchina 8 elettrica, secondo la seguente equazione:

[1] fa = n * 6 * fe = n * 6 *P * fm fa frequenza delle armoniche della coppia motrice; n numero intero (1, 2, 3...) indicate l'ordine delle armoniche;

fe frequenza elettrica;

P numero di coppie polari del rotore della macchina 8 elettrica;

fm frequenza meccanica (ovvero la velocità di rotazione ω).

Le oscillazioni longitudinali e la rumorosità nella trasmissione 7 si avvertono quando il veicolo 1 stradale avanza (particolarmente, ma non solo, in abbinamento con una partenza da fermo) a bassissima velocità (sotto i 5 km/h) in trazione elettrica; questa situazione in effetti è molto frequente, in quanto tipica sia della partenza non prestazionale (durante la quale il veicolo 1 stradale inizia a muoversi in trazione elettrica per poi accedere il motore 5 termico quando si superano i 5-10 km/h), sia della retromarcia.

Per eliminare gli effetti negativi delle armoniche della coppia motrice, alla coppia Tref desiderata viene sommata (applica, sovrapposta) la coppia Tcomp di compensazione che è uguale e contraria (cioè in opposizione di fase) alle armoniche della coppia motrice (almeno alle armoniche della coppia motrice principali, cioè che generano disturbi meccanici/acustici avvertibili) in modo tale da compensare (eliminare) le armoniche della coppia motrice stesse. La coppia Tref„comp desiderata compensata è il risultato della somma tra la coppia Tref desiderata e la coppia Tcomp di compensazione e viene fornita al modulo 33 di controllo per pilotare il convertitore 13 elettronico di potenza. In altre parole, alla coppia Tref desiderata calcolata in funzione delle esigenze di moto del veicolo 1 stradale viene aggiunta (applicata, sommata, sovrapposta) una ulteriore coppia Tcomp di compensazione oscillante che è in opposizione di fase con le armoniche della coppia motrice (almeno alle armoniche della coppia motrice principali, cioè che generano disturbi meccanici/acustici avvertibili) per annullare (compensare, eliminare) le armoniche della coppia motrice stesse.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, la coppia Tcomp di compensazione è il risultato di una somma di più contributi secondo la seguente equazione:

[2] Tcomp = Tcomp„l Tcomp__6 ... Tcomp_N Tcomp coppia di compensazione ;

Tcomp_l coppia Tcomp di compensazione della prima armonica;

Tcomp„6 coppia Tcomp di compensazione della sesta armonica;

Tcomp__N coppia Tcomp di compensazione della N-esima armonica.

Il numero di armoniche che viene compensato dalla coppia Tcomp di compensazione è variabile e dipendente dallo scopo che viene prefisso: tanto maggiore vuole essere la regolarità/silenziosità del moto del veicolo a bassissima velocità, tanto maggiore deve essere il numero di armoniche che viene compensato dalla coppia Tcomp di compensazione. Generalmente, è più che sufficiente compensare fino alla dodicesima armonica (come illustrato nella figura 5), in quanto l'effetto sulla trasmissione delle armoniche superiori alla dodicesima è normalmente del tutto insignificante (sia perché la frequenza delle armoniche si allontana in modo sostanziale dalle frequenze modali della trasmissione 7, sia perché l'ampiezza delle armoniche si riduce a valori molto piccoli), E' importante osservare che la coppia Tcomp di compensazione potrebbe compensare solo la prima armonica, oppure solo la prima armonica e la sesta armonica; in alternativa, la coppia Tcomp di compensazione potrebbe compensare la prima armonica, la sesta armonica, la dodicesima armonica ed anche la diciottesima armonica.

Ciascuna coppia Tcomp_N di compensazione della N-esima armonica viene calcolata in un corrispondente blocco 34 di calcolo utilizzando modalità comuni a tutti i blocchi 34 di calcolo (come meglio descritto in seguito). Le varie coppie Tcomp_N di compensazione delle N-esima armoniche vengono quindi sommate in un blocco 35 sommatone per calcolare la coppia Tcomp di compensazione da applicare alla coppia Tref desiderata.

Secondo quanto illustrato nella figura 6, ciascun blocco 34 di calcolo determina la coppia Tcomp_N di compensazione della N-esima armonica mediante il prodotto di tre fattori che viene eseguito in un blocco 36 di moltiplicazione secondo la seguente equazione:

[3] Tcomp_N = mod x AC x ON-OFF TcompJM coppia di compensazione della N-esima armonica;

mod segnale di modulazione normalizzato che è variabile nel tempo e determina la variazione nel tempo della coppia Tcomp_N di compensazione della N-esima armonica;

AC valore di ampiezza che determina l'ampiezza della coppia Tcomp__N di compensazione della N-esima armonica;

ON-OFF segnale di attivazione compreso tra 0 e 1 che attiva o disattiva la compensazione.

Il segnale mod di modulazione è normalizzato, ovvero presenta una ampiezza compresa tra -1 (meno uno) e 1 (più uno) per non avere alcun impatto sull'ampiezza della coppia Tcomp__N di compensazione della N-esima armonica. Inoltre, il segnale mod di modulazione determina unicamente la variazione nel tempo della coppia Tcomp_N di compensazione della N-esima armonica, ovvero rende la coppia Tcomp_N di compensazione della N-esima armonica variabile nel tempo; di conseguenza, il segnale mod di modulazione deve presentare la stessa frequenza della N-esima armonica ed una sfasatura teorica di 180° (n radianti) rispetto alla N-esima armonica. Il segnale mod di modulazione varia in modo del tutto sincrono con la variazione della posizione angolare Θ dell'albero 21 (ovvero del rotore) della macchina 8 elettrica, ovvero il segnale mod di modulazione è sincronizzato con la posizione angolare Θ. Il segnale mod di modulazione viene ottenuto calcolando in un blocco 37 di calcolo il seno (appunto compreso tra -1 e 1) di un angolo γ di modulazione che cambia nel tempo in modo sincrono con la variazione della posizione angolare Θ ed è compreso tra 0° (ovvero 0 radianti) e 360° (ovvero 2n radianti).

L'angolo γ di modulazione viene determinato in un blocco 38 di calcolo in funzione di un angolo β di opposizione della N-esima armonica che rappresenta l'angolo di opposizione di fase della N-esima armonica. L'angolo β di opposizione della N-esima armonica viene calcolato in un blocco 39 sommatore sommando l'angolo et della N-esima armonica con un angolo aoff di sfasamento, il quale tiene conto non solo della necessaria opposizione di fase (ovvero uno sfasamento di 180° / n radianti), ma anche dei ritardi presenti nel sistema (ovvero dei ritardi introdotti dai calcoli e dalle attuazioni) in modo tale che l'angolo β di opposizione della N-esima armonica permetta di annullare effettivamente la N-esima armonica. In altre parole, l'angolo aoff di sfasamento non è uguale a 180° (n radianti), ma è anticipato rispetto a 180° (n radianti) per tenere conto dei ritardi presenti nel sistema. L'angolo a della N-esima armonica viene calcolato in un blocco 40 di calcolo mediante una moltiplicazione tra la posizione angolare Θ dell'albero 21 (ovvero del rotore) della macchina 8 elettrica ed il numero N di armonica. L'angolo «off di sfasamento viene fornito da un blocco 41 di calcolo in funzione della velocità di rotazione ω dell'albero 21 (ovvero del rotore) della macchina 8 elettrica e della coppia Tref desiderata. Il blocco 41 di calcolo determina l'angolo «off di sfasamento sommando ad un valore fisso (legato alla geometria del sistema ed in particolare alla distanza angolare esistente tra il sensore angolare che misura la posizione angolare Θ dell'albero 21 ed i magneti permanenti del rotore) un valore variabile che tiene conto dei ritardi presenti nel sistema ed è fornito generalmente da una mappa (determinata sperimentalmente e memorizzata in una memoria non volatile della unità 30 di controllo) parametrata in funzione della velocità di rotazione ω e della coppia Tref desiderata. E' importante osservare che l'angolo aoff di sfasamento è determinato in massima parte in funzione della velocità di rotazione ω e solo in minima parte in funzione della coppia Tref desiderata (in prima approssimazione, l'angolo aoff di sfasamento potrebbe venire determinato anche solo in funzione della velocità di rotazione ω).

Il valore AC di ampiezza è un numero, determina l'ampiezza della coppia Tcomp__N di compensazione della N-esima armonica, ed è direttamente proporzionale alla coppia Tref desiderata (cioè tanto maggiore è la coppia Tref desiderata, tanto maggiore è il valore AC di ampiezza). Il valore AC di ampiezza viene determinato in un blocco 42 di calcolo in funzione della coppia Tref desiderata. Nella forma di attuazione più semplice, il valore AC di ampiezza è ottenuto moltiplicando la coppia Tref desiderata per una costate di proporzionalità fissa (ovvero esiste una relazione perfettamente lineare tra la coppia Tref desiderata ed il valore AC di ampiezza); in alternativa, tra il valore AC di ampiezza e la coppia Tref desiderata potrebbe esistere una relazione non lineare fornita da una equazione più o meno complessa oppure da una mappa determinata sperimentalmente.

Il segnale ON-OFF di attivazione è compreso tra 0 e 1 ed attiva o disattiva la compensazione; ovvero quando il segnale ON-OFF di attivazione è pari a 0 (zero) la compensazione è disattiva e ciascuna coppia Tcomp„Ndi compensazione è sempre nulla (di conseguenza anche la coppia Tcomp di compensazione è nulla), mentre quando il segnale ON-OFF di attivazione è maggiore di 0 (zero) la compensazione è attiva. Il segnale ON-OFF di attivazione non viene fatto variare istantaneamente dal valore 0 (zero) al valore 1 (uno) e viceversa per non creare delle discontinuità, ma segue delle rampe sia per l'attivazione (ovvero per passare dal valore 0 al valore 1), sia per lo spegnimento (ovvero per passare dal valore 1 al valore 0).

Il valore ON-OFF di attivazione viene determinato in un blocco 43 di calcolo in funzione della velocità di rotazione ω dell'albero 21 (ovvero del rotore) della macchina 8 elettrica. Il segnale ON-OFF di attivazione viene determinato unicamente in funzione della velocità di rotazione ω: quando la velocità di rotazione ω è inferiore ad un soglia predeterminata (ad esempio 200 giri/min) allora il segnale ON-OFF di attivazione è pari a 1 (uno) e quindi la compensazione è attiva, mentre quando la velocità di rotazione ω è superiore alla soglia allora il segnale ON-OFF di attivazione è pari a 0 (zero) e quindi la compensazione è disattiva; il confronto tra la velocità di rotazione ω e la soglia potrebbe avvenire con una certa isteresi per evitare di attivare/disattivare troppo frequentemente la compensazione quando la velocità di rotazione ω si trova a cavallo della soglia. Più in generale, la coppia Tcomp di compensazione viene applicata solo quando la velocità di rotazione ω dell'albero 21 è compresa in un intervallo predeterminato definito da una soglia inferiore e da una soglia superiore; la soglia inferiore può essere prossima allo zero, ma potrebbe anche essere significativamente diversa dallo zero.

La calibrazione del blocco 32 di calcolo che determina la coppia Tcomp di compensazione, ovvero l'affinamento (aggiornamento) della legge (equazione matematica o mappa) che fornisce il valore AC di ampiezza in funzione della coppia Tref desiderata e/o della legge (equazione matematica o mappa) che fornisce l'angolo aoff di sfasamento in funzione della velocità di rotazione ω e della coppia Tref desiderata, può venire eseguita solo durante la progettazione del veicolo 1 stradale (quindi non più modificata), oppure può venire eseguita anche durante tutta la vita del veicolo 1 stradale (per tenere conto sia degli effetti delle tolleranza costruttive, sia gli effetti delle derive temporali). In quest'ultimo caso, la legge che fornisce il valore AC di ampiezza e soprattutto la legge che fornisce l'angolo aoff di sfasamento possono venire aggiornate partendo dall'analisi del contenuto armonico della velocità di rotazione ω corrente (effettiva) dell'albero 21 della macchina 8 elettrica: in altre parole, la velocità di rotazione ω viene filtrata con un filtro passa-alto per estrarne il contenuto ad alta frequenza e quindi tale contenuto ad alta frequenza viene analizzato per valutare l'efficacia del processo di soppressione delle oscillazioni nella coppia motrice (ovviamente in caso di efficacia non soddisfacente viene apportata una correzione alla legge che fornisce il valore AC di ampiezza e/o alla legge che fornisce l'angolo otoff di sfasamento).

E' importante sottolineare che la compensazione sopra descritta è indifferentemente valida sia per la marcia avanti del veicolo 1 stradale, sia per la marcia indietro del veicolo 1 stradale; tra la marcia avanti e la marcia indietro variano unicamente alcune calibrazioni a causa di risonanze leggermente diverse ed alcuni segni che tengono conto del verso di rotazione della macchina 8 elettrica.

E' importante sottolineare che secondo una alternativa e perfettamente equivalente forma di attuazione, almeno una delle mappe sopra menzionate può venire sostituita da un corrispondente modello matematico che presenta gli stessi ingressi/uscite delle mappe; come la mappa, anche il corrispondente modello matematico è normalmente costruito sperimentalmente utilizzando una pluralità di misure eseguite mediante strumenti di laboratorio.

Il metodo di controllo sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il metodo di controllo sopra descritto permette di eliminare in modo efficace ed efficiente gli effetti negativi (vibrazioni longitudinali e rumorosità) prodotti dal contenuto armonico della coppia motrice generata dalla macchina 8 elettrica quando il veicolo 1 stradale avanza a bassissima velocità (particolarmente, ma non solo, in abbinamento con una partenza da fermo).

Inoltre, il metodo di controllo sopra descritto è particolarmente robusto, in quanto riesce sempre eliminare gli effetti negativi prodotti dal contenuto armonico della coppia motrice generata dalla macchina 8 elettrica.

Infine, il metodo di controllo sopra descritto è di semplice ed economica implementazione, in quanto non richiede l'aggiunta di alcun componente fisico (ovvero 1'hardware del sistema non viene in alcun modo modificato) ma è completamente realizzabile via software. E' importante osservare che il metodo di controllo sopra descritto non impegna né una elevata capacità di calcolo, né una estesa quantità di memoria e quindi la sua implementazione è possibile in una unità di controllo nota senza necessità di aggiornamenti o potenziamenti.

Claims

R IV E N D IC A Z IO N I 1) Metodo di controllo di una macchina (8) elettrica per la trazione di un veicolo (1); il metodo di controllo comprende la fase di determinare una coppia (Tref) desiderata che la macchina (8) elettrica deve generare in funzione delle esigenze di moto del veicolo (1); il metodo di controllo è caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di: determinare una coppia (Tcomp) di compensazione che è uguale ed opposta ad un contenuto armonico della coppia generata dalla macchina (8) elettrica; determinare una coppia (Tref_comp) desiderata compensata sommando la coppia (Tcomp) di compensazione alla coppia (Tref) desiderata; e pilotare la macchina (8) elettrica per inseguire la coppia (Tref_comp) desiderata compensata.
2) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui la coppia (Tcomp) di compensazione è sincrona con la posizione angolare (Θ) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica.
3) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui la coppia (Tcomp) di compensazione viene determinata in funzione della posizione angolare (Θ) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica e di un angolo (aoff) di sfasamento, il quale tiene conto della necessaria opposizione di fase e dei ritardi presenti nel sistema.
4) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui la coppia (Tcomp) di compensazione viene determinata in funzione della coppia (Tref) desiderata, della velocità di rotazione (ω) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica, e della posizione angolare (Θ) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica.
5) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 4, in cui la coppia (Tcomp) di compensazione è il risultato di una somma di più contributi secondo la seguente equazione: Tcomp Tcomp^l ... Tcomp__N Tcomp coppia di compensazione; Tcomp_l coppia di compensazione della prima armonica; Tcomp_N coppia di compensazione della N-esima armonica.
6) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 5, in cui la coppia (Tcomp_N) di compensazione della N-esima armonica viene calcolata mediante il prodotto di due fattori secondo la seguente equazione: [3] Tcomp__N = mod x AC Tcomp__N coppia di compensazione della N-esima armonica; mod segnale di modulazione che è variabile nel tempo e determina la variazione nel tempo della coppia (Tcomp_N) di compensazione della N-esima armonica; AC valore di ampiezza che determina l'ampiezza della coppia (Tcomp__N) di compensazione della N-esima armonica.
7) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 6, in cui il segnale (mod) di modulazione presenta una ampiezza compresa tra -1 e 1, determina la variazione nel tempo della coppia (Tcomp__N) di compensazione della N-esima armonica, presenta la stessa frequenza della (N-esima) armonica ed una sfasatura rispetto alla N-esima armonica.
8) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui il segnale (mod) di modulazione varia in modo sincrono con la variazione della posizione angolare (Θ) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica.
9) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui il segnale (mod) di modulazione viene ottenuto calcolando il seno di un angolo (y) di modulazione che cambia nel tempo in modo sincrono con la variazione della posizione angolare (Θ) ed è compreso tra 0° e 360°.
10) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 9, in cui l'angolo (y) di modulazione viene determinato in funzione di un angolo (β) di opposizione della N-esima armonica che viene calcolato sommando un angolo (a) della N-esima armonica con un angolo (aoff) di sfasamento, il quale tiene conto della opposizione di fase e dei ritardi presenti nel sistema.
11) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 10, in cui l'angolo (aoff) di sfasamento è anticipato rispetto a 180° per tenere conto dei ritardi presenti nel sistema.
12) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui l'angolo (a) della N-esima armonica viene calcolato mediante una moltiplicazione tra la posizione angolare (Θ) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica ed il numero (N) di armonica.
13) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 10, 11 o 12, in cui l'angolo (aoff) di sfasamento viene calcolato in funzione della velocità di rotazione (ω) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica e della coppia (Tref) desiderata.
14) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 13, in cui l'angolo (aoff) di sfasamento è determinato essenzialmente in funzione della velocità di rotazione (ω) e solo in minima parte in funzione della coppia (Tref) desiderata.
15) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 6 a 14, in cui il valore (AC) di ampiezza è un numero, determina 1'ampiezza della coppia (Tcomp_N) di compensazione della N-esima armonica ed è direttamente proporzionale alla coppia (Tref) desiderata.
16) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15 e comprendente l'ulteriore fase di applicare la coppia (Tcomp) di compensazione solo quando la velocità di rotazione (ω) dell'albero (21) della macchina (8) elettrica è compresa in un intervallo predeterminato definito da una soglia inferiore e da una soglia superiore.