MXPA04008792A - Sistema de frenado retroactivo para vehiculo electrico. - Google Patents

Abstract

Se describe un circuito de frenado retroactivo para un vehiculo electrico que tiene ruedas frontales y posteriores e incluye una rueda motriz, un instrumento actuador, un circuito de control de frenado retroactivo y un circuito electronico de corrientes fuertes. El circuito de control de frenado retroactivo contiene un potenciometro o transductor, un sensor de procesos y un microprocesador. El sistema aplica una par torsor de frenado retroactivo a la rueda motriz cuando un conductor ordena el frenado retroactivo, y los sensores del proceso senalan una velocidad mayor que cero de la rueda motriz. La presente invencion tambien se refiere a un regulador para accionar la caracteristica de frenado retroactivo y cambio de marcha o inversion.

Description

SISTEMA DE FRENADO RETROACTIVO PARA VEHÍCULO ELÉCTRICO CAMPO DE LA TÉCNICA La presente invención se refiere, en general, a un vehículo eléctrico que tiene un sistema de frenado regenerativo ó retroactivo que se utiliza para recuperar energía de un suministro de energía recargable, a bordo. Más específicamente, la invención se refiere a los dispositivos accionadores reguladores por el conductor para el sistema de frenado regenerativo.

ANTECEDENTE DE LA INVENCIÓN A medida que se incrementa la contaminación del aire por el gran número de vehículos de combustión interna y que se ha convertido en un problema significativo en las grandes ciudades, en muchos países se hacen investigaciones importantes para ofrecer vehículos eficientes alimentados con electricidad que no descarguen emisiones contaminantes. Las grandes ciudades en los países no industrializados que cuentan con grandes cantidades de motocicletas alimentadas por motores de dos pistones son las particularmente afectadas por la contaminación de los vehículos. Estas motocicletas de dos pistones producen grandes cantidades de contaminantes y mucho ruido. Las motocicletas alimentadas con energía eléctrica, por otra parte, ofrecen un medio de transporte que prácticamente no emite contaminantes y produce muy poco ruido .

Por lo regular, las motocicletas eléctricas tienen un banco de batería que proporciona la energía a un motor de accionamiento. Estas baterías deben ser recargadas de vez en cuando. Esto por lo regular se hace conectando las baterías a una salida de energía AC durante un tiempo para restablecer la energía agotada. No obstante, para mejorar la autonomía de un vehículo, hay una razón para incorporar las unidades de carga de la batería y las unidades conservadoras de energía de la batería permanentemente en las motocicletas eléctricas . En particular, es posible utilizar sistemas de frenado regenerativo para transformar la energía cinética del vehículo de nuevo en energía eléctrica y ayudar a recargar las baterías del vehículo durante el modo de frenado. Esto proporciona un sistema de frenado con mayor eficiencia de energía, y más sencillo, que el proporcionado por los frenos de fricción.

Un sistema conocido para regular el frenado regenerativo en un vehículo eléctrico se describe en la Patente US No. 5,644,202 que enseña un sistema de control del frenado regenerati o que puede regular individualmente la fuerza del frenado y recargar energía. La fuerza de frenado y la recarga de energía se basan en la carga de la batería y el régimen del motor para obtener una fuerza de frenado óptima y una corriente de recarga óptima. El sistema enseña el establecimiento de una fuerza de frenado óptima y luego la disposición de una corriente de recarga que se optimiza de modo que la corriente de recarga aumenta cuando la tensión de la batería es baja y disminuye cuando la tensión de la batería es elevada.

Otro sistema de frenado regenerativo para un vehículo eléctrico se conoce de la Patente US No. 5,615,933 que describe un vehículo de cuatro ruedas con un motor propulsor eléctrico, un control de frenado regenerativo y un sistema de frenos antibloqueo de fricción (ABS) en el cual el frenado regenerativo puede combinarse con el frenado de fricción cuando no se activa el frenado antibloqueo. No obstante, el frenado regenerativo desciende o de inmediato se elimina cuando se activa el frenado antibloqueo.

Del mismo modo, la Patente US No. 5,472,265 describe un aparato de frenado antibloqueo que tiene una parte de frenado regenerativo, una segunda parte de frenado, una parte del sistema de frenos antibloqueo y una parte de control del frenado en la que la parte del sistema de frenos antibloqueo realiza un proceso de control ABS para regular una fuerza de frenado producida por la parte de frenado regenerativo o la segunda parte de frenado en las ruedas. La parte del control del frenado cambia la fuerza de frenado producida por la otra parte de frenado en las ruedas para igualar a cero cuando el sistema de frenos antibloqueo ha comenzado a funcionar como un proceso de control ABS .

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un vehículo con ruedas que tiene un sistema de frenado regenerativo. El vehículo preferido tiene al menos dos ruedas y lleva una o más baterías recargables u otro dispositivo almacenador de energía eléctrica. El sistema de frenado regenerativo preferido incluye un control de frenos configurado para el movimiento por parte de un usuario sobre un intervalo de movimiento que incluye el primero y segundo subintervalos . Un dispositivo regenerativo se asocia con las baterías y al menos una de las ruedas para generar una corriente eléctrica mediante la desaceleración de la rueda. Además, se conecta un procesador al control de frenos y a la batería de modo que cuando el control de frenado se somete a un primer movimiento, de preferencia colocándolo en el primer subintervalo, el procesador hace que el dispositivo regenerativo desacelere el vehículo y cargue las baterías con la corriente producida. El procesador de preferencia también está configurado para activar otra función del vehículo cuando el control de frenos se somete a un segundo movimiento, de preferencia colocándolo en el segundo subintervalo. En una modalidad, el primer movimiento es en una primera dirección, y el segundo movimiento es de al menos una velocidad mínima predeterminada y en una segunda dirección contraria a la primera dirección.

Un motor eléctrico se conecta operativamente a al menos una de las ruedas para accionarla, y un controlador de motor conecta las baterías al motor eléctrico para alimentar el motor. El control de frenos preferido incluye un regulador de apriete por torsión, teniendo el procesador una conexión eléctrica hacia el controlador del motor y para hacer que el motor acelere o accione la rueda cuando el control de frenos se coloca en el segundo subintervalo. En una modalidad, el procesador también activa otro sistema de frenado para desacelerar el vehículo cuando el control del freno se coloca en el segundo subintervalo . El primer subintervalo de preferencia comprende menos de aproximadamente 25% del intervalo, y con mayor preferencia menos de aproximadamente 15%. El control de freno preferido es empujado en forma resiliente hacia una posición en reposo entre el primero y segundo subintervalos .

En una modalidad preferida, la invención proporciona un sistema de frenado regenerativo para un vehículo eléctrico que tiene las ruedas frontal y posterior, e incluye una rueda motriz, un dispositivo accionador, un circuito de control del frenado regenerativo y un circuito electrónico de corrientes fuertes. El circuito de control del frenado regenerativo incluye un transductor, como puede ser un potenciómetro o codificador digital, o similares, un sensor del proceso y un microprocesador. El circuito electrónico de corrientes fuertes incluye una fuente de energía eléctrica recargable, un motor eléctrico y un controlador del motor. El dispositivo accionador se acopla a transductor. El transductor y los sensores de proceso envían una señal al microprocesador que aplica un algoritmo a las señales y produce una señal de salida hacia el controlador del motor para regular un par de frenado regenerativo a la rueda motriz . El algoritmo incluye una subrutina para prevenir el bloqueo de la rueda motriz . En una modalidad, el sistema de frenado regenerativo es independiente de un sistema de frenos de fricción del vehículo. En otra modalidad, el sistema de frenado regenerativo coopera con un sistema de frenos de fricción.

El sistema de frenado aplica un par de frenado regenerativo a la rueda motriz cuando el transductor envía señales de una instrucción de frenado regenerativo, y los sensores del proceso envían señales de una velocidad de la rueda motriz mayor que cero. De preferencia, el par de frenado aumenta con un aumento en la señal del transductor controlada por el operador, y la subrutina ajusta el par de frenado cuando se acciona un activador antibloqueo. En esencia, durante el modo de frenado regenerativo, el motor actúa como un generador que suministra corriente a la batería la cual descarga el generador, ocasionando con ello una acción de frenado.

En una modalidad ejemplar de la invención, los sensores del proceso consisten en un sensor de velocidad de la rueda posterior y un sensor de velocidad de la rueda frontal. El activador se acciona cuando las velocidades de la rueda frontal y posterior difieren por un valor determinado. En un ejemplo, el límite establecido es aproximadamente 5%. El ajuste del par de frenado regenerativo se relaciona con la diferencia entre las velocidades de la rueda frontal y posterior. Por ejemplo, el par de frenado regenerativo puede determinarse por una subrutina antibloqueo a menos que el par de frenado regenerativo señalizado por el transductor sea menor que el par de frenado regenerativo ajustado determinado por la subrutina, o la diferencia entre las velocidades de la rueda frontal posterior exceda un límite predeterminado.

De preferencia, el dispositivo accionador puede moverse mecánicamente sobre un intervalo de movimiento y puede ser colocado de manera regulada por el conductor de un vehículo. En una modalidad ejemplar, el dispositivo accionador se configura operativamente para cooperar con el transductor para enviar señales al microprocesador. La posición mecánica del mecanismo accionador determina la señal del transductor. En una modalidad, el intervalo de movimiento comprende una pluralidad de subintervalos , y el movimiento sobre un primer subintervalo demanda el frenado regenerativo y el movimiento sobre un segundo subintervalo demanda frenado de fricción. En un ejemplo, el primer subintervalo consiste en un desplazamiento dentro de aproximadamente el primer 25% del intervalo total, con mayor preferencia dentro de aproximadamente el primer 10%, y el segundo subintervalo comprende un desplazamiento dentro del intervalo de movimiento restante .

Por lo regular, el vehículo puede tener un manillar con un primero y segundo extremos. En una modalidad, el dispositivo accionador es un freno de mano que consiste en una palanca ubicada sobre el primero ó segundo extremo del manillar. En otra modalidad, el dispositivo accionador consiste en una palanca táctil ó accionada por el dedo pulgar montada al manillar y se ubica por debajo del primero ó segundo extremo. En otra modalidad, el dispositivo accionador consiste en un regulador de apriete por torsión ubicado en un extremo del manillar para acelerar de manera regulada o frenar de manera regenerativa el vehículo. En todavía otra modalidad, el dispositivo accionador consiste en un pedal ubicado en un lado del vehículo, de preferencia también para hacer funcionar el vehículo en reversa a velocidades bajas.

En una modalidad, el regulador es empujado hacia una posición neutral en reposo y es bidireccional , siendo rotatorio alrededor del manillar en la primera y segunda direcciones. La rotación del regulador de apriete por torsión desde la posición neutral en la primera dirección demanda la aceleración del vehículo, y la rotación del regulador de apriete por torsión desde la posición neutral en la segunda dirección demanda el frenado regenerativo .

En otra modalidad, la rotación del regulador de apriete por torsión desde la posición neutra en la segunda dirección comprende una pluralidad de subintervalos , y el movimiento sobre un primer subintervalo demanda el frenado regenerativo, y el movimiento sobre un segundo subintervalo demanda una forma de frenado diferente. En un ejemplo, el primer subintervalo consiste en un desplazamiento rotacional dentro de aproximadamente el primer 25% del intervalo, y el segundo subintervalo consiste en un desplazamiento dentro del intervalo de movimiento restante.

En otra modalidad, el regulador de apriete por torsión es empujado hacia una posición neutral en reposo y es capaz de girar desde la posición en reposo alrededor del manillar en una primera dirección. La rotación del regulador de apriete por torsión desde la posición en reposo sobre un primer subintervalo demanda el frenado regenerativo, y la rotación del regulador sobre un segundo subintervalo demanda aceleración del vehículo. En un ejemplo, el primer subintervalo consiste en. un desplazamiento rotatorio dentro de aproximadamente el primer 25% del intervalo, con mayor preferencia dentro de aproximadamente el primer 15% del intervalo, y el segundo subintervalo comprende un desplazamiento dentro del intervalo de movimiento restante.

La presente invención también se refiere a un regulador de apriete por torsión controlado por el operador para un vehículo eléctrico que controla un sistema de frenado regenerativo . El regulador de apriete por torsión tiene un mango, o puño, con un eje longitudinal, el primero y segundo extremos y un sector dentado ubicado en un primer extremo del puño y fijado a este contra la rotación relativa. Un transductor diseñado y configurado operativamente para traducir una posición rotacional de un engranaje de entrada en una señal de salida también se asocia con, y tal vez está incluido, con el regulador de apriete por torsión. El transductor puede ser un potenciómetro o un codificador digital, o similar .

De preferencia, el sector dentado se diseña y configura operativamente para acoplarse con el engranaje de entrada, y la rotación del regulador de apriete por torsión alrededor del puño hace que el sector dentado cambie de manera controlada la posición relativa del engranaje de entrada y envía una orden para la aceleración o frenado regenerativo del vehículo. El transductor está en comunicación electrónica con un microprocesador y también está conectado a un conectador de alimentación y una conexión a tierra.

En una modalidad, el puño además comprende el primero y segundo rebajos dentro del primer extremo del puño que están separados entre sí y están diseñados y configurados operativamente para cooperar con un miembro resiliente bidireccional unido a una parte del montaje para empujar el regulador de apriete por torsión a una posición neutra.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención está descrita con detalle más adelante haciendo referencia a los dibujos, en los cuales : La Figura 1 es una vista lateral izquierda de una motocicleta que tiene un sistema de frenado regenerativo de la presente invención; La Figura 2 es una vista superior de la motocicleta de la Figura 1 ; La Figura 3 es una vista parcialmente despiezada de una modalidad ejemplar de un regulador de apriete por torsión para la motocicleta de la Figura 1; La Figura 4 es un diagrama en bloques de un sistema eléctrico ejemplar para la motocicleta de la Figura 1; La Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra una rutina de frenado regenerativo y antibloqueo para la motocicleta con el sistema eléctrico de la Figura 1; y La Figura 6 es un diagrama en bloques de un sistema eléctrico para una motocicleta que tiene un sistema de frenado regenerativo de conformidad con la invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En la descripción siguiente, cualquier referencia a cualquier orientación ó dirección se propone principalmente como conveniencia de la descripción y no está destinada en ningún sentido para limitar el alcance de la presente invención a ésta.

La Figura 1 muestra una motocicleta 10 de conformidad con la invención con dos ruedas, una rueda maniobrable frontal 12 y una rueda motriz posterior 14. La rueda frontal 12 puede ser maniobrada por el manillar 16 y la motocicleta puede ser frenada por medio de un pedal 200. De preferencia, el pedal 200 se ubica en un lado del vehículo 10 casi al frente del pie de un conductor, de modo que el conductor puede oprimir fácilmente el pedal 200 con la planta del pie del conductor. En la modalidad que se ilustra, la motocicleta tiene un paso 17 para facilitar el montaje de un conductor de modo que las piernas de un conductor puedan pasar a través de éste. El paso 17 de preferencia tiene una altura de más de aproximadamente la mitad de la altura entre la plataforma para los pies 19 y la parte 21 del asiento donde se sienta el conductor.

La Figura 2 muestra un manillar 16 que consiste en los puños derecho e izquierdo 18, 20. En la modalidad mostrada, el manillar 16 tiene un regulador de apriete por torsión 22 ubicado en el puño derecho 20 y una palanca de freno de mano 24 ubicada en el puño izquierdo 18, en una configuración común de las motonetas europeas, aunque este posicionamiento se altera en otras modalidades, y puede disponerse de una palanca de frenos en ambos puños. Además, ubicada por debajo del manillar 16 y extendiéndose generalmente paralela al puño izquierdo 18 está un interruptor táctil ó palanca táctil 26. La palanca táctil ó accionada por el dedo pulgar 26 de preferencia se instala cerca del puño de modo que un conductor pueda oprimir fácilmente la palanca con el pulgar de la mano del conductor. Como se describe más adelante, el sistema de frenado regenerativo de la presente invención puede ser accionado y regulado mediante un dispositivo de accionamiento manipulado por el conductor. Los ejemplos de los dispositivos de accionamiento incluyen, sin limitación, una palanca de freno de mano 24, un interruptor táctil 26 ó una palanca táctil, un regulador de apriete por torsión 22 ubicado en el manillar 16 o en pedal antes mencionado.

La Figura 3 muestra una vista parcialmente despiezada de una modalidad ejemplar de un regulador de apriete por torsión 22 configurado para el puño derecho 20 de la motocicleta 10. El regulador de apriete por torsión 22 de otro modo puede estar configurado para el puño izquierdo 18. En una modalidad, uno de los puños giratorios controla el regulador, y el otro controla el frenado regenerativo.

El montaje regulador incluye un puño giratorio 26 que tiene un sector dentado 28, una lengüeta del regulador 30 y una segunda lengüeta 32. El sector dentado 28, la lengüeta del regulador 30 y la segunda lengüeta 32, de preferencia, se fijan contra la rotación relativa con respecto al puño giratorio 26. El puño giratorio 26 está diseñado y configurado para cooperar con el montaje del transductor 34, de preferencia instrumentado como un montaje potenciométrico, y las cubiertas superior 36 e inferior 38 para convertir el movimiento mecánico del puño giratorio en señales electrónicas para controlar la aceleración y frenado regenerativo de la motocicleta. Un interruptor de urgencia 62 se ubica en la cubierta superior del montaje del regulador 36.

El montaje del potenciómetro 34 está compuesto de un potenciómetro 40, un engranaje epicicloidal 42, un tope completo del regulador de gases 44, un cilindro de montaje del puño giratorio 46, un elemento de empuje del regulador 48, un elemento de empuje del regulador 52 y un interruptor 54. El potenciómetro 40 tiene tres cables, un cable de energía 56, una conexión a tierra y un hilo de señales 60. El montaje del potenciómetro 34 puede estar diseñado y configurado operativamente para recibir de manera deslizante el puño giratorio 26 sobre la parte de montaje 46 y acoplar el engranaje epicicloidal 42 con el sector dentado 28, de modo que la rotación del puño giratorio 26 alrededor de la parte del montaje 46 provoque que el engranaje epicicloidal 42 gire y cambie el estado del potenciómetro.

Como se muestra en la Figura 3, un resorte de retorno 48 del regulador, bidireccional , puede estar unido a la parte del montaje 46; los extremos del resorte 48 también pueden estar diseñados y configurados operativamente para acoplarse con los rebajos sobre el puño giratorio 26, como puede ser el rebajo 49. El montaje del potenciómetro 34 además puede estar diseñado y configurado operativamente para empujar el puño giratorio 26 y el sector dentado 28 en una posición dentro de un intervalo determinado del movimiento rotativo. Por ejemplo el puño giratorio 26 puede poseer un intervalo de movimiento rotativo que se extiende entre un primer tope del regulador 44 y un segundo tope del regulador 50, y el resorte rotatorio puede ser capaz de proporcionar bidireccionalmente las fuerzas resilientes para el puño giratorio 26 cuando el puño giratorio 26 y el sector dentado 28 se desplazan desde una posición neutra en cualquier dirección rotacional.

En una modalidad, la posición rotacional con empuje del puño giratorio 26, el sector dentado 28 y el engranaje epicicloidal acoplado 42 pueden representar una posición neutra del regulador de gases desde la cual el desplazamiento rotacional sobre una primera dirección señala demanda de aceleración, y desplazamiento desde el cual en una segunda dirección señala demanda de frenado regenerativo . En un ejemplo, la rotación del puño giratorio 26 alrededor de la parte del montaje 46 en contra de las manecillas del reloj desde la posición neutra, cuando se observa desde el lado derecho del vehículo, se convierte en una señal del potenciómetro que demanda aceleración del vehículo, mientras que la rotación desde la posición neutra en la otra dirección se convierte en una señal del potenciómetro que demanda frenado regenerativo.

En otra modalidad, la posición rotacional con empuje del puño giratorio 26, el sector dentado 28 y el engranaje epicicloidal acoplado 42 podrían representar una posición neutra del regulador de gases desde la cual el desplazamiento rotatorio en una dirección sobre un primer intervalo señala demanda de frenado regenerativo, y el desplazamiento continuo en la misma dirección sobre un segundo intervalo señala la demanda de frenado por fricción.

Las modalidades antes descritas utilizan un potenciómetro con el transductor para enviar una señal indicativa del desplazamiento del regulador de gases de apriete por torsión. Se debe recordar, no obstante, que es posible utilizar otros transductores, como un codificador digital del eje para enviar datos de señales que reflejen el desplazamiento del regulador de gases.

Para mejorar la calidad de la realimentación al conductor con respecto a la posición relativa del regulador de gases, es deseable que la resistencia de empuje sobre cada intervalo de movimiento que controle una diferente función de la motocicleta posea un diferente grado de resistencia que sea fácilmente perceptible para el conductor. Por ejemplo, el movimiento del puño giratorio que demanda frenado regenerativo puede necesitar una mayor fuerza de desplazamiento, de preferencia sobre un desplazamiento rotatorio menor, que el movimiento del puño giratorio que demanda la aceleración del vehículo. El empuje del puño giratorio en tal modo puede lograrse por la interacción del resorte bidireccional 48 con un miembro resiliente adicional que se embrague solo cuando el movimiento rotatorio del regulador de gases demande frenado regenerativo.

Por ejemplo, puede conseguirse resistencia rotatoria adicional mediante la interacción de la lengüeta 30 con el elemento de empuje del regulador 52. La lengüeta 30 puede estar diseñada y configurada operativamente para empujar contra el elemento de empuje del regulador 52 cuando el puño giratorio 26 sea girado desde la posición neutra en la segunda dirección para demandar frenado regenerativo . El elemento de empuje del regulador 52 también puede estar diseñado y configurado operativamente para resistir las fuerzas de contacto aplicadas por la lengüeta 30 cuando el puño giratorio 26 sea girado en esta forma. Para conseguir esta f ncionalidad, el elemento de empuje del regulador 52 puede ser cargado por resorte. En otra modalidad, el elemento de empuje del regulador de gases 52 se configura para enviar una señal al sistema de frenado regenerativo para embragar o cambiar la cantidad de frenado regenerativo cuando el elemento de empuje del regulador 52 hace contacto o es oprimido por una parte del mecanismo del regulador de gases, como puede ser la lengüeta 30. El grado de resistencia de los elementos de empuje también puede estar diseñado y configurado operativamente para proporcionar al regulador una sensación específica. Por ejemplo, la resistencia al desplazamiento rotativo del puño giratorio 26 puede ser uniforme a todo lo largo del intervalo del movimiento. De otro modo, la resistencia puede aumentar en un modo no uniforme. La resistencia al desplazamiento rotativo también puede consistir en segmentos lineales y no lineales.

El dispositivo accionador puede estar diseñado y configurado operativamente para cooperar con un potenciómetro para señalar al conductor la demanda de frenado regenerativo . La palanca de freno de mano 24 puede estar ubicada en el manillar izquierdo 18 en una configuración normal de una motocicleta europea, y el desplazamiento de la palanca de freno de mano 24 desde una posición neutra con empuje resiliente cambiaría en forma controlada el estado del potenciómetro para señalar la demanda de frenado regenerativo. Por ejemplo, el par de frenado regenerativo demandando podría aumentar en relación con la magnitud del desplazamiento. La relación puede definirse por una ecuación matemática, o puede determinarse en forma empírica por experimento. En un ejemplo, la palanca del freno de mano 24 solo acciona el frenado regenerativo, y se elimina el freno de fricción posterior. En otro ejemplo, del desplazamiento de la palanca del freno de mano 24 sobre un primer intervalo acciona el frenado regenerativo, y el desplazamiento de la palanca sobre un segundo intervalo acciona un freno de tambor tradicional o un freno de fricción de discos. Por ejemplo, un desplazamiento de la palanca menor que ½ del intervalo de recorrido de la palanca señalizaría frenado regenerativo y un desplazamiento de la palanca mayor que o igual a Vi del intervalo del recorrido de la palanca señalaría frenado tradicional. En todavía otro ejemplo, el desplazamiento de la palanca del freno de mano 24 opera el frenado regenerativo en paralelo con un freno de tambor ó disco por fricción tradicional. En esta modalidad, el módulo de control del frenado utilizaría un mapa del factor de utilización para combinar el frenado regenerativo y de fricción de modo que la práctica del frenado regenerativo sea transparente para el conductor.

La Figura 4 representa un diagrama en bloques que muestra los componentes funcionales asociados con la presente invención. El dispositivo de entrada del conductor, incluido el potenciómetro 40, se configura operativamente para convertir la entrada mecánica del conductor desde un dispositivo de accionamiento a una señal eléctrica que se transmite a un módulo de control de frenado regenerativo 64 que consiste en un microprocesador en el controlador de la motocicleta 118. El módulo de control 64 además recibe señales de entrada desde al menos un sensor que monitorea el proceso 66. El sensor que monitorea el proceso 66 puede proporcionar datos de la instrumentación, como puede ser la velocidad de la rueda motriz, la velocidad de la rueda frontal y las mediciones del acelerómetro del vehículo.

Durante el uso, el módulo de control de frenado regenerativo 64 recibe las señales de entrada del sistema de frenado regenerativo, aplica un algoritmo a las señales y produce una señal de salida para el controlador del motor 102 para regular el par de frenado regenerativo para la rueda motriz. La carga del paquete de baterías 104 durante el frenado regenerativo se regula por el controlador de la motocicleta 118 y el controlador de carga 160.

El motor de una motocicleta eléctrica 100 proporciona la energía motriz para accionar la motocicleta. De preferencia, el motor de la motocicleta 100 es un motor de imán permanente, sin escobillas, ranurado, trifásico, especialmente fabricado por Kollmorgen Corporation (www.kollmorgen.com) para los propósitos presentes. Aunque la Tabla 1 siguiente lista las especificaciones del motor utilizado en una modalidad preferida de la presente invención, se debe recordar que también pueden ser suficientes otras especificaciones no consideradas. En particular, motores que tengan diferentes números de polos y que tengan mayor o menor potencia y torque, par motor máximo han sido empleados para utilizarlos en relación con la presente invención.

El motor de la motocicleta 100 recibe una tensión trifásica desde el controlador del motor de la motocicleta 102. El controlador del motor tiene una tensión de la batería DC cuando entra y se convierte en tensión de la batería en una salida trifásica para el motor. De preferencia, el controlador del motor de la motocicleta 102 envía una señal modulada, como puede ser la modulación de la anchura del impulso, para accionar el motor de la motocicleta 100. El controlador del motor de la motocicleta 102 incluye interruptores semiconductores de alta energía que están regulados (controlados) para producir a elección la forma de onda necesaria para conectar el paquete de baterías 104 al motor de la motocicleta .

El paquete de baterías 104 de preferencia incluye suficientes baterías conectadas en serie para obtener al menos 100 VDC. El paquete de la batería 104 de preferencia consiste en baterías de plomo-ácido o baterías de Ni-Zn, aunque es posible utilizar otros tipos de baterías como el hidruro metálico de níquel y de ión litio. Sin tomar en cuenta el tipo de baterías que se utilice, es importante para el propósito de la presente invención que las baterías sean recargables. Un cargador de baterías convencional 106 es una forma en la que se recarga el paquete de baterías 104. El cargador de las baterías 106 puede estar incorporado en la motocicleta y puede conectarse a una salida AC mediante una clavija 108 o similar. De otro modo, el cargador de las baterías 106 puede permanecer apagado del vehículo y ser conectado a la motocicleta solo durante sesiones de elevada carga de corriente .

Tabla 1 - Especificaciones del motor Además del cargador de baterías 106, el cual se conecta a una salida AC para recargar el paquete de baterías 104, también puede incorporarse en la motocicleta un sistema de carga integrado 110. La modalidad de la Figura 4 es un vehículo mixto, el cual también incluye un sistema de carga incorporado que consiste en una fuente generadora de energía 112, una fuente de combustible 114 que alimenta la fuente generadora de energía a bordo 112 y un convertidor/controlador de carga 116 que transforma la salida de la fuente generadora de energía a bordo 112 en una forma conveniente para carga el paquete de baterías ¦ 104. La fuente generadora de energía a bordo puede consistir en una celda de combustible, un motor de combustión interna, o ambos. Otras modalidades no son mixtas, y no incluyen una fuente generadora de energía a bordo .

El controlador de la motocicleta 118 envía señales al controlador del motor 102, el cargador de baterías 106 (si se proporciona a bordo de la motocicleta) , la fuente generadora de energía a bordo 112 y el convertidor/controlador de la carga 116. La carga del paquete de baterías se supervisa a través de un monitor de baterías 120 que, a su vez, está conectado al controlador de la motocicleta 118 para proporcionar información que puede afectar el funcionamiento del controlador de la motocicleta. El estado de energía del paquete de baterías se muestra en un calibrador de las baterías 122 de modo que el usuario pueda revisar el estado del paquete de baterías 104, del mismo modo que utiliza un calibrador de combustible para supervisar una motocicleta alimentada con gasolina. El estado de la fuente de combustible 114 del mismo modo se muestra sobre un calibrador del combustible 124 conveniente para el usuario .

La Figura 5 representa un algoritmo de frenado regenerativo de la presente invención. El algoritmo de preferencia se instrumenta en el software y se ejecuta en un procesador asociado con el controlador de la motocicleta 118. Para el propósito de esta descripción, una velocidad mayor que cero indica una velocidad de la rueda correspondiente al movimiento de avance del vehículo. Por el contrario, una velocidad menor que cero indica una velocidad de la rueda correspondiente a movimiento hacia atrás del vehículo.

De acuerdo con la invención, el módulo de control supervisa la señal del potenciómetro S110 y determina si el conductor ha demandado frenado regenerativo S120. Si la señal del potenciómetro indica que se demandó frenado regenerativo por parte del conductor, el controlador de la motocicleta evalúa los datos desde los sensores de velocidad de la rueda motriz y determina si la rueda motriz tiene una velocidad mayor que cero S130. Si el conductor ha demandando frenado regenerativo y la velocidad de la rueda motriz no es mayor que cero S135, no se aplica ningún par de frenado regenerativo y el controlador regresa al paso S110.

No obstante, si el conductor ha demandado frenado regenerativo y la velocidad de la rueda motriz es mayor que cero S140, el módulo de control ordena al controlador del motor aplicar un par de frenado regenerativo al motor de accionamiento S150. La magnitud del par de frenado regenerativo se determina por el módulo de control basándose en la demanda del conductor (es decir, la señal del potenciómetro) y otros parámetros operativos, como se describe con mayor detalle más adelante. En una modalidad, el par de frenado regenerativo aumenta con un aumento en la señal del potenciómetro.

Cuando se aplica el par de frenado regenerativo S150, el módulo de control evalúa las señales desde los sensores de la rueda frontal y posterior para determinar la velocidad de cada rueda S160. Las velocidades de la rueda frontal y posterior se evalúan mediante el módulo de control para determinar si comenzar el frenado regenerativo antibloqueo S170 y el frenado regenerativo antibloqueo comienza cuando se acciona el activador. En una modalidad, el activador se acciona cuando las velocidades de las ruedas frontal y posterior difieren por un valor determinado. Por ejemplo, el activador puede estar programado para activar el frenado regenerativo antibloqueo cuando el módulo de control determina que las velocidades de las ruedas frontal y posterior difieren por más de 5%.

Si no se presentan ni han de ocurrir condiciones de bloqueo (es decir, no se acciona el activador de frenado regenerativo antibloqueo) , el par de frenado regenerativo demandado permanece aplicado a la rueda motriz y se registra una señal de demanda de frenado regenerativo actualizada S110. De otro modo, si el módulo de control determina condiciones de bloqueo (es decir, se acciona el activador de frenado regenerativo antibloqueo) , el módulo de control señala al controlador del motor para reducir el par de frenado regenerativo demandado S180.

El módulo de control determina un par de frenado regenerativo ajustado basándose en la relación predeterminada entre al par de frenado regenerativo aplicado y las condiciones de bloqueo que accionaron el activador. Por ejemplo, una memoria asociada con el módulo de control puede almacenar datos D (xl, x2 , . , Xn) como un mapa, o tabla de búsqueda, que represente los factores de utilización para el par de frenado regenerativo como una función de los datos operativos a partir de los N parámetros, como pueden ser la velocidad detectada del motor, la señal del potenciómetro del frenado regenerativo, datos de la velocidad de la rueda frontal y posterior, y similares. Como un ejemplo, en el caso donde N = 2, los datos D (xl, x2) pueden almacenar información para xl = señal del potenciómetro de frenado regenerativo, x2 velocidad del motor. El módulo de control seleccionaría los datos del factor de utilización D (xl, x2) que representen el par de frenado regenerativo ajustado que corresponda con los datos operativos a partir del dispositivo de almacenamiento de los factores de utilización. Si algún dato de los factores de utilización D (xl, x2 ) no se encontrara en el dispositivo de almacenamiento de los mapas de los factores de utilización para los datos operativos determinados, se calcularían los datos del factor de utilización por interpolación para generar un par de frenado regenerativo ajustado, o los propios datos operativos podrían ser truncados o redondeados para que correspondan con los índices en la tabla de datos D (xl, x2) .

Después de ajustar el par de frenado regenerativo, el módulo de control registra la señal del potenciómetro S190 para determinar una demanda actualizada para el par de frenado regenerativo. La demanda actualizada se compara con el par ajustado S200. En el caso de que la demanda actualizada sea menor que el par ajustado, el módulo de control señala al controlador del motor aplicar el par de frenado regenerativo con la demanda actualizada S150. De otro modo, si el par de frenado regenerativo actualizado demandado por el conductor es no menor que el par de frenado regenerativo ajustado, el módulo de control continúa enviando señales al controlador del motor para aplicar el par de frenado regenerativo ajustado .

Después de completar la subrutina antibloqueo S210, el módulo de control vuelve a registrar los sensores de proceso S160 y prueba las señales para el estado del activador de bloqueo S170. Si se cumple con la condición del activador, entonces el par de frenado regenerativo aplicado se justa S180 y se evalúa como se describe antes S190, S200. Si el estado del activador no se satisface (es decir, no ha ocurrido bloqueo ni va a ocurrir) , el módulo de control continúa enviando señales al controlador del motor para aplicar el par de frenado regenerativo aplicado al motor de accionamiento y regresa al inicio de la secuencia lógica S110.

La Figura 6 representa una modalidad ejemplar de un sistema eléctrico 220 para una motocicleta que tiene un sistema de frenado regenerativo de conformidad con la invención. En la modalidad de la Figura 6, la demanda de frenado regenerativo controlada por el operador se efectúa mediante la operación de un dispositivo de accionamiento 222 separado del regulador de gases de aceleración del vehículo 22. El dispositivo de accionamiento separado 222 puede ser otro freno de mano, una palanca táctil o un pedal, entre otros.

No obstante, como ya se describió, el regulador de gases puede servir la función doble de demandar aceleración del vehículo y también frenado regenerativo. En una modalidad, el regulador de gases 22 es el regulador de gases de apriete por torsión, bidireccional , de la Figura 4. Como se describe antes, el regulador de gases es empujado hacia una posición neutra en reposo y es capaz de girar alrededor del manillar en la primera y segunda direcciones. La rotación del regulador 22 desde la posición neutra en la primera dirección demanda la aceleración del vehículo, y la rotación del regulador 22 desde la posición neutra en la segunda dirección demanda frenado regenerativo . Además, la rotación del manillar desde la posición neutra en la segunda dirección puede comprender una pluralidad de subintervalos . Por ejemplo, el movimiento sobre un primer subintervalo puede demandar frenado regenerativo, y el movimiento sobre un segundo subintervalo puede demandar otro tipo de frenado. En un ejemplo, el primer subintervalo puede comprender un desplazamiento rotatorio dentro de aproximadamente el primer 25% ó 10% del intervalo, y el segundo subintervalo puede comprender un desplazamiento dentro del intervalo de movimiento restante.

En otra modalidad, el regulador 22 es empujado hacia una posición neutra en reposo y puede girar desde la posición en reposo alrededor del manillar en una primera dirección solamente (es decir, no bidireccional) . En tal caso, la rotación del regulador en la primera dirección desde la posición en reposo sobre un primer subintervalo a la primera posición de rotación puede demandar frenado regenerativo, y más rotación del manillar desde la primera posición de rotación sobre un segundo subintervalo a una segunda posición de rotación puede demandar aceleración del vehículo. En un ejemplo, el primer subintervalo puede consistir en un desplazamiento rotatorio alrededor de los primeros 10 a 15% del intervalo total, con mayor preferencia el 10% del intervalo total, y el segundo subintervalo puede consistir en un desplazamiento dentro del intervalo de movimiento restante. En otra modalidad, un control de freno, como puede ser una palanca de mano ó pedal, con una primera porción del recorrido del control de freno, tal vez, alrededor del 10%, activa el frenado regenerativo, y el accionamiento posterior activa uno o más de los diferentes tipos de frenado, como puede ser frenado de fricción, además o en lugar del frenado regenerativo .

Asimismo, el regulador de gases 22 puede permitir al vehículo tener la capacidad inversa para maniobrar a velocidad muy baja (con los pies en el suelo) . El par motor máximo en reversa se reduciría en gran medida y el régimen del vehículo se limitaría a un paso caminando. El conductor podría habilitar la operación en reversa a través de un interruptor en el manillar. En una modalidad, un regulador de gases de apriete por torsión que permita el desplazamiento rotatorio en una dirección hará funcionar el vehículo en reversa cuando un interruptor en los manillares se coloque en modo reversa. En otra modalidad, los puños giratorios del regulador podrán ser manejados en ambas direcciones en relación con la posición neutra en reposo. La rotación del puño en la dirección contraria a las manecillas del reloj si se observa desde el lado derecho del vehículo controlará el regulador de gases de avance, mientras que la rotación del puño en la dirección contraria controlará el frenado regenerativo en el modo operativo de avance normal, y el par de reversa en el modo de reversa.

En otra modalidad, un sensor detecta la velocidad a la cual se gira el regulador de apriete por torsión hacia su posición neutra, o en una dirección para demandar menos energía para la rueda. Entonces se aplica frenado regenerativo proporciona a la velocidad de torsión del regulador, incluso antes de que el regulador se coloque en cualquier intervalo que sea el normalmente asignado para el frenado regenerativo.

Aunque la invención anterior ha sido descrita haciendo referencia a algunas modalidades preferidas, debe recordarse que el alcance de la presente invención no se limita a estas modalidades. Por ejemplo, es posible utilizar un transductor de presión con un dispositivo de accionamiento hidráulico para señalar de manera controlable la demanda de frenado regenerativo al controlador de la motocicleta. Y, puede utilizarse un acelerómetro a bordo para proporcionar un cálculo de velocidad independiente para la subrutina de frenado antibloqueo. Las modalidades anteriores también pueden modificarse de modo que se utilicen algunas características de una modalidad con las características de otra modalidad. Un experto en la técnica encontrará variaciones a estas modalidades preferidas que, no obstante, entran dentro del espíritu de la presente invención, cuyo alcance se define por las reivindicaciones que se establecen a continuación.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un vehículo, que consiste en: al menos dos ruedas ; una batería recargable; y un sistema de frenado regenerativo , que consiste en: un control de frenos configurado para el movimiento por parte de un usuario, un dispositivo regenerativo asociado con las baterías y al menos una de las ruedas para generar una corriente eléctrica desacelerando la rueda, y un procesador conectado al control de frenos y a la batería de modo que en respuesta el primer movimiento del control de frenos, el procesador haga que el dispositivo regenerativo desacelere el vehículo y cargue la batería con la corriente, en donde el procesador se configura para accionar otra operación, del vehículo en respuesta a un segundo movimiento del segundo movimiento del control del freno.

2. El vehículo de la reivindicación 1, en donde: el control del freno se configura para movimiento por parte de un usuario sobre un intervalo de movimiento que consiste en el primero y segundo subintervalos ; y el procesador se conecta al control del freno y la batería de modo que cuando el control del freno se coloca en el primer subintervalo, el procesador hace que el dispositivo regenerativo desacelere el vehículo y cargue la batería con la corriente, y cuando el control del freno se coloca en el segundo subintervalo el procesador active la otra operación.

3. El vehículo de la reivindicación 2, además consiste en: un motor eléctrico conectado operativamente a al menos una de las ruedas para accionar al menos una rueda; y un controlador del motor configurado para conectar la batería al motor eléctrico para alimentar el motor; en donde el control del freno consiste er. un regulador de gases de apriete por torsión, y el procesador tiene al menos una conexión eléctrica al controlador del motor y está configurado para hacer que el motor desacelere la rueda cuando el control del freno se coloca en el segundo subintervalo.

4. El vehículo de la reivindicación 3, en donde el regulador consiste en: un puño rotatorio provisto con un primer engrane montado fijamente a éste; un resorte bidireccional embragado operativamente al puño rotatorio, y configurado para empujar el puño rotatorio hacia una posición neutra; y un transductor acoplado operativamente al primer engrane y configurado para enviar una señal en respuesta a un movimiento rotatorio del primer engrane,- en donde la rotación del puño provoca que el primer engrane active el transductor de modo que el transductor envía una señal que refleje una posición, o un cambio en la posición del puño.

5. El vehículo de la reivindicación 3, en donde el procesador se configura para accionar otro sistema de frenado para desacelerar el vehículo cuando el control del freno se coloca en el segundo subintervalo .

6. El vehículo de la reivindicación 3, en donde el primer subintervalo consiste en menos de aproximadamente 25% del intervalo.

7. El vehículo de la reivindicación 3, en donde el control del freno es empujado de manera resiliente hacia una posición en reposo entre el primero y segundo subintervalos .

8. El vehículo de la reivindicación 1, en donde el primer movimiento es en una primera dirección, y el segundo movimiento es al menos de una velocidad mínima predeterminada y en una segunda dirección contraria de la primera dirección.

9. El vehículo de la reivindicación 1, además comprende un manillar, en donde el dispositivo de accionamiento consiste en una palanca táctil montada sobre el manillar.

10. El vehículo eléctrico de la reivindicación 1, además comprende al menos un control de freno independiente configurado para desacelerar el vehículo con un sistema de frenos de fricción independientemente de la fuerza de frenado regenerativo .

11. El vehículo de la reivindicación 1, en donde: las ruedas comprenden las ruedas frontal y posterior; el vehículo además contiene un sistema de frenado antibloqueo que incluye: un sensor de la velocidad de la rueda posterior y un sensor de velocidad de la rueda frontal asociados con las ruedas frontal y posterior, respectivamente, para detectar la velocidad de las ruedas de éste, y un procesador que tiene un código de software de frenado antibloqueo configurado para procesar entradas del sensor de velocidad desde los sensores de velocidad de las ruedas y controlar una fuerza de frenado aplicada en respuesta a éstas; en donde el sistema de frenado antibloqueo se activa cuando las velocidades de las ruedas frontal y posterior difieren en una cantidad predeterminada, y la activación del sistema de frenado antibloqueo ajusta un par aplicado al sistema de frenado regenerativo en una cantidad que depende de la diferencia entre las velocidades de las ruedas frontal y posterior.