ES2875223A1 - Sistema de control de traccion para vehiculo electrico de dos ruedas - Google Patents

Sistema de control de traccion para vehiculo electrico de dos ruedas Download PDF

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Abstract

Sistema de control de tracción para vehículo eléctrico de dos ruedas que comprende un controlador que toma lectura de los parámetros de funcionamiento de los motores, como la temperatura y la velocidad de giro, así como del resto de componentes, como puede ser la medición de la intensidad y el voltaje de la batería, y regula el par que se debe aplicar en cada rueda para mantener una tracción óptima ante una demanda de potencia del usuario o conductor del vehículo.

Description

DESCRIPCI N
SISTEMA DE CONTROL DE TRACCIÓN
PARA VEHÍCULO ELÉCTRICO DE DOS RUEDAS
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuadra en el campo técnico de los vehículos de transporte, más concretamente en los vehículos de transporte con medios de tracción con alimentación eléctrica, y más concretamente a los vehículos de transporte eléctricos de dos ruedas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, son ampliamente conocidos los vehículos de transporte de personas que utilizan la energía eléctrica para accionar los medios de desplazamiento, y más concretamente, los vehículos eléctricos de dos ruedas.
Adicionalmente, en los últimos años, se ha extendido en gran medida la utilización de este tipo de vehículos, ya que se ha multiplicado exponencialmente la aparición de los vehículos de movilidad personal, de amplio uso en los desplazamientos que se producen dentro de los núcleos urbanos.
Este tipo de vehículos de movilidad personal cuentan, comúnmente, con una rueda de tracción, en la que está instalado un motor eléctrico con un rotor y un estator, que impulsa el vehículo durante sus desplazamientos. Este motor es alimentado mediante baterías, y está accionado por un controlador, que es el encargado de regular la potencia que la batería entrega al motor. De esta forma, la potencia del motor se transforma en movimiento de la rueda gracias a la transmisión, que puede ser por correa, por cadena o directa.
Pertenece al estado de la técnica el documento ES2374232, en el que se describe un método de control del patinaje, que actúa sobre el par de tracción de un motor eléctrico que transmite el movimiento a un eje motriz asociado a las ruedas del vehículo, realizando la acción en dos fases, una primer de reducción exponencial del par, durante un tiempo de reducción; y una segunda de recuperación lineal del par.
Pertenece también al estado de la técnica el documento EP0823348B1, en el que se describe un controlador que usa la velocidad de un rotor para controlar la fuerza torsional de salida de un motor de un vehículo eléctrico que vigila las tasas de cambio de las señales, de forma que el propio controlador conoce en todo momento si las ruedas de impulsión están patinando. Ante este caso, reduce la fuerza de torsión hasta que se vuelve a ganar tracción.
Pertenece también al estado de la técnica el documento ES2336614, en el que se describe un vehículo de dos ruedas con tracción eléctrica integral que comprende dos motores de accionamiento eléctrico, uno en cada rueda, con un selector mediante el cual se establece la tracción alternativamente en cada rueda, que comprende un sensor de movimiento de torsión que permite el funcionamiento del pedaleo asistido.
Por último, pertenece también al estado de la técnica el documento WO2011067423, en el que se describe un sistema de tracción para vehículo eléctrico de accionamiento directo, que comprende un motor eléctrico derecho con un primer eje, y un motor eléctrico izquierdo con un segundo eje, y un circuito de control de tracción con medios sensores que transmite potencia adicional a una de las ruedas cuando detecta una pérdida de tracción en la otra.
Como se puede observar, pertenecen al estado de la técnica los vehículos eléctricos que comprenden sistemas de gestión de la tracción de las ruedas, sin embargo, los sistemas no se aplican a vehículos eléctricos de dos ruedas.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados, mediante un sistema de control de tracción para un vehículo eléctrico de dos ruedas ante una demanda de potencia por parte del usuario, que permita un control individual de cada rueda, optimizando la entrega de la potencia desde la batería hasta cualquiera de los dos motores de un vehículo eléctrico con dos ruedas, en función de los parámetros medidos de los diferentes componentes.
Para ello, la presente invención plantea un sistema de demanda de potencia, como un acelerador, y un sistema de control conectado operativamente a los medios de funcionamiento del vehículo, que tomará datos de funcionamiento del propio aparato y regulará la corriente eléctrica desde la batería hasta los motores de accionamiento, ajustando de manera constante el par generado, de manera que se eviten pérdidas de tracción.
El sistema de control de tracción para vehículo de dos ruedas comprende un motor delantero, instalado en una rueda delantera, un motor trasero instalado en una rueda trasera, al menos una batería, al menos un acelerador, medios de frenado, y un sistema de control conectado operativamente a los elementos anteriores.
El sistema comprenderá también diferentes sensores de temperatura conectados al sistema de control, a los motores eléctricos y a la batería. También comprenderá medios de medición de intensidad y voltaje conectados a la batería.
Por último, ambos motores, conectados de manera solidaria con las ruedas, contendrán sensores de medición de la velocidad de giro.
Siguiendo el anterior razonamiento, se tiene que, según la demanda de potencia del usuario, el sistema de control gestiona el par entregado a cada motor, utilizando un algoritmo determinado, de forma que se logra distribuir la demanda de par entre las dos ruedas, de forma que ninguno de los motores trabaje en condiciones extremas y evitando que pierdan tracción.
Cuando los motores trabajen en condiciones extremas, el rendimiento se ve afectado, de forma que el sistema de control puede redistribuir la demanda de potencia para que el motor primario recupere las condiciones de funcionamiento óptimas sin que las prestaciones del vehículo se vean afectadas.
Adicionalmente, el sistema puede funcionar como un control de tracción en caso de detectar que una de las ruedas ha perdido tracción, bien sea debido a las condiciones ambientales o a una alta demanda de aceleración. Esto lo logra gracias a la medición de la velocidad de giro de los motores y, por lo tanto, de las ruedas.
También podría utilizarse el sistema en el caso de que este sea capaz de reconocer la inclinación del terreno por el que circula, que podría realizarse gracias a un sensor. En esta aplicación, el sistema de control del vehículo sería capaz de aplicar un factor de corrección para una mayor demanda de par a la rueda trasera que, en caso de inclinación positiva, tendría mejores condiciones para la tracción debido a la distribución de los pesos.
De esta forma, se logra un sistema de gestión de la tracción de un vehículo eléctrico de dos ruedas, que logra una optimización del funcionamiento de los motores instalados en las ruedas, obteniendo una respuesta adecuada ante cualquier demanda de potencia por parte del conductor; a la par, logra evitar posibles deslizamientos por pérdida de tracción.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Esquema de los elementos que componen la invención
Figura 2.- Algoritmo de cálculo de la demanda de par a cada uno de los motores.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de esta memoria, y en los que se muestran a modo de ilustración realizaciones preferentes específicas en las que la invención puede llevarse a cabo. Estas realizaciones se describen con el suficiente detalle como para permitir que los expertos en la técnica lleven a cabo la invención, y se entiende que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios lógicos estructurales, mecánicos, eléctricos y/o químicos sin apartarse del alcance de la invención. Para evitar detalles no necesarios para permitir a los expertos en la técnica llevar a cabo la descripción detallada no debe, por tanto, tomarse en un sentido limitativo.
Concretamente, la presente invención plantea un Sistema de control de tracción de un vehículo eléctrico de dos ruedas que comprende al menos: un motor delantero conectado a una rueda delantera, un motor trasero conectado a una rueda trasera, medios de alimentación eléctrica, medios de demanda de potencia, como un acelerador, medios de frenado, medios de almacenamiento en memoria, un módulo de control de potencia, y un sistema de control conectado operativamente a los medios anteriores; donde:
- el rotor delantero está acoplado solidariamente a la rueda delantera;
- el rotor trasero está acoplado solidariamente a la rueda trasera;
- el motor delantero comprende al menos un sensor de temperatura y un sensor de medición de la velocidad de giro;
- el motor trasero comprende al menos un sensor de temperatura y un sensor de medición de la velocidad de giro;
- los medios de alimentación comprenden un sensor de temperatura, medios de medición de intensidad eléctrica, y medios de medición de voltaje;
- el sistema de control recibe mediciones de los sensores anteriores;
- los medios de almacenamiento en memoria comprenden los límites para los valores medidos por los sensores;
caracterizado porque ante un accionamiento de los medios de demanda de potencia, el sistema de control utiliza el siguiente algoritmo de funcionamiento:
- primero recibe datos de temperatura del motor delantero (PM_T), del motor trasero (SM_T), del módulo de control de potencia (PCM_T) y de los medios de alimentación eléctrica (B_T), así como del voltaje de la batería (B_T);
- compara los datos medidos (PCM_T, PM_T, SM_T, B_T, B_V) con los almacenados en la memoria, para asegurar que no se sobrepasa ninguno de los límites establecidos para cada parámetro (PCM_MaxT, PM-MaxT, SM_MaxT, B_MaxT, B_MaxV);
- en segundo lugar, el sistema de control recibe los datos de la velocidad de giro del motor delantero (PM_Speed) y motor trasero (SM_Speed);
- compara los datos de las velocidades entre si, para asegurar que ambas están girando a una velocidad igual o sustancialmente igual, de forma que se asegure que ninguna de ellas está deslizando;
- en tercer lugar, y utilizando los parámetros medidos anteriores, en combinación con el valor de entrada de los medios de demanda de potencia, calcula el par necesario en el motor delantero (Determine PM_Torque) y/o motor trasero (Determine SM_Torque);
- compara los valores calculados con los límites establecidos en memoria para asegurar que no se sobrepasa el par máximo aplicable en cada motor (PM_MaxTorque, SM_MaxTorque);
- por último, aplica los valores de par calculados al motor delantero (Output PM_torque) y/o motor trasero (Output SM_Torque).
Según esta realización, el sistema de control de tracción para vehículos eléctricos de dos ruedas lograría una perfecta distribución del par aplicado en cada rueda, siempre que el usuario accione los medios de demanda de potencia.
Es decir, ante un accionamiento del acelerador del vehículo, se realizaría una comprobación de los parámetros de funcionamiento de los motores delantero y trasero, así como de la batería, garantizando que ninguno superase un valor límite almacenado en memoria.
Ante una eventual superación de uno de estos límites, el sistema de control gestionaría el funcionamiento del vehículo para ajustar el parámetro dentro de los límites establecidos.
Una vez que se ha realizado esta comprobación, el sistema de control recibiría datos de la velocidad de giro de los motores delantero y trasero, realizando una comparación de los dos valores, de forma que si no son iguales quiere decir que una de las ruedas está girando a una velocidad menor y, por consiguiente, que una de las ruedas está patinando sobre el pavimento, lo que hace necesaria una regulación del par transmitido a las ruedas a través de los motores.
Una vez se han leído los valores de funcionamiento y se ha asegurado que nada sobrepasa los límites establecidos, el sistema de control calcula el par necesario en cada motor, de manera que se pueda satisfacer de manera óptima el requerimiento del conductor y/o usuario del vehículo.
Estos valores calculados son nuevamente comparados con los límites almacenados en la memoria del sistema, asegurando que ninguno está fuera del rango establecido y, si todo es correcto, se aplican los valores del par a los motores.
De esta forma, se logra un sistema de auto-regulación del par aplicado a las ruedas del vehículo a través de los motores de forma que el funcionamiento sea óptimo según las necesidades del usuario.
Además de lograr controlar el sistema completo, midiendo los parámetros de funcionamiento de todos los componentes intervinientes en el vehículo para asegurar que ninguno está funcionando fuera de los límites establecidos que pueden dar lugar a malos funcionamientos o incluso al deterioro y rotura de alguno de estos componentes.
En una realización preferente, el sistema de control de tracción de un vehículo eléctrico de dos ruedas comprende un sensor de medición de inclinación, de forma que el sistema de control utiliza un factor de corrección al par aplicado en el motor trasero.
Esta modificación del balance de par aplicado entre las dos ruedas se debe a que en terrenos inclinados en los que el vehículo debe subir una pendiente inclinada, el motor trasero es el que mayor tracción tiene debido a la distribución de pesos del propio conjunto vehículo más conductor.
Sucede de manera contraria cuando se está ante un terreno inclinado y se está descendiendo una cuesta, siendo la rueda delantera la de mayor tracción gracias a la distribución de pesos.
En una realización preferente, los sensores de medición de velocidad serán sensores de Efecto Hall, ya que son los de utilización más extendida en el campo de medición de velocidades de giro de motores eléctricos.
La aplicación industrial de la presente invención es clara, ya que nos permite obtener un sistema de gestión de la tracción en un vehículo eléctrico de dos ruedas de forma que siempre se garantice un par adecuado en cada una de las ruedas, optimizando la tracción, y manteniendo un funcionamiento de los componentes del vehículo dentro de un rango seguro que evita los daños en los mismos.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de control de tracción de un vehículo eléctrico de dos ruedas que comprende al menos:
o un motor delantero conectado a una rueda delantera,
o un motor trasero conectado a una rueda trasera,
o medios de alimentación eléctrica,
o medios de demanda de potencia,
o medios de frenado,
o medios de almacenamiento en memoria,
o un módulo de control de potencia,
o y un sistema de control conectado operativamente a los medios anteriores donde:
o el rotor del motor delantero está acoplado solidariamente a la rueda delantera;
o el rotor del motor trasero está acoplado solidariamente a la rueda trasera;
o el motor delantero comprende al menos un sensor de temperatura y un sensor de medición de la velocidad de giro;
o el motor trasero comprende al menos un sensor de temperatura y un sensor de medición de la velocidad de giro;
o los medios de alimentación comprenden un sensor de temperatura, medios de medición de intensidad eléctrica, y medios de medición de voltaje;
o el sistema de control recibe mediciones de los sensores anteriores;
o los medios de almacenamiento en memoria comprenden los límites para los valores medidos por los sensores;
caracterizado porque ante un accionamiento de los medios de demanda de potencia, el sistema de control utiliza el siguiente algoritmo de funcionamiento:
o el sistema de control recibe datos de temperatura del módulo de control de potencia, del motor delantero y del motor trasero, y de temperatura y voltaje de los medios de alimentación eléctrica;
o compara los valores recibidos con los límites almacenados en la memoria;
o el sistema de control recibe datos de la velocidad de giro del motor delantero y motor trasero;
o compara los valores recibidos de velocidad de giro del motor delantero y velocidad de giro del motor trasero;
o utilizando los datos anteriores, en combinación con el valor de entrada de los medios de demanda de potencia, calcula el par necesario en el motor delantero y el motor trasero;
o compara los valores calculados con los límites establecidos en memoria;
o aplica los valores de par calculados al motor delantero y el motor trasero.
2. Sistema de control de tracción de un vehículo eléctrico de dos ruedas según la reivindicación anterior caracterizado porque comprende un sensor de medición de inclinación de forma que el sistema de control utiliza un factor de corrección al par calculado y aplicado en el motor trasero.
3. Sistema de control de tracción de un vehículo eléctrico de dos ruedas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los sensores de medición de velocidad de giro son sensores de Efecto Hall.
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