Procedimiento y controlador para controlar el par de salida de una unidad de propulsión.

Procedimiento para el control del par de salida (Tmotor) de una unidad de propulsión en una línea de impulsión deun vehículo,

que comprende ruedas impulsadas conectadas con capacidad de impulsión a dicha unidad depropulsión con intermedio de una transmisión mecánica con un eje de impulsión, caracterizado porque dichoprocedimiento comprende las siguientes etapas:

- registrar la demanda de par (Td) del conductor para propulsión del vehículo;

- registrar la velocidad de rotación de la unidad de propulsión (we);

- controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión para seguir asintóticamente dichademanda de par (Td) del conductor utilizando un controlador (9) basado en un regulador lineal-cuadrático enbucle cerrado (LQR) que tiene dicha solicitud de par (Td) del conductor y dicha velocidad de rotación (we) dela unidad de propulsión como datos de entrada, a efectos de minimizar las oscilaciones de la línea deimpulsión,

en el que dicho controlador (9):

- recibe una información de vector de estado completo ( ) de un observador de estado (12) basado, comomínimo, en la velocidad de rotación (we) de dicha unidad de propulsión;

- genera una demanda (Tf) de par del controlador utilizada para controlar el par de salida (Tmotor) de dichaunidad de propulsión, basándose en dicha demanda de par de (Td) del conductor y dicha información ( )de vector de estado completo,

y en el que dicho control del par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión es llevado a cabo regulando, como25 mínimo, los tres componentes siguientes de índice de rendimiento de dicho controlador (9) a cero:

- una derivada de tiempo de un par del eje de impulsión (Teje) de dicho eje de impulsión;

- una diferencia integrada (xu) entre dicha demanda de par de impulsión (Td) y dicha demanda de par delcontrolador (Tf); y

- una diferencia corriente entre dicha demanda de par (Td) del conductor y dicha demanda de par delcontrolador (Tf).

Procedimiento y controlador para controlar el par de salida de una unidad de propulsión La presente invención se refiere a un procedimiento de control del par de salida de una unidad de propulsión de la línea de impulsión de un vehículo, que comprende ruedas de impulsión conectadas con capacidad de impulsión a la unidad de propulsión con intermedio de una transmisión mecánica que tiene un eje de impulsión y el correspondiente controlador

Antecedentes técnicos Como es sabido, la línea de impulsión de un vehículo automóvil es, de manera natural, un sistema oscilatorio con amortiguación ligera que generará oscilaciones como respuesta a los cambios rápidos de la fuerza de transmisión. Las oscilaciones provocadas por una maniobra de presión sobre el pedal del acelerador, en el que el conductor, por ejemplo, presiona con rapidez el pedal del acelerador, afectan de manera negativa la capacidad de conducción percibida del vehículo provocando variaciones en la fuerza de tracción longitudinal que es lo que se conoce como efecto de arrastre (“shuffle”) o sacudidas (“jerking”) de un vehículo.

El conjunto motriz del vehículo también comprende un inevitable contragolpe (“backlash”) debido principalmente a juegos en las ruedas dentadas, que es provocado por las tolerancias de fabricación en la transmisión y componentes del diferencial. Cuando la dirección de la fuerza de transmisión se invierte, la presencia del contragolpe provoca una discontinuidad temporal de la fuerza de transmisión en la línea de impulsión, seguido de una fuerza impulsiva de transmisión, de manera que tiene lugar un choque por aceleración. La fuerza, que cambia rápidamente de forma transversal de valor positivo a negativo y viceversa en la línea de impulsión, genera por lo tanto, dicho choque de aceleración que da lugar a los efectos de derivación (“shunt”) o ruido de impacto (“clonk”) cuando se alcanzan los lados opuestos del contragolpe.

En una solución conocida, se generan trayectorias de referencia de estado modelo de la velocidad del motor. Estas trayectorias de referencia se basan en el cambio registrado en la posición del pedal del acelerador y están diseñadas para proporcionar una transición amortiguada a una nueva demanda de par y una transición relativamente suave del contragolpe. Un controlador de la demanda de potencia genera subsiguientemente una demanda compensada de potencia al motor, de acuerdo con dichas trayectorias de referencia generadas, reduciendo de esta manera el efecto de movimiento brusco (“shuffle”) . Una fuerza de transmisión basada en trayectorias de referencia conduce, no obstante, a una capacidad de conducción relativamente baja en términos de respuesta rápida a la demanda de par del conductor y con buena amortiguación de las oscilaciones del conjunto motriz.

Otra solución conocida para reducir solamente el efecto “shunt” debido al contragolpe en vehículos de producción es el utilizar sistemas de compensación, simples pero bien equilibrados, para evitar el paso por el contragolpe de manera excesivamente rápida, de manera que los efectos negativos del contragolpe se transforman en una falta de respuesta a las peticiones de par. Esta solución es presentada en el documento US 6.377.882 B1, en el que una sección central de control detecta la inversión en la fuerza de transmisión y como respuesta a ello, restringe el par aplicado a la mitad de un par objetivo, entre un punto de tiempo que precede el punto de tiempo detectado del contragolpe y un punto de tiempo posterior a dicho punto de tiempo detectado de contragolpe. Posteriormente, la sección de control central cambia el par de manera escalonada al par objetivo. Como resultado, se reduce el cambio abrupto en la aceleración y los efectos negativos del contragolpe disminuyen. No obstante, esta solución no soluciona el problema del efecto “shuffle” y ninguna de las soluciones del estado de la técnica que se han presentado posteriormente tiene en cuenta la variación de parámetros del sistema y su entorno, requiriendo, por lo tanto, una adaptación y calibración cuidadosas del sistema para que funcione de manera apropiada.

El documento EP 2 070 798 da a conocer un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1.

Por lo tanto, existe la necesidad de dar a conocer un procedimiento y un sistema mejorados para controlar el par de salida de una unidad de propulsión eliminando las desventajas antes mencionadas.

RESUMEN

El objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un procedimiento y un controlador de par inventivos para controlar el par de salida de una unidad de propulsión, mediante el cual se solucionan parcialmente los problemas antes mencionados. Este objetivo se consigue por las características de la parte caracterizante de la reivindicación 1, en las que el procedimiento comprende las etapas de registrar la demanda de par del conductor para propulsión del vehículo, registrar la velocidad de rotación de la unidad de propulsión y controlar dicho par de salida de la unidad de propulsión para seguir de manera asintótica dicha demanda de par del conductor. El control es llevado a cabo utilizando un regulador de bucle cerrado lineal-cuadrático (LQR) en el que se basa el controlador, teniendo dicha demanda de par del conductor y dicha velocidad de rotación de la unidad de propulsión como datos de entrada, con el objetivo de minimizar las oscilaciones del conjunto motriz.

Dicho objetivo es conseguido adicionalmente por las características de la parte caracterizante de la reivindicación 13, en la que el controlador es un controlador basado en un regulador de bucle cerrado lineal-cuadrático (LQR) y en el que el controlador está dispuesto para controlar el par de salida de dicha unidad de propulsión mediante las etapas de registrar la demanda de par del conductor para propulsión del vehículo, registrar la velocidad de rotación de la unidad de propulsión y controlar dicho par de salida de dicha unidad de propulsión para seguir asintóticamente dicha demanda de par del conductor, teniendo dicha demanda de par del conductor y dicha velocidad de rotación de la unidad de propulsión como datos de entrada, a efectos de minimizar las oscilaciones del conjunto motriz.

Otras ventajas se consiguen implementando una o varias características de las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos La presente invención se describirá a continuación de manera detallada haciendo referencia a las figuras en las que:

La figura 1 muestra un modelo de condiciones de transición de modalidad, de acuerdo con la invención;

La figura 2 muestra un modelo de línea de impulsión con contragolpe, de acuerdo con la invención;

La figura 3 muestra una simulación del par en el eje de impulsión después de un escalón de par del motor;

La figura 4 muestra la estructura del controlador LQR, de acuerdo con la invención;

La figura 5 muestra una disposición que comprende la estructura del controlador, vehículo y observador de estado, de acuerdo con la invención;

La figura 6 muestra un diagrama de Bode como ejemplo de la función de transferencia a partir de la demanda de par del conductor a la derivada del par del eje de impulsión;

La figura 7 muestra un ejemplo de simulación de aumento de par del motor con efecto de contragolpe;

La figura 8 muestra en el gráfico superior trayectorias de optimización del par del motor y correspondientes valores de la función de pérdida en el gráfico inferior;

La figura 9 muestra la velocidad del motor medida y par del eje de impulsión estimado y ángulo de contragolpe como respuesta a una petición de escalón de par;

La figura 10a muestra la velocidad del motor medida, par del motor y par del eje de impulsión estimado como respuesta a una petición de par sin controlador.

La figura 10b muestra la velocidad del motor medida, par del motor y par del eje de impulsión estimado como respuesta a una petición de par con controlador, de acuerdo con la invención.

Descripción detallada El procedimiento de la invención y el controlador de par para controlar el par de salida de una unidad de propulsión, utiliza un regulador de bucle cerrado lineal-cuadrático (LQR) en el que se basa el controlador de par para amortiguar las oscilaciones de la línea de impulsión en un vehículo automóvil. El controlador que se ha desarrollado tiene la atractiva característica de acoplarse muy bien a los sistemas actuales de control del motor para vehículos pesados con estructura muy típica, basándose en el control del par. De este modo, el controlador puede ser fácilmente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el control del par de salida (Tmotor) de una unidad de propulsión en una línea de impulsión de un vehículo, que comprende ruedas impulsadas conectadas con capacidad de impulsión a dicha unidad de propulsión con intermedio de una transmisión mecánica con un eje de impulsión, caracterizado porque dicho procedimiento comprende las siguientes etapas:

- registrar la demanda de par (Td) del conductor para propulsión del vehículo;

- registrar la velocidad de rotación de la unidad de propulsión (ωe) ;

- controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión para seguir asintóticamente dicha demanda de par (Td) del conductor utilizando un controlador (9) basado en un regulador lineal-cuadrático en bucle cerrado (LQR) que tiene dicha solicitud de par (Td) del conductor y dicha velocidad de rotación (ωe) de la unidad de propulsión como datos de entrada, a efectos de minimizar las oscilaciones de la línea de impulsión,

en el que dicho controlador (9) :

- recibe una información de vector de estado completo ( ) de un observador de estado (12) basado, como mínimo, en la velocidad de rotación (ωe) de dicha unidad de propulsión;

- genera una demanda (Tf) de par del controlador utilizada para controlar el par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión, basándose en dicha demanda de par de (Td) del conductor y dicha información ( de vector de estado completo,

y en el que dicho control del par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión es llevado a cabo regulando, como mínimo, los tres componentes siguientes de índice de rendimiento de dicho controlador (9) a cero:

- una derivada de tiempo de un par del eje de impulsión (Teje) de dicho eje de impulsión;

- una diferencia integrada (xu) entre dicha demanda de par de impulsión (Td) y dicha demanda de par del controlador (Tf) ; y

- una diferencia corriente entre dicha demanda de par (Td) del conductor y dicha demanda de par del controlador (Tf) .

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que dicho observador de estado (12) se basa en un diseño de Recuperación de Transferencia de Bucle (LTR) , y dicho observador de estado (12) está adaptado para generar dicha información ( ) de vector de estado completo, basándose, como mínimo, en dicha velocidad de rotación (ωe) de la unidad de propulsión y demanda de par (Tf) del controlador.

3. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha información ( ) de vector de estado completo incluye como variable de estado, como mínimo, el ángulo de torsión del eje de impulsión (θs) y preferentemente, asimismo, la velocidad de rotación (ωe) de la unidad de propulsión y la velocidad del vehículo (ωv) .

4. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de registrar la demanda de par (Td) del conductor para la propulsión del vehículo comprende las siguientes etapas:

- traducir una posición del pedal del acelerador en dicha demanda de par (Td) del conductor;

- deducir un punto de ajuste (Tr) de referencia de par de dicha demanda de par (Td) del conductor, comparando dicha demanda (Td) de par del conductor con, como mínimo, una limitación de par (8) activo y ajustando dicho punto de ajuste (Tr) de referencia de par al valor de par mínimo en base a dichos valores de par de dicha comparación;

- facilitar dicho punto de ajuste (Tr) de referencia de par a dicho controlador (9) como demanda de par (Td) del conductor.

5. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa que genera la demanda de par (Tf) del controlador, utilizado para controlar el par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión, comprende las siguientes etapas:

- generar un par compensado (Tc) por dicho controlador (9) ;

- comparar dicho par compensado (Tc) con, como mínimo, una limitación de par (8) activo; y

- ajustar dicha demanda de par (Tf) del controlador al valor de par mínimo en base a dichos valores de par de dicha comparación.

6. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se toma asimismo en cuenta el contragolpe de la línea de impulsión en dicho procedimiento para controlar el par de salida (Tmotor) de una unidad de propulsión por la siguiente etapa:

- en caso de pasar por el contragolpe, proporcionar un valor de mantenimiento del par intermedio (urmant) que el par solicitado (Td, Tr) no puede superar hasta alcanzar una modalidad de contacto de la línea de impulsión (1, 2) a efectos de limitar choques de aceleración como consecuencia del paso por el contragolpe.

7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en el que dicha etapa es realizada por:

- incluir el ángulo de contragolpe (θb) como variable de estado en dicha información ( ) de vector de estado completo;

- determinar si la línea de impulsión se encuentra en la modalidad de contacto negativo (1) , modalidad de contacto positivo (2) o modalidad sin contacto (3) , basándose en las condiciones de transición de la modalidad de estado de la línea de impulsión;

- determinar si se pasará por contragolpe;

- determinar dicho valor de mantenimiento de par intermedio (urmant) ;

- controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión por medio de la ley de control óptimo del controlador (9) en modalidad de contacto de la línea de impulsión (1, 2) y controlando dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión por medio de control en bucle abierto durante la modalidad sin contacto (1) de la línea de impulsión.

8. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, en el que dicho valor de mantenimiento de par intermedio (urmant) es determinado por optimización numérica basada, como mínimo, en una estimación de una derivada de tiempo del ángulo de contragolpe (•θb) en el momento de tiempo en el que se alcanza el lado opuesto del contragolpe.

9. Procedimiento, según la reivindicación 7, en el que dichas condiciones de transición de la modalidad de estado de la línea de impulsión se basan en el ángulo de contragolpe (θb) , la derivada de tiempo de dicho ángulo de contragolpe (•θb) y del par del eje de impulsión (Teje) .

10. Procedimiento, según la reivindicación 9, en el que dicha condición de transición de la modalidad de estado de la línea de impulsión para determinar cuándo dicha línea de impulsión pasa de:

- modalidad de contacto del lado negativo (1) a modalidad sin contacto (3) es el par del eje de impulsión (Teje) > 0;

- modalidad de contacto del lado positivo (2) a modalidad sin contacto (3) es el par del eje de impulsión (Teje) < 0;

- modalidad sin contacto (3) a modalidad de contacto lado negativo (1) son ángulo de contragolpe (θb) = αy derivada de tiempo de dicho ángulo de contragolpe (•θb) < 0; y

- modalidad sin contacto (3) a modalidad de contacto lado positivo (2) son ángulo de contragolpe (θb) = αy derivada de tiempo de dicho ángulo de contragolpe (•θb) > 0,

en el que dicho ángulo de contragolpe (θb) es limitado por -α≤θb ≤α.

11. Controlador (9) del par de la unidad de propulsión para controlar el par de salida (Tmotor) de una unidad de propulsión en un conjunto de impulsión de un vehículo comprendiendo ruedas impulsadas conectadas con capacidad de impulsión a dicha unidad de propulsión con intermedio de una transmisión mecánica con un eje de impulsión, caracterizado porque dicho controlador (9) es un controlador (9) basado en un regulador lineal-cuadrático en circuito cerrado (LQR) y porque dicho controlador (9) está dispuesto para controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión por las siguientes etapas:

- registrar la demanda de par (Td) del conductor para la propulsión del vehículo;

- registrar la velocidad de rotación de la unidad de propulsión (ωe) ;

- controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión para seguir de manera asintótica dicha demanda de par (Td) del conductor, teniendo dicha demanda de par (Td) del conductor y dicha velocidad (ωe) de rotación de la unidad de propulsión como datos de entrada, para minimizar las oscilaciones de la línea de impulsión,

de manera que dicho controlador (9) está dispuesto para:

- recibir una información ( ) de vector de estado completo de un observador de estado (12) basado, como mínimo, en la velocidad (ωe) de rotación de dicha unidad de propulsión;

- generar una demanda de par del controlador (Tf) utilizada para controlar el par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión basándose en dicha demanda de par (Td) del conductor y dicha información ( ) del vector de estado completo, y

- una derivada de tiempo de un par del eje de impulsión (Teje) de dicho eje de impulsión;

en el que dicho controlador (9) está dispuesto para controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión al regular los tres componentes de índice de rendimiento siguientes del controlador (9) a cero:

-una diferencia integrada (xu) entre dicha demanda de par (Td) delconductor y dicha demanda de par (Tf) de controlador; y

- una diferencia corriente entre dicha demanda de par (Td) del conductor y dicha demanda de par (Tf) del controlador;

12. Controlador (9) , según la reivindicación 11, en el que se toma asimismo en cuenta el contragolpe de la línea de impulsión cuando se controla el par de salida (Tmotor) de una unidad de propulsión mediante la etapa siguiente: 10

- en el caso de paso por contragolpe, disponer un valor de mantenimiento de par intermedio (urmant) que un par requerido (Td, Tr) no puede superar hasta que se alcanza una modalidad (1, 2) de contacto de la línea de impulsión, a efectos de limitar choques de aceleración después del paso por el contragolpe.

13. Controlador (9) , según la reivindicación 12, en el que dicha etapa es realizada por:

- incluir el ángulo de contragolpe (θb) como variable de estado en dicha información ( ) de vector de estado completo;

- determinar si la línea de impulsión se encuentra en modalidad de contacto del lado negativo (1) ,

modalidad de contacto de lado positivo (2) o modalidad sin contacto (3) , basándose en las condiciones de transición de la modalidad de estado de la línea de impulsión;

- determinar si se pasará por contragolpe;

-determinar dicho valor de mantenimiento del par intermedio (urmant) ;

- controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión por medio de la ley de control óptimo

del controlador (9) en la modalidad de contacto (1, 2) de la línea de impulsión; y controlar dicho par de salida (Tmotor) de dicha unidad de propulsión por medio de control en bucle abierto durante la modalidad (1) sin contacto de la línea de impulsión.