Control Regenerativo para Motocicleta Eléctrica

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Control Regenerativo para Motocicleta Eléctrica

J. A. Cabrera Carrillo, J. Pérez, J.M. Velasco, J.J. Castillo Aguilar Área de Ingeniería Mecánica.

Departamento de Ingeniería Mecánica, Térmica y de Fluidos Universidad de Málaga.

Octubre, 2017

CIBIM 2017

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CIBIM 2017

XIII Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica

ÍNDICE

• Introducción

• Bucle de control

• Modelo motor eléctrico

• Estimación parámetros y tipo de carretera

• Control regenerativo

• Resultados

• Conclusiones

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INTRODUCCIÓN

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 deslizamiento (s) C o e fi c ie n te d e a d h e s ió n n e u m a ti c o -c a rr e te ra ( m ) Seco Moj. Nieve Hielo sopt Zona estable Zona inestable Zona de control óptimo

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INTRODUCCIÓN

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 deslizamiento (s) C o e fi c ie n te d e a d h e s ió n n e u m a ti c o -c a rr e te ra ( m ) Seco Moj. Nieve Hielo sopt Zona estable Zona inestable Zona de control óptimo

Obtención deslizamiento (s)

coeficiente adherencia (

m

_x

)

𝜇

_𝑥

=

𝐹

𝑥

𝐹

_𝑧

NECESIDAD DE ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS

• Velocidad y deslizamiento

• Fuerza verticales y horizontales

• Coeficientes de adherencia

MÉTODOS MÁS UTILIZADOS

• Mínimos cuadrados recursivos (RLS)

• Observadores en modos deslizante

• Filtros de Kalman (KF, EKF y UKF)

𝑠 = 1 −

𝜔𝑅

𝑟

𝑣

_𝑥

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BUCLE CONTROL

MOTOCICLETA G ax az wf wr Nf Nr  Estimación de parámetros ax az  wr CONTROL DE REGENERACIÓN TR (1) (2) ₍₄₎ (3) Estimación Sopt s mx sopt I

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MODELO MOTOR ELÉCTRICO

MOTOCICLETA G ax az wf wr Nf Nr  Estimación de parámetros ax az  wr CONTROL DE REGENERACIÓN TR (1) (2) (4) (3) Estimación Sopt s mx sopt I TRref(t) TRmodel(t)   2 1 0.0126s 0.162s 1

𝑇 = 𝜑 ∙ 𝑓 𝜔

_𝑚

, 𝑇𝑅

SIMULACIONES SISTEMA MEDIANTE BIKESIM ®

• PARÁMETROS GEOMÉTRICOS Y DINÁMICOS MOTOCICLETA

• MODELADO MOTOR ELÉCTRICO

MODELADO MOTOR ELÉCTRICO

Descripción Valor

Masa total 205 kg

Radio de rueda 0.3 m

Momento de inercia de rueda 0.5 kg.m2

Distancia cdg eje delantero 0.67 m

Distancia cdg eje trasero 0.7 m

Altura cdg 0.4 m Área frontal 0.6 m2 Coeficiente aerodinámico 0.55

PARÁME

TR

OS

MO

TOCICLET

A

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ESTIMACIÓN PARÁMETROS

MOTOCICLETA G ax az wf wr Nf Nr  Estimación de parámetros ax az  wr CONTROL DE REGENERACIÓN TR (1) (2) (4) (3) Estimación Sopt s mx sopt I z Motorcycle Chassis Kf Kr Cf Cr az ax X Z Nf Nr lf lr  Fx,r

Filtro

Kalman

Extendido

(EKF)

Medidas sensores

𝑀𝑎_𝑥 = 𝑀 ሷ𝑥 + ሶ𝜃 ሶ𝑧 = 𝐹_𝑥𝑟 − 𝐶 ሶ𝑥2 𝑀𝑎_𝑧 = 𝑀 ሷ𝑧 − ሶ𝜃 ሶ𝑧 + 𝑔 = 𝑁_𝑓 + 𝑁_𝑟 𝐼_𝑦 ሷ𝜃 = 𝑁_𝑟𝑙_𝑟− 𝑁_𝑓𝑙_𝑓 − 𝐹_𝑥𝑧 𝐽 ሶ𝜔_𝑟 = 𝑇 − 𝐹_𝑥𝑟𝑅_𝑟 𝑇 = 𝜑 ∙ 𝐾_𝑚 ∙ 𝐼

Modelo motocicleta

𝑗(𝑘) = 𝑎_𝑥, 𝑎_𝑧, ሶ𝜃, 𝜔_𝑟, 𝐼 𝑇 𝑥 𝑘 = 𝐹𝑥,𝑟, 𝑁𝑟, 𝑁𝑓, 𝑣𝑥, 𝑇 𝑇

Obtención deslizamiento (s)

coeficiente adherencia (

m

_x

)

𝜇

_𝑥

=

𝐹

𝑥,𝑟

𝑁

_𝑟

Vector estados

𝑠 = 1 −

𝜔

𝑟

𝑅

𝑟

𝑣

_𝑥

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ESTIMACIÓN TIPO CARRETERA

MOTOCICLETA G ax az wf wr Nf Nr  Estimación de parámetros ax az  wr CONTROL DE REGENERACIÓN TR (1) (2) (4) (3) Estimación Sopt s mx sopt I 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 Coeficiente de fricción ( ) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 RN PR RM MPR MUR 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Deslizamiento (s) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 G ra d o d e p er te n en ci a zero mid high 0 5 10 15 20 25 30 d /ds 0 0.2 0.4 0.6 0.8

1 Lmud Mmud Hmud

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 RCI 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1ZRF MRF ERF VSRF SRF LRF VLRF HRF G ra d o d e p er te n en ci a G ra d o d e p er te n en ci a G ra d o d e p er te n en ci a Número de regla Coeficient e de fricción Desliza mient o dμ/ds RCI 1 MPR mid --- VSRF 2 MPR high --- ZRF 3 MPR zero Lmud MRF 4 MPR zero Mmud LRF 5 MPR zero Hmud LRF 6 PR mid --- SRF 7 PR high --- VSRF 8 PR zero Lmud LRF 9 PR zero Mmud LRF 10 PR zero Hmud VLRF 11 RM mid --- MRF 12 RM high --- MRF 13 RM zero Lmud LRF 14 RM zero Mmud VLRF 15 RM zero Hmud HRF 16 RN mid --- VLRF 17 RN high --- LRF 18 RN zero Lmud VLRF 19 RN zero Mmud HRF

20 RN zero Hmud ERF

21 MUR mid --- HRF

22 MUR high --- ERF

23 MUR zero Lmud HRF

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CONTROL REGENERATIVO

MOTOCICLETA G ax az wf wr Nf Nr  Estimación de parámetros ax az  wr CONTROL DE REGENERACIÓN TR (1) (2) (4) (3) Estimación Sopt s mx sopt I

Control Fuzzy

Regenerativo

𝑑 𝑑𝑡

-s_opt s 𝑒 𝑡 = 𝑠𝑜𝑝𝑡 𝑡 − 𝑠 𝑡 𝑇𝑅 𝑡 = ∆ ∙ 𝑇𝑅 𝑡 − 1 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 e(k) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 G ra d o d e p e r te n e n ci a EN MN N Z P MP -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 de(k) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 G ra d o d e p e r te n e n ci a MN N C P MP 0.95 0.97 0.99 1.01 1.03 1.05 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 G r a d o d e p e r te n e n ci a EBMB M A MA EA 0.96 0.02 0.98 1 1.02 0 diferror 0 error 1.04 -0.5 -0.02 -1

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RESULTADOS

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CONCLUSIONES

 Se ha presentado un control regenerativo que varia la tasa de regeneración en función del tipo

de carretera y del deslizamiento de la rueda trasera de la motocicleta.

 Se ha modelado el comportamiento de la motocicleta mediante los parámetros dinámicos.

 Se ha modelado el funcionamiento del motor eléctrico de la motocicleta.

 Es necesario un algoritmo de estimación basado en el uso de un filtro de Kalman extendido para

obtener los parámetros necesarios para la estimación del tipo de carretera.

 Se ha desarrollado una red neuronal para detectar el deslizamiento óptimo.

 Simulaciones realizadas con el software de dinámica vehicular Bikesim® ofrecen resultados muy

satisfactorios.

 Este trabajo se ha realizado gracias a la financiación obtenida en el proyecto de Plan Nacional

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CIBIM 2017

Gracias por su atención

J.A. Cabrera, J. Pérez, J.M. Velasco, J.J. Castillo

Escuela de Ingenierías Industriales

C/ Doctor Ortiz Ramos s/n 29071 Málaga Tf. +34 951952371

Fax +34 951952605

E-mail: jcabrera@uma.es