AUTOMÓVIL HÍBRIDO-ELÉCTRICO

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuadra en el campo técnico de los sistemas de simulación y prueba que se emplean en el sector del automóvil y, particularmente, en el de los sistemas (dispositivos + métodos) que sirven para probar y evaluar/caracterizar la eficiencia energética del sistema de propulsión de los vehículos automóviles híbridos-eléctricos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad existen diversos modelos de vehículos híbridos con diferentes arquitecturas en lo que se refiere a su sistema de propulsión. Un sistema de propulsión de un vehículo híbrido-eléctrico comprende una propulsión eléctrica basada en máquina eléctrica ME y una propulsión convencional basada en máquina de combustión interna MCI (cuyo reparto de potencias respecto de la potencia total del vehículo se denomina grado de hibridación), que pueden tener la arquitectura serie, paralelo o combinada paralelo-serie. En los sistemas de propulsión con arquitectura serie el vehículo se impulsa sólo con el sistema de propulsión eléctrico a través de la potencia mecánica generada por la máquina eléctrica. En esta arquitectura la energía eléctrica necesaria puede provenir o bien del sistema de almacenamiento basado en baterías o bien desde el sistema de propulsión convencional basado en MCI el cual genera una potencia mecánica que es convertida en eléctrica a través de un generador eléctrico acoplado a su eje. En la arquitectura paralelo la propulsión convencional basada en MCI es la principal fuente de potencia mecánica necesaria para impulsar el vehículo mientras que el sistema de propulsión eléctrico basado en ME aporta más potencia mecánica al vehículo cuando sea necesario por ejemplo, en las aceleraciones, o incluso podría mover el vehículo unos pocos kilómetros en régimen de conducción urbana si el sistema de acoplamiento mecánico de los sistemas de propulsión al eje de las ruedas lo permite. En esta arquitectura (paralelo) el sistema de propulsión convencional (MCI) podría aportar más potencia mecánica que la demandada para la propulsión del vehículo. Este extra de potencia es convertido a potencia eléctrica a través de un generador eléctrico y es utilizado para la auto-recarga de las baterías del sistema de propulsión eléctrico, no necesitando por tanto la recarga externa de las mismas. Los sistemas de propulsión híbridos con arquitectura combinada serie- paralelo poseen todas las funcionalidades que pueden ofrecer las arquitecturas serie y paralelo (TOYOTA PRIUS por ejemplo utiliza una arquitectura combinado). Por lo general, la propulsión eléctrica funciona en solitario a baja velocidad, mientras que a alta velocidad la propulsión convencional y la propulsión eléctrica trabajan a la vez. La propulsión convencional puede combinar funciones de propulsión del vehículo, de auto-recarga de las baterías, o incluso de aportar la energía eléctrica necesaria para el sistema de propulsión eléctrico en función del grado de hibridación instalado y de las posibilidades de gestión energética del vehículo.

Tal y como se puede observar, existen muchas posibilidades o modos de funcionamiento de un vehículo híbrido-eléctrico en función de la arquitectura de su sistema de propulsión, del grado de hibridación instalado, de la necesidad o no de una recarga externa de baterías, y de las posibilidades de gestión energética que incorpore el vehículo. El interés de este tipo de arquitecturas de propulsión y vehículos y gran avance de los mismos es muy alto el cuál viene traccionado desde los requisitos de mejora de la eficiencia energética, el ahorro de combustible y las medidas impuestas por los gobiernos en cuanto a la disminución de las emisiones de efecto invernadero en el sector del transporte por carretera.

Las posibilidades en cuanto a la mejora de la eficiencia energética del vehículo híbrido-eléctrico por medio de la incorporación y gestión energética de sistemas de propulsión combinados y alto grado de hibridación son muy grandes, existiendo numerosos métodos y estrategias de gestión energética los cuales son evaluados y conceptualizados mediante simulación numérica en las primeras fases de diseño y posteriormente validados ya en vehículo. En este sentido se ha detectado que existe un vacío en cuanto a métodos y dispositivos de validación ágiles, flexibles y rápidamente reconfigurables de estos sistemas complejos de propulsión híbrida-eléctrica antes de que se instalen en el propio vehículo de cara a una evaluación anterior cuasi-realista.

Además desde un punto de vista de eficiencia energética un aspecto muy importante a tener en cuenta es el de gestionar de una manera efectiva el frenado regenerativo del vehículo. La entrada de las propulsiones eléctricas en los vehículos hace que parte de la energía cinética acumulada en el vehículo se pueda recuperar en forma de energía eléctrica en las baterías en los procesos de frenado o descenso por pendientes del vehículo. Para ello, los sistemas de frenado eléctrico y convencional (ABS) del vehículo deben de estar perfectamente gestionados y sincronizados de tal forma que desde el punto de vista del conductor sólo exista una única respuesta de frenado, pero desde el punto de vista del sistema de propulsión y vehículo se consiga la frenada requerida por el conductor con el mínimo gasto energético en forma de calor en los discos/pastillas del sistema de frenado convencional, por medio de una gestión adecuada del frenado regenerativo de tipo eléctrico. En esta propuesta de invención el aspecto referente al frenado regenerativo también es considerado como punto importante de testeo global de la eficiencia energética del sistema de propulsión híbrido-eléctrico del vehículo.

Desde hace mucho tiempo se conocen sistemas de simulación y pruebas para vehículos automóviles, que comprenden un banco de pruebas en el que se simula la conducción del vehículo en diversas condiciones, sirviendo estos datos para probar el comportamiento dinámico y la durabilidad de distintos elementos del vehículo como, por ejemplo, el sistema de suspensión [US2007/0260372 A1 , US 1996/5487301 , US1999/5942673, WO2007/133599 A2, US2007/0260438 A1 , US2007/01 18258 A1 ], el comportamiento del motor de combustión interna [US2004/6754615 B1 , US2010/7680639 B2], la caja de cambios, los elementos de transmisión, la caracterización y evaluación de los neumáticos [US2009/0012763], etc. Sin embargo, aunque existen algunos simuladores y dispositivo de pruebas para vehículos y sistemas de propulsión híbridos con el objetivo de probar distintas aspectos de los mismos [CN101241 168, CN201 193984U, CN101660972], los inventores no conocen ninguno que se refiera al testeo desde un punto de vista de eficiencia energética de sistemas de propulsión con arquitecturas avanzadas complejas y que además sean rápidamente adaptables y reconfigurables a todas las posibilidades en cuanto a arquitectura y modos de funcionamiento se refiere. En los sistema de simulación conocidos para vehículos y sistemas de propulsión híbridos el dispositivo que emula el vehículo se conecta a un motor eléctrico y a un motor de combustión interna a través de un sistema de transmisión variable continua (CVT = Continuous Variable Transmission), y/o un sistema de transmisión de tipo planetario y/o uno o varios embragues que permiten el acoplamiento de los diferentes proveedores de potencia mecánica a las ruedas del vehículo de una manera determinada. De esta forma se estaría probando un sistema con una arquitectura concreta, utilizando bancadas con acoplamientos mecánicos costosos (embragues, acoplamientos y sistemas de transmisión variable de tipo planetario), por lo que los sistemas de simulación para vehículos híbridos existentes se refieren exclusivamente a una única configuración y a las posibilidades de gestión energética existentes en función de las restricciones que imponga el citado acoplamiento. Así los sistemas de simulación conocidos tienen el inconveniente de estar destinados exclusivamente para un tipo de coche o arquitectura concreta, y no permiten probar diferentes arquitecturas y estrategias energéticas/modos de funcionamiento de una manera ágil, flexible y dinámicamente reconfigurable.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados, mediante un sistema para la prueba y evaluación del comportamiento y la eficiencia energética (gestión energética de la propulsión y gestión del frenado regenerativo) de un sistema (o partes / componentes de un sistema) de propulsión híbrido-eléctrico, de acuerdo a lo descrito en la reivindicación 1 .

El sistema de la invención comprende un banco de pruebas controlado por un dispositivo emulador que puede emular en tiempo real la conducción del vehículo y puede conectarse mecánicamente a una máquina de combustión interna y a una máquina eléctrica del sistema de propulsión híbrido-eléctrico a ensayar.

El banco de pruebas comprende además: una primera máquina eléctrica (ME1 ) acoplable mediante un primer acoplamiento mecánico directo a la máquina eléctrica (ME) del sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de ensayo;

una segunda máquina eléctrica (ME2) acoplable mediante un segundo acoplamiento mecánico directo al motor de combustión interna (MCI) del sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de ensayo;

un dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2) que controla el par que puede proporcionar la primera máquina eléctrica y el par que puede proporcionar la segunda máquina eléctrica y la potencia a entregar a una caja de unión y distribución de potencia que contiene al bus de corriente continua del sistema de propulsión híbrido-eléctrico y

una conexión de control que conecta el dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2) con el dispositivo emulador.

El dispositivo emulador calcula el par resistente que la primera máquina eléctrica aplica en el eje de la máquina eléctrica y el par resistente que la segunda máquina eléctrica aplica en el eje de la máquina de combustión interna y la potencia a entregar a la caja de unión y distribución de potencia que contiene al bus de continua, a través del dispositivo de conversión de energía, en función de las fuerzas resistentes que se oponen a la fuerzas de propulsión por efecto de la conducción emulada del vehículo y del modo o combinación de modos de funcionamiento al que se desee someter al sistema de propulsión híbrido-eléctrico durante el ensayo, entendiendo por modo de funcionamiento a los diferentes modos de trabajo que el sistema/banco de pruebas puede reproducir sobre el sistema de propulsión híbrido-eléctrico durante el ensayo, los cuáles pueden ser: el modo serie, el modo paralelo, el modo paralelo-serie, el modo eléctrico puro, el modo eléctrico puro con extensor de rango, y el modo frenado regenerativo.

El dispositivo emulador es un emulador en tiempo real de un vehículo circulando, con diferentes aproximaciones si se desea utilizar un conductor real o un conductor emulado, y si se desea o no emular el entorno por el que se conduce el vehículo (DVE).

En una realización preferente el banco de pruebas, controlado (y supervisado) por el dispositivo emulador, puede conectarse a los siguientes subsistemas pertenecientes al sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de ensayo:

- Mecánicamente conectable a un motor de combustión interna (MCI) a ensayar;

- mecánicamente conectable a una máquina eléctrica (ME) a ensayar;

- eléctricamente conectable a una caja de distribución y unión de potencia de corriente continua (HVDC-link, bus de alta tensión en corriente continua del sistema de propulsión híbrido-eléctrico) a través de una conexión eléctrica de potencia de corriente continua y de una conexión eléctrica de control;

- electrónicamente conectable y a nivel de control a través de un dispositivo interíaz a un subsistema (centralita propia o función incorporada dentro de otra centralita) de gestión energética (EMS);

- electrónicamente conectable y a nivel de control a través de un dispositivo interíaz a un subsistema (centralita propia o función incorporada dentro de otra centralita) de gestión del freno;

- electrónicamente conectable y a nivel de control a través de un dispositivo interíaz a un subsistema (centralita propia o función incorporada dentro de otra centralita) de gestión del cuadro de mandos.

El sistema puede incorporar un primer sensor de par instalado en el eje de la primera máquina eléctrica y una primera conexión de control que conecta el primer sensor de par con el dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2).

El sistema puede incorporar un segundo sensor de par instalado en el eje de la segunda máquina eléctrica y una segunda conexión de control que conecta el segundo sensor de par con el dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2).

El dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2) puede comprender una entrada de corriente alterna de frecuencia constante, una primera salida de corriente alterna de frecuencia y magnitud variable, conectada a la primera máquina eléctrica (ME1 ), una segunda salida de corriente alterna de frecuencia y magnitud variable, conectada a la segunda máquina eléctrica (ME2), y una salida de potencia de corriente continua conectada a una caja de distribución y unión de potencia (HVDC- link ) del sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de ensayo. Este dispositivo contiene un conjunto de subsistemas que entre todos permiten controlar y reproducir los diferentes modos de funcionamiento y los repartos de potencia en cada modo durante el ensayo del sistema de propulsión híbrido-eléctrico.

En una realización de la invención, el dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2) comprende los siguientes subsistemas, pudiendo ser dispositivos independientes pero perfectamente interconectados entre sí:

un convertidor CA/CC bidireccional conectado por su entrada a la entrada de conexión de alimentación de corriente alterna (trifásica) y, por su salida de corriente continua, a través de un convertidor CC-CC reductor, a la caja de distribución de potencia (HVDC-link) del sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de testeo, a un primer inversor CC/CA conectado a la primera máquina eléctrica (ME1 ) a través de la primera salida de corriente alterna y a un segundo inversor CC/CA conectado a la segunda máquina eléctrica (ME2) a través de la segunda salida de corriente alterna.

Los módulos semiconductores de potencia que forman parte del convertidor CA CC, del primer inversor CC/CA , del segundo inversor CC/CA y del convertidor CC-CC reductor reciben las órdenes de disparo de un módulo que contiene los circuitos de disparo correspondientes que a su vez está conectado a una unidad de control basada en DSP (Digital Signal Processor) que controla la respuesta estática y dinámica de las etapas de conversión de energía eléctrica del dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2) y realiza los controles de la primera máquina eléctrica (ME1 ) y de la segunda máquina eléctrica (ME2). Para realizar los citados controles, la unidad de control basado en DSP recibe medidas de un sensor de corriente conectado a la salida del convertidor CC/CC reductor, de tres sensores de corriente conectados a la salida del segundo inversor CC/CA, de tres sensores de corriente conectados a la salida del primer inversor CC/CA, de un primer sensor de par instalado en el eje de la primera máquina eléctrica (ME1 ), de un segundo sensor de par instalado en el eje de la segunda máquina eléctrica (ME2), de un sensor de tensión instalado en la caja de distribución y unión de potencia (HVDC-link) del sistema de propulsión híbrido-eléctrico a ensayar, de un primer sensor de posición angular instalado en el eje de la primera máquina eléctrica (ME1 ), y de un segundo sensor de posición angular instalado en el eje de la segunda máquina eléctrica (ME2).

La unidad de control asimismo recibe señales de comando y envía señales de estado a través de una conexión de control que conecta al dispositivo de conversión de energía eléctrica (PS2) con el dispositivo emulador (DVE). El dispositivo emulador puede comprender:

- un modelo que emula el comportamiento del sistema de acoplamiento de la máquina eléctrica y la máquina de combustión interna hacia el eje de salida de las ruedas del vehículo. De esta forma el modelo obtiene, a partir de las medidas de par en los ejes de la máquina (MCI) y de la máquina (ME), el par efectivo propulsor resultante referido a los ejes de las ruedas tractoras. Este modelo además calcula los pares resistentes (debidas a las fuerzas resistentes que se oponen a la propulsión del vehículo) a imponer en los ejes de las máquinas de combustión interna (MCI) y eléctrica (ME) por medio de las máquinas eléctricas primera (ME1 ) y segunda (ME2) del banco de pruebas.

- un modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal y lateral del vehículo. Este modelo puede calcular en tiempo real todas las fuerzas longitudinales, laterales y verticales que aparecen en las ruedas tractoras por efecto de la circulación del vehículo.

- un modelo que emula el comportamiento de un sistema de transmisión variable continua (CVT), si lo hubiera;

- un modelo que emula el comportamiento del sistema de frenado convencional por ABS (Active Brake System), utilizando para ello las ordenes de frenada recibidas desde el subsistema de gestión del freno a través del dispositivo interfaz. Este sistema obtiene las fuerzas de frenado en cada rueda y las envía al modelo de comportamiento dinámico longitudinal y lateral.

- un modelo de escenarios reales virtualizados que emula el entorno de conducción (características de la carretera, rectas, curvas, pendientes, señales de tráfico, perfiles de carretera, desniveles, etc.).

El dispositivo emulador (DVE) puede incorporar un modelo que emula a un conductor conduciendo sobre el escenario seleccionado, de cara a automatizar los ensayos garantizando repetitibilidad en lo que se refiere a la respuesta del conductor. Las salidas de este modelo, corresponden a la respuesta emulada de los pedales de acelerador y freno y el ángulo de giro del volante, y son enviadas al subsistema de gestión del cuadro de mandos, y éstas serán seleccionadas en el caso de que se quiera utilizar un conductor virtual, en caso contrario el subsistema de gestión del cuadro de mandos seleccionará las entradas que provienen del cuadro de mandos del vehículo las cuales son manejadas por un conductor real. Como se desprende de la anterior descripción, el sistema conforme a la presente invención es un sistema basado en un banco de pruebas dinámicamente reconfigurable formado por dos máquinas eléctricas y un conjunto de dispositivos de potencia y control que permite testear/caracterizar tanto el comportamiento dinámico como el comportamiento desde un punto de vista energético de los componentes principales (PBAT Pack de Baterías, MCI Máquina de Combustión Interna, ME Máquina Eléctrica, PINV Inversor controlador de máquina eléctrica ME, EMS Subsistema de Gestión Energética, así como el Subsistema de Gestión del freno) de diferentes arquitecturas / configuraciones del sistema de propulsión de vehículos híbridos-eléctricos. Las posibles arquitecturas/configuraciones del sistema de propulsión a testear son: 1 : Híbrida paralelo, 2: Híbrida serie, 3: Híbrida combinada serie-paralelo y 4: Eléctrica con extensión de rango. El sistema (banco de pruebas) está gobernado por un dispositivo en tiempo real que permite la técnica VE' in the Loop (Driver-Vehicle-Environment in the Loop) lo que permite testear en tiempo real el sistema de propulsión híbrido-eléctrico, ante una conducción realista sobre escenarios virtualizados, teniendo en cuenta el comportamiento dinámico, tanto en su respuesta longitudinal como lateral, del vehículo seleccionado. El resto de dispositivos de potencia (dispositivo de conversión PS2) y control (emulador DVE, interfaz) permiten la fácil y rápida reconfigurabilidad y adaptación del banco de pruebas a las diferentes arquitecturas/configuraciones del sistema de propulsión de vehículos híbridos-eléctricos.

La ventaja que puede ofrecer la invención propuesta (sistema y método) reside en la evaluación cuasi-realista de la eficiencia energética de diferentes arquitecturas híbridas de propulsión así como la evaluación y optimización de los métodos de gestión energética incluyendo la gestión del frenado regenerativo del vehículo. El objetivo es el de obtener datos realistas y las evidencias (desde el punto de vista de eficiencia energética) necesarias de cara al: 1 : diseño e implementación y optimización final de la arquitectura y estructura del sistema de transmisión y acoplamiento mecánico necesario entre ambos proveedores de potencia mecánica del sistema de propulsión híbrido (la máquina eléctrica y la máquina de combustión interna), 2: al ajuste óptimo de la respuesta de los componentes eléctricos y mecánicos del sistema de propulsión híbrido-eléctrico así como de 3: diseño y optimización de los algoritmos de gestión energética (selección de los modos de funcionamiento del vehículo y reparto de potencias entre los diferentes proveedores de potencia eléctrica y mecánica que pueden existir) y de gestión/sincronización del sistema de frenado (regenerativo y convencional) del vehículo. Se trata, por tanto, de un sistema de pruebas a utilizar para la optimización de diseño de los aspectos/conceptos mencionados anteriormente, los cuales están muy estrechamente ligados con la eficiencia energética del sistema de propulsión de los vehículos híbridos-eléctricos.

Las aportaciones principales que ofrece la presente invención son:

- Flexibilidad - fácil-rápida reconfigurabilidad a las diferentes arquitecturas/configuraciones del sistema de propulsión híbrido-eléctrico con el mismo conjunto de dispositivos.

- Evita la necesidad de disponer en el banco de pruebas de sistemas mecánicos de transmisión variable CVT (continuous variable transmisión) con sistemas de tipo planetario para el acoplamiento de las dos fuentes de propulsión que en el caso de vehículos híbridos en configuración paralelo- serie tales como el Toyota Prius son complejos e imponen ciertas restricciones a las posibles estrategias energéticas a evaluar. El sistema de transmisión variable y sistema de acoplamiento de tipo planetario estaría modelado/emulado en tiempo real dentro del dispositivo emulador (DVE in the Loop), para este tipo de configuraciones.

- El dispositivo de simulación en tiempo real DVE tiene en cuenta tanto la respuesta longitudinal como la dinámica/respuesta lateral del vehículo y su incidencia en el comportamiento energético del vehículo. Para testear el comportamiento energético del sistema de propulsión (eficiencias energética, estrategias EMS, etc.,) habitualmente se emplean modelos de comportamiento/dinámica longitudinal del vehículo y comúnmente incluso sólo los modelos que tienen en cuenta los regímenes permanentes (steady state models, backward facing models), despreciando el efecto que puedan tener tanto los regímenes transitorios, como el comportamiento/dinámica lateral del vehículo. A altas velocidades ambos efectos (transitorios en respuesta longitudinal, dinámica lateral) se pueden despreciar, pero a bajas velocidades y dependiendo de los parámetros relacionados con el mini- córner (parámetros de neumático/rueda, ángulos de camber, etc.) tienen una influencia mayor. En este dispositivo, el vehículo queda emulado en tiempo real tanto en su dinámica longitudinal como en su dinámica lateral y además con una topología forward (resolución de las ecuaciones diferenciales que representan la dinámica vehicular mediante métodos de integración numérica) que tiene en cuenta tanto el régimen transitorio como el permanente. Esto hace que los test relacionados con el comportamiento energético del vehículo se realicen con mayor precisión.

También, y dentro de los ensayos de comportamiento energético a poder realizar, destaca la posibilidad de poder testear la gestión de la frenada del vehículo. En los vehículos eléctricos existen dos formas para frenar el vehículo: 1 : el frenado regenerativo por medio del sistema de propulsión eléctrico (ME, PINV) funcionando en el segundo cuadrante y devolviendo la parte de la energía cinética acumulada del vehículo a ser frenado al sistema de baterías (PBAT) y 2: el frenado convencional por fricción (disco, pastillas) en los vehículos y sistema ABS (Active Brake System). Debido a la limitación en cuanto a la capacidad de absorción de energía de las baterías la cual depende entre otras del estado de carga en la que se encuentran, de la tecnología electro-química empleada, de la temperatura, etc., un vehículo no es capaz de frenarse completamente, de acuerdo a la demanda del conductor, utilizando sólo el frenado regenerativo eléctrico. Por tanto la sincronización y gestión del frenado global del vehículo utilizando ambas estrategias (frenado regenerativo, frenado convencional por ABS) es un elemento clave a testear que tiene influencia tanto en la eficiencia energética del vehículo como en la seguridad del mismo y sus ocupantes. En el sistema propuesto se permite testear dicha gestión emulando en tiempo real el comportamiento del frenado por ABS dentro del dispositivo emulador (DVE) recibiendo las órdenes dadas por el subsistema de gestión de freno. De esta forma la centralita/subsistema que realiza dicha gestión/sincronización entre ambas posibilidades de frenado puede ser testeada, y el comportamiento de la frenada global del vehículo y su incidencia en la repuesta tanto longitudinal como lateral del mismo puede ser emulado en tiempo real. El par de frenado resultante en el eje del propulsor eléctrico por efecto del frenado regenerativo eléctrico será medido y enviado al dispositivo emulador (DVE in the Loop), que lo utilizará para calcular, junto con la emulación del frenado convencional por ABS, la respuesta dinámica longitudinal y lateral del vehículo.

- Dentro del dispositivo emulador (DVE in the loop) y relacionado con su parte 'Entorno', destacar la emulación de diferentes características del terreno en tiempo real: asfalto seco, mojado, hielo, etc., y el cálculo basado en curvas/gráficas de los coeficientes de fricción correspondientes. Además quedaran reproducidas curvas, peraltes y tramos con pendientes, así como las señales de tráfico habituales. En este dispositivo se podrán reproducir escenarios reales virtualizados para que la conducción sea realista.

- Dentro del dispositivo emulador (DVE in the loop), y relacionado con su parte Driver (conductor), destacar la incorporación de un modelo de conductor que permite automatizar los test de ensayo garantizando repetitibilidad con el objeto de testear/ajustar/optimizar las diferentes estrategias energéticas. También este modelo podrá ser bypaseado, y de esta forma realizar ensayos en los que el conductor sea una persona actuando sobre el cuadro de mandos del vehículo y conduciendo sobre los escenarios virtuales reproducidos.

- El hecho de disponer del dispositivo emulador (DVE in the loop) que emula en tiempo real el vehículo, el entorno, y el conductor, permite el envío de variables de estado desde este dispositivo al sistema de gestión energética tales como velocidad real del vehículo, posición actual del vehículo, o incluso variables que sucederán en el futuro (horizonte electrónico) tales como próximas señales de tráfico, próximas pendientes o curvas del terreno, etc. Estas señales podrían ser procesadas por el sistema de gestión energética y de esta forma se podrían evaluar los beneficios que se pueden obtener con su conocimiento y procesamiento, de cara a optimizar la estrategia energética y decidir si en el vehículo final merece la pena incluir dichos sensores en función de los beneficios obtenidos.

- El dispositivo interfaz (interfaz sistema de pruebas / sistema de propulsión objeto de testeo) permite la interconexión a nivel de control entre los subsistemas / centralitas (ECUs, Unidades de Control Electrónico del vehículo) del sistema de propulsión a testear y el sistema de pruebas propuesto. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación se describen aspectos y realizaciones de la invención sobre la base de unos dibujos, en los que

la figura 1 es una diagrama de bloques de una realización del sistema conforme a la presente invención conectado a los componentes/subsistemas principales de un sistema de propulsión híbrido-eléctrico de un vehículo automóvil; las figuras 2.1 , 2.2, 2.3, 2.4 muestran los flujos energéticos posibles dependiendo de la arquitectura de hibridación y/o modo de funcionamiento seleccionado según la estrategia energética a ensayar. Cabe destacar que en todos los modos de funcionamiento es el dispositivo emulador (3) el que calcula los pares resistentes a imponer en cada máquina eléctrica (9, 6) en función de la conducción que se está realizando, del modelo del vehículo, del modelo del sistema de acoplamiento y de las medidas de par y velocidad de la máquina eléctrica (2d) y de la máquina de combustión interna (2c) las cuales provienen del dispositivo de conversión de energía (5) a través de la conexión (15).

En la figura 2.1 (flecha a puntos) se muestra el flujo de energía cuando entre la máquina eléctrica (2d) y la máquina de combustión interna (2d), y en función del reparto decidido por el subsistema de gestión energética (2a), aportan la potencia mecánica total demandada por el conductor (modo paralelo).

En la figura 2.2 se muestra el flujo energético (flechas a puntos) cuando en modo paralelo, la máquina de combustión interna (2d) además proporciona una potencia mecánica extra, cuyo valor es decidido por el subsistema de gestión energética (2a), que a través de la segunda máquina eléctrica ME2 (9) funcionando como generador eléctrico es utilizada para la auto-recarga del bloque de baterías

(2b). Si existiera diferencia en cuanto al mapa de eficiencia energética de la segunda máquina eléctrica (9), con respecto al generador eléctrico que finalmente lleve acoplado la máquina de combustión interna (2d), ésta cantidad extra de energía sería tenida en cuenta en los cálculos a realizar por el dispositivo emulador (3).

En la figura 2.3 se muestra el flujo energético (flechas a puntos) cuando el vehículo es propulsado en modo eléctrico pero la energía eléctrica necesaria es generada en parte o totalmente por la máquina de combustión interna (2c) a través de la segunda máquina eléctrica (9) y el dispositivo de conversión de energía eléctrica (5) (modo serie). La cantidad de energía eléctrica generada por el grupo máquina de combustión interna (2c) - segunda máquina eléctrica (9) - dispositivo de conversión de energía (5) será decidida por el subsistema de gestión energética (2a) objeto de ensayo, siendo el resto de la energía eléctrica necesaria suministrada por el bloque de baterías (2b). Dependiendo del grado de hibridación instalado y si así lo requiere la estrategia implementada dentro del subsistema de gestión energética (2a), incluso el grupo máquina de combustión interna (2c) - segunda máquina eléctrica (9) - dispositivo de conversión de energía (5) podría aportar la energía necesaria para propulsar el vehículo y un extra para la auto- recarga del bloque de baterías (2b).

En la figura 2.4 se muestra el flujo energético (flechas a puntos) correspondiente a la arquitectura correspondiente a un sistema de propulsión puramente eléctrico que lleva incorporado una unidad de extensión de rango (2f) conectada de manera controlada a la caja de distribución de potencia (20) del sistema de propulsión híbrido del vehículo (por ejemplo una pila de combustible, un pequeño grupo motor de combustión-generador-rectificador, o incluso un sistema de ultra-condensadores de alta densidad de potencia). La potencia mecánica demandada por el vehículo/conductor es proporcionada por la máquina eléctrica (2d), suministrando la energía eléctrica necesaria entre el bloque de baterías (2b) y la unidad de extensión de rango (2f). El reparto entre ambas es decidido por el subsistema de gestión energética (2a), que incluso podría decidir que la unidad de extensión de rango (2f) genere una energía/potencia eléctrica mayor que la necesaria de cara a la auto-recarga del bloque de baterías (2b).

La figura 3 muestra el flujo energético (flecha a puntos) cuando el vehículo está frenando y existe recuperación energética por efecto del frenado regenerativo. la figura 4 muestra un diagrama de bloques de una realización de un dispositivo de conversión de energía eléctrica (5) para el sistema mostrado en la figura 1.

La figura 5 muestra un esquema del dispositivo emulador (3).

En estas figuras aparecen unas referencias numéricas que identifican los siguientes elementos:

1 Banco de pruebas

2 Sistema de propulsión híbrido-eléctrico (a ensayar) 2a Subsistema de gestión energética (estrategia de gestión energética a ensayar)

2b Bloque de baterías (a ensayar)

2c Máquina de combustión interna (a ensayar)

2d Máquina eléctrica (a ensayar)

Inversor de potencia (de la máquina eléctrica a ensayar)

2f Unidad de extensión de rango (a ensayar)

2g Conexión de control subsistema de gestión energética/máquina de combustión interna

2h Conexión de control subsistema de gestión energética / inversor de potencia

2i Conexión de control subsistema de gestión energética / bloque de baterías

2j Conexión de control subsistema de gestión energética / posible unidad de de extensión de rango

2k Subsistema de gestión del freno del vehículo (a ensayar)

21 Subsistema de gestión del cuadro de mandos.

2m Cuadro de mandos del vehículo. Acelerador, Freno, Posición de volante

2n Conexión de control subsistema gestión de cuadro de mandos / subsistema gestión de freno

2o Conexión de control subsistema gestión de freno / dispositivo interfaz 2p Conexión de control subsistema de gestión energética / subsistema de gestión de freno.

2q Conexión de control subsistema de gestión energética / subsistema de gestión de cuadro de mandos.

2r Conexión de control cuadro de mandos / subsistema de gestión de cuadro de mandos.

2s Conexión de control dispositivo interfaz / subsistema gestión cuadro de mandos.

3 Dispositivo emulador (DVE en tiempo real del vehículo, entorno y conductor).

3a Modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal/lateral del vehículo. 3b Modelo que emula el comportamiento de una transmisión variable continua (CVT).

3c Modelo que emula el comportamiento del sistema de frenado (ABS). 3d Modelo que emula el comportamiento de un sistema de acoplamiento de la máquina de combustión interna (2c) y máquina eléctrica (2d) hacia el eje de salida de las ruedas.

3e Bloque de recepción de señales/variables realimentadas (FeedBack). 3f Modelo de escenarios virtualizados.

3g Visualizador del vehículo y escenarios.

3h Modelo de conductor.

3i Bloque de registro de variables.

34 Conexión interna entre 3a y 3f

35 Conexión interna entre 3a y 3e

36 Conexión interna entre 3a y 3d.

37 Conexión interna entre 3b y 3d.

38 Conexión interna entre 3a y 3c.

39 Conexión interna entre 3a y 3b.

40 Conexión interna entre 3c y 3e.

41 Conexión interna entre 3d y 3e.

42 Conexión interna entre 3a y 3g.

4 Dispositivo interíaz entre el dispositivo emulador del banco de pruebas y los subsistemas de gestión energético, de gestión del freno y de gestión del cuadro de mandos del sistema de propulsión híbrido- eléctrico del vehículo.

5 Dispositivo de conversión de energía eléctrica (del banco de pruebas)

5a Convertidor CA/CC bidireccional

5b Segundo Inversor CC/AC

5c Primer Inversor CC/AC

5d Convertidor CC-CC reductor

5e Módulo que contiene los circuitos de disparo de los semiconductores de potencia.

5f Unidad de control basada en DSPs (Digital Signal Processor)

5g Sensor de corriente a la salida del convertidor CC/CC reductor

5h 3xSensores de corriente conectados a la salida del segundo inversor 5i 3xSensores de corriente conectados a la salida del primer inversor

5p conexión sensor de tensión instalado en la caja de distribución y unión de potencia HVDC-link.

5j Conexión de control módulo de disparos de semiconductores de potencia / convertidor CA/CC bidireccional

5k Conexión de control módulo de disparos de semiconductores de potencia / inversor 1 CC/CA

51 Conexión de control módulo de disparos de semiconductores de potencia / inversor 2 CC/CA

5m Conexión de control módulo de disparos de semiconductores de potencia / convertidor CC/CC reductor

5n Conexión de control unidad de control basado en DSPs / módulo de disparos de semiconductores de potencia

6 Primera máquina eléctrica (del banco de pruebas).

7 Primer acoplamiento mecánico directo.

9 Segunda máquina eléctrica (del banco de pruebas)

10 Segundo acoplamiento mecánico directo

1 1 Conexión de alimentación de corriente trifásica

1 1 a Entrada (Conexión) de corriente alterna (trifásica) de frecuencia constante.

12 Conexión de potencia de corriente continua.

13 Conexión de control dispositivo interfaz / subsistema de gestión energética.

14 Conexión de control dispositivo interfaz / dispositivo emulador DVE 15 Conexión de control dispositivo emulador / dispositivo de conversión de energía eléctrica

18a Conexión sensor de posición segunda máquina eléctrica a dispositivo de conversión de energía eléctrica.

18b Conexión sensor de posición primera máquina eléctrica a dispositivo de conversión de energía eléctrica.

19a Salida (conexión) de corriente alterna de frecuencia y magnitud variables del dispositivo de conversión de energía eléctrica a la segunda máquina eléctrica.

19b Salida (conexión) de corriente alterna de frecuencia y magnitud variables del dispositivo de conversión de energía eléctrica a la primera máquina eléctrica.

20 Caja de distribución y unión de potencia (módulo distribuidor bus de continua HVDC-link) del sistema de propulsión híbrido-eléctrico.

21 Conexión sensor de tensión instalado en el HVDC-link / dispositivo de conversión de energía eléctrica.

22 Conexión de control del sensor de par instalado en la segunda máquina eléctrica al dispositivo de conversión de energía eléctrica.

23 Conexión de control del sensor de par instalado en la primera máquina eléctrica al dispositivo de conversión de energía eléctrica.

24 Sensor de par instalado en el eje de la segunda máquina eléctrica.

25 Sensor de par instalado en el eje de la primera máquina eléctrica.

MODOS DE REALIZAR LA INVENCIÓN

En la realización mostrada en la figura 1 , el sistema conforme a la presente invención incluye un banco de pruebas -1 - con un dispositivo emulador DVE en tiempo real -3-, con un dispositivo de conversión de energía eléctrica -5-, una primera máquina eléctrica -6-, un primer acoplamiento mecánico directo -7-, una segunda máquina eléctrica -9-, un segundo acoplamiento mecánico directo -10-, y un dispositivo interfaz -4- para conectar, a nivel de control y supervisión, el banco de pruebas -1 - con un sistema de propulsión híbrido-eléctrico -2- a ensayar.

El dispositivo de conversión de energía eléctrica -5- realiza diferentes conversiones controladas de tensión, corriente y frecuencia variables. Está conectado a una conexión de alimentación de potencia trifásica -1 1 -, a través de una entrada de corriente alterna -1 1 a- de frecuencia constante, y dispone de una salida de corriente alterna conectada a la primera máquina eléctrica -6- a través de una primera conexión de corriente alterna -19b-, una salida de corriente alterna conectada a la segunda máquina eléctrica -9- a través de una segunda conexión de corriente alterna -19a-, y una salida de corriente continua de potencia -12- conectada a una conexión de potencia de corriente continua de la caja de distribución y unión de potencia (HVDC- link o bus CC de alta tensión) -20- del sistema de propulsión híbrido-eléctrico -2-. El dispositivo de conversión de energía eléctrica -5- está conectado a través de la conexión de control -15-, con un dispositivo emulador DVE -3-, a través de la conexión de control -22- a un segundo sensor de par -24- instalado en el eje de la segunda máquina eléctrica -9-, a través de la conexión de control -23- a un primer sensor de par -25- instalado en el eje de la primera máquina eléctrica -6-, a través de la conexión de control -18a- a un sensor de posición angular del rotor de la segunda máquina eléctrica -9-, y a través de la conexión de control -18b- a un sensor de posición angular del rotor de la primera máquina eléctrica -6-.

El dispositivo emulador DVE -3- emula en tiempo real la respuesta dinámica longitudinal y lateral del vehículo teniendo en cuenta la conducción que se está realizando por un conductor real o emulado sobre un entorno de conducción virtual. Este dispositivo emulador -3- calcula todas los vectores fuerza, tanto longitudinales, verticales como laterales, que se dan cita en las ruedas tractoras del vehículo y obtiene en tiempo real la posición del centro de gravedad del vehículo en los tres ejes coordenados (x, y, z) sobre un sistema de coordenadas fijo, y en los tres ángulos referidos al sistema (yaw, pitch, roll) sobre un sistema de referencia móvil colocado en el centro de gravedad del vehículo. Este dispositivo emulador -3-, implementado sobre un sistema de computación y control en tiempo real, también calcula e impone las referencias de par resistente (equivalentes a todas las fuerzas que se oponen a la fuerza realizada por el sistema de propulsión del vehículo) a imponer en los ejes de la máquina de combustión interna -2c- y de la máquina eléctrica -2d- por medio de las máquinas eléctricas primera -6- y segunda -9-. Para ello (cálculo de los vectores fuerza en rueda, cálculo de la posición del vehículo, y cálculo de los pares resistentes equivalentes en los ejes de las máquinas 2c y 2d) el dispositivo DVE -3- utiliza: 1 : Un modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal y lateral del vehículo a emular ante el ciclo de conducción que se está llevando a cabo por un conductor real o emulado sobre un escenario de conducción virtual, 2: las medidas actuales de par y velocidad de los proveedores de potencia mecánica (la máquina de combustión interna -2c- y la máquina eléctrica -2d-) obtenidas desde el dispositivo de conversión de energía -5-, 3: Un modelo que emula el comportamiento de una transmisión variable continua (CVT) si lo hubiera, 4: Un modelo que emula el comportamiento de un sistema de acoplamiento entre ambos proveedores de potencia mecánica de propulsión (máquina de combustión interna -2c- y máquina eléctrica -2d-) y transmite el par resultante al eje de las ruedas, y 5: Los modos de funcionamiento (serie, paralelo, eléctrico puro, eléctrico con extensión de rango) y repartos de potencia decididos y seleccionados por el subsistema de gestión energética -2a- . Este dispositivo emulador -3- está conectado a través de una conexión de control -15- al dispositivo de conversión de energía eléctrica -5-, y a través de la conexión de control -14- a un dispositivo interíaz -4-.

Por su parte, el sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de ensayo -2- comprende un subsistema (centralita propia o función incorporada en otra centralita) de gestión energética -2a- a ensayar, optimizar o validar en el que está programada la estrategia de gestión energética a ensayar/optimizar/validar según la arquitectura y modos de funcionamiento del sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de ensayo, un bloque de baterías -2b- a ensayar, una máquina de combustión interna -2c- a ensayar, una máquina eléctrica -2d- a ensayar, un inversor de potencia -2e- controlador de la máquina eléctrica -2d- a ensayar y una unidad (opcional) de extensión de rango (2f) a ensayar. El subsistema de gestión energética a ensayar -2a- está conectado, mediante sendas conexiones de control -2g, 2h, 2i, 2j-, al bloque de baterías -2b-, al motor de combustión interna -2c-, al inversor de potencia -2e- y a la unidad de extensión de rango (2f), y por sendas conexiones de control -2p, 2q- a los subsistemas (centralitas propias o funciones incorporadas en otras centralitas) de gestión de freno -2k- y de gestión del cuadro de mandos -2I-. La conexión de potencia de corriente continua -12- comparte conexión eléctrica de potencia CC (corriente continua) en alta tensión con el bloque de baterías -2b-, el inversor de potencia -2e- y con la unidad de extensión de rango -2f- a través de la caja de distribución y unión de potencia -20- de corriente continua (bus CC alta tensión de alta tensión o HVDC-link). Así mismo, la conexión de control -2r- conecta el cuadro de mandos del vehículo (acelerador, freno, volante) -2m- al subsistema de gestión de cuadro de mandos -2I- y la conexión de control -2n- conecta el subsistema de gestión de cuadro de mandos - 2I- con el subsistema de gestión del freno -2k-.

El dispositivo interfaz -4- conecta el dispositivo emulador DVE -3- con el subsistema de gestión energética -2a- a través de sendas conexiones de control - 13,14-, y se encarga por un lado de enviar al dispositivo emulador DVE -3- las órdenes y repartos de potencia que está calculando el subsistema de gestión energética -2a- en función de la estrategia que lleve incorporada, y por otro de enviar desde el dispositivo emulador DVE -3- al subsistema de gestión energética -2a- las variables de estado del vehículo, del conductor o del entorno actuales o incluso futuras (por ejemplo velocidad actual del vehículo, posición actual vehículo, trayectoria y señales de tráfico futuras, etc.) necesarias o no por el sistema de gestión energética -2a- dependiendo de la estrategia energética que lleve implementada o que se quiera validar u optimizar. El dispositivo interfaz -4- también conecta al dispositivo emulador DVE -3- con el subsistema de gestión de freno -2k- a través de la conexión -2o- y con el subsistema de gestión de cuadro de mandos -2I- a través de la conexión -2s-. Por un lado el dispositivo emulador DVE -3- envía al subsistema de gestión de freno -2k- las variables de vehículo que necesite dicho subsistema para coordinar el frenado, y el subsistema de gestión de freno -2k- envía al dispositivo emulador DVE -3- las ordenes de frenada ABS para que las utilice de cara a emular el sistema ABS a través del modelo -3c-. Por otro lado, el dispositivo emulador DVE -3- envía al subsistema de gestión de cuadro de mandos -2I- las señales emuladas de acelerador, freno, y volante para que sean seleccionadas en el caso de que se utilice el modelo de conductor virtual -3h- implementado en el dispositivo emulador DVE -3-.

Como se puede apreciar, el sistema de propulsión híbrido-eléctrico -2- está mecánicamente conectado al banco de pruebas -1 - mediante un primer acoplamiento mecánico directo -7- que acopla la máquina eléctrica -2d- a la primera máquina eléctrica -6- del banco de pruebas -1 -, y un segundo acoplamiento mecánico directo

-10- que acopla el motor de combustión interna -2c- con la segunda máquina eléctrica -9- del banco de pruebas -2-. El sistema de propulsión híbrido-eléctrico objeto de ensayo -2- también está conectado eléctricamente a través de la conexión eléctrica de potencia -12- que conecta el dispositivo de conversión de energía eléctrica -5- con la caja de distribución y unión de potencia correspondiente al bus de alta tensión de CC

(HVDC-link) -20-, electrónicamente conectado con una conexión de control -21 - que conecta el sensor de tensión instalado en la caja de distribución y unión de potencia - 20- al dispositivo de conversión de energía eléctrica -5-, y electrónicamente conectado al dispositivo interfaz -4- desde el subsistema de gestión energética -2a- a través de la conexión de control - 13 -, desde el subsistema de gestión de freno -2k- a través de la conexión -2o-, y desde el subsistema de gestión del cuadro de mandos -2I- a través de la conexión -2s-.

En la realización que se ilustra en la figura 4, el dispositivo de conversión de energía eléctrica -5-, comprende un convertidor CA/CC bidireccional -5a- conectado por su entrada a la entrada (conexión) de corriente alterna trifásica -1 1 a-, por una de sus salidas de corriente continua, a un convertidor CC/CC reductor -5d-, por otra de sus salidas de corriente continua a un segundo inversor CC/CA -5b- conectado a la segunda salida de corriente alterna -19a-, y por la otra salida de corriente continua a un primer inversor CC/CA -5c- conectado a la primera salida de corriente alterna -19b- El convertidor CA/CC -5a-, el segundo inversor CC/CA -5b-, el primer inversor CC-CA -5c- y el convertidor CC/CC reductor -5d- reciben señales de control de módulo que contiene los circuitos de disparos (de semiconductores de potencia) -5e- con el que están conectados a través de respectivas conexiones de control -5j, 5k, 51, 5m- y el que a su vez está conectado a una unidad de control basado en uno o más DSPs (Digital Signal Processor) -5f-. La unidad de control -5f- también recibe señales de un sensor de corriente -5g- conectado a la salida del convertidor CC/CC reductor -5d-, de 3 sensores de corriente -5h- conectados a la segunda salida de corriente alterna -19a-, de 3 sensores de corriente -5i- conectados a la primera salida de corriente alterna -19b-, de la conexión de medición de tensión en el bus de corriente continua HVDC-link -5p- del sistema propulsor -2- a probar, de la conexión de control -18a- conectada al sensor de posición de la segunda máquina eléctrica -9-, y de la conexión de control -18b- conectada al sensor de posición de la primera máquina eléctrica -6-. Por otra parte, la unidad de control -5f- recibe señales de actuación y envía señales de estado a través de la conexión de control -15- que lo conecta con el dispositivo emulador DVE -3-. En la unidad de control -5f- residen;

1 : los algoritmos que realizan el control de par de la primera máquina eléctrica -6- por medio del primer inversor CC/CA -5c-. Este control es realizado en base a las lecturas de corriente realizadas por los 3 sensores de corriente -5i- instalados en las tres fases de salida de corriente alterna del primer inversor -5c- y por la lectura del valor de posición realizada por el sensor conectado por la conexión -18b-. El objetivo es controlar el par de la máquina eléctrica - 2d- para que éste sea igual al par resistente de referencia calculado por el dispositivo emulador DVE -3- y enviado a la unidad de control -5f- a través de la conexión de control -15-. La regulación del par se realiza en base a la regulación de las corrientes del estator de la primera máquina eléctrica -6- cuyos valores de referencia serán calculados por la unidad de control -5f- en función de los parámetros de la máquina eléctrica -6- y posteriormente ajustados según las medidas reales de par obtenidas mediante el primer sensor de par -25- instalado en el eje de la primera máquina eléctrica -6.-. El par de la primera máquina eléctrica -6- puede ser positivo o negativo pudiendo ser la velocidad tanto positiva como negativa.

2: los algoritmos que realizan el control de par de la segunda máquina eléctrica -9- por medio del segundo inversor CC/CA -5b-. Este control es realizado en base a las lecturas de corriente realizadas por los 3 sensores de corriente -5h- instalados en las tres fases de salida de corriente alterna del segundo inversor -5b- y por la lectura del valor de posición realizada por el sensor conectado por la conexión -18a-. El objetivo es controlar el par de la segunda máquina eléctrica -9- para que éste sea igual al par resistente de referencia calculado por el dispositivo emulador DVE -3- y enviado a la unidad de control -5f- a través de la conexión de control -15-. La regulación del par se realiza en base a la regulación de las corrientes del estator de la segunda máquina eléctrica -9- cuyos valores de referencia serán calculados por la unidad de control -5f- en función de los parámetros de la segunda máquina eléctrica - 9- y posteriormente ajustados según las medidas reales de par obtenidas mediante el segundo sensor de par -24- instalado en el eje de la segunda máquina eléctrica -9-. El par de la segunda máquina eléctrica -9- puede ser positivo o negativo aunque en este caso siempre la velocidad es del mismo sentido y se correspondiente con el único sentido de giro al que puede girar el motor de combustión interna -2c-.

3: los algoritmos que controlan la tensión de salida del convertidor CA/CC bidireccional -5a- manteniéndola estable y al valor correspondiente para que el resto de etapas de conversión energética funcionen correctamente. Estos algoritmos garantizarán la bidireccionalidad del convertidor CA/CC -5a- por lo que la corriente en este convertidor podrá ser tanto positiva como negativa y por tanto la potencia eléctrica podrá ser positiva (la red trifásica -1 1 - entrega potencia/energía al banco de pruebas -1 -) o negativa (el banco de pruebas -1 - devuelve potencia/energía a la red trifásica -1 1 -).

4: los algoritmos que controlan la tensión de salida del convertidor CC/CC reductor -5d-. Este control es realizado en base a las lecturas de la conexión -21 , 5p- provenientes de un sensor de tensión instalado en la caja de distribución y unión de potencia CC (corriente continua) o HVDC-link -20- y las lecturas del sensor de corriente -5g- instalado en la salida de corriente continua del convertidor CC/CC reductor -5d-. El objetivo por medio de este control es entregar al HVDC-link -20- la potencia eléctrica calculada según la estrategia energética que se está ensayando en el subsistema de gestión energética -2a-.

5: el cálculo de todas las ordenes de disparo a los elementos semiconductores de potencia instalados en las diferentes etapas de conversión -5a, 5b, 5c,5d-.

6: el envío al dispositivo emulador DVE -3- a través de la conexión de control - 15- de las variables de realimentación correspondientes al: 1 : par, obtenido a través de las conexiones -22, 23- de los sensores de par -24, 25- , 2: velocidad, obtenida en base a la integración de la posición angular del rotor, sensores -18a, 18b-, y 3: corriente, obtenidas por medio de los sensores de corriente -5h, 5i- de las máquinas eléctricas primera -6- y segunda -9-.

7: la recepción desde el dispositivo emulador DVE -3- a través de la conexión de control -15- de las referencias de par a imponer en las máquinas eléctricas primera -6- y segunda -9-, y de la referencia de potencia a enviar a la caja de distribución de potencia DC-link -20- a través del convertidor CC/CC -5d-. En lo que concierne a la realización de la primera máquina eléctrica

-6-, ésta dispone de una característica par-velocidad máxima que cubre todos los posibles puntos de operación (par, velocidad) en los que puede trabajar la máquina eléctrica -2d- controlada por el inversor de potencia -2e- del sistema de propulsión híbrido-eléctrico -2- objeto de ensayo.

En lo que concierne a la realización de la segunda máquina eléctrica -9-, ésta dispone de una característica par-velocidad máxima que cubre todos los posibles puntos de operación (par, velocidad) en los que puede trabajar el motor de combustión interna -2c- del sistema de propulsión híbrido-eléctrico -2- objeto de ensayo.

En la realización representada en la figura 5, el dispositivo emulador DVE -3-, está programado en un sistema de computación y control en tiempo real, y incluye un modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal y lateral del vehículo -3a-, un modelo de escenarios reales virtualizados -3f-, un visualizador del vehículo y del escenario de conducción -3g-, un modelo de que emula un conductor conduciendo sobre el escenario seleccionado -3h-, un modelo que emula una transmisión variable continua (CVT) -3b-, un modelo que emula el comportamiento de un sistema de frenado convencional(ABS) -3c-, un modelo que emula el comportamiento de un sistema de acoplamiento de la máquina eléctrica -3d- y la máquina de combustión interna -3c- hacia el eje de salida de las ruedas (y calculador de referencias) -3d-, un bloque de recepción de señales/variables realimentadas -3e-, y un bloque de registro de variables -3i-. Estos modelos están interconectados según se representa en la figura 5. El modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal y lateral -3a- lleva implementadas las ecuaciones diferenciales que representan la dinámica longitudinal y lateral del vehículo las cuáles son resueltas mediante integración numérica. Se trata de un modelo multi-body de tres cuerpos. El modelo resuelve y obtiene en tiempo real todas las fuerzas (vectores) tanto longitudinales, verticales como laterales que aparecen en las ruedas tractoras por efecto de la circulación del vehículo, obteniendo además la posición absoluta del centro de gravedad del vehículo en los coordenadas (x,y,z) sobre un sistema de referencia fijo , y la posición angular del mismo referida a los tres ángulos (yaw, pitch y roll) sobre un sistema de referencia móvil colocado en su centro de gravedad. Para ello se utilizan: 1 : las entradas correspondientes a los pares actuales de propulsión (longitudinales) referidos al el eje de las ruedas tractoras calculados por el modelo que emula el comportamiento del sistema de acoplamiento -3d- y obtenidas a través de la conexión interna -36-, 2: las entradas correspondientes a los pedales de acelerador, freno, y posición de volante obtenidas desde el subsistema de gestión del cuadro de mandos -2I- a través del dispositivo interfaz -4- y las conexiones -2s, 14, 35-, 3: la respuesta emulada, en cuanto a los pares de frenado en las ruedas se refiere, por el modelo que emula el comportamiento del sistema de frenado ABS convencional del vehículo -3c- y recibidos a través de la conexión interna -38-, 4: los múltiples parámetros dinámicos que representan al vehículo tales como sección frontal, peso, diámetros, distancia entre ejes, parámetros de neumáticos, coeficientes aerodinámicos, parámetros de suspensión, centros de balanceo, etc., y a la información o parámetros del entorno/trayecto por el que está siendo conducido el vehículo (coeficientes de rozamiento, pendientes, etc.) provenientes por la conexión interna -34-. El contacto entre neumático y carretera ha sido modelado con especial atención incluyendo las no linealidades que aparecen, utilizando curvas que caracterizan diferentes tipos de neumáticos.

El modelo que emula el comportamiento de la transmisión continua variable CVT -3b- y el modelo de sistema de acoplamiento -3d- evitan la necesidad de disponer en el banco de pruebas -1 - de sistemas mecánicos de transmisión variable

CVT (continuous variable transmission) así como acoplamientos de tipo planetario.

El modelo que emula el comportamiento de la transmisión continua variable CVT -3b- puede reproducir el comportamiento de un CVT calculando/decidiendo el valor de la relación de transmisión (de entre las existentes según el CVT a emular) a imponer entre el eje de la máquina de combustión interna -2c- y el eje de salida hacia el sistema de transmisión a las ruedas tractoras. Esta relación de transmisión seleccionada es enviada al bloque modelo del sistema de acoplamiento y calculador de referencias -3d- a través de la conexión -37-. El modelo CVT -3b- seleccionará la relación de transmisión a imponer en función de las variables de estado de par y velocidad (medidas reales) de la máquina de combustión interna - 2c- recibidas desde el modelo dinámico -3a- a través de la conexión interna -39- que a su vez las recibe del bloque -3e- a través de la conexión -35-. En este modelo se podrán implementar diferentes alternativas o leyes para la selección del mejor momento para el cambio y selección de los valores de relación de transmisión de cara a evaluar su incidencia en la eficiencia energética del sistema de propulsión híbrido objeto de ensayo.

El modelo que emula el comportamiento del sistema de acoplamiento (y bloque calculador de referencias TPREF) -3d- está interconectado con el modelo dinámico del vehículo -3a- por medio de la conexión -36-. Este modelo -3d- realiza dos funciones. En una primera función, calcula los pares actuales de propulsión longitudinales referidos al eje de las ruedas tractoras. Para ello este modelo -3d- utiliza: 1 : Las medidas de par actuales en el eje de la máquina de combustión interna -2c- (sensor de par -24-) y en el eje de la máquina eléctrica -2d- (sensor de par -25-) obtenidas desde el dispositivo de conversión de energía eléctrica -5- a través de la conexión -15-, el modelo de señales realimentadas -3e- y la conexión - 41 -, 2: Las relaciones de transmisión seleccionadas por el modelo que emula el comportamiento de la transmisión variable continua CVT -3b- recibidas por la conexión interna -37-, 3: El valor de relación de transmisión existente entre el eje de la máquina eléctrica -2d- y el eje de salida hacia el sistema de transmisión a las ruedas tractoras, 4: Diferentes parámetros estáticos y dinámicos que caractericen al sistema de acoplamiento tales como rozamientos, holguras, etc. , y 5: Los modos de funcionamiento (serie, paralelo, eléctrico puro, eléctrico con extensión de rango, etc.) así como el reparto de potencias en cada uno de los modos decididos y seleccionados por el subsistema de gestión energética a ensayar -2a-, los cuales son recibidos por la ruta -2a, 13, 4, 14, 3e, 41 -. En una segunda función, el modelo que emula el comportamiento del sistema de acoplamiento (y calculador de referencias) -3d- calcula los pares resistentes equivalentes referidos a los ejes de las máquinas de los proveedores principales de potencia mecánica (máquinas -2d- y -2c-) y se los envía al dispositivo de conversión de energía eléctrica -5- a través de la conexión -15- para que éste los imponga de manera controlada (emulando el comportamiento de un CVT y sistema de acoplamiento real) en los ejes de las máquinas -2d- y -2c- a través de las máquinas -6- y -9- respectivamente. Para ello, el modelo -3d- recibe los pares resistentes (que se oponen a la fuerza de propulsión del vehículo) referidos al eje de las ruedas tractoras calculados por el modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal y lateral -3a- a través de la conexión -36-, y los transforma a variables de par resistente en cada uno de los ejes de las máquinas -2c- y -2d- utilizando: 1 : Las relaciones de transmisión seleccionadas por el modelo que emula el comportamiento del CVT -3b- recibidas por la conexión interna -37-, 2: El valor de relación de transmisión existente entre el eje de la máquina eléctrica -2d- y el eje de salida hacia el sistema de transmisión a las ruedas tractoras, 3: Diferentes parámetros estáticos y dinámicos que caractericen al sistema de acoplamiento tales como rozamientos, holguras, etc., y 4: Los modos de funcionamiento (serie, paralelo, eléctrico puro, eléctrico con extensión de rango, etc.) así como el reparto de potencias en cada uno de los modos decididos y seleccionados por el subsistema de gestión energética a ensayar -2a-, los cuales son recibidos por la ruta -2a, 13, 4, 14, 3e, 41 -.

El bloque calculador de referencias del modelo -3d- también calcula dentro de la segunda función la referencia de potencia a enviar a la caja de distribución y unión de potencia HVDC-link -20- en función de la decisión tomada por el subsistema de gestión energética -2a- recibida a través del dispositivo interfaz -4- por medio de las conexiones -13, 14- y -41 -. Este bloque calculador de referencias envía dicha referencia de potencia calculada al dispositivo de conversión de energía eléctrica -5- a través de la conexión 15- para que imponga dicha referencia en la etapa de conversión CC/CC -5d-.

El modelo que emula el comportamiento del sistema de frenado ABS -3c- emula en tiempo real el comportamiento del frenado convencional por ABS enviando la respuesta emulada al modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal y lateral -3a- a través de la conexión interna -38-. Para ello recibe las entradas correspondientes a las órdenes de comando del sistema ABS desde el subsistema de gestión del freno -2k- a través del dispositivo interfaz -4- y las conexiones -2o- y -14- y la conexión interna -40-. De esta forma el subsistema del vehículo que realiza la gestión/sincronización entre ambas posibilidades de frenado

-2k- puede ser testeado, y el comportamiento de la frenada global del vehículo y su incidencia en la repuesta tanto longitudinal como lateral del mismo puede ser emulada en tiempo real por el dispositivo emulador DVE -3-.

El bloque de señales de realimentación -3e- se encarga de la recepción de las medidas de par (sensor -24- y -25-) y velocidad (sensores de posición -18b- y -

18a- integrados numéricamente en el tiempo) de las máquinas eléctricas -6- y -Sí- provenientes desde el dispositivo de conversión de energía eléctrica -5- a través de la conexión -15-, así como de la recepción de las señales/variables de los subsistemas -2a-, -2k- y -2m- provenientes desde el dispositivo interfaz -4- a través de la conexiones -13, 2o, 2s- y -14-. Las medidas y variables recibidas son compartidas por los diferentes modelos -3a, 3b, 3c, 3d- que conforman el dispositivo DVE -3- a través de las diferentes conexiones internas representadas en la figura 5.

El modelo de escenarios virtualizados -3f- permite la emulación de diferentes características del terreno en tiempo real, como por ejemplo, asfalto seco, mojado, hielo, etc., y el cálculo basado en curvas/gráficas de los coeficientes de fricción correspondientes. Estas variables son enviadas al modelo que emula el comportamiento dinámico longitudinal y lateral -2a- a través de la conexión -34-. Además quedarán reproducidas curvas, peraltes y tramos con pendientes, así como las señales de tráfico habituales. En este modelo se podrán reproducir escenarios reales virtualizados para que la conducción sea realista.

El bloque de visualización de vehículo y escenario -3g- se encarga de visualizar en tiempo real en un monitor gráfico el vehículo en movimiento sobre el escenario sobre el que se está circulando. La posición del vehículo en sus seis coordenadas (x,y,z,yaw,pitch,roll) es calculada por el modelo dinámico -3a- y enviada al bloque de visualización -3g- a través de la conexión interna -42-.

El modelo de conductor -3h- permite automatizar los test de ensayo y garantizar la repetitibilidad con el objeto de testear/ajustar/optimizar las diferentes estrategias energéticas. Se encarga de generar o emular las acciones de un conductor virtual (posición del acelerador, posición del freno y posición del volante) y enviárselas al subsistema de gestión del cuadro de mandos -21- a través del dispositivo interfaz -4- por medio de las conexiones de control -14- y -2s-. Si es seleccionado el modo de conductor virtual, el subsistema de gestión del cuadro de mandos -2I- seleccionará las entradas recibidas desde el modelo de conductor -3h- en lugar de las recibidas del cuadro de mandos -2m- correspondientes a los mandos (acelerador, freno, volante) accionados por un conductor real.

El bloque de registro de variables -3i-, está interconectado con el modelo dinámico del vehículo -3a- y se encarga de enviar todas las variables de estado importantes desde el punto de vista dinámico y energético a un sistema de adquisición y registro de datos central para realizar a posteriori los correspondientes análisis de los ensayos realizados.

En lo que concierne a la realización del dispositivo Interfaz -4- éste permite adaptar e interconectar al dispositivo emulador DVE -3- con los subsistemas del sistema de propulsión híbrido-eléctrico a ensayar -2- correspondientes al subsistema (centralita propia o función incorporada dentro de otra centralita) de gestión energética EMS -2a-, el subsistema (centralita propia o función incorporada dentro de otra centralita) de gestión del freno -2k-, y el subsistema (centralita propia o función incorporada dentro de otra centralita) de gestión del cuadro de mandos -

2m-. En este dispositivo, que actúa como pasarela, se adaptan los protocolos de comunicaciones para que las variables compartidas (envio/recepción) entre el dispositivo emulador DVE -3- y los subsistemas del sistema de propulsión híbrido- eléctrico -2a, 2k, 2m)-, a través de la conexiones -13, 2o, 2s- sean interpretadas y entendidas en ambas partes. Generalmente el dispositivo interfaz -4- incorporará la adaptación de los protocolos de comunicaciones a nivel de aplicación sobre los buses de comunicaciones CANbus y/o Flexray que son los buses hoy en día más utilizados en el sector de automoción, aunque pueden existir variables a compartir dentro de estas conexiones de control que puedan intercambiarse via entradas/salidas físicas, en cuyo caso el dispositivo interfaz -4- también cuenta con la adaptación hardware necesaria para adaptar los niveles eléctricos de las variables/señales que han de ser compartidas entre los dispositivos.