用于确定运输交通工具、尤其是飞行器的混合动力驱动系统的至少一个功率限制的方法与流程

1.本发明涉及运输交通工具、尤其是飞行器的混合动力驱动领域。以已知的方式，已经提出为飞行器配备包括几个不同电源的混合动力驱动系统，以驱动多个驱动元件、尤其是至少一个涡轮机和至少一个电池。这类混合动力驱动系统使飞行器能够以最佳方式运输货物和商品，同时限制噪音污染和燃料消耗，同时提高安全性。


背景技术：

2.作为示例，参考图1，大体上示出包含混合动力驱动系统2的飞行器1，该混合驱动系统2包括四个驱动元件h1-h4、尤其是螺旋桨。每个驱动元件h1-h4连接到两个电动机以允许驱动：主电动机m1a-m4a和次电动机m1b-m4b。如图1所示，主电动机m1a-m4a通过主通道ca与主电池bata电连接，而次电动机m1b-m4b通过次通道cb与次电池batb电连接。混合动力驱动系统2包括涡轮发电机tg，该涡轮发电机tg包括气体涡轮机，通过通道ca、cb为电动机m1a-m4a、m1b-m4b和电池bat、batb供电。在此示例中，驱动器称为串联混合动力。
3.以已知的方式，混合动力驱动系统2可以采用不同的架构、尤其是：
4.一种串联架构，其中气体涡轮机仅产生电能(涡轮发电机)来为通道供电并为电池充电。
5.一种并联架构，其中气体涡轮机仅产生机械动力来驱动驱动元件。电力由电池提供，电池可由电动机充电，然后用作电动机和电发生器。
6.一种串联和并联架构，其中气体涡轮机产生的动力既以机械形式用于驱动驱动元件，也以电气形式用于为电动机供电或为电池充电。该架构结合了串联混合动力和并联混合动力的功能。
7.每个混合动力驱动系统都有功率限制，这取决于许多参数、尤其是其架构、气体涡轮机的最大扭矩、涡轮发电机的最大交流电、发电期间提供给通道的最大电流、电池可能提供的最大电流、驱动电动机可能运行的最大电流等。换言之，很难确定混合动力驱动系统的功率限制。
8.此外，混合动力驱动系统2还设计为在多种构造下运行，以补偿某些能源的故障。例如，混合动力驱动系统可以按照以下条件运行：
9.具有所有可用源的标称构造，能够提供部分电力需求。
10.电池bata、batb上的构造，仅在涡轮发电机tg发生故障的情况下进行。
11.涡轮发电机tg上的构造，以防电池bata、batb发生故障。
12.在任何飞行器上，飞行员(人工或自动)所需的动力供应对于飞行安全至关重要，因为它是提供飞行器悬浮的原因。这种关键性质在vtol型飞行器(垂直起/降飞行器)上进一步突出，因为每个驱动元件产生的动力不仅有助于悬浮，还有助于控制飞行器的姿态，因此直接有助于飞行的稳定性。
13.在某些情况下，遵守这些功率要求可能会与驱动系统的某些性能限制发生冲突。
当这种情况发生时，驱动系统可能不再满足需求，并且可能通过继续提供服务但限制输送的功率来保护自身，或者跟随功率需求直到触发可能导致部分或全部断电的保护装置。
14.无论驱动系统的行为如何，飞行员都可能对拒绝(或损失)提供电力需求感到“惊讶”。如果后者正在执行“复杂”或关键运行，这可能是有害的。事实上，后者可能很难弥补动力不足，这将影响飞行安全的后果。
15.为了消除这一缺点，直接的解决方案包括扩大驱动系统的功率容量，以便在所有使用条件和所有构造下具有较大的安全裕度。这种解决方案无法保留，因为它会影响驱动系统的质量，从而减少飞行器可登机的质量。
16.本发明的目的之一是使飞行员(人类或自动)能够永久确定混合动力驱动系统的可用功率裕度，以便能够确定在确保飞行器飞行安全的同时可以执行的控制命令。
17.在现有技术中通过专利权us6411869b2、ep3647192a1和ep3095695a1已知用于确定功率裕度的几种方法。


技术实现要素：

18.本发明涉及一种用于确定用于运输交通工具、尤其是飞行器的混合动力驱动系统的至少一个最小功率裕度的方法，该驱动系统包括多个电源、多个电力消耗器和多个驱动元件，每个驱动元件与至少一个电源和至少一个电力消耗器相关联，该方法包括：
19.获取步骤：获取混合动力驱动系统的多个功率参数的测量值，根据不同的量级表示至少两个测量值；
20.比较步骤：将每个测量值与至少一个限制阈值进行比较的步骤，分别针对阈值数据库中的每个功率参数确定，以便从中推断出所述功率参数的至少一个总功率裕度；
21.转换步骤：从转换数据库将所述功率参数的总功率裕度转换为根据相同共同量级表示的精细功率裕度；
22.置换步骤：从产量数据库将细化功率裕度转换为至少在一个参考点的标准化功率裕度，该产量数据库确定获取点和参考点之间接口的产量；
23.确定步骤：根据所述参考点的源的标准化功率裕度确定源功率裕度的步骤，以及根据所述参考点的消耗器的标准化功率裕度确定消耗器功率裕度。
24.确定步骤：通过在所述参考点选择消耗器功率裕度和源功率裕度之间的最低功率裕度来确定最小功率裕度。
25.在可用功率裕度缺乏“可见性”的情况下，可能需要控制系统(人工或自动)对驱动系统元件的一部分进行过应力运行。由于这项发明，随时了解可用裕度使控制系统能够计划可行的运行，同时保持在可用功率范围内。
26.通过混合动力，可以理解驱动系统包括多个不同类型的电源，例如至少一个热源(热涡轮机或其它)和至少一个电源(电池、氢燃料电池或其它)。
27.参考点是指驱动系统中的物理点。
28.电力消耗器构造为消耗功率，例如发动机、尤其是电动机。电力消耗器构造为为驱动元件、尤其是旋转驱动的滑轮供电。电力消耗器是例如驱动驱动元件的电动机。
29.如上所述，对于具有众多异质物理量级(机械扭矩和速度、交流电、直流电和电压等)和各种技术的混合动力驱动系统，瞬时功率裕度的计算尤其复杂，这些技术的局限性取
决于独立因素(内燃机的大气压力和温度、电池的充电水平和温度、电气设备的电压等级)。由于根据本发明的步骤，不同的功率参数被有条不紊地处理，以便在同一参考点评估它们，以获得相关的最小功率裕度。
30.优选地，源功率裕度是通过所述参考点处源的标准化功率裕度的加权和获得的。优选地，加权因子可以考虑整体架构(电源分配和后者对消耗器的分配)。
31.优选地，消耗器的功率裕度是通过消耗器在所述参考点的标准化功率裕度的加权和获得的。优选地，加权因子可以考虑整体架构(电源分配和后者对消耗器的分配)。
32.优选地，参考点对应于一个或多个驱动元件。这对于想要了解驱动元件水平的可用功率(移动飞行器的有用功率)的控制系统尤其重要。因此，有必要考虑各种传动原件的能量产量。这些产量也可能根据系统的运行条件而变化(例如，根据功率水平、电气设备的温度等)。
33.优选地，当电源并行供应多个电力消耗器时，假设节点中接收的总功率在电力消耗器之间平均分配。
34.或者，当电源并联供应多个电力消耗器时，在一个节点中接收的总功率在电力消耗器之间加权分配，优选地根据每个电力消耗器的标称功率。当消耗器的标称功率非常不同时，这种分布是相关的。
35.优选地，对于飞行器，各个功率裕度根据飞行器的主轴分组，以指示横滚、俯仰、偏航的裕度。
36.根据优选的技术方案，驱动系统包括作为电源的至少一个涡轮发电机和至少一个电池。
37.根据优选的技术方案，驱动系统具有多个电动机作为电力消耗器。
38.本发明还涉及一种通过控制系统控制包括混合动力驱动系统的运输交通工具、尤其是飞行器的方法，该方法包括：
39.通过控制系统确定运输交通工具、尤其是飞行器的控制命令的步骤，该控制命令与功率要求相关联，
40.通过前述的方法确定驱动系统的至少一个最小功率裕度的步骤，以及
41.在功率需求低于最小功率裕度时验证控制命令的步骤。
42.由于采用了控制方法，控制命令在实施之前会得到动态验证，从而避免了驱动系统的负担过重。
43.本发明还涉及一种用于运输交通工具、尤其是飞行器的混合动力驱动系统，该驱动系统包括多个电源、多个电力消耗器和多个驱动元件，每个驱动元件与至少一个电源和至少一个电力消耗器相关联，该驱动系统包括至少一个计算器，所述至少一个计算器构造成：
44.获取混合动力驱动系统的多个功率参数的测量值，根据不同的量级表示至少两个测量值；
45.将每个测量值与至少一个限制阈值进行比较，该阈值分别针对阈值数据库中的每个功率参数确定，以便推断出所述功率参数的至少一个总功率裕度；
46.将所述功率参数的总功率裕度从转换数据库中转换为根据相同共同量级表示的精细功率裕度。
47.将精细功率裕度从产量数据库转换为至少一个参考点的标准化功率裕度，该产量数据库确定获取点和参考点之间传输部件的产量，
48.根据所述参考点的源的标准化功率裕度确定源功率裕度，并根据所述参考点的消耗器的标准化功率裕度确定消耗器功率裕度。
49.通过在所述参考点选择消耗器功率裕度和源功率裕度之间的最低功率裕度来确定最小功率裕度。
50.转换数据库和产量数据库可以通过计算器访问，优选存储在计算器中。
51.本发明还涉及一种运输交通工具、尤其是飞行器，其包括至少一个前述的混合动力驱动系统。
附图说明
52.在阅读以下描述(作为示例给出)和通过参考下图(作为非限制性示例给出)时，将更好地理解本发明，其中对相似物给出相同的引用。
53.图1是飞行器的驱动系统的顶部的示意图。
54.图2是飞行器的驱动系统的详细示意图。
55.图3是确定飞行器混合动力驱动系统的功率限制的方法步骤的示意图。
56.图4是采集步骤的示例的示意图。
57.图5是确定总裕度的步骤的示意图。
58.图6是根据第一驱动元件的标准化功率裕度确定功率裕度的示意图，以及
59.图7是使用单独功率裕度的控制方法的示意图。
60.应当指出的是，为了实施本发明，附图详细阐述了本发明，如果需要，所述附图当然可用于更好地限定本发明。
具体实施方式
61.本发明涉及一种用于确定用于运输交通工具、尤其是飞行器的混合动力驱动系统的功率限制的方法。优选地，参考图1，混合动力驱动系统2(以下称为“驱动系统2”)包含多个不同类型的电源(混合动力系统)。优选地，本发明应用于分布式驱动系统2，即其包括多个电力消耗器(分布式系统)。
62.如前所述，混合动力驱动系统可能具有各种架构。例如，参考图1，提出了串联混合动力型的混合动力驱动系统2，其包括四个驱动元件h1-h4、尤其是螺旋桨。每个驱动元件h1-h4与至少一个电源和至少一个电力消耗器相关联。
63.在该示例中，每个h1-h4驱动元件连接到两个电动机以允许驱动：主电动机m1a-m4a和次电动机m1b-m4b。主电动机m1a-m4a通过主通道ca与主电池bata电连接，而次电动机m1b-m4b通过次通道cb与次电池batb电连接。驱动系统2包括涡轮发电机tg，通过通道ca、cb为电动机m1a-m4a、m1b-m4b和电池bat、batb供电。提出了涡轮发电机tg以及电池，但本发明适用于任何电源、尤其是燃料电池或电能存储(超级电容器、电化学电池等)。
64.参考图2，更详细地显示了图1的驱动系统2。涡轮发电机tg包括气体涡轮机tag，该气体涡轮机tag驱动两个电发生器gena、genb(主电发生器gena和次电发生器genb)。在该实例中，涡轮机tag包括本领域技术人员已知的低压轴和高压轴。以已知的方式，在该示例中，
涡轮发电机tg从燃料燃烧产生连续的电力。每个电发生器gena、genb将这种机械动力转换为交流电压和电流iac
tga
、iac
tgb
。涡轮发电机tg还包括两个整流器reda、redb为主通道ca和次通道cb提供直接电压和电流idc
tga
、idc
tgb
。
65.通道ca、cb也由两个电池bata、batb供电，每个电池提供直流idc
bata
、idc
batb
。优选地，每个电池bata、batb配备控制和监控系统(bms)，该系统确定其可以随时提供的最大电流idcmax
bata
、idcmax
batb
(图2)。因此，该最大电流随时间和根据工作条件而变化。两个通道ca、cb是独立的，每个通道都包含节点，节点结合来自电池bata、batb和涡轮发电机tg的电流，以将电力分配给至少两个电动机，在本示例中，八个电动机m1a-m4a、m1b-m4b。
66.仍然参考图2，主通道ca通过四个逆变器ondia-ond4a提供四个电动机m1a-m4a，将直接电力转换为交流电压和电流iac
m1a-lac
m4a
。同样，次通道cb通过四个逆变器ond1b-ond4b提供四个电动机m1b-m4b，这些逆变器将直接电力转换为交流电压和电流iac
m1b-iac
m4b
。因此，每个驱动元件h1-h4由两个电动机m1a/m1b-m4a/m4b驱动，其以与驱动元件h1-h4成比例的速度旋转，并且每个电动机提供机械扭矩。每个驱动元件h1-h4的驱动扭矩是两个耦合电动机m1a/m1b-m4a/m4b中每个电动机提供的扭矩之和。
67.参考图2，驱动系统2包括发动机计算器cal，该发动机计算器cal控制驱动系统2的元件并获取所述元件的功率参数以计算功率裕度。发动机计算器cal连接到一个或多个飞行器计算器，以实现与飞行器的控制系统的通信。
68.以已知方式，驱动系统2包括多个功率参数pari，这些功率参数pari标识为所述驱动系统2。功率参数pari例如：
69.气体涡轮机tag的高压轴的转速n1
tag
。该测量与大气压力p0atm和温度t1atm的测量相结合，可以获取气体涡轮机tag产生的空气动力图像。
70.气体涡轮机tag的气体温度t4
tag
。
71.驱动电发生器gena、genb的扭矩c
tag
以及低压驱动轴n2
tag
的转速。从这两次测量中，获得了气体涡轮机tag产生的机械功率的图像。
72.两个电发生器gena、genb的交流电iac
tga
、iac
tgb
。
73.电整流器reda、redb的输出直流电idc
tga
、idc
tgb
。
74.在两个通道ca、cb的参考点处测量的直流电压。
75.来自电池bata、batb的直流电idc
bata
、idc
batb
。按照惯例，电池提供时考虑正电流，充电时考虑负电流。
76.所有电动机m1a-m4a、m1b-m4b的交流电iac
m1a-iac
m4a
/iac
m1b-iac
m4b
。
77.每个电动机m1a-m4a、m1b-m4b的温度。
78.每个驱动元件h1-h4的转速。
79.参考图3，该方法包括驱动系统2的多个功率参数pari的测量值pv的获取et1步骤。优选地，根据不同的量级表示几种测量值pv。获取et1步骤以已知方式从连接到发动机计算器cal的不同类型的传感器进行。
80.例如，测量pv尤其是如下：
81.气体涡轮机tag在其当前运行点的扭矩c
tag
，该扭矩c
tag
以牛顿米表示。
82.两个电发生器gena、genb的交流电iac
tga
，iac
tgb
，电流以安培表示。
83.每个电动机m1a-m4a、m1b-m4b的温度，该温度以度表示。
84.该方法包括在功率阈值pseuil下每个测量值pv的比较et2步骤，该功率阈值pseuil分别针对每个功率参数par确定，以便推导出所述功率参数par的总功率裕度pmb。
85.在该示例实施例中，每个功率参数pari与阈值数据库db_seuil中的功率阈值pseuil相关联。发动机计算器cal可以访问阈值数据库db_seuil，从而可以用于每个功率参数par的总功率裕度pmb。优选地，功率阈值pseuil独立于驱动系统的运行点。这种独立性有利于计算的功率裕度具有预测值(因此独立于未来的飞行器机动，因此独立于驱动系统的未来运行点)。
86.优选地，每个功率阈值pseuil特定于所述混合动力驱动系统中的功率参数pari，并且优选地特定于所述运行点和运行构造。此外，每个功率参数pari都与阈值数据库db_seuil中每个运行点和每个运行构造的功率阈值pseuil相关联。
87.优选地，所述功率阈值pseuil以与测量pv相同的量级表示，这使得能够通过简单的差值计算来确定以相同量级表示的总功率裕度pmb。
88.在本示例中，有利地获得以下内容：
89.气体涡轮机tag的总扭矩裕度与气体涡轮机tag在其运行点的最大扭矩相比，扭矩裕度以牛顿米表示，
90.每个电发生器gena、genb提供的总电流裕度，以安培表示的电流裕度和
91.每个电动机m1a-m4a、m1b-m4b的总温度裕度，温度裕度以度数表示。
92.计算tag的整体功率裕度可能很复杂、尤其是在存在串联并联架构的情况下，其中很大一部分功率都由自由涡轮和气体发生器承担。然后，飞行员需要知道两个分支中每个分支的可用功率裕度，以便能够相应地调整需求。在这种情况下，建议计算tag气体涡轮机每个输出的总功率裕度。例如，对于其中气体涡轮机tag的自由涡轮向驱动元件h1-h4提供机械动力并且从气体发生器tag中提取电力的架构。机械功率裕度是根据气体发生器上的等采样自由涡轮(电等值功率)计算的以及电功率裕度(在气体发生器上)在自由涡轮上进行机械等采样。
93.该方法包括以下比较et3步骤：将所述功率参数pari的总功率裕度pmb从转换比数据库db_transf转换为根据相同共同大小表示的精细功率裕度pma。换言之，虽然总功率裕度pmb以不同的量级(牛顿米、安培或度)表示，但精细的功率裕度pma都以相同的量级表示，允许它们一起处理。精细的功率裕度pma都以相同的均匀量级表示。
94.这种均匀量级优选以瓦特表示，因为它允许确定驱动元件h1-h4的功率。不言而喻，均匀的量级可能不同，尤其是扭矩或安培。
95.有利地，转换比数据库db_trans特定于混合动力驱动系统2，并且确定它们之间的功率参数pari之间的转换比。优选地，转换比在理论上通过混合动力驱动系统2的能量建模确定。优选地，每个转换比为至少一个数学方程的形式，该方程取决于混合动力驱动系统2的运行点和构造。因此，可以确定电流或温度变化对通道的影响，即对驱动元件hi-h4的扭矩。在此示例中，变速比数据库db_trans存储在发动机计算器cal的表中。
96.在本示例中，每个电发生器gena、genb提供的总电流裕度和每个电动机m1a-m4a、m1b-m4b的总温度裕度分别转换为精细的功率裕度pma，其以瓦特表示。
97.该方法包括以下置换et4步骤，将用于每个功率参数pari的精细功率裕度pma(以下简称“精细裕度pma”)从产量数据库db_rend置换为驱动系统2的一个或多个参考点处的
标准化功率裕度pmn(以下称为“标准化裕度pmn”)。优选地，产量db_rend独立于驱动系统的运行点。
98.在本示例中，选择参考点，使其尽可能接近功率对控制飞行器实际有用的位置，即尽可能靠近驱动元件h1-h4。例如，优选的参考点是驱动元件h1-h4上可用的机械功率。当然，可以根据驱动系统2的需求或特殊性选择不同的参考点。
99.有利地，产量数据库db_rend特定于驱动系统2，并且确定它们之间的功率参数之间的产量比，尤其是根据获取点和参考点之间的传动部件。优选地，产量在理论上通过混合动力驱动系统2的能量建模来确定。优选地，每个产量为至少一个数学方程的形式，该方程取决于混合动力驱动系统2的运行点和构造。因此，在混合动力驱动系统2中的给定点获得的精细裕度pma可以被转置到同一参考点，以便确定所述参考点的实际裕度。在本示例中，产量数据库db_rend以一个或多个表格的形式存储在发动机计算器cal中，该表格可能取决于测量的其他参数(例如平均电流水平和通道电压)。
100.作为示例，可以进行以下转换。气体涡轮机tag的精细扭矩裕度pma最初表示在电发生器gena、genb的驱动轴上，从以下位置转换到驱动元件h1-h4(参考点)的驱动轴上：
101.发生器gena、genb及其整流器reda、redb的转换产量，在本示例中为90％；
102.通道cana、canb中电力传输的产量，在本示例中为95％；
103.电动机m1a-m4a、m1b-m4b及其逆变器ond1a-ond4a、ond1b-ond4b的产量，在本示例中为93％。
104.因此，在驱动元件hi-h4的驱动轴上以80％(90％*95％*93％)的产量系数转换气体涡轮机tag的精细裕度pma，以确定标准化裕度pmn。
105.类似地，电池bata、batb的精细功率裕度pma最初在其电连接端子条上表示，从以下位置转换到驱动元件h1-h4(参考点)的驱动轴上：
106.通道ca、cb中电力传输的传输产量，在本示例中为95％，以及
107.电动机m1a-m4a、m1b-m4b及其逆变器ond1a-ond4a、ond1b-ond4b的产量在本示例中为93％。
108.因此，在驱动元件h1-h4的驱动轴上以88％(95％*93％)的产量系数转换电池bata-batb的精细功率裕度pma，以确定标准化裕度pmn。因此，参考点离测量位置越远，要考虑的良就越多。
109.此外，对于相同的精细功率裕度值pma(以瓦特表示)的50kw的气体涡轮机的扭矩和50kw的电池功率，驱动元件h1-h4的驱动轴上的标准化值pmn不同(即在参考点处)(标准化气体涡轮机裕度：50*0.80＝40kw；电池标准化裕度：50*0.85＝42.5kw)。
110.仍然参考图3，该方法包括以下确定步骤et5：确定每个参考点的源功率裕度和每个参考点的消耗器功率裕度。已经提出了电源和消耗器的功率裕度，但不用说，也可以计算电力传输元件(例如电缆或传输轴)的功率裕度。
111.在本示例中，确定每个驱动元件h1-h4的功率裕度。这些被称为单独裕度mind。因此，有多少个参考点，就有多少个单独裕度mind，在这个例子中，有4个。
112.在给定的参考点(给定的驱动元件h1-h4)处，源功率裕度是通过对供应所述驱动元件的源的标准化裕度相加来获得的，即我们示例中的电池bata、batb和气体涡轮机tag。源功率裕度minds取决于驱动元件上电源的分布以及混合动力驱动系统的构造(电源的可
用性或不可用)。当电源仅供应部分驱动元件h1-h4时，选择标准化裕度最低的驱动元件。
113.换言之，对于每个参考点h1-h4，考虑到路线上遇到的每个电力传输部件的可能限制(裕度)，将动力驱动系统追溯到主要源(电池、涡轮发电机等)就足够了。
114.如果电源并联为多个消耗器供电，则假定总功率在每个并联消耗器之间平均分配。飞行器及其驱动系统的拓扑架构围绕重心对称，这一事实有利地验证了这种等分布假设。然而，不言而喻，当消耗器具有非常不同的标称功率时，可以实施加权分布假设。
115.同样，在给定的参考点中，消耗器的单独功率裕度mindc是通过将参考点掌权的消耗器(即电动机m1a-m4a、m1b-m4b)的标准化裕度相加来获得的。为了确定单独功率裕度mind，有以下选择步骤et6：在单独消耗器功率裕度mindc和单独源功率裕度minds之间执行选择最小功率裕度。在此示例中，稍后将详细介绍，单独消耗器的功率裕度mindc受到限制。
116.通过跟踪为给定功率元件供电的动力驱动系统，通过选择功率最小的元件的裕度来选择单独裕度mind。
117.当一个电源为多个消耗器供电时，重要的是要根据模式考虑这种分布以及每个消耗器的个体功率。例如，一个电源可以提供100kw并为两个电动机供电，每个电动机可以提供60kw。在这种情况下，每个螺旋桨上的潜在可用功率为60kw，但根据来源的限制，2个螺旋桨的总可用功率限制为100kw。因此，根据本发明的优选解决方案，每个螺旋桨的单独裕度将为50kw。
118.例如，为了确定单独的功率裕度mind：
119.标准化的最小扭矩裕度是从气体涡轮机tag和每个发生器gena、genb的转矩裕度中选择的，并指示了整体驱动转矩裕度。
120.电动机m1a-m4a、m1b-m4b的不同限制因素之间的标准化最小转矩裕度，例如温度限制、逆变器电流限制或电动机专用于发动机m1a-m4a、m1b-m4b的电源的电流限制。
121.每个驱动元件h1-h4的单独功率裕度mind通知飞行员可用于根据飞行器姿态作用的驱动功率，从而有助于飞行稳定(例如：右侧每个电动机上的功率裕度提供有关飞行器向左滚动能力的信息)。有利地，在平均分配的情况下，飞行员只需要尊重所有单独的功率裕度即可验证控制定律。
122.或者，当驱动元件具有非常不同的标称功率时，节点接收的总功率在驱动元件之间加权分配。
123.根据控制系统的偏好，可以进行多种类型的指示。在前面的示例中，为每个驱动元件h1-h4选择了单独的裕度mind。这些指示的优点是为控制系统提供了非常好的飞行器“可控性”可见性。
124.单独功率裕度mind也可以按飞行器的主轴分组，从而指示横滚、俯仰、偏航的裕度。该解决方案在控制系统的已知参考系统中提供了更多合成和“格式化”指示。
125.参考图4将介绍详细实现的示例。
126.在该示例中，参考图4，有以下获取et1步骤：对混合驱动系统2的多个功率参数pari的测量值pv进行获取、尤其是在气体涡轮机tag水平、电池bata、batb和电动机m1a-m4a、m1b-m4b。
127.然后执行以下比较et2步骤：将每个测量值与几个极限阈值比较(即在经过验证的限值)。优选地，限制阈值对应于功率参数pari可以保持的时间。对于气体涡轮机tag的参数
尤其如此，通常至少区分了两种运行制度：
128.制度阈值pmd，用于最大起飞功率，可以在有限的时间内保持，通常在10mn到30mn之间；
129.制度阈值pmc，用于连续最大功率，可以无限期地保持。
130.不言而喻，可以规定其他阈值，例如，能够达到更高功率水平的紧急制度，但持续时间可能有限。同样，一些电力设备也可能有几个电流限制，可以保持不同的时间长度。因此，计算出每个参数在其认证限值处分隔的裕度。例如，参考图5，计算出以下裕度：
131.在当时测得的大气条件下p0atm、t1atm下，与pmd(持续时间10mn)和pmc制度对应的tag气体涡轮机转速n1tag的极限分别为100％和95％。因此，对于98％的测量值，每个制度的n1tag总裕度为：mn1_pmd＝+2％，mn1_pmc＝-3％。
132.同样，对于t4tag涡轮驱动温度，pmd和pmc制度限制分别为100％和94％。对于96％的测量值，t4tag的总温度裕度为：mt4_pmd＝+4％和mt4_pmc＝-2％。
133.气体涡轮机tag产生的扭矩极限c
tag
是唯一的，为40nm。对于32.8nm的测量值，总扭矩裕度为mct＝+7.2nm。
134.电池bata的电流限制为160a连续和180a持续2分钟。因此，还计算了电池bata的两个当前裕度：总裕度限制为2mn midcbata_2mn＝+172a和连续总裕度midcbata_pmc＝152a。这同样适用于次电池batb。
135.电动机m1a-m4a、m1b-m4b的交流限值为49a永久和54a持续2分钟。计算每个电动机的两个当前总裕度：
136.发动机1a：对于30a的电流测量iacm1a，总裕度限制为2mn mm1a_2mn＝+24a，连续总裕度mm1a_pmc＝+19a。
137.发动机1b：对于30a的电流测量iacm1b，总裕度限制为2mn mm1b_2mn＝+24a，连续总裕度mm1b_pmc＝+19a。
138.发动机2a：对于28a的电流测量iacm2a，总裕度限制为2mn mm2a_2mn＝+26a，连续总裕度mm2a_pmc＝+21a。
139.对系统中的其他设备执行相同的运行，直到获得所有参数的裕度。
140.比较et3步骤和置换et4步骤将在上一步中计算的每个裕度转换和置换然后执行为位于一个或多个参考点的均匀量级，优选地在混合驱动系统的输出处。在此示例中，参考点是第一个驱动元件h1。
141.对于气体涡轮机tag的极限，在当前运行点，后者的模型允许将n1
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和t4
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的裕度转换为涡轮输出时的等效功率裕度。使用此模型，计算器cal确定以下转换：
142.mn1_pmd＝+15.7kw和mn1_pmc＝-20.9kw
143.mt4_pmd＝+17.8kw和mt4_pmc＝-18.3kw
144.mct＝+18.8kw(pmd和pmc)
145.经过这些转换后，该方法选择气体涡轮机tag的最小扭矩裕度。在此示例中，总体最小扭矩裕度为：mtag_pmd＝+15.7kw，mtag_pmc＝-20.9kw(在本示例中受n1tag限制)(图5)。
146.然后，该方法通过跟随动力驱动系统并应用每个传动元件的连续产量，将气体涡轮机tag的总裕度转换为驱动元件h1-h4。
147.参考图6，应用于我们的例子在第一个驱动元件h1的参考点，根据电动机m1a、m2a的连接节点处的等分布假设，气体涡轮机tag的最小裕度mtag_pmd、mtag_pmc则变为：
148.mtag_pmd＝+11.4nm
149.mtag_pmc＝-15nm
150.对于主电池bata的裕度，首先使用其提供的主通道cana的电压测量vdc将直流电裕度转换为电池输出端可用的电能。因此，以功率表示的裕度是：
151.裕度限制为2mn midcbata_2mn＝+103kw
152.连续裕度midcbata_pmc＝91.2kw
153.将这些裕度转换为驱动元件h1-h4可用的扭矩，同时考虑到驱动系统的产量，然后得到：
154.midcbata_2mn＝+158nm
155.midcbata_pmc＝+140nm
156.电动机极限m1a-m4a、m1b-m4b也使用电动机模型转换为每个驱动元件h1-h4上可用的扭矩裕度。在此示例中，此转换给出以下结果：
157.发动机1a：mm1a_2mn＝+61nm和mm1a_pmc＝+48.5nm。
158.发动机1b：mm1b_2mn＝+61nm和mm1b_pmc＝+48.5nm。
159.发动机2a：mm2a_2mn＝+66nm和mm2a_pmc＝+53.6nm。
160.在本示例中，描述了标称情况下(无故障)的驱动架构，其中所有电源(电池bata、batb、气体涡轮机tag)为所有驱动元件h1-h4供电，因此无需选择比其他电源更具限制性的电源。
161.因此，mindca指出，主功率通道ca(或cb)上电池bata(或batb)结节点处的单独功率裕度对应于电池和涡轮发电机的裕度总和，均匀分布在该主通道提供的4个发动机(m1a-m4a)上。获得以下关系：
162.mindca_2mn＝mtag_pmd+midcbata_2mn
163.mindca_2mn＝11.4nm+158nm＝+169.4nm
164.mindca_pmd＝mtag_pmd+midcbata_pmc
165.mindca_pmd＝11.4nm+140nm＝+151.4nm
166.mindca_pmc＝mtag_pmc+midcbata_pmc
167.mindca_pmc＝-15nm+140nm＝+125nm
168.对次通道cb的裕度mindcb采取相同的运行。
169.优选地，当其中一个元件在给定的时间范围内没有特定的功率限制时，该方法使用下一个较高时间范围的功率裕度。例如，气体涡轮机tag的裕度pmd用于计算裕度mindca_2mn。类似地，电池bata、batb的裕度pmc用于计算裕度mindca_pmd。
170.最后，该方法包括以下比较步骤：将电源的功率裕度与消耗器的功率裕度进行比较。在示例的标称情况下，电动机的功率裕度最低。因此，将应用与具有最低裕度的驱动元件对应的限制。因此，根据本发明的方法指示的驱动系统的功率裕度为：
171.mh1_2mn＝min(mindca_2mn；mm1a_2mn)+min(mindcb_2mn；mm1b_2mn)
172.mh1_2mn＝+122nm＝min(169.4nm；61nm)+min(169.4；61nm)
173.mh1_pmd＝min(mindca_pmd；mm1a_pmd)+min(mindcb_pmd；mm1b_pmd)
174.mh1_pmd＝+97nm＝min(151.4nm；48.5nm)+min(151.4；48.5nm)
175.mh1_pmc＝min(mindca_pmc；mm1a_pmc)+min(mindcb_pmc；mm1b_pmc)
176.mh1_pmc＝+97nm＝min(125nm；48.5nm)+min(125；48.5nm)
177.在不详细说明与上述类似的计算的情况下，假设电动机m2a-m2b具有相同的功率裕度，则通过示例获得以下结果：
178.mh2_2mn＝132nm；mh2_pmd＝107nm；mh2_pmc＝107nm
179.如图3所示，不同的单独功率裕度可以显示在飞行器仪表板上，以告知飞行员电力储备和可能执行的运行。各种功率裕度也可以存储在发动机计算器cal上，供自动驾驶仪使用。
180.对这些裕度的解释是，飞行员具有瞬时动力储备，对应于+122nm的扭矩，时间为2mn，在h1螺旋桨上永久为+97nm，以执行所有可能的机动，无论是加速或高度还是改变飞行器的姿态。飞行员必须在这些不同的机动可能性之间分配此可用功率裕度，以便整体机动尊重所有螺旋桨的所有单独裕度。
181.飞行员还知道，只要他/她同时保持积极的单独裕度，他/她将能够不受限制地执行他/她希望的所有机动。
182.有利地，一种用于控制包括混合动力驱动系统的飞行器的方法，可以通过可以是手动或自动的控制系统以安全的方式实现。
183.参考图7，控制系统被构造为确定与功率要求bp相关的飞行器的控制命令o_pil。实际上，以已知的方式，每个控制命令o_pil根据顺序的性质(避让、起飞、加速等)需要或多或少的功率。
184.控制方法包括以下确定步骤：通过诸如前面介绍的方法确定驱动系统的至少一个最小功率裕度、尤其是单独最小功率裕度mind。
185.控制方法包括验证控制命令o_p1l的步骤，如何功率要求bp小于最小功率裕度mind，优选是拒绝控制命令o_p1l的步骤，如何功率要求bp大于最小功率裕度mind。因此，在飞行器飞行期间可以动态接受的控制命令o_pil是被动的，在预期中提供的。

技术特征：
1.一种用于确定用于运输交通工具、尤其是飞行器的混合动力驱动系统(2)的至少一个最小功率裕度的方法，驱动系统(2)包括多个不同性质的电源、多个电力消耗器和多个驱动元件(h1-h4)，每个驱动元件(h1-h4)与至少一个电源和至少一个电力消耗器相关联，所述方法包括：
·
获取(et1)步骤：获取混合动力驱动系统(2)的多个功率参数(pari)的测量值(pv)，根据不同的量级表示至少两个测量值(pv)；
·
比较(et2)步骤：将每个测量值(pv)与至少一个限制阈值(pseuil)进行比较，所述限制阈值(pseuil)分别针对阈值数据库(db_seuil)的每个功率参数(pari)来确定，以便从中推断出所述功率参数(pari)的至少一个总功率裕度(pmb)；
·
转换(et3)步骤：将所述功率参数(pari)的总功率裕度(pmb)从转换数据库(db_trans)转换为根据相同的共同量级表示的精细功率裕度(pma)；
·
置换(et4)步骤：将精细功率裕度(pma)从产量数据库(db_rend)置换为标准化功率裕度(pmn)，在混合动力驱动系统(2)的至少一个参考点处，所述产量数据库(db_rend)确定获取点和参考点之间传动部件的产量；
·
确定(et5)步骤：根据在所述参考点处的源的标准化功率裕度(pmn)确定源功率裕度(minds)和根据在所述参考点处的消耗器的标准化功率裕度(pmn)确定消耗器功率裕度(mindc)；
·
确定(et6)步骤：通过在所述参考点选择消耗器功率裕度(mindc)和源功率裕度(minds)之间的最低功率裕度来确定最小功率裕度(mind)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，参考点对应于一个或多个驱动元件(h1-h4)。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，当电源并联供应多个电力消耗器时，假定在节点中接收的总功率在电力消耗器之间平均分配。4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，当电源并联供应多个电力消耗器时，节点中接收到的总功率以加权方式分布在电力消耗器之间，优选根据每个电力消耗器的标称功率。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，驱动系统(2)包括作为电源的至少一个涡轮发电机(tg)和至少一个电池(bata、batb)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，驱动系统(2)包括作为电力消耗器的多个电动机(m1a-m4a、m1b-m4b)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，对于飞行器，单独功率裕度(mind)沿飞行器的主轴分组，以指示横滚、俯仰、偏航裕度。8.一种通过控制系统控制包括混合动力驱动系统的运输交通工具、尤其是飞行器的方法，所述方法包括：
·
确定步骤：通过控制系统确定运输交通工具的控制命令，所述控制命令与功率需求相关联；
·
确定步骤：通过根据权利要求1至7中任一项所述的方法，确定驱动系统(2)的至少一个最小功率裕度，以及
·
验证步骤：如果功率需求小于最小功率裕度，则验证控制命令。9.一种用于运输交通工具、尤其是飞行器的混合动力驱动系统，驱动系统(2)包括多个
电源、多个电力消耗器和多个驱动元件(h1-h4)，每个驱动元件(h1-h4)与至少一个电源和至少一个电力消耗器相关联，驱动系统(2)包括至少一个计算器(cal)和计算器(cal)可访问的数据库(db_seuil、db_trans、db_rend)，计算器(cal)配置为：
·
获取(et1)混合动力驱动系统(2)的多个功率参数(pari)的测量值(pv)，根据不同的量级表示至少两个测量值(pv)；
·
将每个测量值(pv)与至少一个限制阈值(pseuil)进行比较(et2)，所述限制阈值(pseuil)分别针对阈值数据库(db_seuil)的每个功率参数(pari)来确定，以便从中推断出所述功率参数(pari)的至少一个总功率裕度(pmb)；
·
将所述功率参数(pari)的总功率裕度(pmb)从转换数据库(db_trans)转换(et3)为根据相同共同量级表示的精细功率裕度(pma)；
·
将精细功率裕度(pma)从产量数据库(db_rend)置换(et4)到至少一个参考点的标准化功率裕度(pmn)，所述产量数据库(db_rend)确定获取点和参考点之间传输元件的产量；
·
根据所述参考点的源的标准化功率裕度(pmn)确定(et5)源功率裕度(minds)，以及根据所述参考点处的消耗器的标准化功率裕度(pmn)确定消耗器功率裕度(mindc)；
·
通过在所述参考点选择消耗器功率裕度(mindc)和源功率裕度(minds)之间的最低功率裕度来确定(et6)最小功率裕度(mind)。10.一种运输交通工具、尤其是飞行器，其包括至少一个根据权利要求9所述的混合动力驱动系统。

技术总结
本发明涉及一种用于确定用于运输交通工具的混合动力驱动系统的至少一个最小功率裕度的方法，每个驱动元件与至少一个电源和至少一个电力消耗器相关联，所述方法包括以下步骤：获取(ET1)功率参数(PARi)的测量值(Pv)的步骤；将每个测量值(Pv)与至少一个限制阈值进行比较(ET2)以便从中推导出至少一个总裕度(Pmb)的步骤；将所述总裕度(Pmb)转换(ET3)为根据相同的共同量级表示的精细裕度(Pma)的步骤；在至少一个参考点处将精细裕度(Pma)转换(ET4)为标准化裕度(Pmn)的步骤；在所述参考点处确定(ET5)源功率裕度(MIndS)和消耗器功率裕度(MIndC)的步骤以及通过选择最低功率裕度来确定(ET6)最小功率裕度(MInd)的步骤。来确定(ET6)最小功率裕度(MInd)的步骤。来确定(ET6)最小功率裕度(MInd)的步骤。


技术研发人员：D
受保护的技术使用者：赛峰直升机发动机公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2023/6/28