BRPI0706813A2

BRPI0706813A2 - sistema de controle para um veìculo

Info

Publication number: BRPI0706813A2
Application number: BRPI0706813-1A
Authority: BR
Inventors: Piyabongkarn Damrongrit; Y. Lew Jae; A. Grogg John; Yuan Qinghui
Original assignee: Eaton Corporation
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2011-04-05
Also published as: EP1993867A2; US7337053B2; CA2642565A1; JP5120657B2; ATE477953T1; RU2008136889A; WO2007093888A3; PL1993867T3; EP1993867B1; CN101400541B; JP2009526702A; MX2008010529A; CA2642565C; AU2007216234B2; CN101400541A; AU2007216234A1; KR20080097453A; US20070192011A1; WO2007093888A2; DE602007008533D1

Abstract

SISTEMA DE CONTROLE PARA UM VEìCULO Um sistema de controle para um veículo, tendo primeiro e segundo eixos, é provido, o qual inclui um aparelho de acoplamento adaptado para distribuir torque entre oprimeiro e o segundo eixo e um controlador de tração para controlar a operação do aparelho diferencial desde a partida do veículo até uma velocidade pré-determinada do veículo. O controlador de tração é configurado para engatar o aparelho de acoplamento em um primeiro estado de operação de acordo com pelo menos um primeiro parametro de veículo indicativo de uma condição deoperação de baixa tração e para também controlar o engrenamento do aparelho de acoplamento em um segundo estado de operação do veículo durante a condição de operação de baixa tração de acordo com uma diferença entre uma taxa atual de movimento de guinada do veículo e uma taxa alvo pré-determinada de movimento de guinada do veículo.

Description

"SISTEMA DE CONTROLE PARA UM VEÍCULO".Antecedentes da invenção

A presente invenção refere-se a um sistema de controle deveículo que aumenta a estabilidade do veículo.

Sistemas de controle de estabilidade de veículos têm sidocada vez mais utilizados na indústria automotiva e têm-setornado um equipamento padrão em muitos veículos. Umamaioria dos sistemas de controle de estabilidade deveículos no mercado é baseada no freio.Sistemas de controle de estabilidade de veículos baseadosno freio usam equipamento de sistemas de freioantitravamento (ABS) para aplicar forças de frenagem derodas individuais para corrigir a dinâmica de movimentode guinada ("yaw" ou movimento de zigzag) do veículo.Apesar de que os sistemas baseados no freio sãoaceitáveis em muitas situações, eles tendem a deterioraro desempenho longitudinal do veículo, especialmentedurante a aceleração do veículo.Sumário da invençãoProve-se um sistema de controle para um veículo, tendoprimeiro e segundo eixos, o qual inclui um aparelho deacoplamento adaptado para distribuir o torque entre oprimeiro e o segundo eixo, e um» controlador de traçãopara a operação de controle do aparelho de acoplamento apartir da partida do veículo até uma velocidade pré-determinada do veículo. 0 controlador de tração éconfigurado para engatar o aparelho de acoplamento em umprimeiro estado de operação de veiculo de acordo com pelomenos um parâmetro de operação de veículo indicativo deuma condição de operação de tração baixa e para tambémengatar o aparelho de acoplamento em um segundo estado deoperação de veículo durante a condição de operação detração baixa de acordo com uma diferença entre uma taxaatual de movimento de guinada de veículo e uma taxa alvo35 pré-determinada de movimento de guinada de veículo.

Uma concretização da presente invenção inclui um métodoativo de controle de estabilidade! usando um aparelho deacoplamento para aumentar a dinâmica lateral do veículoenquanto se preserva o movimento longitudinal. Outraconcretização da presente invenção inclui um sistema decontrole que prove o aumento de estabilidade do controlede tração. O controle de tração com estabilidadeaprimorada foi avaliado sob a condição de partida deveículo em aceleração em junção T. Os dados experimentaismostram um aumento significativo da estabilidade no modode operação de controle de tração.Breve descrição das figuras

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um exemplo deconfiguração de sistema de direção para veículo comtração em todas as rodas;

A Figura 2 é um exemplo de aparelho de acoplamentocontrolado eletronicamente para uso em um sistema decontrole de acordo com uma concretização da presenteinvenção;

A Figura 3 ilustra a dinâmica de um exemplo de veículoutilizando um aparelho de acoplamento central controladoeletronicamente e o efeito sobe o controle do movimentode guinada do veículo quando se desengata e engata oaparelho de acoplamento central controladoeletronicamente;

A Figura 4 é umal ilustração esquemática de um sistema decontrole de acordo com uma concretização da presenteinvenção;

A Figura 5 é uma ilustração esquemática de uma unidade decontrole eletrônico de acordo com uma concretização dapresente invençãp para uso no sistema de controle daFigura 4;

As Figuras 6 e 7 ilustram graficamente uma comparação dedesempenho para uma manobra de giro de veículo emaceleração sobre uma superfície de baixa fricção para umveículo utilizando um acoplador central;

As Figuras 8 e 9 ilustram graficamente uma comparação dedesempenho para üma manobra de giro em aceleração sobreuma superfície de baixa fricção usando um veículoutilizando um acoplador central; e

As Figuras 10 e 11 ilustram graficamente uma comparaçãode desempenho para uma partida em aceleração de veículoem junção T usando um veículo que utiliza um sistema decontrole de acordo com uma concretização da presenteinvenção.

Descrição da invenção

Com referência agora às figuras, as quais não limitam ainvenção; a Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplode uma configuração de sistema de direção para veículocom tração em todas as rodas 20 incluindo um motor 22posicionado lateralmente. 0 motor 22 é conectado a um parde rodas dianteiras 24a, 24b através de um eixo dianteiroou transeixo 26 e a um par de rodas traseiras 28a, 28batravés de um eixo traseiro 30. 0 eixo dianteiro 26 é,primariamente e diretamente, movido pelo motor 22. 0 eixotraseiro 30 é indiretamente movido via uma unidade detransferência de potência (PTU) e um aparelho deacoplamento central ou acoplador 32. O eixo traseiro 30 émecanicamente conectado ao transeixo 2 6 dianteiro atravésde um ou mais eixos de acionamento ou de propulsão. Umdiferencial deslizante limitado controladoeletronicamente (ELSD) 34 opcional é usado para induzir otorque do eixo de propulsão traseiro às rodas traseiras2 8a, 2 8b. Apesar de que a configuração de sistema dedireção ilustrada na Figura 1 é uma configuraçãonormalmente de tração dianteira na qual o torque étransmitido para o eixo traseiro 3 0 segundo demanda, ainvenção não se entende como sendo limitada a isso e podeincluir uma normalmente configuração de tração traseira.

0 acoplador central 32, tal como um acoplador centralcontrolado eletronicamente manufaturado pela EatonCoorporation sob o nome de HTC-1™ e ilustrado na Figura2, é conectado ao eixo de propulsão e é adaptado paratransmitir torque do transeixo dianteiro 2 6 para o eixotraseiro 30. 0 acoplador central de travamentoexemplificado 32 mostrado na Figura 2 é um acoplador detração em todas as rodas controlado eletronicamente,desenhado como um componente integrado do módulo do eixode acionamento traseiro do veículo. 0 acoplador central32 transfere potência maciamente e rapidamente do eixo depropulsão do veículo para uma engrenagem pinhãohelicoidal do módulo de acionamento traseiro em respostaa sinais de entrada da unidade de controle eletrônica(ECU).

Referindo-se à Figura 2, a transferência de potência éprovida por uma embreagem úmida de múltiples discos 40,ativamente controlada, disposta entre o eixo deacoplamento 42, ao qual é ligado o eixo de propulsão doveículo, e uma engrenagem pinhão helicoidal 44. O engateda embreagem limita o deslizamento entre o eixo depropulsão do veículo e a engrenagem pinhão helicoidal 44e, assim, o torque é transferido do eixo de propulsãopara a engrenagem pinhão helicoidal 44, a magnitude doqual será menor ou igual que o torque da embreagem. Umabomba de óleo hidráulica integrada do tipo bomba dedeslocamento positivo ("gerotor") 4 6 prove pressãohidráulica para atuar um pistão de embreagem 4 8 quando oeixo de acoplamento 42 está rotando. Uma tubulação("manifold") hidráulica estacionária 50 inclui umaentrada de óleo 52 através da qual a bomba 46 suga óleode um reservatório, para descarregá-lo em uma passagem emcomunicação; direta com ambos, o pistão 48 e pelo menosuma válvula solenóide operada por regulação de pressão54. Quando é tirada a energia das válvulas 54, o óleoflui livremente através das válvulas e retorna para oreservatório, resultando em pouca ou nenhuma pressãohidráulica contra o pistão de atuaçãb de embreagem 48.

Quando a válvula 54 é energizada, ó fluxo de óleo êrestrito pelja válvula criando pressão hidráulica contra opistão de atuação 4 8 para engatar a embreagem 40 deacordo com üm nível proporcional ao da pressão hidráulica48. Detalhes1 adicionais em relação à estrutura e operaçãodo acoplador central 32 são descritos na aplicação depatente, pendente, U.S. Patent Application Serial No.11/167,474, a qual é propriedade do assinante da presenteinvenção e é incorporada aqui como referência em suatotalidade.

0 acoplador central de travamento 32 prove a aplicação eremoção rápida de torque de acoplamento como é desejadopara ambas às operações dinâmicas de sistema de direçãode veículo com controle de torque (como é o foco dapresente invenção), e também para a compatibilidade commuitos dos sistemas atuais de intervenção dinâmicabaseados em freio de veículo. Para apoiar esta operação,o acoplador central 32 exibe tempos de acoplamento edesacoplamento menores que aproximadamente 50milissegundos. Em um modo de operação, o torque étransmitido do transeixo dianteiro 26 para o eixotraseiro 30 se a velocidade do eixo da roda dianteira émaior que a velocidade do eixo da roda traseira, e estásendo passado torque positivo do motor para o sistema dedireção (por exemplo, o motor está sendo acelerado).Durante a operação do veículo, a acoplador central 32 éperiodicamente engatado ou travado para transferir torquedo eixo dianteiro 26 para o eixo traseiro 30. Estaoperação é realizada para manter a tração do veículo.

Para o controle da tração do veículo, a extensão até aqual o acoplador central 32 é engrenado pode ser baseada,sem limitação, na posição do acelerador do veículo e nograu de deslizamento da roda dianteira (por exemplo,quanto maior o deslizamento, maior o engrenamento).

Entretanto, a operação do acoplador central 32 durante uminício de junção em T (junção entre duas superfícies deestrada que se interceptam em um ângulo reto) ou duranteum giro severo çom o motor sob pressão pesada, força ocomportamento de sobre-viragem ("oversteer") no veículoou introduz grandes ângulos de deslizamento nas rodastraseiras do veículo. A Figura 3 ilustra a dinâmica de umexemplo de veículo utilizando um acoplador central e oefeito sobre o controle do movimento de guinada doveículo quando se engata e se desengata o acopladorcentral.

Em concordância com uma concretização da presenteinvenção, um sistema de controle 58 e um método paracontrolar o engrenamento de um acoplador central sãoprovidos para manter a estabilidade em um veículoenquanto se preserva a tração. 0 sistema de controle 58 eo método da presente invenção regulam o engrenamento doacoplador central com base em uma diferença entre umataxa desejada de movimento de guinada e a taxa atual demovimento de guinada do veículo. Controlar ativamente oengrenamento do acoplador central, e conseqüentemente aquantidade de torque transmitido pelo acoplador central,mitiga o comportamento de sobre-viragem do veículo queinduz o movimento de guinada indesejado do veículo. Apresente invenção controla o acoplador central durante apartida e a aceleração para preservar ambos, a potênciado sistema de direção e a estabilidade de movimento deguinada.

Como mostrado na Figura 4, o sistema de controle incluiuma unidade de controle 60, tal como uma unidade decontrole eletrônico baseada em microprocessador (ECU)incluindo um dispositivo de memória tendo armazenado nomesmo, por exemplo, um ou mais mapas contendo informaçãode parâmetro de operação do veículo, e pelo menos umsensor de veículo 62, tal como, sem limitação, um sensorde taxa de movimento de guinada, um sensor de velocidadede roda, um sensor de aceleração lateral e/ou um sensorde ângulo de sobre-viragem. A unidade de controle proveum sinal de, entrada para o acoplador central 32 e o ELSD34 para controlar o acoplamento e desacoplamento dosdispositivos!. Um método para controlar o ELSD 34 édivulgado em uma aplicação de patente U.S. conjuntamentependente intitulada "Estability-Enhancêd Traction and YawCOntrol using Electronically Controlled Limited-SlipDifferentiali" ("Tração com estabilidade aprimorada econtrole de movimento de guinada usando Diferencial comdeslizamento limitado controlado eletronicamente") a qualé propriedade do assinante da presente invenção eincorporada aqui como referência em sua totalidade.

Em uma concretização da invenção mostrada na Figura 5, aunidade de controle 60 inclui um controlador de tração 64pra controlar a operação do acoplador central desde apartida do veículo até uma velocidade pré-determinada doveículo. 0 controlador de tração 64 é configurado paraengatar o aparelho de acoplamento em um primeiro estadode operação do veículo de acordo com pelo menos umprimeiro parâmetro de operação do veículo, tal como avelocidade da roda, indicativo de uma condição deoperação de baixa tração e ainda controlar o engrenamentodo aparelho de acoplamento em um segundo estado deoperação de veículo durante a condição de operação debaixa tração de acordo com uma diferença entre a taxaatual de movimento de guinada do veículo e uma taxa alvopré-determinado ou desejada de movimento de guinada doveículo. A unidade de controle eletrônico 60 pode incluirtambém um controlador de estabilidade 66 para controlar oengrenamento do aparelho de acoplamento na, ou acima da,velocidade pré-determinada do veículo. O controlador detração 64 e o controlador de estabilidade 66 podem serelementos físicos providos em comunicação com a unidadede controle 60, feitos integralmente dentro da unidade decontrole 60, ou formam um componente não físico (porexemplo, software) da unidade de controle 60 ou de outrocontrolador de veículo.

Durante a operação do veículo, a taxa atual de movimentode guinada é periodicamente ou continuamente comparadacom a taxa desejada de movimento de guinada. A taxa atualde movimento de guinada pode ser medida usando um sensorde taxa de movimento de guinada ou pode ser calculada combase na informação do parâmetro de operação do veículorecebida de vários sensores do veículo, como é conhecidoda técnica. A taxa desejada de movimento de guinada podeser armazenada em um mapa na memória do sistema decontrole ou pode também ser calculada com base nainformação do parâmetro de operação de veículo recebidade vários sensores do veículo.

0 torque de travamento de acoplador central requeridopara manter a estabilidade e a tração do veículo pode serdeterminado de acordo com a seguinte equação:

<formula>formula see original document page 9</formula>

Onde rdes é o torque de travamento de acoplador centraldesejado, Tnom é o torque de travamento de acopladorcentral normal, ^rmax é uma diferença máxima prê-determinada de taxa de movimento de guinada, ré a taxaatual de movimento de guinada, e r^es é a taxa alvo pre-determinada, ou desejada, de movimento de guinada efaixa-morta ("deadband") é a função limiar para adiferença de taxa de movimento de guinada permitida,Ariimiar {"threshoid") · A unidade de controle 60 converte entãoo valor desejado de torque de travamento em um sinal deentrada, o qual é comunicado ao acoplador central 32 paracontrole. Durante a operação do veículo, se o veículoestá experimentando sobre-viragem excessiva (ver, porexemplo, Figura 3), o torque de travamento de acopladorcentral é reduzido em proporção ao grau de sobre-viragemdo veículo.

Para simular o desempenho do sistema de controle propostocom o exemplo de configuração de sistema de direçãomostrado na Figura 1, um modelo de veículo completoutilizando um acoplador central e um ELSD foidesenvolvido usando o software CarSim. Uma manobra degiro simulada foi primeiramente realizada para validar oefeito de engatar o acoplador central 32 e o ELSD 34 nadinâmica de movimento de guinada do veículo. As Figuras 6e 7 ilustram graficamente uma comparação de desempenhopara uma manobra de giro em aceleração sobre umasuperfície de baixa fricção (por exemplo, μ = 0.2). Comomostrado na Figura 6, travar o acoplador central 32durante uma manobra de giro em aceleração induz menossubviragem ("understeer") . Em contraste, travar o eixotraseiro ELSD tem pouco ou nenhum efeito na dinâmica doveículo sobre uma superfície de baixa fricção.

As Figuras 8 e 9 ilustram graficamente uma comparação dedesempenho para uma manobra de giro em aceleração sobreuma superfície de baixa fricção (por exemplo, μ = 0.2)usando um veículo de teste utilizando um acopladorcentral 32 de acordo com a presente invenção. Comomostrado na Figura 8, engatar o acoplador central 32durante uma manobra de giro em aceleração novamente induzmenos subviragem em comparação a uma manobra similar como acoplador central desengatado.

As Figuras 10 e 11 ilustram graficamente uma comparaçãode desempenho para a partida de veículo em junção T emaceleração usando um veículo de teste utilizando umsistema de controle de acordo com a presente invenção eum veículo de teste sem controle de tração deestabilidade aprimorada. Como mostrado na Figura 10,controlar ativamente o engrenamento do acoplador centraldurante a partida do veículo utilizando o controle detração de estabilidade aprimorada (SE TC) de acordo comuma concretização da invenção induz significativamentemenos subviragem em comparação com uma manobra similar naqual o acoplador central não é ativamente controlado.Será apreciado também com referência às figuras 10 e 11que um veículo sem controle de tração de estabilidadeaprimorada pode exibir uma muito grande redução emsubviragem. Em ambos os modos de operação, deestabilidade controlada e não controlada, algum grau detorque é transferido do eixo dianteiro 2 6 para o eixotraseiro 30 pelo acoplador central 32. Diferente dossistemas de controle de estabilidade com base ABS quedissipam a energia do veículo, por meio disso degradandoo desempenho e a eficiência do veículo, o sistema decontrole e o método de acordo com a presente invençãomantém a estabilidade do veículo preservando a tração doveículo.

A invenção tem sido descrita detalhadamente naespecificação precedente, e acredita-se que váriasalterações e modificações da invenção se tornarãoaparentes para aqueles com conhecimentos da técnica apartir da leitura e compreensão da especificação.

Entende-se que todas essas alterações e modificações sãoincluídas na invenção, na medida em que se encontrem noescopo das reivindicações anexadas.

Claims

1. Sistema de controle para um veículo, tendo um primeiroe um segundo eixo, caracterizado pelo fato decompreender:- um aparelho de acoplamento adaptado para distribuiçãode torque entre o primeiro e segundo eixo;- um controlador de tração pra controlar a operação doaparelho de acoplamento a partir da partida do veículoaté uma velocidade pré-determinada do veículo, ocontrolador de tração sendo configurado para engatar oaparelho de acoplamento em um primeiro estado de operaçãodo veículo de acordo com um parâmetro de operação deveículo indicativo de uma condição de operação de baixatração e para também controlar o engrenamento do aparelhode acoplamento em um segundo estado de operação doveículo durante a condição de operação de baixa tração deacordo com uma diferença entre uma taxa atual demovimento de guinada do veículo e uma taxa alvo pré-determinada de movimento de guinada do veículo.

2. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do controlador de tração serconfigurado para regular o engrenamento do aparelho deacoplamento durante a condição de operação de baixatração de acordo com uma diferença entre uma taxa atualde movimento de guinada do veículo e uma taxa alvo pré-determinada de movimento de guinada do veículo.

3. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do controlador de tração (64) serconfigurado para engatar o aparelho de acoplamento deacordo com um desejado sinal de torque aplicado ao engateque é baseado em um sinal de torque normal modificadoaplicado ao engate.

4. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato do desejado sinal de torqueaplicado ao engate ser igual ao sinal de torque normalaplicado ao engate multiplicado por um modificador, omodificador incluindo em seu numerador a diferença entreuma diferença máxima pré-determinada de taxa de movimentode guinada e a multiplicação de uma faixa-morta e adiferença entre a taxa atual de movimento de guinada doveículo e a taxa alvo pré-determinada de movimento deguinada do veículo, e o modificador incluindo em seudenominador a diferença máxima pré-determinada de taxa demovimento de guinada.

5. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que no primeiro estado deoperação do veículo, a taxa atual de movimento de guinadado veículo é menor que, ou substancialmente igual à, taxaalvo pré-determinada de movimento de guinada do veículoe, no segundo estado de operação do veículo, a taxa atualde movimento de guinada do veículo é maior que a taxaalvo pré-determinada de movimento de guinada do veículo.

6. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de incluir ainda um controladorde estabilidade (66) ara controlar o engrenamento doaparelho de acoplamento a, ou acima da, velocidade pré-determinada do veículo.