BRPI0710408A2 - método para controlar estabilidade de um veìculo - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA CONTROLAR ESTABILIDADE DE UM VEìCULO. O método para controlar estabilidade de um veículo inclui as etapas de determinar uma taxa de transferência lateral preditiva de um veículo, avaliar fatores de desempenho do veículo em um período de tempo, e controlar a operação do veículo com base nesta taxa de transferência lateral preditiva.
Description
"MÉTODO PARA CONTROLAR ESTABILIDADE DE UM VEÍCULO"
Histórico da Invenção
Acidentes com capotamento de veículos apresentam a taxade fatalidade mais alta dentre os acidentes sem colisão.Para evitar o capotamento de veículo, tem sido usado umíndice de capotamento chamado "Taxa de Transferência deCarga Lateral" LTR (de "Lateral Load Transfer Ratio")para detectar uma propensão a capotamento. Tipicamente,a LTR é estimada a partir de informações de veículotomadas em instantes determinados. Por analogia, é comotomar uma fotografia instantânea de um sistema dinâmico eusar esta informação (congelada no tempo) para determinaro risco de capotamento. Se o limite de LTR forestabelecido em um valor baixo, pode ocorrer um alarme ouacionamento prematuro para o sistema em operação normal,ao invés, se o limite for estabelecido em um valor alto,pode ficar muito tarde para prover uma ação eficaz contrao capotamento. A determinação do limite de LRT é difícildevido a mudanças dinâmicas na operação do veículo ouvariações inesperadas que não podem ser capturadas usandoLTR estática.
Sumário da Invenção
A presente invenção se relaciona a um método paracontrolar a estabilidade de um veículo que incluias etapas de determinar uma taxa de transferência decarga lateral preditiva do veículo, avaliar fatores dedesempenho de veículo em um período de tempo, e controlara operação do veículo com base na taxa de transferêncialateral preditiva. Em uma configuração da invenção,a taxa de transferência lateral preditiva pode ser usadapara detectar a propensão de capotamento de um veículo,antes mesmo de o veículo entrar em uma condição decapotamento. Com esta capacidade de previsão, a operaçãode um sistema de alarme de capotamento de veículo podeser melhorada para dar ao condutor um alarme avançado deevitação de capotamento. Ademais, um sistema de evitaçãode capotamento inclui um dispositivo divisor de torque,tal como um diferencial de deslizamento eletronicamentelimitado, que atua para o evitar capotamento do veículo.Descrição Resumida dos Desenhos
A figura 1 é uma ilustração esquemática de um veículoexemplar com tração nas quatro rodas que emprega umsistema de controle de estabilidade veicular, de acordocom uma configuração da presente invenção;
A figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema decontrole de estabilidade veicular, de acordo com uma configuração da presente invenção;
A figura 3 é um modelo da dinâmica do veículo duranteoperação lateral; e
A figura 4 é um modelo da dinâmica do veículo durantecapotamento de veículo.
Descrição Detalhada
Referindo-se a desenhos não-limitantes para a invenção,a figura 1 esquematicamente ilustra um veículo exemplarcom tração nas quatro rodas 20, incluindo um motorcolocado lateralmente 22. O motor 22 é acoplado a um par de rodas dianteiras 24a e 24b através de um eixodianteiro ou transeixo 2 6 e a um par de rodas traseiras28a e 28b através de um eixo traseiro 30. O eixodianteiro 2 6 é primariamente e diretamente movido pelomotor 22. O eixo traseiro 30 é movido indiretamente pela unidade de transferência de potência (não mostrada) e porum aparelho de acoplamento central ou acoplador 32.O transeixo traseiro 30 é mecanicamente acoplado ao eixodianteiro 26 através de um ou mais eixos motrizes.Um diferencial de deslizamento limitado eletronicamente ELSD (EletronicalIy Limited Slip Diferencial) 34opcionalmente pode ser usado para dividir o torquedo eixo motriz traseiro para rodas traseiras 28a e 28b.O acoplador 32 e ELSD 34 são dispositivos bem conhecidosna técnica, e podem ser controlados por um sistema decontrole 58 (mostrado na figura 2), tal como uma unidadede controle eletrônico ECU (Eletronic Control Unit) ououtro controlador. Deve ser apreciado que o veículo nãose limita à configuração mostrada nos desenhos, sendopossível outras configurações, incluindo sem limitação,configurações com tração em duas rodas.
Como mostrado na figura 2, o sistema de controle 58 podeincluir uma unidade de controle 60, tal como uma ECU commicroprocessador incluindo um dispositivo de memória paraarmazenar um ou mais mapas contendo informações comrespeito ao desempenho do veículo, e pelo menos um sensor62 para medir fatores de desempenho de veículo, tal comosem limitação: um sensor de guinada; um sensor develocidade de roda; um sensor de aceleração lateral; e/ouum sensor de ângulo de esterçamento. A unidade decontrole provê um sinal de controle ao acoplador centrale/ou ELSD 34 para controlar engate/ desengate dos15 dispositivos para distribuir torque entre rodas e eixos.A unidade de controle 60 também controla a operação de umdispositivo de alerta de capotamento 64, tal como,por exemplo, um dispositivo de alarme audível ou visualinstalado no painel do veículo para alertar o condutor doveículo para ele evitar o capotamento do veículo.
Referindo-se às figuras 3 e 4, o LTR pode ser determinadoa partir de modelos não-lineares, como segue:
<formula>formula see original document page 4</formula>
Levando em conta a dinâmica lateral do veículo:
<formula>formula see original document page 4</formula>
ou
<formula>formula see original document page 4</formula>
onde, m é a massa do veículo, ν a velocidade lateral,r a razão de guinada, u a velocidade longitudinal,g a aceleração da gravidade, Ay a aceleração lateraldo veículo, e h a altura do centro de gravidade relativaao ponto de rotação do veículo, como na figura 4.
Levando em conta a dinâmica de capotamento do veículo:<formula>formula see original document page 5</formula>
Levando em conta a dinâmica vertical do veiculo:
<formula>formula see original document page 5</formula>
onde, (*) é a aceleração vertical do veículo.Por conseguinte, levando em conta as equações (1) a (4) ,LTR pode ser expresso como se segue:
<formula>formula see original document page 5</formula>
onde, Ixx, Iyyr Izz são respectivamente os momentos deinércia em torno dos eixos geométricos x, y, z, onde:
<formula>formula see original document page 5</formula>
Para valores pequenos Φν, Φν' , Φν' ' , ΦΓ', ΦΓ' '
LTR pode ser expresso como:
<formula>formula see original document page 5</formula>
Para um <$r pequeno, LTR pode ser adicionalmente estimada:
<formula>formula see original document page 5</formula>
onde, Ay_médio é a aceleração lateral, que pode ser obtidacom acelerômetro, e hcg a altura do centro de gravidadetotal do veículo (CG).
De acordo com uma configuração da presente invenção,provê-se um método para determinar a LTR de um veículoincluindo um LTR preditivo (PLTR), avaliando fatores dedesempenho de veículo ao longo de um período de tempo,em vez de em um ponto fixo no tempo. 0 método é previstode modo a prover com precisão uma contagem regressiva para o capotamento ou avaliar o desempenho do veículoantes do capotamento em uma ampla gama de condições.A derivação de PLTR é mostrada como segue:PLTR1 (Af) = LTR(t0) + LTR(t0) · At (9)<formula>formula see original document page 6</formula>
onde Ay_raédia é a aceleração lateral medida do veículo.A equação (10) expressa PLTR em um instante t0 previstopara um futuro horizonte de tempo At. O efeito do sinalna aceleração de lateral medida pode ser desprezada nestaderivação para propósito a prova de conceito.A aceleração lateral medida Ay_média na equação (10)é tipicamente ruidosa e, por conseguinte, difícil deobter um valor liso após a derivação.
<formula>formula see original document page 6</formula>
onde τ é uma constante de tempo. A aceleração lateral medida pode ser adicionalmenteestimada a partir de uma relação com o ângulo deesterçamento usando modelo linear,
<formula>formula see original document page 6</formula>
onde TFModei ê uma função de transferência linear doângulo de esterçamento e a aceleração lateral com base noem modelo linear e òw é o ângulo de esterçamento de rodaeficientemente estercado. Usando este filtro com base emmodelo, o ruído a partir da derivação da aceleraçãolateral pode ser filtrado usando um filtro passa-baixo.Ademais, a informação de entrada de entendimento porcondutor desempenha um importante papel na previsãodo índice de capotamento devido ao atraso do sistema deesterçamento.
Por conseguinte, o PLTR é provido como segue:
<formula>formula see original document page 6</formula>
é o ângulo de esterçamento de roda pelo condutor, Tsw éuma constante de primeira ordem de esterçamento e SR arazão de esterçamento.Um filtro
<formula>formula see original document page 7</formula>
pode ser usado na aceleração lateral medida e um filtro,
<formula>formula see original document page 7</formula>
pode ser usado no ângulo de esterçamento pelo condutor. OΔt selecionado precisa ser suficientemente longo paracobrir o tempo de resposta de evitação a capotamento.
Diferentemente de métodos mais convencionais paradeterminar LTR, o novo método para determinar PLTR podeser usado pelo sistema de controle 58 para controlar umdispositivo divisor de torque (i.e. acoplador 32 eELSD 34) para melhorar a estabilidade do veículo e evitarcapotamento. Na configuração mostrada nas figuras 1 e 2,por exemplo, o PLTR pode ser usado pela unidade decontrole 60 para determinar quando e em que extensãoengatar os dispositivos de divisores de torque paraaumentar o amortecimento a guinada do veículo e evitarcapotamento. Por exemplo, e sem limitação, a unidade decontrole 60 pode ser configurada de modo que o acopladorcentral 32 e/ou ELSD 34 seja operado sempre que o PLTRexceda um valor limite ou a taxa de mudança do PLTRexceda uma pré-determinada taxa limite. A PLTR tambémpode ser usada para controlar a operação de dispositivode alarme de capotamento 64 para alertar o operador paraele impedir o capotamento. Também deve ser apreciado queo uso de PLTR para controlar operação do dispositivodivisor de torque ou dispositivo de alarme de capotamentonão se limita a isto, e o PLTR pode ser usado paracontrolar outros sistemas, tal como sistema de freio,direção hidráulica, para evitar o capotamento do veículo.A presente invenção foi descrita em detalhes naespecificação acima, e se acredita que várias alteraçõese modificações da invenção se tornarão aparentes àqueleshabilitados na técnica a partir da uma leitura minuciosaque permita um pleno entendimento desta especificação.Contudo, pretende-se que tais alterações e modificaçõesestejam incluídas na invenção, desde abarcadas no escopodas reivindicações anexas.
Claims (7)
1. Método para controlar estabilidade de um veículo,caracterizado pelo fato de compreender as etapas dedeterminar uma taxa de transferência lateral preditivade um veículo, avaliar fatores de desempenho do veículoem um período de tempo, e controlar a operação do veículocom base na taxa de transferência lateral preditiva.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o veículo incluir umdispositivo divisor de torque para controlara distribuição de torque entre um par de rodas ou eixosde um veículo, e de a etapa de controlar a operação doveículo incluir engatar o dispositivo divisor de torquepara controlar a distribuição de torque entre o par derodas ou eixos do veículo.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o veículo incluir umdispositivo de alarme de capotamento, e de a etapa decontrolar a operação do veículo incluir operaro dispositivo de alarme de capotamento para alertaro condutor do veículo a impedir o capotamento do veículo.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a etapa de determinar a taxade transferência lateral preditiva incluir estimara aceleração lateral do veículo a partir de uma relaçãocom um ângulo de esterçamento usando um modelo linear:<formula>formula see original document page 9</formula>onde TFmodei (s) é uma função de transferência linear doângulo de esterçamento e aceleração lateral com base nomodelo linear, e ôw o ângulo de esterçamento médioefetivo.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a etapa de determinar incluirdeterminar a taxa de transferência lateral preditivacomo segue:<formula>formula see original document page 10</formula>onde ∆t é o horizonte de tempo futuro<formula>formula see original document page 10</formula>o ângulo de esterçamento do veículo, Tsw a constante detempo de primeira ordem de esterçamento, e SR a taxa deesterçamento.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de adicionalmente incluir a etapade usar um filtro,<formula>formula see original document page 10</formula>na aceleração lateral medida e usar um filtro,<formula>formula see original document page 10</formula>no ângulo de esterçamento de roda do condutor.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de o veículo incluir um sistemade controle, e de a etapa de determinar incluirselecionar um horizonte futuro de tempo Ar, que no mínimodeve ser tão longo quanto o tempo de resposta do sistemade evitação de capotamento de veículo.
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