ES2207904T3 - Procedimiento y dispositivo para el frenado de un vehiculo automovil dentro de la zona de cercania y con un obstaculo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el frenado de un vehículo automóvil a unas reducidas velocidades en evitación de una colisión dentro de una zona de cercanía con un obstáculo; en este caso, la distancia (deltas) y la velocidad relativa (deltav) entre el vehículo y el obstáculo son determinadas mediante sensores, y las mismas sirven de base para el cálculo de la necesaria presión de frenado o para una desaceleración, y la presión de frenado es producida -por lo menos parcialmente- con independencia del conductor; procedimiento éste que está caracterizado porque: -Para el caso de que la velocidad relativa (deltav) esté por debajo de un valor umbral (vs) y la distancia (deltas) se quede por debajo de un límite de cercanía (SNG), el par de frenado (MBr) y el par motor (MM) -que se compone del par de impulsión del motor y del par de empuje- son ajustados entre si de tal manera, que tanto el par de frenado (MBr) como el par motor (MM) sean mayores de cero; en este caso, sobre todo el par de frenado (MBr) es más pequeño que el par motor (MM). -En el caso de que la distancia (deltas) se quede por debajo de un límite de parada (SNG) -que es más reducido que el límite de cercanía (SNG)- el par de frenado (MBr) y el par motor (MM) son ajustados entre si de tal manera, que el par de frenado (MBr) sea mayor que el par motor (MM).

Description

Procedimiento y dispositivo para el frenado de un vehículo automóvil dentro de la zona de cercanía y con un obstáculo.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para el frenado de un vehículo automóvil dentro de la zona de cercanía y con un obstáculo, según lo indicado en los preámbulos de las reivindicaciones de patente 1) y 11), respectivamente; véase para ello también la Patente Británica Núm. GB-A-2.310.731.

A través de la Patente Alemana Núm. DE 43 10 354 A1 es conocido un sistema de control automático del frenado para un vehículo, el cual produce de forma automática una fuerza de frenado para el caso de que la distancia y/o la velocidad relativa entre el vehículo y otro vehículo, que le precede, sean reducidas hasta por debajo de un determinado valor límite. A este efecto, son determinadas la distancia y las velocidades de los dos vehículos, las cuales son comparadas -dentro de un dispositivo de cálculo- con unos valores límites previamente establecidos. Para el caso de que la distancia medida y la velocidad relativa se queden por debajo de estos valores límites, dentro de un dispositivo de control, previsto para controlar el dispositivo de freno, son generadas unas señales de frenado a través de las cuales el vehículo es frenado hasta tal extremo, que queden restablecidas la distancia y la velocidad relativa exigidas.

Sin embargo, de la referida Patente Alemana no se puede desprender cómo pueden ser optimados los procesos de frenado dentro de la zona de cercanía en el caso de unas pequeñas distancias y unas reducidas velocidades relativas entre el vehículo y el obstáculo. En las maniobras de conducción de esta clase -como, por ejemplo, en el aparcamiento entre unos huecos- existe el problema de que, por causa de la reducida distancia -que, dado el caso, puede ser de solamente unos pocos centímetros- es exigida una muy rápida reacción del conductor para el cambio desde el pedal acelerador al pedal de freno, con el fin de impedir la colisión con el obstáculo. Al tratarse de unas estrechas condiciones de espacio, con frecuencia es necesario maniobrar el vehículo con la más reducida distancia posible con respecto al obstáculo; en este caso, y a pesar de una velocidad, que normalmente es reducida en este tipo de maniobras, resulta que ya una reacción mínimamente retrasada del conductor puede conducir a unos daños. Además, no pueden ser excluidas unas reacciones erróneas ni las reacciones de pánico del conductor como, por ejemplo, unas excesivas impulsiones de los pedales, las cuales tienen por consecuencia un movimiento del vehículo, el cual no es deseado por el conductor, y que pueden producir también unos daños mayores.

La presente invención tiene el objeto de reducir al mínimo el tiempo de reacción durante el acercamiento lento a un obstáculo.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de las características indicadas en las reivindicaciones de patente 1) y 11), respectivamente.

Según el novedoso procedimiento, resulta que el acercamiento a un obstáculo es dividido -en función de la distancia entre el vehículo y el obstáculo- en dos fases. Dentro de la primera fase, el vehículo, se encuentra a una pequeña distancia del obstáculo; sin embargo, esta distancia es todavía lo suficientemente grande como para dejar rodar el vehículo a una reducida velocidad. Dentro de esta fase, la distancia entre el vehículo y el obstáculo se encuentra entre dos valores límites fijados o calculados, es decir, entre el límite de cercanía, por debajo del cual comienza la primera fase, y el límite de parada, por debajo del cual empieza la segunda fase, en la que el vehículo es colocado en su posición definitiva y la velocidad del vehículo es reducida normalmente a cero.

Dentro de la primera fase, una vez estando por debajo del límite de cercanía -y siempre que también la velocidad del vehículo se quede por debajo de un valor de umbral fijado o calculado- tanto el par de frenado, que desacelera el vehículo, como asimismo el par motor, que acelera el vehículo, son ajustados a unos valores mayores de cero, pero bajo la condición adicional de que el valor del par motor sobrepase el valor del par de frenado. En esta fase el vehículo es impulsado por unos pares de fuerza antagónicos; a causa del par motor, que es mayor, el vehículo permanece, sin embargo, en movimiento, y queda impedida la parada del vehículo antes de ser alcanzada la posición definitiva. No obstante, al mismo tiempo ya es aplicado el freno.

Teniendo en consideración que, dentro de la primera fase, sobre el vehículo actúan tanto un par de frenado como un par motor, resulta que los tiempos de reacción del sistema de freno y del motor a unas variaciones en el par de frenado y en el par motor, respectivamente, son reducidos a un mínimo, habida cuenta de que no se produce ningún retardo a causa de la inercia ni ninguna pérdida por transmisión. El vehículo reacciona de una manera más espontánea y, además, pueden ser aprovechadas de forma óptima las existentes condiciones del espacio exterior.

Por un ulterior acercamiento del vehículo al obstáculo, los valores se quedan por debajo del límite de parada, y comienza la fase segunda. Dentro de esta segunda fase, se invierte la relación cualitativa entre el par de frenado y el par motor. El par de frenado sobrepasa ahora el par motor, con la consecuencia de que sea reducida la velocidad del vehículo y quede impedida una colisión con el obstáculo. La inversión de la relación entre el par de frenado y el par motor puede ser conseguida o por un aumento en el par de frenado o por una reducción en el par motor o bien mediante una combinación de estos dos; a este efecto, la decisión si ha de tener lugar una intervención en el sistema de freno o una intervención en el sistema de control del motor a efectos de un ajuste en el par de impulsión, puede ser puesta en función de algunos parámetros y magnitudes del estado como, por ejemplo, de la distancia remanente; de la velocidad relativa; de la desaceleración relativa; de la clase y del tamaño del obstáculo; del tipo de maniobras de conducción; de la función de frenado previamente determinada; etc., etc.

Tanto una intervención de variación en el dispositivo de freno de rueda como asimismo una intervención de variación en el sistema de control del motor pueden ser llevadas a efecto dentro de un lapso de tiempo de lo más corto posible, habida cuenta de que las dos partes componentes ya se encuentran impulsadas por el par de frenado y por el par motor, respectivamente, y, por consiguiente, no se produce ningún retardo durante la constitución del tipo de par. Gracias a ello, pueden ser realizadas de forma óptima sobre todo las maniobras de conducción dentro de la zona de cercanía -como, por ejemplo, un aparcamiento entre unos huecos- las cuales hacen necesaria una reducida distancia de los obstáculos. Existe la posibilidad de llevar a efecto unas continuas desaceleraciones hasta llegar a la parada del vehículo, con la evitación de unos saltos o empujones de desaceleración, y esto simultáneamente con el mejor aprovechamiento posible del espacio. La desaceleración uniforme ayuda en evitar unas indeseables reacciones de parte del conductor. Además, en los vehículos con los sistemas de frenado por cable puede ser efectuada una intervención de frenado automático, que no es advertida por el conductor; en este caso, la presión de frenado, que por el conductor es producida por medio del pedal de freno, puede ser amplificada o mitigada a través de una presión de frenado producida de forma automática.

Según una conveniente ampliación de la forma de realización del procedimiento de la presente invención, es así que en la primera fase, dentro de la zona del distanciamiento entre el límite de cercanía y el límite de parada, el par de frenado y el par motor son ajustados de tal manera entre si, que el vehículo se desplace a una velocidad constante, que -sobre todo durante las, maniobras del aparcamiento entre unos huecos- se encuentra dentro de una gama de velocidades de, como máximo, 5 Kms/h, aproximadamente.

Según una preferida forma de realización es así que, para la detección del obstáculo es empleado un sistema, que puede detectar el tamaño y el tipo de un obstáculo y que calcula, en función de estos parámetros, la oblicuidad de las ruedas o un desarrollo del ángulo de dirección, con el fin de desviarse del respectivo obstáculo o bien para realizar una óptima función de conducción, teniendo para ello en consideración el obstáculo. La oblicuidad de las ruedas o el desarrollo del ángulo de dirección pueden ser indicados al conductor de una manera óptica y/o acústica, o los mismos pueden ser efectuados de forma automática por medio de unos elementos de ajuste. En este último caso, puede ser conveniente amplificar o mitigar la intervención en el ángulo de dirección, la cual es efectuada por el conductor, con el objeto de que el vehículo pueda seguir según la óptima función calculada. Tanto con una intervención en el sistema de freno como con una intervención en el ángulo de dirección, puede ser conveniente permitir las desviaciones del valor -que es previamente determinado por el conductor- solamente dentro de unos límites previamente establecidos, con el fin de dejarle al conductor la decisión definitiva acerca del comportamiento del vehículo y de facilitarle, además, por motivos de seguridad, la sensación de que las reacciones del vehículo sean exclusivamente consecuencia de las previsiones del conductor.

Según un conveniente dispositivo, que está apropiado sobre todo para llevar a efecto este novedoso procedimiento, están previstas unas instalaciones para determinar tanto la distancia como la velocidad relativa entre el vehículo y el obstáculo. Este dispositivo comprende, además, una instalación de regulación, y de control para la determinación de una óptima estrategia de frenado; un dispositivo de accionamiento de freno para hacer accionar un sistema de freno con independencia del conductor; como asimismo comprende, dado el caso, un sensor del ángulo de dirección, aquí incluido su elemento de ajuste para la regulación del ángulo de dirección.

Dentro de las instalaciones para la determinación de la distancia y de la velocidad relativa son generadas unas señales correspondientes, que pueden ser pasadas a la instalación de regulación y de control como señales de entrada a efectos de su ulterior procesamiento. Dentro de la instalación de regulación y de control, estas señales de entrada son comparadas con unas señales, que representan los valores de umbral, tanto para la distancia como para la velocidad relativa. Al ser las dos señales de entrada más pequeñas que los asignados valores de umbral, el vehículo se acerca al obstáculo con una velocidad más reducida, y el mismo ya se encuentra dentro de la zona de cercanía con respecto al obstáculo. A raíz de ello, dentro de la instalación de regulación son generadas unas señales de ajuste, que influyen tanto en el par motor -a través del sistema de control del motor- como en el par de frenado por medio del dispositivo de accionamiento de freno; en este caso, los dos pares de fuerza son ajustados a un valor mayor de cero; sin embargo, el par de frenado es ajustado a un valor más reducido que el par motor.

De una manera conveniente, la distancia entre el vehículo y el obstáculo es determinada continuamente en unos intervalos periódicos. Al estar la distancia por debajo del límite de parada, la instalación de regulación y de control produce otras señales de ajuste adicionales que tienen por efecto, que el par de frenado sobrepase ahora el par motor, por lo cual el vehículo es frenado aún más y, en su caso, hasta su completa parada.

Las instalaciones para la determinación de la distancia y de la velocidad relativa pueden estar constituidas por unos dispositivos de radar, de infrarrojos o de rayos láser o por unos elementos similares. Sobre todo para fijar con antelación el ángulo de dirección puede estar previsto -como otra instalación adicional- un sistema de detección por imagen.

Las demás ventajas de la presente invención y otras convenientes formas para la realización de la misma, se pueden desprender de las restantes reivindicaciones de la patente, de la descripción de las Figuras así como del plano adjunto, en el cual está representado un diagrama de frenado para la desaceleración de un vehículo automóvil por delante de un obstáculo.

Según el paso 1, en primer lugar son medidas la distancia \Deltas y la velocidad relativa \Deltav entre el vehículo y el obstáculo. En el siguiente paso 2, esta distancia \Deltas es comparada con un valor límite S_{NG}, que representa el límite de cercanía que, al no ser alcanzado, desencadena otras medidas. Este valor límite S_{GN} puede ser calculado o estar previamente fijado para todas las situaciones o solo para algunas situaciones puntuales. Por ejemplo, para todas las maniobras de aparcamiento puede estar fijado un determinado valor límite S_{NG}. Al mismo tiempo, en el paso 2 la velocidad relativa \Deltav es comparado con un valor de umbral v_{s}.

La decisión, cual de las maniobras es llevada a efecto actualmente, puede ser adoptada sobre la base de unos parámetros y magnitudes de estado, que son introducidos o bien son determinados mediante sensores o cálculos o de forma manual; por ejemplo, por una comparación de los datos registrados en los sistemas de detección por imagen con unos datos de referencia o de una manera similar.

Para el caso, de que por la comparación, efectuada en el paso 2, sea detectado que la distancia \Deltas no se encuentra todavía por debajo del límite de cercanía S_{NG} y/o la velocidad relativa \Deltav no ha bajado por debajo del valor de umbral v_{s}, se vuelve al paso 1, y en unos regulares intervalos periódicos es efectuada una nueva medición, tanto de la distancia como de la velocidad relativa.

En el caso de que la distancia \Deltas esté por debajo del límite de cercanía S_{NG} y, además, la velocidad relativa \Deltav haya bajado por debajo del valor de umbral v_{s}, son desencadenadas las medidas que se indican en el paso 3.

La distancia y la velocidad relativa son tratadas como unos criterios, que han de ser cumplidas de forma acumulativa para el desencadenamiento de las medidas indicadas en el paso 3. Dado el caso, también puede ser conveniente tener en consideración solamente la distancia como el criterio para el desencadenamiento de las otras medidas.

Según lo indicado en el paso 3, el par de frenado M_{BR}, que es realizado a través del sistema de freno, y el par motor M_{M} -que impulsa el vehículo en la dirección de marcha y el que se compone sumando al par de impulsión, producido por el motor, el par de empuje, que está en función del terreno- son ajustados entre si de tal manera, que tanto el par de frenado M_{Br} como el par motor M_{M} tengan un valor mayor de cero y que el par motor sea mayor que el par de frenado. En función de los valores de salida del par motor y del par de frenado, los dos pares de fuerza pueden ser reducidos o aumentados hasta que estén cumplidas las condicionantes indicadas.

Teniendo en cuenta que el par motor M_{M} sobrepasa el par de frenado M_{Br}, el vehículo se desplaza de forma continua. El valor de umbral de la velocidad relativa entre el vehículo y el obstáculo así como la relación entre el par de frenado y el par motor son elegidos de tal modo, que el vehículo -después de quedarse por debajo del límite de cercanía S_{NG}- se desplace a una velocidad constante y uniforme; en este caso, la velocidad del vehículo es fijada, de una manera conveniente, a un valor más reducido como, por ejemplo, a 5 Kms/h., aproximadamente.

Después del ajuste de los pares de fuerza, que actúan sobre el vehículo, en el siguiente paso 4 es comprobada otra vez la distancia \Deltas entre el vehículo y el obstáculo, y en el próximo paso 5, la misma es comparada con otro valor límite -calculado o bien previamente determinado- que es el límite de parada S_{SG}. El límite de parada S_{SG} marca una más pequeña distancia del vehículo con respecto al obstáculo que el límite de cercanía S_{NG}. Este límite de parada representa la distancia, a partir de la cual son desencadenadas las medidas a efectos de una ulterior reducción en la velocidad del vehículo y, dado el caso, incluso hasta la completa parada del mismo.

Para el caso de que, por una comparación en el paso 5, sea detectado que la distancia \Deltas no se ha quedado todavía por debajo del límite de parada S_{SG}, el vehículo sigue encontrándose dentro de la zona de distancia entre el límite de cercanía S_{NG} y el límite de parada S_{SG}, y se vuelve otra vez al paso 4, en el cual son realizadas, de forma periódica, ulteriores mediciones de la distancia. En el caso de que la distancia \Deltas esté por debajo del límite de parada S_{SG}, según lo indicado en el paso 6 se incrementan tanto el par de frenado M_{Br} como el par motor M_{M} hasta tal extremo, que el par de frenado M_{Br} quede por encima del par motor M_{M} y, por consiguiente, la velocidad sea reducida aún más. En el paso 7, el procedimiento finaliza, y la velocidad v del vehículo es igual a cero.

El ajuste entre los pares de fuerza -el cual ha de ser realizado tanto dentro de la primera fase del procedimiento y según el paso 3 como asimismo dentro de la segunda fase del procedimiento y según el paso 6- puede ser llevado a efecto a través de un incremento y/o de una reducción de los respectivos pares de fuerza. La adaptación entre estos pares de fuerza tiene lugar dentro de unos límites previamente determinados, sobre todo con independencia de la reacción del conductor, con el objeto de garantizar -bajo el punto de vista tanto de seguridad como de confort de conducción- un acercamiento óptimo al obstáculo o bien el desvío por este obstáculo.

Puede estar prevista, además, una instalación para efectuar la regulación del ángulo de dirección con independencia del conductor, la cual está acoplada -de una manera conveniente- a un sistema para la detección de obstáculos. La instalación de regulación del ángulo de dirección hace posible eludir -en combinación con el sistema de detección de distancia y de velocidad relativa- automáticamente los obstáculos, que se encuentran en el camino de conducción tomado por el conductor o determinado por un ordenador.

Claims (12)

1. Procedimiento para el frenado de un vehículo automóvil a unas reducidas velocidades en evitación de una colisión dentro de una zona de cercanía con un obstáculo; en este caso, la distancia (\Deltas) y la velocidad relativa (\Deltav) entre el vehículo y el obstáculo son determinadas mediante sensores, y las mismas sirven de base para el cálculo de la necesaria presión de frenado o para una desaceleración, y la presión de frenado es producida -por lo menos parcialmente- con independencia del conductor; procedimiento éste que está caracterizado porque:

* Para el caso de que la velocidad relativa (\Deltav) esté por debajo de un valor umbral (v_{s}) y la distancia (\Deltas) se quede por debajo de un límite de cercanía (S_{NG}), el par de frenado (M_{Br}) y el par motor (M_{M})

\hbox{-que}

se compone del par de impulsión del motor y del par de empuje- son ajustados entre si de tal manera, que tanto el par de frenado (M_{Br}) como el par motor (M_{M}) sean mayores de cero; en este caso, sobre todo el par de frenado (M_{Br}) es más pequeño que el par motor (M_{M}).

* En el caso de que la distancia (\Deltas) se quede por debajo de un límite de parada (S_{SG}) -que es más reducido que el límite de cercanía (S_{NG})- el par de frenado (M_{Br}) y el par motor (M_{M}) son ajustados entre si de tal manera, que el par de frenado (M_{Br}) sea mayor que el par motor (M_{M}).

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque dentro de la zona de distancia entre el límite de cercanía (S_{NG}) y el límite de parada (S_{SG}), el par de frenado (M_{Br}) y el par motor (M_{M}) son ajustados entre si de tal manera que el vehículo se desplace a una velocidad constante (v).

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2) y caracterizado porque la velocidad (v) del vehículo es regulada para un valor máximo de 5 Kms/h., aproximadamente.

4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 3) y caracterizado porque dentro de la zona de distancia y por debajo del límite de parada (S_{SG}), el par de frenado (M_{Br}) es aumentado y/o el par motor (M_{M}) es reducido.

5. Procedimiento conforme a la reivindicación 4) y caracterizado porque el vehículo es frenado hasta la completa parada del mismo.

6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 5) y caracterizado porque es empleado un sistema para la detección de obstáculos y -en función del obstáculo detectado- es determinada una oblicuidad de las ruedas.

7. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 6) y caracterizado porque la oblicuidad de las ruedas es realizada de forma automática.

8. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 6) o 7) y caracterizado porque como tal sistema para la detección de los obstáculos es empleado un sistema radar.

9. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 6) hasta 8) y caracterizado porque como tal sistema para la detección de los obstáculos es empleado un sistema de procesamiento de imágenes.

10. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 6) hasta 9) y caracterizado porque como tal sistema de detección de los obstáculos es empleado un sensor de infrarrojos.

11. Dispositivo para el frenado de un vehículo automóvil a unas reducidas velocidades en evitación de una colisión con un obstáculo dentro de la zona de cercanía; sobre todo dispositivo para la realización del procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 10); con unas instalaciones para determinar la distancia (\Deltas) entre el vehículo y el obstáculo así como para determinar la velocidad relativa (\Deltav); con una instalación de regulación y de control para determinar una óptima estrategia de frenado; así como con una instalación de accionamiento del freno para accionar -con independencia del conductor- un sistema de freno; dispositivo éste que está caracterizado porque:

* Dentro de la instalación de regulación y de control, una señal -que corresponde a la velocidad relativa (\Deltav)- puede ser comparada con una señal correspondiente a un valor de umbral (v_{s}), y una señal, que corresponde a la distancia (\Deltas), puede ser comparada con una señal correspondiente a un límite de cercanía (S_{NG});

* Para el caso, de que la señal correspondiente a la velocidad relativa (\Deltav) sea más pequeña que o sea igual a la señal, que corresponde al valor de umbral (v_{s}), y de que la señal correspondiente a la distancia (\Deltas) sea más pequeña que o sea igual a la señal correspondiente al límite de cercanía (S_{NG}), pueden ser generadas unas señales de ajuste para la regulación del par de frenado (M_{Br}) y del par motor (M_{M}); a este efecto,

- Las señales de ajuste pueden ser aportadas a la instalación de accionamiento del freno así como a un sistema de control del motor, el cual influye en el par motor (M_{M}); así como

- Las señales de ajuste regulan el par de frenado (M_{Br}) y el par motor (M_{M}) a unos valores mayores de cero; el par de frenado (M_{Br}), sin embargo, es ajustado a un valor, que es más pequeño que el valor del par motor (M_{M});

* Una señal, que corresponde a la distancia (\Deltas), puede ser comparada con una señal correspondiente a un límite de parada (S_{SG});

Para el caso de que la señal, que corresponde a la distancia (\Deltas), sea más pequeña que o sea igual a la señal, que corresponde al límite de parada (S_{SG}), pueden ser generadas unas señales de ajuste adicionales para la instalación de accionamiento del freno y para el par motor (M_{M}); en este caso, el par de frenado (M_{Br}) y el par motor (M_{M}) son regulados de tal manera, que el par de frenado (M_{Br}) sea mayor que el par motor (M_{M}).

12. Dispositivo conforme a la reivindicación 11) y caracterizado porque están previstos un sensor del ángulo de dirección para determinar el actual ángulo de dirección así como un sistema para la detección de obstáculos; en este caso, de las señales, generadas en el sensor del ángulo de dirección y en el sistema de detección de obstáculos, pueden ser generadas -en combinación con las señales producidas en las instalaciones para la determinación de la distancia entre el vehículo y el obstáculo así como para la determinación de la velocidad relativa- unas señales de ajuste para el frenado y para el accionamiento de la dirección.