ES2249332T3 - Procedimiento para aumentar la estabiliad de marcha en un vehiculo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para aumentar la estabilidad de marcha en un vehículo que, mediante una intervención de regulación en el vehículo, produce un par de guiñada que contrarresta una inestabilidad del vehículo, en donde la medida de la intervención de regulación depende de un comando de regulador que se determina en función de la diferencia del cociente de la aceleración transversal (by) del vehículo y la velocidad (V) del vehículo, por un lado, y de la tasa de guiñada (r) que realmente se presenta, por otro lado, caracterizado porque como intervención de regulación se emplea una dirección de las ruedas delanteras y/o una dirección de las ruedas traseras, y porque, en caso de que se emplee una dirección de las ruedas delanteras, se superpone un ángulo de dirección adicional al ángulo de dirección prefijado por un conductor, estando determinado el ángulo de dirección adicional por el comando del regulador y eligiéndose el comando del regulador en función del mínimo de los valores absolutos del cociente de la aceleración transversal (by) del vehículo y la velocidad (V) del vehículo, por un lado, y de un valor calculado de la tasa se guiñada, por otro lado, determinándose este valor calculado de la tasa de guiñada en función del ángulo de dirección del conductor.

Description

Procedimiento para aumentar la estabilidad de marcha en un vehículo.

La invención concierne a un procedimiento para aumentar la estabilidad de marcha en un vehículo según el preámbulo de la reivindicación 1 y parte del documento US-A-5931546.

Para aumentar la seguridad de marcha y la estabilidad de marcha en un vehículo es conocido realizar intervenciones de regulación del vehículo que producen un par de guiñada que contrarresta una inestabilidad del vehículo, de modo que el vehículo puede ser mantenido en una situación de marcha estable o llevado nuevamente a ésta y no queda fuera de control.

Es en general conocida en este contexto una intervención de regulación de frenado en las distintas ruedas de un vehículo de tal manera que se elijan así las fuerzas transmitidas a la calzada a través de las ruedas para producir en total un par de contraguiñada que contrarreste una tendencia a subvirado o sobrevirado. Son posibles también mecanismos de regulación correspondientes en combinación con una dirección de superposición o una dirección de las ruedas traseras. En general, en tales casos se generan siempre pares de (contra)guiñada que contrarrestan las inestabilidades de marcha que justamente se presenten. Los algoritmos de regulación para generar un par de contraguiñada correspondientes son muy numerosos.

Se conoce por el documento US-A-5931546 un procedimiento para estabilizar un vehículo mediante intervenciones de regulación de frenado que emplean como comando del regulador una magnitud en función de la diferencia del cociente de la aceleración transversal del vehículo y la velocidad del vehículo, por un lado, y de la tasa de guiñada que realmente se presente, por otro lado.

Las intervenciones de regulación de frenado son ciertamente muy eficaces para la estabilización del vehículo, ya que se efectúa al mismo tiempo cierta reducción de la velocidad de marcha del vehículo, pero, precisamente por este mismo motivo, las intervenciones de regulación de frenado son en parte también insatisfactorias cuando específicamente un par de contraguiñada relativamente pequeño sería suficiente para la estabilización, sin que fuera necesaria una reducción de velocidad percibida como desagradable por el conductor del vehículo.

Por tanto, se pretende mostrar con esta invención un procedimiento refinado para aumentarse la estabilidad de marcha según el preámbulo de la reivindicación 1 que se pase al menos de momento sin intervención de regulación de frenado y que haga posible materializar a partir de informaciones de sensores disponibles en el vehículo una estabilización de dicho vehículo en todas las situaciones de marcha y en todos los coeficientes de rozamiento de la calzada (= cometido de la invención). Este problema se resuelve con las características citadas en la reivindicación 1, tal como se explicará con más detalle.

Los vehículos automóviles están obligados durante su movimiento de avance a establecer un acoplamiento de rozamiento entre los neumáticos y la calzada. Esto se aplica especialmente para procesos de dinámica de marcha como los que se presentan en la aceleración, en el frenado y en viajes en curva, siendo decisivas en el último caso las fuerzas laterales de los neumáticos. Aparte de las propiedades de los neumáticos, la fuerza de agarre de los mismos y el coeficiente de rozamiento de la calzada determinan la cantidad de fuerza periférica o fuerza lateral que se produce, especialmente cuando existe un determinado resbalamiento o ángulo de marcha oblicua.

En principio, es problemática la influencia del coeficiente de rozamiento de la calzada, el cual es ciertamente muy determinante de la máxima fuerza lateral posible de los neumáticos, pero es sólo muy difícil de estimar en cuanto a su magnitud. La fuerza lateral de los neumáticos y el llamado ángulo de marcha oblicua \alpha dependen una de otro, tal como puede deducirse de la Figura 1. Dentro de un determinado intervalo de ángulo de marcha oblicua la fuerza lateral Fy de las ruedas aumenta de forma sustancialmente proporcional al ángulo de marcha oblicua \alpha. La magnitud de este intervalo lineal depende a su vez del coeficiente de rozamiento. La pendiente de la curva característica en el intervalo lineal se denomina rigidez de marcha oblicua. La rigidez de marcha oblicua varía solamente un poco al producirse una variación del coeficiente de rozamiento (véase la zona A en la Figura 1). Por fuera de la zona lineal se conectan dos zonas puntualmente simétricas una de otra (zonas B_{1} y B_{2} en la Figura 2) de la saturación de los neumáticos, en las que, a pesar del aumento de la magnitud del valor de marcha oblicua, no se puede conseguir ya un incremento de la fuerza lateral de las ruedas. En esta zona la fuerza lateral Fy de las ruedas se mantiene constante o incluso disminuye nuevamente. Se puede ver en la Figura 1 la forma en que las fuerzas laterales de las ruedas dependen del coeficiente de rozamiento de la calzada. En esta figura se ha representado con la curva K_{1} la dependencia de la fuerza lateral Fy de los neumáticos respecto del ángulo de marcha oblicua \alpha para un coeficiente de rozamiento de la calzada más pequeño y con la curva K_{2} se ha representado la misma dependencia para un coeficiente de rozamiento de la calzada mayor. Por tanto, el coeficiente de rozamiento de la calzada determina la altura a la que se encuentra el máximo de la fuerza lateral de las ruedas.

El comportamiento dinámico de marcha de un vehículo en la zona de saturación de los neumáticos puede valorarse de otra manera y controlarse con mucha más dificultad que en la zona lineal. Un conductor normal está familiarizado habitualmente tan sólo con el comportamiento de marcha en la zona lineal. Sin embargo, en situaciones de marcha extremas, especialmente con pequeños coeficientes de rozamiento, el vehículo puede abandonar la zona lineal, lo que en general exige más del conductor.

Es de señalar que el máximo de la fuerza lateral Fy de los neumáticos y la magnitud de la zona lineal de la fuerza lateral tienen influencias importantes sobre la tendencia a patinar de un vehículo. Esta tendencia a patinar deberá reducirse siempre hasta donde sea posible.

La presente invención proporciona una estrategia de regulación con la cual una intervención de regulación en la dirección del vehículo, por ejemplo por medio de una llamada dirección de superposición, puede mejorar la dinámica de marcha del vehículo a todos los coeficientes de rozamiento y puede reducir la tendencia del mismo a patinar, no siendo necesaria ventajosamente (al menos de momento) ninguna intervención de regulación del frenado y no resultando así en general ninguna deceleración apreciable del vehículo. La presente estrategia de regulación no necesita información sobre el coeficiente de rozamiento, un esfuerzo de acoplamiento de fuerza o similar. En lugar de esto, emplea sustancialmente la información sobre la aceleración transversal que realmente se presente y que en un vehículo moderno está casi siempre disponible. En lo que sigue se explica la estrategia de regulación con referencia a una dirección de superposición. No obstante, es de subrayar que la estrategia de regulación según la invención puede aplicarse también a otras intervenciones de regulación de la dirección que sirvan para generar un par de contraguiñada.

En primer lugar, hay que plantear la cuestión de cómo se puede impedir el desprendimiento de una parte trasera. En conjunto, hay que partir de la consideración de que un movimiento estable del vehículo con ángulo de flotación creciente está ligado siempre también a un momento de contraguiñada creciente que actúa contra el ángulo de flotación. Este par de reposición es generado especialmente por los neumáticos traseros. Con el ángulo de flotación creciente ha de crecer la fuerza lateral de los neumáticos de las ruedas traseras. Sin embargo, este criterio es posible solamente en la zona lineal de la curva característica de los neumáticos (véase la Figura 1). Por este motivo, es importante que el ángulo de marcha oblicua no abandone en lo posible la zona lineal de la curva característica de los neumáticos.

Por otro lado, el ángulo de flotación \beta está en estrecha relación con el ángulo de marcha oblicua \alpha, es decir:

(1)\alpha=\frac{r \cdot lh}{V}-\beta

en donde r es la tasa de guiñada real, lh designa la distancia entre el centro de gravedad y el eje trasero y V designa la velocidad del vehículo. Dado que el término (r \cdotlh/V) es pequeño en comparación con \beta, se cumple sustancialmente para la amplitud del ángulo de marcha oblicua \alpha

(2)\alpha = -\beta

Este hecho se desprende también de la Figura 2, en la que se han registrado gráficamente las magnitudes \alpha, \beta o -\beta como una respuesta de salto.

Por tanto, se puede consignar en general que en un viaje en curva con un ángulo de flotación estacionario \beta se ajusta también un ángulo de marcha oblicua estacionario \alpha. Por tanto, el valor final estacionario de \alpha está sustancialmente fijado para cada condición de marcha. Sin embargo, no está fijado el comportamiento de transición dinámico hacia este valor final; es decir, cuando se pasa del viaje en línea recta al viaje en curva. Cuando se presenta un "excedente" en la magnitud \alpha, el ángulo de marcha oblicua puede abandonar entonces posiblemente la zona lineal, aun cuando su valor final estacionario se encuentre todavía en la zona lineal. Por este motivo, sobre la base de la ecuación (2) anterior se tiene que cuidar de que no se produzca tampoco ningún excedente en la magnitud del ángulo de flotación \beta. Expresado con otras palabras, una amortiguación en la función de transmisión del ángulo de flotación tiene que alcanzar un valor de aproximadamente 1. Con este modo de proceder se mantendría \alpha siempre en la zona de saturación de los neumáticos y, por tanto, a ser posible en la zona lineal de la Figura 1 cuando el valor estacionario para \alpha esté situado también en la zona lineal.

Los criterios conocidos en estrategias de regulación para direcciones de superposición realimentan la tasa de guiñada y generan así la amortiguación deseada antes citada. Sin embargo, es desventajoso a este respecto el hecho de que para este cálculo se necesita un valor nominal de tasa de guiñada (en lo que sigue denominado rnom), concretamente de conformidad con la ecuación:

(3)deltav = deltaL + Kr \cdot (rnom - r)

en donde deltav indica el ángulo de dirección de las ruedas delanteras y deltaL indica el ángulo de dirección del conductor.

Si se prescindiera ahora del valor nominal rnom de la tasa de guiñada, dado que no se le puede indicar directamente, se alcanzaría entonces ciertamente la amortiguación deseada. Sin embargo, se rebajaría fuertemente la buena disposición del vehículo frente a las curvas, ya que entonces se cumple:

(4)deltav = deltaL - Kr \cdot r

Este problema se resuelve ahora por el hecho de que, en lugar de la tasa de guiñada, se realimenta la velocidad angular de flotación \beta. Con esta medida se puede conseguir también la amortiguación deseada. La velocidad angular de flotación \beta se determina a partir de:

(5)\dot{\beta}=\frac{by}{V} - r

en donde by significa la aceleración transversal del vehículo. Esta relación cinemática rige para cualquier vehículo, de modo que se puede partir en conjunto de la ecuación:

(6)deltav = deltaL + K \cdot \dot{\beta} = deltaL + K \cdot \left(\frac{by}{V} - r \right)

en donde K designa una constante. Esta ecuación tiene la ventaja de que es conocido el valor nominal estacionario que se necesita para la realimentación de \beta. En efecto, el ángulo de flotación \beta es constante durante una curva. Por tanto, el valor nominal para la velocidad angular de flotación es igual a cero (\beta = 0). Asimismo, esta estrategia de regulación interviene solamente en procesos cinámicos y no en procesos estacionarios.

Empleando la aceleración transversal by no tiene que recurrirse ya ahora a un valor nominal de tasa de guiñada no conocido. Por el contrario, son conocidas todas las magnitudes del vehículo que se presentan en la ecuación (6).

Sin embargo, la ecuación (6) últimamente citada no resuelve un problema más amplio que se expone a continuación. En principio, despreciando la fuerza lateral aerodinámica se puede suponer la relación siguiente entre la fuerza lateral Fy de las ruedas y la aceleración transversal:

(7)Fy = m \cdot by

Por tanto, para una masa dada m del vehículo, la máxima aceleración transversal posible by depende de la fuerza lateral máxima Fy de las ruedas, es decir:

(8)max (by) = max (Fy) / m

Si se tiene conciencia de que para la estrategia de regulación y el movimiento del vehículo es determinante la aceleración transversal que se puede lograr como máximo y no la fuerza lateral máxima de las ruedas, la información de la aceleración transversal medida es entonces en conjunto muy valiosa para la estrategia de regulación. Si el conductor sigue incrementando el ángulo de dirección deltaL y, por tanto, el ángulo de flotación \beta, el ángulo de marcha oblicua \alpha y la aceleración transversal by, la aceleración individual by no crece entonces más que las otras magnitudes a partir de un punto determinado. En este punto es entonces evidente que se ha alcanzado la máxima fuerza lateral de los neumáticos. Por tanto, la aceleración transversal by suministra también automáticamente la información buscada sobre la saturación de los neumáticos.

Si se comparan las ecuaciones (3) y (6) anteriores, se ve entonces que la expresión by/V puede compararse con un valor de tasa de guiñada, especialmente el valor nominal rnom de la tasa de guiñada. En otras palabras, esto significa que la aceleración transversal con división por la velocidad puede considerarse como un valor nominal de tasa de guiñada r_by:

(9)r _by = \frac{by}{V}

Por consiguiente, en la presente estrategia de regulación según la invención la aceleración transversal medida by desempeña dos papeles diferentes:

1. Cuando el vehículo se encuentra en la zona lineal de la fuerza de los neumáticos, la aceleración transversal by junto con la tasa de guiñada medida r y la velocidad medida V del vehículo determinan la velocidad angular de flotación \beta.

2. Sin embargo, por fuera de la zona lineal de la fuerza de los neumáticos, es decir, en la zona de la saturación de los neumáticos, la aceleración transversal by, al ser dividida por la velocidad V, juega el papel de un valor nominal rnom de la tasa de guiñada, que tiene en cuenta también la saturación de la fuerza de los neumáticos.

Por tanto, el empleo de la magnitud de la diferencia entre el cociente de la aceleración transversal by del vehículo y la velocidad V del vehículo, por un lado, y la tasa de guiñada r que realmente se presente, por otro lado, puede emplearse como base para un comando del regulador tanto en la situación de marcha estable como en la zona inestable. No tiene que realizarse ventajosamente una diferenciación entre las dos zonas.

Asimismo, se propone ahora que en la estrategia de regulación descrita hasta aquí se siga teniendo en cuenta también el ángulo de dirección del conductor o su variación, de lo cual pueden obtenerse otras informaciones valiosas. En efecto, cuando el vehículo no ha podido ser estabilizado a pesar de la intervención con la estrategia de regulación anterior, el vehículo posee entonces un ángulo muy grande de flotación y de marcha oblicua por fuera de la zona lineal de la fuerza de los neumáticos, pero posiblemente tan sólo una pequeña velocidad angular de flotación. De este modo, la estrategia de regulación no puede generar grandes comandos de ajuste estabilizador, ya que pretende ciertamente tan sólo un retorno de la velocidad angular de flotación a cero. Sin embargo, cuando el conductor en esta situación realiza de nuevo una contraconducción en línea recta o en la otra dirección por medio de una desviación desestabilizadora de la dirección, se puede aprovechar entonces esta información para conseguir nuevamente una estabilización del vehículo. Se elige para ello como base del comando del regulador el mínimo del cociente anteriormente descrito de la aceleración transversal del vehículo y la velocidad del vehículo, por un lado, y un valor de tasa de guiñada a calcular, por otro lado, calculándose este valor de la tasa de guiñada en función del ángulo de dirección del conductor. Para la determinación dinámica del valor de la tasa de guiñada es adecuada de manera especial la relación de Ackermann, pudiendo representarse de la manera siguiente la relación entre el ángulo de dirección y la tasa de guiñada calculada r_ack:

r_ack = h_ack \cdot deltaL

en donde

h_ack = \frac{V}{(lv+lh)\cdot(1+(\frac{V}{Vcar})^{2})}

y la velocidad característica Vcar es

Vcar = \sqrt{\frac{(cv \cdot ch \cdot (lv + lh)^{2}}{m \cdot (ch \cdot lh - cv \cdot lv)}}

m designa la masa del vehículo, lv y lh designan las posiciones del centro de gravedad y cv y ch designan rigideces de marcha oblicua a altos coeficientes de rozamiento de la calzada.

Esta relación de Ackermann desprecia la saturación de la fuerza de los neumáticos. Por tanto, es solamente una buena aproximación para altos coeficientes de rozamiento, ya que aquí apenas se puede esperar una saturación de los neumáticos. Para bajos coeficientes de rozamiento no constituye una representación adecuada. Mediante la formación del mínimo de la tasa de guiñada de Ackermann r_ack y el valor absoluto de la tasa de guiñada real obtenida a partir de la aceleración transversal by se puede aprovechar ahora la información del conductor que éste suministra mediante una oblicuidad modificada de la dirección. Para optimizar la cooperación del regulador y el vehículo, se procede en formas de ejecución preferidas a incorporar filtros, especialmente miembros de retardo y/o miembros de retardo y de predicción, en los diferentes circuitos de regulación.

Se explica seguidamente la presente invención con más detalle ayudándose de varios ejemplos de ejecución y haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Los dibujos muestran en:

La Figura 1, una representación de la correlación gráfica entre la fuerza lateral de los neumáticos y el ángulo de marcha oblicua \alpha a dos coeficientes diferentes de rozamiento de la calzada,

La Figura 2, un gráfico que muestra la relación del ángulo de marcha oblicua \alpha y el ángulo de flotación \beta,

La Figura 3, un gráfico que ilustra la formación del valor nominal de la tasa de guiñada,

La Figura 4, un diagrama de bloques con un ejemplo de ejecución de un procedimiento según la invención,

La Figura 5, un diagrama de bloques con otra forma de ejecución del procedimiento según la invención,

La Figura 6, un diagrama de bloques con una tercera forma de ejecución del procedimiento según la invención y

Las Figuras 7a-7l, diagramas diferentes que representan con detalle la repercusión de la estrategia de regulación según la invención sobre una estimulación de salto,

La Figura 8, un diagrama de bloques como la Figura 6, en el que se aplica el procedimiento según la invención a una dirección de mando por cable,

La Figura 9, un diagrama de bloques con una cuarta forma de ejecución del procedimiento de la invención, en donde está prevista también una estrategia de regulación para estabilizar la marcha con intervención de frenado en un sistema de mando por cable, y

La Figura 10, un diagrama de bloques con una quinta forma de ejecución del procedimiento de la invención, en donde - al igual que en la Figura 9 - está prevista una estrategia de regulación para estabilizar la marcha con intervención en el frenado, si bien ahora con una dirección de superposición.

Se explica la presente invención a título de ejemplo con ayuda de una dirección de superposición. Sin embargo, la invención no se limita a este caso de aplicación.

En los ejemplos de ejecución que se explican seguidamente el conductor puede realizar una intervención de conducción normal a través de un volante. El volante transmite entonces la acción del conductor a las ruedas a dirigir a través de una columna de dirección o a través de un llamado sistema de mando por cable. En este último no existe ya una columna de dirección, de modo que la falta de una actuación de dirección mecánica tiene que ser sustituida por una actuación de dirección "electrónica". Esto se lleva a cabo materializando también dicha actuación en el algoritmo de la estrategia de regulación. Por tanto, el comando del actuador contiene entonces también la porción de esta actuación de dirección que sustituye a la columna de dirección mecánica.

La libertad así obtenida en la configuración deja entonces naturalmente también otros espacios libres, por ejemplo para una variación de la multiplicación de la dirección en función de la velocidad o de un filtro de predicción que incrementa la agilidad, etc. Por tanto, la materialización de la actuación de la dirección en el algoritmo no sólo es una sustitución de la columna de dirección mecánica, sino que está pensada también de un modo muy general para lograr una determinada comodidad de dirección.

En cualquier caso, se genera en el volante un ángulo de dirección deltaL que se transmite en forma más o menos modificada a las ruedas dirigibles del vehículo.

En el presente caso se emplea una columna de dirección dividida en dos partes, no representada, estando previsto en el sitio de separación un engranaje que puede hacer que la segunda parte de la columna de dirección gire con relación a la primera parte. La medida del giro viene determinada por el ángulo de dirección adicional deltaÜL. Esta dirección se denomina seguidamente dirección de superposición, y la regulación empleada en los ejemplos de ejecución aparece representada en las Figuras 4, 5 y 6. En este caso, la multiplicación de la dirección en los ejemplos se ha fijado en 1 a efectos de simplificación.

Según la Figura 4, un sumador 12 realiza con técnicas de circuitos la función del engranaje anteriormente mencionado. Concretamente, se aplican al sumador 12 la consigna de ángulo de dirección deltaL del conductor y el ángulo de dirección adicional deltaÜL. En la salida del sumador 12 se entrega la suma, es decir, deltav (= deltasum) y se retransmite ésta a una unidad para ajustar las ruedas.

El vehículo representa en el presente caso un trayecto de regulación 14 y reacciona, según el ángulo de dirección, con una tasa de guiñada real r correspondiente al comportamiento dinámico del vehículo y con una aceleración transversal real by. Estos dos valores son realimentados también dentro del circuito de regulación con la presente estrategia de regulación.

A partir de la aceleración transversal by se calcula en una unidad 16 la magnitud r_by, la cual - como ya se ha expuesto anteriormente - según la zona de estabilidad de marcha, consiste en una componente de la velocidad angular de flotación \beta según la ecuación (5) o en una magnitud comparable con un valor nominal de la tasa de guiñada. En cualquier caso, la magnitud r_by viene definida por el cociente de la aceleración transversal by del vehículo y la velocidad V del vehículo (es decir, r_by = by/V). Este valor se alimenta a un sustractor 18 en su entrada positiva. En la entrada negativa del sustractor 18 se aplica la tasa de guiñada real medida r. Como diferencia de estas dos magnitudes se genera el valor delta_r, que - multiplicado por el factor de amplificación k en un multiplicador 20 - da como resultado el ángulo de superposición deltaÜL. En el caso según la Figura 4, este valor representa directamente el comando del regulador. Con este comando del regulador se superpone - como ya se ha mencionado antes - el ángulo de dirección deltaL prefijado por el conductor en el sumador 12.

Según una variante de ejecución más elaborada de la Figura 5, en la que los bloques correspondientes designan funciones y dispositivos correspondientes (los números de referencia 110, 112, 114, 116, 118, 120 en la Figura 5 corresponden a los números de referencia 10, 12, 14, 16, 18 y 20 en la Figura 4), se ha tenido en cuenta aún explícitamente, además, el ángulo de dirección del conductor deltaL para la determinación de la magnitud de superposición deltaÜL.

En una unidad de cálculo 132 se determina una tasa de guiñada (teórica) (r_ack) a partir de la relación de Ackermann generalmente conocida:

r_ack = h_ack \cdot deltaL

en donde las magnitudes h_ack y Vcar resultan como se ha indicado más arriba.

Esta tasa de guiñada teóricamente calculada se lee en un formador de valor mínimo 130. Por otro lado, se alimenta el valor r_by ya descrito anteriormente al formador de valor mínimo 130. El formador de valor mínimo 130 determina una especie de valor nominal de tasa de guiñada a partir de las dos magnitudes r_ack y r_by, en donde el signo del valor nominal de la tasa de guiñada en el presente ejemplo de ejecución depende del signo de la tasa de guiñada de Ackermann r_ack (= signo(r_ack)).

El hecho de que la tasa de guiñada de Ackermann r_ack calculada a partir del ángulo de dirección del conductor se tenga en cuenta en el formador de valor mínimo 130 conduce a que se tenga en cuenta el ángulo de dirección del conductor para el caso de que el conductor realice bajo grandes ángulos de flotación y ángulos de marcha oblicua un movimiento de dirección contraria.

Frente a la Figura 5, la variante de ejecución adicional de la Figura 6 se diferencia porque, después del cálculo de la tasa de guiñada de Ackerman r_ack, se ha introducido aún un miembro de retardo de primer orden (símbolo de referencia 234). Este miembro de retardo 234 conduce a una tasa de guiñada de Ackermann modificada r_ack_filtro que contribuye a que el ángulo de dirección deltaL no actúe demasiado directamente sobre la regulación.

Asimismo, después de una unidad de cálculo 216 que, análogamente a las Figuras 4 y 5, sirve para calcular el valor r_by, está incorporado aún un miembro de retardo y predicción 236 que conduce a un valor modificado r_by_filtro. Este miembro contribuye a que esté óptimamente coordinada la regulación en el vehículo. La regulación por medio de los filtros que se acaban de citar es ciertamente recomendable, pero no es forzosamente necesaria.

Por lo demás, los símbolos de referencia 210, 212, 214, 216, 218, 220, 230 y 232 en la Figura 6 designan las mismas partes y unidades funcionales que los símbolos de referencia 110, 112, 114, 116, 118, 120, 130 y 132 en la Figura 5.

El efecto de la presente dirección de superposición con respecto a la estabilidad de marcha se pone claramente de manifiesto con referencia a las Figuras 3 y 7.

En la Figura 3 se ha dibujado la señal r_ack_filtro que proviene de una desviación de dirección deltaL originada por un conductor. La señal r_ack_filtro representa especialmente la tasa de guiñada de Ackermann filtrada en el filtro de retardo 232, la cual se representa como un pico grande (por ejemplo, en forma de una semionda sinusoidal positiva) en el intervalo de tiempo entre 0 y 1 segundo. Mediante la regulación de reacoplamiento descrita con relación a la Figura 6 se obtiene entonces un valor r_by que se desprende también de la Figura 3.

Mediante el filtrado ilustrado en la Figura 6 con respecto a las unidades 234 y 236 (miembros de retardo o miembros de retardo y predicción) se consigue que r_ack_filtro y r_by_filtro reaccionen con sustancialmente la misma rapidez a una entrada de ángulo de dirección. Se diferencian tan sólo cuando se presenta saturación de los neumáticos. Sin saturación de los neumáticos, son aproximadamente iguales, de modo que entonces se cumple aproximadamente

rnom_res \approx r_by_filtro \approx r_ack_filtro

En la salida del formador de valor mínimo 230 se obtiene un valor de tasa de guiñada resultante rnom_res que está representado también en la Figura 3 y que sirve en el sustractor 218 como señal de entrada para la entrada positiva y para formar la magnitud delta_r. Con esta magnitud, multiplicada por el factor de amplificación k en el multiplicador 220, se genera el comando de regulación, el cual representa en el presente caso el ángulo de superposición deltaÜL y se alimenta al sumador 212.

Las repercusiones exactas de esta regulación aparecen claramente de manifiesto en las Figuras 7a a 7l, las cuales muestran las repercusiones de una maniobra de dirección sobre una calzada con un coeficiente de rozamiento de 0,3 en una regulación según la invención. Los gráficos identificados con círculos representan el comportamiento de dirección y el comportamiento del vehículo con la regulación de la Figura 6 según la invención. Los gráficos identificados con cruces muestran el comportamiento de dirección y el comportamiento del vehículo sin tal regulación.

En la Figura 7j se representa una desviación de dirección deltaL que inicia la regulación. Mediante la formación de diferencia en el sustractor 218 se consigue - junto con el factor de multiplicación k - un ángulo de superposición deltavÜL como el que se muestra en la Figura 7l. Por tanto, se llega en conjunto en el sumador 212 a un ángulo de dirección total como el que se indica en la Figura 7k (deltavsum). Este ángulo de dirección es retransmitido a las ruedas.

En la Figura 7k se muestra que el ángulo de dirección (deltavsum) aplicado realmente a las ruedas se mantiene siempre por debajo del ángulo de dirección deltaL prefijado por el conductor (conducción sin dirección de superposición) y, además origina una desviación de dirección opuesta en el espacio de tiempo de aproximadamente 1 segundo. Mediante una modificación de la evolución del ángulo de dirección en las ruedas delanteras provocada por esta estrategia de regulación presentada en la Figura 6 se consigue un comportamiento de marcha sustancialmente estable, lo que muestran las demás representaciones de la Figura 7.

En la Figura 7i se puede apreciar que la aceleración transversal byf del vehículo se encuentra en una zona límite en el intervalo de 0 a 2 segundos. Después de 2 segundos, dicha aceleración vuelve nuevamente a cero. Por el contrario, la aceleración transversal byf sin esta regulación permanece en el valor alto de 3.

En las Figuras 7g y 7h se muestran las fuerzas laterales de las ruedas adelante (Figura 7g) y atrás (Figura 7h) para una desviación de dirección como la que se ha representado en la Figura 7j. En las Figuras 7g y 7h se puede apreciar que en el intervalo de 0 a 2 segundos se presenta una elevada fuerza lateral de las ruedas tanto en la zona delantera como en la zona trasera, pero ésta vuelve a cero al cabo de aproximadamente 2 segundos con una estrategia de regulación según la presente invención. Por el contrario, sin regulación, la fuerza lateral tanto en las ruedas delanteras como en las ruedas traseras permanecería en el valor elevado correspondiente a la saturación de fuerza de los neumáticos.

Se puede hacer también una manifestación semejante con respecto a las Figuras 7e y 7f, en donde se han representado los ángulos de marcha oblicua \alpha adelante (Figura 7e) y atrás (Figura 7f). Se ve en las Figuras 7e y 7f que el ángulo de marcha oblicua se desvía algo de cero dentro de los dos primeros segundos, pero luego vuelve nuevamente a cero. Sin estrategia de regulación, el ángulo de marcha oblicua tendría una deriva continua, lo que expresa un proceso de patinamiento del vehículo.

En la Figura 7d se ha representado el ángulo de flotación \beta. Se puede apreciar también en la Figura 7d que el vehículo puede estabilizarse de nuevo dentro de 2 segundos. Sin la estrategia de regulación, el vehículo comenzaría a patinar.

En la Figura 7c se muestra la tasa de guiñada que se presenta durante el proceso de marcha. En la Figura 7b se representa el comportamiento de marcha del vehículo, visto desde arriba, en un plano XY. En esta ilustración se pone claramente de manifiesto que el conductor conduce de momento en línea recta, después produce una corta, pero vigorosa oblicuidad de dirección hacia la izquierda y luego conduce de nuevo en línea recta. Con la regulación según la invención se recorre así una curva de manera estable y, después de la oblicuidad de dirección, el vehículo se mueve de nuevo en línea recta. Sin embargo, sin la estrategia de regulación, el vehículo se apartaría del rumbo deseado y, por tanto, de la carretera.

En la Figura 8 se muestra una variante para un sistema de mando por cable en el que la columna de dirección mecánica omitida ha sido sustituida en el algoritmo por una función de confort de conducción adicional. Los símbolos de referencia en la Figura 8, que coinciden con los de la Figura 6, designan los mismos equipos y elementos de regulación. En la Figura 8 son nuevos únicamente los símbolos de referencia 802 y 804. El símbolo de referencia 804 designa el actuador no representado en las figuras anteriores. El signo de referencia 802 designa una función de confort de conducción f(deltaL, ... ) que es necesaria para ejecutar la dirección de mando por cable.

Según la Figura 8, el actuador, no representado en las Figuras 4, 5 y 6, recibe adicionalmente un comando de ajuste de la función de confort de dirección 802. Los comandos de ajuste parcial procedentes de la regulación de la tasa de guiñada y de la función de confort de dirección pueden sumarse, como se muestra en la Figura 8, en el sumador 212' para obtener el comando de ajuste total para el actuador 804.

En otras formas de ejecución el procesamiento de la diferencia de regulación (véase, por ejemplo, en la Figura 6 solamente el elemento 220) puede ser más extenso; por ejemplo, pueden estar contenidos miembros de curvas características adicionales, tales como zonas muertas o filtros dinámicos.

Es imaginable también una dependencia paramétrica (planificación) de los miembros de amplificación y filtrado (234, 236, 230, 220) respecto de otras magnitudes dinámicas de marcha, como, por ejemplo, el ángulo de dirección, la velocidad del vehículo, la aceleración transversal, el ángulo de flotación, el ángulo de marcha oblicua, etc.

La determinación de la tasa de guiñada nominal r_ack (elementos 132 ó 232) puede materializarse también por medio de otras funciones, como, por ejemplo, campos característicos o funciones algebraicas, que tengan en cuenta entonces la dependencia respecto del ángulo de dirección, la velocidad del vehículo u otras magnitudes.

La estrategia de regulación presentada puede, además, ser parte de una estrategia de regulación más amplia para la estabilización del vehículo que limite adicionalmente, por un lado, el ángulo de flotación o el ángulo de marcha oblicua trasero, etc. a valores admisibles y/o, por otro lado, agrega adicionalmente también las intervenciones de frenado en situaciones especiales.

Tales sistemas pretenden ser insinuados solamente en las Figuras 9 y 10. En la Figura 10 se representa una estrategia de regulación para una dirección de superposición que agrega intervenciones de frenado en situaciones especiales. Se ha agrupado aquí en un bloque 1010 la regulación de la tasa de guiñada y se ha tenido en cuenta el actuador.

Característico en este caso es que los comandos de ajuste de la estrategia de regulación anteriormente descrita son modificados sólo temporalmente por un elemento de regulación 1020 (señal delta_ÜL_mod) durante la agregación de intervenciones de frenado o durante una limitación activada del ángulo de flotación o del ángulo de marcha oblicua.

Cuando no es necesaria una agregación de intervenciones de frenado ni una reducción del ángulo de flotación, se hace pasar inalterado el comando de ajuste de la estrategia de regulación anterior (delta_ÜL = delta_ÜL_mod) y el procedimiento corresponde a la regulación, tal como conocemos por los ejemplos anteriores. Los restantes elementos de regulación de la Figura 10 corresponden a los respectivos elementos anteriormente descritos.

En la Figura 9 se representa una estrategia de regulación como en la Figura 10, pero ahora para una dirección de mando por cable, en donde se agregan también intervenciones de frenado en situaciones especiales. En este caso, se ha agrupado nuevamente en un bloque 910 la regulación de la tasa de guiñada y se ha tenido en cuenta el actuador. El elemento de regulación 920 corresponde al elemento de regulación 1020 de la Figura 10 y los elementos 902 y 904 corresponden a los elementos 802 y 804 de la Figura 8.

Además, es imaginable también una combinación con una función tal como, por ejemplo, una compensación del par de guiñada perturbador bajo frenados mu-split (mu partido) o bajo cambio de carga o frenado en curva u otras funciones. Todas estas funciones forman entonces respectivos comandos de ajuste parcial que, agrupados, por ejemplo, por una función de suma, dan como resultado el comando de ajuste total para el actuador.

En conjunto, se ha proporcionado con la presente estrategia de regulación una posibilidad sencilla y eficaz para mejorar la estabilidad de marcha en un vehículo, pudiendo servirse de las magnitudes en sí conocidas en el vehículo. Con la presente estrategia no debe tenerse en cuenta una tasa de guiñada nominal que sería necesaria en otros casos. Además, las magnitudes que aquí se emplean proporcionan información sobre el intervalo de saturación de los neumáticos.

Claims (8)

1. Procedimiento para aumentar la estabilidad de marcha en un vehículo que, mediante una intervención de regulación en el vehículo, produce un par de guiñada que contrarresta una inestabilidad del vehículo, en donde la medida de la intervención de regulación depende de un comando de regulador que se determina en función de la diferencia del cociente de la aceleración transversal (by) del vehículo y la velocidad (V) del vehículo, por un lado, y de la tasa de guiñada (r) que realmente se presenta, por otro lado, caracterizado porque como intervención de regulación se emplea una dirección de las ruedas delanteras y/o una dirección de las ruedas traseras, y porque, en caso de que se emplee una dirección de las ruedas delanteras, se superpone un ángulo de dirección adicional al ángulo de dirección prefijado por un conductor, estando determinado el ángulo de dirección adicional por el comando del regulador y eligiéndose el comando del regulador en función del mínimo de los valores absolutos del cociente de la aceleración transversal (by) del vehículo y la velocidad (V) del vehículo, por un lado, y de un valor calculado de la tasa se guiñada, por otro lado, determinándose este valor calculado de la tasa de guiñada en función del ángulo de dirección del conductor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se determina dinámicamente el valor calculado de la tasa de guiñada.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como valor calculado de la tasa de guiñada sirve la tasa de guiñada de Ackermann.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se filtra el valor calculado de la tasa de guiñada, y en particular se filtra este valor con un miembro de retardo de primer orden.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se filtra el valor obtenido a partir del cociente de la aceleración transversal (by) y la velocidad (V) del vehículo, y en particular se filtra este valor con un miembro de retardo y de predicción.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la dirección de las ruedas delanteras es una dirección de superposición o una dirección de mando por cable.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque, en el caso de una dirección de mando por cable, se sustituye la intervención de dirección mecánica omitida por un elemento regulador electrónico propio.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque en el elemento regulador electrónico destinado a sustituir la intervención de dirección mecánica están implementados otros procedimientos reguladores dependientes de parámetros para aumentar el confort de dirección.