ES2308646T3 - Metodo y dispositivo regulador de velocidad par un vehiculo de carretera. - Google Patents
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Abstract
Un método de regulación de velocidad para vehículo de carretera (1), método que comprende las etapas de: detectar la posición de un control del acelerador (11), detecte una velocidad actual (CS) del vehículo (1), detectar una relación de transmisión actual, detectar una velocidad deseada (DS), mediante interpretar qué velocidad de movimiento hacia adelante del vehículo (1) está intentando conseguir el conductor, en función de la posición del control del acelerador (11), de la velocidad actual (CS) del vehículo (1) y de la actual relación de transmisión; donde la velocidad deseada (DS) se calcula mediante combinar de forma algebraica la velocidad actual (CS) con un factor de corrección determinado en función de la posición del control del acelerador (11) y de la actual relación de transmisión; y utilizar la velocidad deseada (DS) para controlar el par motor generado por, al menos, un motor (3) del vehículo (1); el método está caracterizado porque la etapa de utilizar la velocidad deseada (DS) para controlar el par motor generado por el motor (3) del vehículo (1), comprende las subsiguientes etapas de: utilizando un modelo dinámico del vehículo (1), calcular una evolución temporal de una velocidad objetivo (OS), para llevar la velocidad actual (CS) al valor de la velocidad deseada (DS); calcular una evolución temporal de un par objetivo (OT) en las ruedas, que se corresponda con la evolución temporal de la velocidad objetivo (OS); y controlar el motor (3) del vehículo (1) para que se corresponda con la evolución temporal del par objetivo (OT) en las ruedas.
Description
Método y dispositivo regulador de velocidad para
un vehículo de carretera.
La presente invención se refiere a un método y
un dispositivo regulador de velocidad para un vehículo de
carretera.
Convencionalmente, el acelerador está conectado
de forma mecánica directamente al carburador o al sistema de
control de inyección, mediante un cable; en este caso el conductor
tiene un control total sobre el par motor generado por el motor, y
por lo tanto sobre la velocidad del vehículo.
Recientemente se ha propuesto el sistema
conocido como "tracción electrónica", en el que el acelerador
está conectado a un sensor de posición, que lee la posición del
pedal del acelerador y la transmite a una unidad de control que
gestiona el par motor generado por el motor, y por lo tanto la
velocidad del vehículo, tanto en función de los deseos que expresa
el conductor al actuar sobre el pedal del acelerador como en función
de parámetros que dependen esencialmente de la seguridad del
vehículo (por ejemplo, del control de la estabilidad y del
anti-derrape). En otras palabras, cuando se utiliza
el sistema "tracción electrónica" el conductor deja de tener
el control total sobre el par generado por el motor, y por lo tanto
sobre la velocidad del vehículo, y los deseos que el conductor
expresa actuando sobre el pedal del acelerador son siempre filtrados
por una unidad de control, en función de la seguridad del
vehículo.
vehículo.
Tras la introducción de sistemas de "tracción
electrónica", se ha propuesto varios métodos de control al objeto
de optimizar la gestión del par motor generado por el motor, y por
tanto la velocidad del vehículo; además, cuando hay un cambio de
velocidades automático o un cambio de velocidades
servo-asistido, estos métodos de control tienen que
integrar la gestión del par motor generado por el motor, con la
elección de la relación de transmisión óptima.
Se revela un ejemplo en la Especificación de
Patente de EE.UU. 6 819 996 B2, que revela un método de control
para un vehículo de carretera, en el que se calcula la mejor
combinación de la velocidad de rotación del motor y de la relación
de transmisión del cambio de velocidades, en función de la velocidad
actual del vehículo, al objeto de minimizar el consumo de
combustible. Se revela otro ejemplo en la Aplicación de Patente
Alemana DE 1 025 4653 A, que revela un método de control para un
vehículo de carretera, en el que la velocidad del vehículo se
reduce mediante reducir las marchas, en lugar de mediante accionar
los frenos.
Sin embargo, los métodos de control actualmente
disponibles tienen algunos inconvenientes debido a que no siempre
se interpreta correctamente los deseos que expresa el conductor
actuando sobre el pedal del acelerador; además, no siempre se tiene
en cuenta adecuadamente el efecto dinámico debido a la resistencia
al avance (por ejemplo, debido al gradiente positivo o negativo de
la carretera, o a la presencia de viento), con el resultado de que
puede seleccionarse una relación de transmisión inadecuada.
El documento DE 4 425 957 A1 revela un
dispositivo de control de velocidad para vehículo de motor, en el
que se suministra datos en el lado de entrada de una red neuronal
artificial en un dispositivo regulador de la velocidad, que cubre
la discrepancia momentánea entre las velocidades deseada y real, y
también sobre el estado de desplazamiento.
El documento DE 4 301 292 A1 revela un coche
automático completamente manual, donde el funcionamiento del coche
automático utiliza un accionador EM para la válvula de mariposa del
motor; un microprocesador almacena un punto regulado de velocidad
para la comparación con la velocidad real, y una pantalla de tres
dígitos muestra la velocidad. Un sensor mide la velocidad real. Y
pastillas de presión en el volante de la dirección incrementan el
punto de regulación, mostrándose también el nuevo valor en la
pantalla.
El documento DE 10 157 255 A1 revela un método
para mejorar la interacción entre la demanda del conductor, el
sistema de control de la velocidad y el sistema de control de
tracción en un vehículo de combustión interna; el par motor deseado
de salida del motor se ajusta en función de las anteriores entradas
y de las condiciones operativas del vehículo.
El documento EP 0 983 894 A1 revela un sistema
de control de la velocidad del vehículo, activado para controlar la
velocidad del vehículo de forma modificada, en respuesta a las
entradas del conductor. Cuando está activado, la posición del
acelerador define una velocidad objetivo, al objeto de controlar la
velocidad del vehículo hasta la velocidad objetivo.
El documento US 6 104 976 A1 revela un sistema
de control de la velocidad del vehículo, que comprende una sección
para calcular una fuerza de conducción por comando, requerida para
hacer que una velocidad medida del vehículo sea igual a una
velocidad del vehículo preajustada por comando, una sección para
calcular una salida del motor por comando, de acuerdo con la fuerza
de conducción por comando y con la velocidad del vehículo por
comando, una sección para calcular una velocidad del motor por
comando, correspondiente a la salida del motor por comando a partir
de una relación predeterminada de la característica de par motor
frente a velocidad, en un estado de limitación del motor, de
regulación mínima de la válvula de mariposa y de inhibición del
corte de combustible cuando la fuerza de transmisión por comando es
negativa, y una sección para calcular una relación de transmisión
por comando, de acuerdo con la velocidad del motor por comando.
El documento US 6 178 371 A1 revela un método de
control de velocidad para vehículos que tienen un motor de
combustión interna, que controla suavemente el par motor al objeto
de controlar la velocidad del vehículo.
El documento US 2003 176 256 A1 revela un
aparato de salida de potencia, y un cuerpo movible con el aparato
de salida de potencia montado sobre si; la técnica de la invención
establece una relación entre la abertura de la válvula de
estrangulación (correspondiente a la abertura del acelerador), la
velocidad del vehículo y el par motor objetivo de un eje de la
transmisión, para permitir en un estado de funcionamiento de un
sistema de control de velocidad, la entrega de un par de fuerzas de
frenado mayor que un par de fuerzas de frenado que se entrega al
eje de la transmisión en una posición completamente cerrada de la
apertura del acelerador, en un estado inactivo del sistema de
control de velocidad.
El documento US 6 098 007 (que incluye las
características del preámbulo de la reivindicación 1), revela un
dispositivo de control para la dinámica longitudinal de un vehículo
de motor. La invención proporciona un método y un aparato para
controlar la dinámica longitudinal de un vehículo de motor en el
que, como señal de salida de control, se genera al menos una señal
de accionamiento del tren de la transmisión, en función de los
datos de entrada que comprenden el actual estado de tracción del
vehículo y la velocidad longitudinal deseada o la aceleración
longitudinal deseada. Utilizando estos datos de entrada se determina
los valores internos del controlador, para la velocidad
longitudinal deseada y la aceleración longitudinal deseada, y se
determina la señal de accionamiento del tren de la transmisión a
partir de estos, utilizando un modelo inverso de dinámica
longitudinal del vehículo, para tener en cuenta la dinámica no
lineal del comportamiento del vehículo, que es especialmente
relevante en el rango de bajas velocidades del vehículo.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un método y un dispositivo de regulación de velocidad
para un vehículo de carretera, que carezcan de los inconvenientes
descritos arriba y que además sean de fabricación sencilla y
económica.
La presente invención se refiere a un método y
un dispositivo de regulación de velocidad para un vehículo de
carretera, tal como se enuncia en las reivindicaciones anexas.
Se describirá la invención en relación con los
dibujos anexos, que muestran una realización no limitativa de esta,
y en los cuales:
la figura 1 es una vista diagramática de un
vehículo automóvil provisto con un dispositivo de regulación de
velocidad, de acuerdo con la presente invención;
la figura 2 es un diagrama de control,
implementado por el dispositivo de regulación de velocidad de la
figura 1;
la figura 3 es una vista diagramática de un
tablero de instrumentos del vehículo automóvil de la figura 1.
En la figura 1 se muestra con el número 1
globalmente un vehículo automóvil, y este comprende un espacio del
motor 2 dispuesto en una posición frontal y que aloja un motor de
combustión interna 3. El motor de combustión interna 3 comprende un
eje de la transmisión 4, que transmite el movimiento a las ruedas de
tracción delantera 5, a través de la transmisión 6. La transmisión
6 comprende un engranaje servoasistido 7 interpuesto entre el eje
de transmisión 4 y un cambio de velocidades servoasistido 8 que
tiene una salida permanentemente conectada a las ruedas delanteras
5, a través de la interposición de un diferencial (no mostrado) y un
par de palieres (no mostrados).
El vehículo automóvil 1 comprende además un
espacio de pasajeros 9 provisto con un asiento delantero para el
conductor y un volante de la dirección 10, un control del acelerador
11 (en concreto, un pedal del acelerador 11), un control del freno
12 (en concreto, un pedal del freno 12) y un tablero de instrumentos
13 que comprende una pluralidad de instrumentos y controles por
pulsador/conmutador (no mostrados en detalle).
De acuerdo con una realización preferida, el
cambio de velocidades servoasistido 8 puede funcionar tanto de
forma automática, donde las marchas se seleccionan automáticamente
sin intervención del conductor excepto para seleccionar la marcha
atrás, como de forma manual, en la cual el conductor solicita un
cambio de velocidad mediante un par de palancas (no mostradas en
detalle) dispuestas en la localización del volante de la dirección
10.
El pedal del acelerador 11 está provisto con un
sensor de posición (no mostrado), que está adaptado para calcular
en tiempo real la posición del pedal del acelerador 11, y para
traducir esta posición a una señal eléctrica de tipo analógico o
digital. El pedal del freno 12 también está provisto con un sensor
de posición (no mostrado), que está adaptado para calcular en
tiempo real la posición del pedal del freno 12, y para traducir esta
posición a una señal eléctrica de tipo analógico o digital.
Hay una unidad de control 14 instalada sobre el
tablero del vehículo automóvil 1, y está adaptada para recibir como
entrada las señales eléctricas que indican la posición del pedal del
acelerador y la posición del pedal del freno 12, al objeto de
controlar tanto el motor de combustión interna 3 como el embrague
servoasistido 7 y el cambio de velocidades 8. En función de la
posición del pedal del acelerador 11 y de la posición del pedal del
freno 12, la unidad de control 14 intenta en concreto interpretar la
velocidad deseada del conductor, es decir intenta interpretar qué
velocidad del movimiento en avance del vehículo automóvil 1 está
intentando conseguir el conductor, o velocidad deseada DS, y
después intenta aplicar esta velocidad deseada, es decir intenta
gestionar el motor de combustión interna 3 y el cambio de
velocidades servoasistido 8, para traer el vehículo automóvil 1 a
la velocidad deseada DS, en el mínimo tiempo posible dentro de la
compatibilidad con requisitos de seguridad, confort y ahorro de
energía.
De acuerdo con una realización preferida, el
tablero de instrumentos 13 está también provisto con un dispositivo
de control de velocidad 15 que puede ser utilizado por el conductor
como alternativa al pedal del acelerador 11, y permite el conductor
introducir una velocidad deseada DS que se mantiene sin ninguna
acción sobre el pedal del acelerador 11.
El tablero de instrumentos 13 comprende además
una pantalla 16 que está dirigida por la unidad de control 14, para
mostrar en tiempo real la velocidad deseada DS interpretada por la
unidad de control 14. En otras palabras, en función de la posición
del pedal del acelerador 11 y de la posición del pedal del freno 12,
la unidad de control 14 intenta interpretar la velocidad deseada
por el conductor, mediante calcular una velocidad deseada DS que se
utiliza para controlar el par motor generado por el motor de
combustión interna 3; esta velocidad deseada DS se muestra también
en la pantalla 16, de modo que el conductor está al tanto del efecto
final de las órdenes que ha impartido al pedal del acelerador 11 y
al pedal del freno 12.
De acuerdo con otra realización (no mostrada),
la unidad de control 14 simplemente interpreta la velocidad deseada
por el conductor, mediante calcular la velocidad deseada DS, y
muestra está velocidad deseada DS sobre la pantalla 16; sin
embargo, esta velocidad deseada DS no se utilizará en modo alguno
por parte de la unidad de control 14 para gestionar el motor de
combustión interna 3 y el cambio de velocidades servoasistido 8, y
es una mera previsión del efecto final de las órdenes impartidas por
el conductor.
La figura 2 muestra un diagrama del control
implementado por la unidad de control 14.
Como se muestra en la figura 2, las señales de
posición procedentes del pedal del acelerador 11 y del pedal del
freno 12 se suministran a un bloque de interpretación 17, que está
adaptado para interpretar la velocidad deseada por el conductor. En
el bloque de interpretación 17, la velocidad deseada DS se calcula
en función de la posición del pedal del acelerador 11, de la
posición del pedal del freno 12, de la velocidad actual CS del
vehículo 1 y de la actual relación de transmisión (es decir, la
marcha engrandada en el cambio de velocidades 8). En concreto, la
velocidad deseada DS está entre cero y el valor máximo que puede
alcanzar el vehículo 1, y es siempre positiva (incluso cuando se ha
puesto la marcha atrás en el cambio de velocidades 8); además, la
velocidad deseada DS se incrementa en relación con la posición del
pedal del acelerador 11 y disminuye en relación con la posición del
pedal del freno 12.
De acuerdo con una realización preferida, la
velocidad deseada DS se calcula mediante combinar de forma
algebraica (en concreto, sumar) la velocidad actual CS, con un
factor de corrección determinado en función de la posición del
pedal del acelerador 11, de la posición del pedal del freno 12 y de
la actual relación de transmisión.
De acuerdo con una realización, la posición del
pedal del freno 12 se expresa exclusivamente mediante una señal
lógica que asume solo un primer valor correspondiente a un pedal del
freno 12 no presionado, y un segundo valor correspondiente a un
pedal del freno 12 presionado.
La velocidad deseada DS calculada por el bloque
de interpretación 17 es suministrada a un coordinador 18, junto con
una señal de velocidad generada por el dispositivo de control de
velocidad 15. La señal de velocidad generada por el dispositivo de
control de velocidad 15 es siempre cero, salvo que el conductor haya
accionado expresamente el dispositivo de control de velocidad 15.
El coordinador 18 decide si utilizar la velocidad deseada DS
calculada por el bloque de interpretación 17, o utilizar la señal de
velocidad generada por el dispositivo de control de velocidad 15.
En una realización preferida, el coordinador 18 aplica solo una
función máxima, y suministra como salida el mayor valor entre la
velocidad deseada DS calculada por el bloque de interpretación 17,
y la señal de velocidad generada por el dispositivo de control de
velocidad 15.
El coordinador 18 suministra el valor de
velocidad deseada DS, tanto a la pantalla 16 que simplemente muestra
el valor de la velocidad deseada DS, como a un bloque de simulación
19 que calcula la evolución temporal de una velocidad objetivo OS,
para que la velocidad actual CS esté en línea con la velocidad
deseada DS.
De acuerdo con una realización preferida, la
pantalla 16 está provista con un filtro de tipo paso bajo, para
someter la velocidad deseada DS a un filtrado de tipo paso bajo
antes de su visualización, al objeto de evitar una variación
demasiado rápida en la visualización.
La evolución temporal de la velocidad objetivo
OS se calcula mediante utilizar un modelo dinámico del vehículo 1,
que representa solo el movimiento longitudinal del vehículo 1 y
recibe como entrada la velocidad deseada DS, la velocidad actual CS
del vehículo 1, la actual relación de transformación, una estimación
de la carga resistente en las ruedas, el mínimo par motor que puede
activarse en las ruedas de tracción 5 y el máximo par motor que
puede activarse en las ruedas de tracción 5. Los valores máximo y
mínimo de par motor que puede activarse en la rueda de tracción 5,
se calculan en función de la actual relación de transmisión, en
función de los valores máximo y mínimo de par motor que pueden
proporcionarse por el motor de combustión interna 3, y en función
de la estimación de las pérdidas de par motor provocadas por la
transmisión 6.
Se apreciará que la velocidad objetivo OS varía
siempre de forma coherente con la variación de la velocidad deseada
DS, de forma que cuando se incrementa la velocidad deseada DS, la
velocidad objetivo OS se incrementa también, y cuando disminuye la
velocidad deseada DS, también disminuye la velocidad deseada OS.
También se apreciará que la velocidad objetivo OS varía siempre más
lentamente que la velocidad deseada DS. Siguiendo cualquier
variación en la relación de transmisión, el valor de la velocidad
actual CS del vehículo 1 se asigna siempre a la velocidad objetivo
OS.
La estimación de la carga resistente en las
ruedas se lleva a cabo mediante el bloque de estimación 20, que
inicialmente calcula la velocidad de variación de la carga existente
en las ruedas, por medio de una estimación asintótica basada en un
observador de estado en función del par motor actualmente
suministrado por el motor 3, de la velocidad de rotación de un eje
de entrada del cambio de velocidades 8, de la velocidad actual CS
del vehículo 1 y de la actual relación de transmisión; la estimación
de la carga resistente en las ruedas, se calcula como una
integración en el tiempo, de la velocidad de variación temporal de
la estimación de la carga resistente en las ruedas. Es importante
notar que las principales no linealidades de la característica
elástica de la transición, están incluidas en un modelo utilizado en
la síntesis del observador.
La relación temporal de la velocidad objetivo OS
se transmite desde el bloque de simulación 19 a un bloque de
control 21, que calcula una evolución temporal de un par objetivo OT
en las ruedas, que satisfaga la evolución temporal de la velocidad
objetivo OS; el par objetivo OT en las ruedas, se utiliza después
para controlar el motor de combustión interna 3.
La evolución temporal del par objetivo OT en las
ruedas, se calcula como una función de la evolución temporal de la
velocidad objetivo OS, de la velocidad actual CS del vehículo 1, de
la actual relación de transmisión, de la estimación de la carga
resistente en las ruedas, del mínimo par que puede ser accionado en
las ruedas de tracción 5 y del máximo par que puede ser accionado
en las ruedas de tracción 5.
La evolución temporal del par objetivo OT en las
ruedas, se transmite desde el bloque de control 21 a un coordinador
22 de las peticiones de par en las ruedas, que genera un valor del
par requerido RT en las ruedas, que se utiliza directamente para
controlar el motor de combustión interna 3. Es preferible que el
valor del par requerido RT en las ruedas, esté siempre limitado a
un rango entre los pares motor mínimo y máximo, que pueden ser
accionados en las ruedas de tracción 5.
El coordinador 22 de las solicitudes de par en
las ruedas, recibe como entrada la evolución temporal del par
objetivo OT en las ruedas procedente del bloque de control 21, una
evolución temporal de un par de estabilización ST procedente de un
sistema de control de tracción y estabilidad 23, y una evolución
temporal de un par de amortiguación DT procedente de un sistema de
amortiguación 24.
El par de estabilización ST va acompañado de un
dato que indica la operación de incrementar o disminuir el par
motor; si se solicita una disminución, se tiene en cuenta el valor
mínimo entre el par objetivo OT en las ruedas y el par de
estabilización ST, mientras que si se solicita un incremento se
tiene en cuenta el valor máximo entre el par objetivo OT en las
ruedas y el par de estabilización ST.
El par de amortiguamiento DT se suma de forma
algebraica al par objetivo OT en las ruedas, si el control de
tracción y estabilidad no está activo, es decir si el par de
estabilización ST no asume valores significativos; tanto del par de
amortiguamiento DT como el par objetivo OT en las ruedas, pueden ser
positivos o negativos. El par objetivo OT en las ruedas, asume en
concreto valores negativos cuando se solicita una desaceleración
del vehículo 1, por ejemplo debido a que la velocidad actual CS es
mayor que la velocidad objetivo OS; en este caso, el valor negativo
del par objetivo OT en las ruedas se traduce en una acción de
frenado del motor, y si es necesario en una reducción de marcha
respecto de la acoplada en el cambio de velocidades 8.
El sistema de control de tracción y estabilidad
23 calcula el par de estabilización ST necesario para garantizar la
seguridad del vehículo 1 en condiciones críticas, y en concreto
cuando las ruedas de tracción pierden adherencia y cuando la
estabilidad del vehículo 1 es precaria (por ejemplo, cuando hay
riesgo de girar en redondo). El objetivo del par de estabilización
ST es cancelar o limitar el deslizamiento de las ruedas de tracción
delantera 5 y/o reajustar la estabilidad del vehículo 1; para
asegurar que la acción del sistema de control de tracción y
estabilidad 23 es tan eficiente como sea posible, el par de
estabilización ST siempre tiene prioridad sobre el par de
amortiguamiento DT y el par objetivo OT. En concreto, si el par de
estabilización ST asume valores significativos, el coordinador 22
ignora entonces el par de amortiguamiento DT.
Para reducir costes de producción y obtener una
resistencia mecánica adecuada, normalmente la transmisión 6 no se
somete a mucho amortiguamiento; la función del par de
amortiguamiento DT es imponer un amortiguamiento controlado sobre
la transmisión 6, que es mucho mayor que el amortiguamiento natural
de la propia transmisión 6. De este modo, el grado de confort
percibido por el conductor del vehículo 1 se incrementa
substancialmente a medida que se amortigua la aceleración
longitudinal del vehículo 1, es decir está libre o casi libre de
fenómenos de oscilación, tanto cuando la relación de transmisión
está fija como durante las etapas de arranque y de cambio en la
relación de transmisión.
\newpage
La evolución temporal del par de amortiguamiento
DT es calculada mediante el sistema de amortiguamiento 24, para
minimizar los fenómenos de oscilación en la transmisión 6 del
vehículo 1. En concreto, el sistema de amortiguamiento 24 calcula
la evolución temporal del par de amortiguamiento 24, mediante
multiplicar una velocidad de variación temporal de un ángulo de
torsión de la transmisión 6, por un coeficiente negativo que depende
del valor de este ángulo de torsión.
El valor del ángulo de torsión de la transmisión
6 y el valor de la velocidad de variación temporal de este ángulo
de torsión, son estimados por el bloque de estimación 20. La
velocidad de variación en el tiempo del ángulo de torsión de la
transmisión 6, se calcula por medio de una estimación asintótica
basada en un observador de estado, en función del par motor
aplicado actualmente por el motor 3, de la velocidad de rotación de
un eje de entrada del cambio de velocidades 8, de la velocidad
actual CS del vehículo 1, y de la actual relación de transmisión;
el ángulo de torsión de la transmisión 6 se calcula como una
integración temporal de la velocidad de variación en el tiempo de
este ángulo de torsión. Las no linealidades principales de la
característica elástica de la transmisión 6, están incluidas en un
modelo utilizado en la síntesis del observador.
El valor del par requerido RT en las ruedas es
suministrado por el coordinador 22 de las solicitudes de par en las
ruedas, y por un coordinador 25 de la unidad de motor 3/transmisión
6, que calcula una relación de transmisión objetivo, y de ese modo
un valor del par requerido TT a la entrada del cambio de velocidades
8. En particular, el coordinador 25 de la unidad de motor
3/transmisión 6, calcula inicialmente la relación de transmisión a
ser aplicada, de forma que el par en las ruedas de tracción 5 puede
conseguirse con tanta precisión como sea posible; a continuación,
puesto que se conoce la relación de transmisión objetivo, el
coordinador 25 de la unidad de motor 3/transmisión 6 calcula el
valor del par requerido TT a la entrada del cambio de velocidades
8.
Una limitación que se impone sobre el cálculo de
la relación de transmisión, es la continuación de un tiempo mínimo
para evitar cualesquiera cambios de relación no deseados, o cambios
de relación que están demasiado próximos. En otras palabras, el
coordinador 25 de la relación de motor 3/transmisión 6, actúa de
forma que mantiene la velocidad engranada actualmente, durante un
tiempo no inferior a un valor mínimo predeterminado (que puede
variarse en función del estilo de la conducción).
El valor de par requerido TT a la entrada del
cambio de velocidades 8, es suministrado por el coordinador 25 de
la unidad de motor 3/transmisión 6, a un coordinador 26 de las
peticiones de par motor, que genera como salida una señal de
control para el control de los accionadores, que regula la
generación de par motor del motor de combustión interna 3. La señal
de control generada por el coordinador 26 de las peticiones de par
motor, está formada por un primer valor que indica el valor de
control del par motor instantáneo y se utiliza para controlar los
accionadores que tienen un efecto rápido sobre la generación del par
motor, y un segundo valor que indica el valor de control del par
motor pronosticado y se utiliza para controlar los accionadores que
tienen un defecto lento sobre la generación de par motor.
La relación de transmisión objetivo, se
suministra a un controlador 27 del cambio de velocidades 8, que
utiliza esta señal para calcular la actual relación de transmisión.
De acuerdo con la realización mostrada en la figura 2, la relación
de transmisión objetivo se suministra también a la pantalla 16 para
que muestre esta información. El método de visualización puede
tener lugar tanto cuando el cambio de velocidades 8 funciona
automáticamente, como cuando el cambio de velocidades 8 funciona
manualmente. En este último caso, la información es una sugerencia
al
conductor.
conductor.
De acuerdo con una realización diferente (no
mostrada), el valor del par requerido RT en las ruedas es
suministrado por el coordinador 22 de solicitudes de par en las
ruedas, directamente al coordinador 26 de las solicitudes de par
motor; esta realización se utiliza cuando el cambio de velocidades 8
se controla manualmente.
De acuerdo con una realización diferente (no
mostrada), el motor de combustión interna 3 es sustituido por un
motor eléctrico reversible, equivalente.
De acuerdo con otra realización, el vehículo 1
está además provisto con al menos un motor eléctrico reversible 28,
que puede funcionar en combinación con el motor de combustión
interna 3 o como alternativa a este. El eje del motor eléctrico 28
puede conectarse mecánicamente al cambio de velocidades 8,
directamente o bien a través de su propio embrague, o bien el eje
del motor eléctrico 28 puede conectarse directamente de forma
mecánica a las ruedas de tracción delantera 5. En este caso, el
coordinador 25 de la unidad de motor 3/transmisión 6, distribuye el
valor del par motor requerido RT a la entrada del cambio de
velocidades 8, entre el motor de combustión interna 3 y el motor
eléctrico 28. Para el propósito de esta distribución, se tiene en
cuenta los siguientes datos:
- la actual velocidad de rotación del motor de combustión interna 3;
- el estado de combustión del motor de combustión interna 3 (es decir, si la combustión está o no activa),
- la medida de carga del motor de combustión interna 3 (por ejemplo, la presión o el flujo de admisión),
- la velocidad de rotación del motor eléctrico 28,
- el estado operativo del motor eléctrico 28 (es decir, si la activación de alimentación del motor eléctrico 28 está encendida o apagada),
- una medida de carga del motor eléctrico 28 (por ejemplo, la corriente absorbida por la activación de alimentación del motor eléctrico 28),
- el par actualmente suministrado por el motor de combustión interna 3,
- el par mínimo que puede ser suministrado por el motor de combustión interna 3,
- el par máximo que puede ser suministrado por el motor de combustión interna 3,
- el par actualmente suministrado por el motor eléctrico 28,
- el par mínimo que puede ser suministrado por el motor eléctrico 28,
- el par máximo que puede ser suministrado por el motor eléctrico 28.
La lógica de distribución del valor del par
motor requerido RT a la entrada del cambio de velocidades 8, puede
tener el propósito de provocar que cada motor trabaje en las
condiciones dinámicas que son las más adecuadas al tipo de motor,
al objeto de optimizar la eficiencia y minimizar así el consumo.
Típicamente, el motor de combustión interna 3 se gestiona con un
par objetivo que varía con un gradiente relativamente limitado,
mientras que el motor eléctrico 28 se gestiona con un par objetivo
que varía rápidamente. En otras palabras, el coordinador 25 de la
unidad de motor 3/transmisión 6 separa la dinámica del motor de
combustión interna 3 respecto de la dinámica del motor eléctrico
28. De esta forma, cada motor puede siempre perseguir su propio
objetivo de la mejor forma posible, en relación con sus propias
capacidades dinámicas.
Como alternativa, la lógica de distribución del
valor del par motor requerido RT a la entrada del cambio de
velocidades 8, puede dar prioridad al uso del motor eléctrico 28, y
limitar el uso del motor de combustión interna 3 solo a los casos
de absoluta necesidad, al objeto de minimizar las emisiones
contaminantes generadas por el vehículo 1 (típicamente, durante
desplazamientos en áreas urbanas con tráfico limitado).
Como se muestra en líneas a trazos en la figura
2, en el caso de mal funcionamiento de la cadena de control
descrita arriba, está prevista una operación de emergencia en la que
el par motor generado por el motor de combustión interna 3 del
vehículo 1 se controla directamente, en función de la posición del
pedal del acelerador 11. En otras palabras, la evolución temporal
del par objetivo OT en las ruedas, se calcula única y exclusivamente
en función de la posición del pedal del acelerador 11,
sustancialmente como ya se hace en vehículos actualmente disponibles
comercialmente.
La figura 3 muestra una posible realización del
tablero de instrumentos 13, que comprende un panel plano 29
dispuesto frente al conductor, tras el volante de la dirección 10, y
que contiene cuatro instrumentos analógicos. En concreto, estos
cuatro instrumentos analógicos son un indicador del nivel de
combustible 30, un cuentarrevoluciones 31, un taquímetro 32 y un
termómetro 33 de la temperatura de un fluido refrigerador del motor
de combustión interna 3. El panel 29 soporta además la pantalla 16
(en concreto, una pantalla LCD) que indica la velocidad deseada DS,
y otra pantalla 34 (en concreto, una pantalla LCD) que en una zona
superior indica una velocidad acoplada actualmente en el cambio de
velocidades 8, y en una zona inferior indica una marcha sugerida
para el cambio de velocidades 8. La pantalla 16 y la pantalla 34
están en una disposición alineada verticalmente, de tal forma que
están una sobre la otra. La pantalla 16 y la pantalla 34 están
además dispuestas entre el cuentarrevoluciones 31 y el taquímetro
32.
El método y el dispositivo de regulación de
velocidad descritos arriba tienen una serie de ventajas, puesto que
hacen posible interpretar correctamente, en cualquier situación, los
deseos que el conductor expresa en términos de velocidad del
vehículo 1, mediante actuar sobre el pedal del acelerador 11 y sobre
el pedal del freno 12. Además, el conductor es apropiadamente
asistido e informado a través de la pantalla, tanto de la velocidad
real a través del taquímetro 32 como de la velocidad deseada DS a
través de la pantalla 16. Es importante notar que, como resultado
de la visualización de la velocidad deseada DS, la conducción del
vehículo 1 es más sencilla y más agradable. Además, se reduce
sustancialmente la posibilidad de rebasar de forma inadvertida los
límites de velocidad autorizados.
El método y el dispositivo de regulación de
velocidad descritos arriba, hacen posible optimizar la elección de
la relación de transmisión, en el funcionamiento automático del
cambio de velocidades 8 en cualquier situación, y en concreto
cualquiera que sea la extensión de la carga del vehículo debida a la
pendiente, al viento o a variaciones en la masa del vehículo (por
ejemplo, generadas por un diferente número de pasajeros, o por
cambios en la carga alojada en el maletero o en la carga dispuesta
en la baca).
\vskip1.000000\baselineskip
- \bullet
- US 6 819 996 B2 [0005]
- \bullet
- DE 10 251 653 A [0005]
- \bullet
- DE 4 425 957 A1 [0007]
- \bullet
- DE 4 301 292 A1 [0008]
- \bullet
- DE 10 157 255 A1 [0009]
- \bullet
- EP 0 983 894 A1 [0010]
- \bullet
- US 6 104 976 A1 [0011]
- \bullet
- US 6 178 371 A1 [0012]
- \bullet
- US 2003 176 256 A1 [0013]
- \bullet
- US 6 098 007 A [0014].
Claims (31)
1. Un método de regulación de velocidad para
vehículo de carretera (1), método que comprende las etapas de:
- detectar la posición de un control del acelerador (11),
- detecte una velocidad actual (CS) del vehículo (1),
- detectar una relación de transmisión actual,
- detectar una velocidad deseada (DS), mediante interpretar qué velocidad de movimiento hacia adelante del vehículo (1) está intentando conseguir el conductor, en función de la posición del control del acelerador (11), de la velocidad actual (CS) del vehículo (1) y de la actual relación de transmisión; donde la velocidad deseada (DS) se calcula mediante combinar de forma algebraica la velocidad actual (CS) con un factor de corrección determinado en función de la posición del control del acelerador (11) y de la actual relación de transmisión; y
- utilizar la velocidad deseada (DS) para controlar el par motor generado por, al menos, un motor (3) del vehículo (1);
- el método está caracterizado porque la etapa de utilizar la velocidad deseada (DS) para controlar el par motor generado por el motor (3) del vehículo (1), comprende las subsiguientes etapas de:
- utilizando un modelo dinámico del vehículo (1), calcular una evolución temporal de una velocidad objetivo (OS), para llevar la velocidad actual (CS) al valor de la velocidad deseada (DS);
- calcular una evolución temporal de un par objetivo (OT) en las ruedas, que se corresponda con la evolución temporal de la velocidad objetivo (OS); y
- controlar el motor (3) del vehículo (1) para que se corresponda con la evolución temporal del par objetivo (OT) en las ruedas.
2. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 1, en el que la velocidad deseada (DS) se visualiza
por medio de un instrumento de visualización específico (16)
dispuesto en un tablero de instrumentos (13) del vehículo (1).
3. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 2, en el que antes de que la velocidad deseada (DS)
sea mostrada por el instrumento de visualización (16), es filtrada
por un filtro de tipo paso bajo.
4. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 1, la 2 o la 3, en el que se determina la posición de
un control del freno (12), calculándose la velocidad deseada (DS)
también en función de la posición del control del freno (12).
5. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que se determina una velocidad
ajustada mediante un dispositivo de control de velocidad (15), la
velocidad deseada (DS) calculándose también en función de la
velocidad ajustada por el dispositivo de control de velocidad
(15).
6. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 5, en el que se toma la velocidad deseada (DS) con un
valor igual al valor máximo entre la velocidad ajustada por el
dispositivo de control de velocidad (15) y la velocidad calculada
en función del control del acelerador (11), de la velocidad actual
(CS) del vehículo (1) y de la actual relación de transmisión.
7. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que la evolución temporal de la
velocidad objetivo (OS) se calcula utilizando un modelo dinámico del
vehículo (1), que representa solo el movimiento longitudinal del
vehículo (1), y recibe como entrada la velocidad deseada (DS), la
velocidad actual (CS) del vehículo (1), la actual relación de
transmisión y la estimación de la carga resistente en las
ruedas.
8. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 7, en el que el modelo dinámico del vehículo (1)
recibe también como entrada, el par mínimo que puede aplicarse en
las ruedas del vehículo (1) y el par máximo que puede aplicarse en
las ruedas del vehículo (1).
9. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 7 o la 8, en el que la velocidad de variación de la
carga resistente en las ruedas, se calcula mediante un estimación
asintótica basada en un observador de estado, en función del par
motor suministrado actualmente por el motor (3), de la velocidad de
rotación de un eje de entrada de un cambio de velocidades (8), de
la velocidad actual (CS) del vehículo (1) y de la actual relación
de transmisión, calculándose la estimación de la carga resistente en
las ruedas como una integración en el tiempo de la velocidad de
variación temporal de la estimación de la carga resistente en las
ruedas.
10. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 9, en el que las principales no linealidades de las
características elásticas de una transmisión (6) del vehículo (1),
están incluidas en un modelo utilizado en la síntesis del
observador.
11. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que se impone que la velocidad
objetivo (OS) varíe siempre de forma coherente con la variación de
la velocidad deseada (DS), de modo que cuando se incrementa la
velocidad deseada (DS) se incrementa también la velocidad objetivo
(OS), y cuando disminuye la velocidad deseada (DS) disminuye
también la velocidad objetivo (OS).
12. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que se impone que la velocidad
objetivo (OS) siempre varíe más lentamente que la velocidad deseada
(DS).
13. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que tras cada variación de la
relación de transmisión, el valor de la velocidad actual (CS) del
vehículo (1) se asigna siempre a la velocidad objetivo (OS).
14. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 13, en el que la evolución temporal del par
objetivo (OT) en las ruedas, se calcula en función de la evolución
temporal de la velocidad objetivo (OS), de la velocidad actual (CS)
del vehículo (1), de la actual relación de transmisión y de la
estimación de la carga resistente en las ruedas.
15. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 14, en el que la velocidad de variación de la carga
resistente en las ruedas se calcula mediante un estimación
asintótica basada en un observador de estado, en función del par
motor suministrado actualmente por el motor (3), de la velocidad de
rotación de un eje de entrada de un cambio de velocidades (8), de
la velocidad actual (CS) del vehículo (1) y de la relación de
transmisión, calculándose la estimación de la carga resistente en
las ruedas como una integración en el tiempo de la velocidad de
variación temporal de la estimación de la carga resistente en las
ruedas.
16. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 15, en el que las principales no linealidades de la
característica elástica de una transmisión (6) del vehículo (1),
están incluidas en un modelo utilizado en la síntesis del
observador.
17. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 14, la 15 o la 16, en el que la evolución temporal
del par objetivo (OT) en las ruedas, está también incluida como una
función del mínimo par que puede aplicarse a las ruedas del
vehículo (1), y del máximo par que puede aplicarse a las ruedas del
vehículo (1).
18. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 17, en el que la evolución temporal del par
objetivo (OT) en las ruedas se suministra a un coordinador (22) de
las peticiones de par en las ruedas, que genera un valor de par
requerido (RT) en las ruedas, que se utiliza para controlar el motor
(3) del vehículo (1).
19. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 18, en el que se calcula un evolución temporal de un
par de amortiguación (DT), para minimizar fenómenos de oscilación
en una transmisión (6) del vehículo (1), suministrándose la
evolución temporal del par de amortiguación (DT) al coordinador (22)
de las solicitudes de par en las ruedas, para su suma algebraica a
la evolución temporal del par objetivo (OT) en las ruedas.
20. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 19, en el que se estima un ángulo de torsión de la
transmisión (6) del vehículo (1), y se estima una velocidad de la
variación temporal del ángulo de torsión de la transmisión (6) del
vehículo (1), calculándose la evolución temporal del par de
amortiguación (DT) mediante multiplicar la velocidad de variación
temporal del ángulo de torsión, por un coeficiente negativo que
depende del valor del ángulo de
torsión.
torsión.
21. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 20, en el que la velocidad de la variación temporal
del ángulo de torsión se calcula mediante un estimación asintótica
basada en un observador de estado, en función del par motor
actualmente suministrado por el motor (3), de la velocidad de
rotación de un eje de entrada de un cambio de velocidades (8), de
la velocidad actual (CS) del vehículo (1) y de la actual relación de
transmisión, calculándose el ángulo de torsión de la transmisión
(6) del vehículo (1) como una integración en el tiempo de la
velocidad de variación temporal del ángulo de torsión.
22. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 21, el que las principales no linealidades de la
característica elástica de una transmisión (6) del vehículo (1),
están incluidas en un modelo utilizado en la síntesis del
observador.
23. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 20, la 21 o la 22, en el que un sistema de control de
tracción y estabilidad genera una evolución temporal de un par de
estabilización (ST), que es suministrada al coordinador (22) de
solicitudes de par en las ruedas, para ser combinada con la
evolución temporal del par objetivo (OT) en las ruedas.
\newpage
24. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 23 en el que, si el par de estabilización (ST) adopta
valores significativos, el coordinador (22) de las solicitudes de
par en las ruedas desprecia el par de amortiguación (DT).
25. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 18 a 24, en el que el valor del par requerido (RT)
en las ruedas se suministra a un coordinador (26) de las solicitudes
de par motor, que genera una señal de control como salida, para el
control de los accionadores que regulan la generación del par del
motor (3).
26. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 18 a 24, en el que el valor del par requerido (RT)
en las ruedas se suministra un coordinador (25) de la unidad de
motor (3)/transmisión (6), que calcula un valor de par requerido
(TT) a la entrada de un cambio de velocidades (8), y una relación de
transmisión objetivo.
27. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 26, en el que el valor del par motor requerido (RT) a
la entrada del cambio de velocidades (8) se suministrada a un
coordinador (26) de las solicitudes de par motor, que genera como
salida una señal de control para el control de los accionadores que
regulan la generación del par del motor (3).
28. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 27, en el que la señal de control generada por el
coordinador (26) de las solicitudes de par motor, está formada por
un primer valor que indica el valor de control del par motor
instantáneo, y se utiliza para controlar los accionadores que tienen
un efecto rápido sobre la generación del par motor, y un segundo
valor que indica el valor de control del par motor previsto, y se
utiliza para controlar los accionadores que tienen un efecto lento
en la generación del par motor.
29. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 26, en el que se proporciona una pluralidad de
motores (3, 28) entre los que se distribuye el valor del par motor
requerido (RT) a la entrada del cambio de velocidades (8).
30. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 29, en el que el valor del par motor requerido (RT) a
la entrada de camiones velocidades (8) es distribuido entre los
motores (3, 28), separando la dinámica de estos motores (3, 28).
31. Un método como el reivindicado en una de las
reivindicaciones 1 a 30 en el que, en una situación de emergencia,
el par motor generado por el motor (3) del vehículo (1) se controla
directamente en función de la posición del control del acelerador
(11).
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