ES2317473T3 - Sistema y procedimiento de control de giro de las ruedas traseras de un vehiculo automovil con cuatro ruedas directrices. - Google Patents
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Abstract
Sistema de control de giro de ruedas traseras directrices situado a bordo de un vehículo automóvil (1) con cuatro ruedas directrices (2, 3, 4, 5), caracterizado porque incluye unos medios de elaboración (6) para elaborar una orden de giro (alfa r) de las ruedas traseras (4, 5), reduciendo el desfase entre la aceleración lateral (gamma l) del vehículo (1) y la velocidad de guiñada ( psi'') del vehículo (1) en función de: - la velocidad longitudinal (VL) del vehículo (1); - el ángulo (alfaf) de giro de las ruedas delanteras (2, 3) del vehículo (1); y - la ganancia estática (GS1) de la velocidad de guiñada (Psi'') con respecto a la posición angular del volante.
Description
Sistema y procedimiento de control de giro de
las ruedas traseras de un vehículo automóvil con cuatro ruedas
directrices.
La presente invención se refiere a los vehículos
automóviles con cuatro ruedas directrices, y más concretamente al
control de giro de las ruedas traseras directrices.
De manera clásica, los vehículos automóviles
están dotados de un chasis, de un habitáculo y de ruedas unidas al
chasis por un mecanismo de suspensión con unas ruedas delanteras
directrices controladas por un volante a disposición del conductor
en el habitáculo de vehículo. Los vehículos de cuatro ruedas
directrices poseen, por otra parte, unas ruedas traseras directrices
controladas por un mecanismo adaptado.
El documento US 4947326 describe un sistema así
como un procedimiento de control de giro de ruedas traseras
directrices situado a bordo de un vehículo automóvil de cuatro
ruedas directrices, en el que la orden de giro de las ruedas
traseras se elabora a partir de la velocidad del vehículo, del
ángulo de giro de las ruedas delanteras del vehículo y de la
relación de la velocidad de guiñada y la posición angular del
volante.
El documento GB 2.252.538 A (Honda) describe un
control de las ruedas traseras de un vehículo automóvil con cuatro
ruedas directrices para obtener buena y suave reacción en guiñada
para una amplia gama de aceleraciones. Se detecta la aceleración
lateral del vehículo y el ángulo de giro de las ruedas delanteras, y
se determina una relación final del ángulo de giro de las ruedas
traseras respecto al ángulo de giro de las ruedas delanteras en
función de la aceleración lateral. Se determina un ángulo objetivo
de giro de las ruedas traseras a partir de esta relación final y se
hace girar a las ruedas traseras para alcanzar este ángulo objetivo.
Se determina el cociente final de tal modo que la ganancia
transitoria de amplitud del movimiento de guiñada sea positiva
mientras la aceleración lateral sea inferior a un valor
predeterminado.
Tal control de las ruedas traseras es complejo,
y actúa sobre la velocidad de guiñada para una posición angular dada
del volante. Este control no es válido más que para valores de
velocidades de guiñada limitadas dependiendo de la posición angular
del volante.
La invención propone remediar estos
inconvenientes y propone un sistema y un procedimiento de control
evolucionados, que permiten mejorar el comportamiento del vehículo y
por tanto la seguridad del conductor y la comodidad de
conducción.
Se propone también, según un aspecto de la
invención, un sistema de control de giro de las ruedas traseras
directrices situado a bordo de un vehículo automóvil con cuatro
ruedas directrices. El sistema incluye unos medios de elaboración
para elaborar una orden de giro de las ruedas traseras, que reduce
el desfase entre la aceleración lateral del vehículo y la velocidad
de guiñada del vehículo, en función de:
- -
- la velocidad longitudinal del vehículo;
- -
- el ángulo de giro de las ruedas delanteras del vehículo; y
- -
- la ganancia estática de la velocidad de guiñada con respecto a la posición angular del volante.
El sistema permite reducir el desfase entre la
aceleración lateral y la velocidad de guiñada del vehículo, lo cual
mejora el comportamiento del vehículo, y aumenta el placer de
conducción.
Además el sistema no está obligado a contar con
un sensor de velocidad de guiñada o de aceleración lateral.
El desfase entre la aceleración lateral y la
velocidad de guiñada del vehículo se regula sin impacto en el ajuste
del nivel estático de la velocidad de guiñada, es decir, cuando el
comportamiento del vehículo está estabilizado y no es
transitorio.
Ventajosamente, el sistema incluye medios de
control para activar o desactivar dichos medios de elaboración.
Los medios de elaboraciones de la orden están
controlados, y pueden así ser activados o desactivados.
En un modo de realización preferido, los medios
de control están adaptados para activar los medios de elaboración
cuando al menos un primer parámetro de funcionamiento del vehículo
comprueba una condición de umbral respec-
tiva.
tiva.
En otros términos, los medios de elaboración son
activadas por los medios de control cuando el(los)
primer(os) parámetro(s) del conjunto de al menos un
primer parámetro de funcionamiento del vehículo comprueban cada uno
una condición de umbral respectiva. por ejemplo en la velocidad
longitudinal del vehículo o la posición angular del volante.
En un modo de realización ventajoso, el o los
primeros parámetros incluyen la velocidad longitudinal del vehículo
y/o la posición angular del volante.
En un modo de realización preferido, la ganancia
estática de la velocidad de guiñada con relación a la posición
angular del volante varía además en función de al menos un segundo
parámetro de funcionamiento del vehículo.
Por ejemplo, dicho o dichos segundos parámetros
de funcionamiento del vehículo incluyen la velocidad longitudinal
del vehículo y/o la posición angular del volante.
Además los medios de elaboración pueden
adaptarse para elaborar la orden de giro de las ruedas traseras
adicionalmente en función de la aceleración de guiñada del
vehículo.
Además los medios de elaboración pueden
adaptarse para elaborar la orden de giro de las ruedas traseras por
otro lado en función de la velocidad de guiñada del vehículo.
Según otro aspecto de la invención, se propone
también un procedimiento de control de giro de las ruedas traseras
directrices situado a bordo de un vehículo automóvil con cuatro
ruedas directrices. Se elabora una orden de giro de las ruedas
traseras que reduce el desfase entre la aceleración lateral del
vehículo y la velocidad de guiñada del vehículo, en función de:
- -
- la velocidad longitudinal del vehículo;
- -
- el ángulo de giro de las ruedas delanteras del vehículo: y
- -
- la ganancia estática de la velocidad de guiñada con relación a la posición angular del volante.
\vskip1.000000\baselineskip
Ventajosamente, se activa dicha elaboración de
orden de giro de las ruedas traseras cuando al menos un primer
parámetro de funcionamiento del vehículo comprueba una condición de
umbral respectiva.
Otras finalidades, características y ventajas de
el invención aparecerán en la lectura de la descripción siguiente,
de algunos ejemplos en modo alguno restrictivos, y hecha con
referencia a los dibujos anexos en los cuales:
la figura 1 es un esquema sinóptico del
vehículo;
la figura 2 es un esquema sinóptico de un modo
de realización de un módulo de realización de orden de giro de las
ruedas traseras a directrices, según. un aspecto de la
invención;
la figura 3 ilustra el desfase entre la
velocidad de guiñada y la aceleración lateral de un vehículo con dos
ruedas directrices;
la figura 4 ilustra la mejora de la fase cuando
el coeficiente de retorno dinámico K_{2} disminuye; y
la figura 5 ilustra el coeficiente de retorno
dinámico K_{2} negativo superior o igual 0,6 K_{2,max}.
En la figura 1, se ha representado
esquemáticamente un vehículo 1 con cuatro ruedas directrices 2, 3, 4
y 5. Las ruedas delanteras tienen la referencia 2 y 3, y las ruedas
traseras la referencia 4 y 5. Las ruedas delanteras 2 y 3, o
respectivamente las ruedas traseras 4 y 5 están unidas entre sí por
un eje o tren delantero, o respectivamente trasero. Se ha
representado también el centro de gravedad G del vehículo 1. Los
ejes longitudinal y transversal X e Y del vehículo 1 que pasan por
el centro de gravedad G se han representado igualmente por líneas
de trazos.
Se designa por \Psi la velocidad de guiñada
del vehículo 1. Los ángulos \alpha_{f} y \alpha_{r}, de giro de
las ruedas, delantera y trasera respectivamente, con el eje,
longitudinal del vehículo 1, están representados también.
También se indican en la figura 1 la velocidad
longitudinal VL del vehículo, así como la aceleración transversal
\gamma del vehículo.
El vehículo 1, por supuesto, está equipado con
una unidad de control electrónica, no representada en la figura
1.
Los vectores de las velocidades delantera
\vec{V}_{f} y trasera \vec{V}_{r} respectivamente de los
trenes delantero y trasero están también representados.
Se define el ángulo de deriva delantero
\delta_{f}, o respectivamente trasero \delta_{r}, como el ángulo
entre el vector de velocidad \vec{V}_{f} del tren delantero y la
dirección de giro de las ruedas delanteras que corresponde a un
ángulo \alpha_{f}, o respectivamente el ángulo entre el vector de
velocidad \vec{V}_{r}, del tren trasero y la dirección de giro de
las ruedas traseras correspondiente a un ángulo \alpha_{r}.
En la Figura 2, se ilustra un procedimiento de
realización de un módulo de elaboración 6 de orden de giro \alpha,
de las ruedas traseras directrices de un vehículo según la figura
1.
El módulo de elaboración 6 elabora una orden de
giro de las ruedas traseras \alpha_{r}, que permite reducir el
desfase entre la aceleración lateral \gamma, del vehículo 1, y la
velocidad de guiñada \Psi del vehículo 1.
El módulo de elaboración 6 recibe como entrada
la velocidad longitudinal VL del vehículo, el ángulo de giro
\alpha_{f} de las ruedas delanteras del vehículo 1, y la ganancia
estática GS1 de la velocidad de guiñada \Psi con respecto a la
posición angular del volante. Además, una señal de control SC
permite activar o desactivar el módulo de elaboración 6.
Por ejemplo, la señal de control SC transmite
una instrucción de activación del sistema cuando la velocidad del
vehículo sobrepasa uno primer umbral, y/o cuando la posición angular
del volante sobrepasa un segundo umbral.
La señal de control SC puede, transmitir además
una instrucción de desactivación del sistema cuando la velocidad del
vehículo pase bajo un tercer umbral, y/o cuando la posición angular
de robando paso bajo un cuarto umbral.
La orden de giro \alpha_{r}, se proporciona a
un sistema de control de las ruedas traseras directrices del
vehículo 1.
El módulo de elaboración 6 calcula la orden de
giro \alpha_{r} de las ruedas traseras del vehículo 1 a partir de
la relación:
en la
cual:
K_{1} es un coeficiente estático entre los
ángulos de giro de las ruedas traseras y delanteras del vehículo, en
s;
K_{2} es un coeficiente transitorio de retorno
en aceleración de guiñada, en s^{2};
\alpha_{f} es el ángulo de giro de las ruedas
delanteras con el eje longitudinal X del vehículo 1, en radianes;
y
\alpha_{r}, es el ángulo de giro de las ruedas
traseras con el eje longitudinal X del vehículo, en radianes.
Se define una función de transferencia de la
velocidad de guiñada \Psi en función de la aceleración lateral o
transversal \gamma, del vehículo 1:
en las
cuales:
M representa la masa total del vehículo, en
kg:
1_{x} representa la inercia del vehículo
respecto al eje vertical en su centro de gravedad G, en Nm;
1_{f} es la distancia del centro de gravedad G
al eje delantero, en m;
1_{r} es la distancia del centro de gravedad G
al eje trasero, en m;
1 es la vía del vehículo, en m;
D_{f} representa la rigidez de deriva
delantera, en N/rad;
D_{r} representa la rigidez de deriva trasera,
en N/rad;
VL es la velocidad longitudinal del vehículo, en
m/s;
\Psi' es la velocidad de guiñada del vehículo,
en rad/s;
\Psi''' es la aceleración de guiñada del
vehículo, en rad/s_{2};
\gamma_{t} es la aceleración lateral o
transversal del vehículo, medida en e! centro de gravedad G, en
m/s^{2}; y
\delta es el ángulo entre el vector velocidad
\vec{V} del vehículo y el eje longitudinal del vehículo, en
radianes.
La rigidez de deriva delantera D_{f}, o
respectivamente trasera D_{r}, se define por el coeficiente de
proporcionalidad entre el empuje lateral ejercido sobre el suelo por
un neumático delantero y el ángulo de deriva delantero \delta_{f},
o respectivamente por el coeficiente de proporcionalidad entre el
empuje lateral ejercido sobre el suelo por un neumático trasero y el
ángulo de deriva trasero \delta_{r}.
La fase del denominador D_{l} de la función de
transferencia es una función creciente del coeficiente K_{2},
mientras que la fase del numerador N_{1} de la función de
transferencia es independiente de K_{2}.
Un ajuste de K_{2} negativo permite reducir el
desfase entre la aceleración lateral \gamma_{t}, del vehículo 1 y
la velocidad de guiñada \Psi' del vehículo 1, como se ilustra en
los diagramas de Bode para diferentes valores de K_{2} en la
figura 4. Como comparación, la figura 3 ilustra el desfase entre la
velocidad de guiñada \Psi' la aceleración lateral \gamma_{1} de
un vehículo con dos ruedas directrices, para el cual este desfase
depende de parámetros que proceden de la estructura general del
vehículo, y no modificables.
Para que el sistema siga siendo estable, es
necesario que se respete la condición siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se tiene entonces como relación entre el ángulo
de giro de las ruedas delanteras \alpha_{f}, y la aceleración
lateral \gamma_{l}, del vehículo 1:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
que se puede escribir en la
forma:
\vskip1.000000\baselineskip
en la
que:
K y K_{N} son constantes,
Z_{N} es la raíz o cero de la función de
transferencia entre el ángulo de giro de las ruedas delanteras
\alpha_{f}, y la aceleración lateral \gamma_{1} del vehículo 1,
y D_{2} es el denominador de la función de transferencia, o
sea:
El estudio de la variación de la raíz cero
Z_{N} y de la pulsación natural \omega_{N} de la aceleración
lateral o transversal \gamma_{l}, permite determinar un valor
mínimo en K_{2} por debajo del cual puede tener lugar un
adelantamiento unitario, como se representa en la figura 5. Este
valor mínimo es igual a 0,6xK_{2,max}. Se entiende por
adelantamiento unitario un único adelantamiento importante y único
del valor final estabilizado.
La aceleración de guiñada \Psi'' se calcula a
partir de las ecuaciones siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En las cuales:
F_{f} representa el esfuerzo lateral aplicado
por el suelo sobre el tren delantero, en N;
F_{r} representa el esfuerzo lateral aplicado
por el suelo sobre el tren trasero, en N:
\delta_{f} representa el ángulo de deriva
delantero del tren delantero, en radianes y
\delta_{r} representa el ángulo de deriva
delantero del tren trasero, en radianes.
El coeficiente K_{2} se calcula por medio de
la siguiente ecuación:
\vskip1.000000\baselineskip
en la cual el parámetro de ajuste:
AJUSTE puede ser regulado en función de la velocidad longitudinal VL
del vehículo
1.
La orden de giro \alpha_{r} de las ruedas
traseras se calcula entonces por medio de la ecuación 1.
Por ejemplo, para velocidades del orden de 50
km/h, el valor del parámetro ajuste es del orden de 0,4.
Como variante, la orden de giro \alpha_{l} de
las ruedas traseras del vehículo 1 puede calcularse directamente a
partir de la aceleración de guiñada \Psi'' del vehículo 1. En
efecto, la aceleración de guiñada puede ser evaluada a partir de dos
acelerómetros que miden la aceleración lateral o transversal
\gamma_{t} del vehículo 1, que se colocarán en dos puntos
suficientemente distantes el uno del otro en el eje longitudinal X
del vehículo 1.
Como variante, se puede derivar y filtrar la
velocidad de guiñada \Psi' proporcionada por un sensor de
velocidad de guiñada para obtener la aceleración de guiñada \Psi''
del vehículo 1.
La invención permite reducir el desfase entre la
aceleración lateral y la velocidad de guiñada del vehículo, lo que
mejora el comportamiento del vehículo, y aumenta el placer de
conducción.
Claims (10)
1. Sistema de control de giro de ruedas traseras
directrices situado a bordo de un vehículo automóvil (1) con cuatro
ruedas directrices (2, 3, 4, 5), caracterizado porque incluye
unos medios de elaboración (6) para elaborar una orden de giro
(\alpha_{r}) de las ruedas traseras (4, 5), reduciendo el desfase
entre la aceleración lateral (\gamma_{l}) del vehículo (1) y la
velocidad de guiñada (\Psi') del vehículo (1) en función de:
- -
- la velocidad longitudinal (VL) del vehículo (1);
- -
- el ángulo (\alpha_{f}) de giro de las ruedas delanteras (2, 3) del vehículo (1); y
- -
- la ganancia estática (GS1) de la velocidad de guiñada (\Psi') con respecto a la posición angular del volante.
2. Sistema según la reivindicación 1, que
comprende unos medios de control (SC) para activar o desactivar
dichos medios de elaboración (6).
3. Sistema según 1a reivindicación 2, en el cual
dichos medios de control (SC) están adaptados para activar dichos
medios de elaboración (6) cuando al menos un primer parámetro de
funcionamiento del vehículo (1) comprueba una condición de umbral
respectiva.
4. Sistema según la reivindicación 3, en el cual
dicho o dichos primeros parámetros incluyen la velocidad
longitudinal (VL) del vehículo y/o la posición angular del
volante.
5. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha ganancia estática
(GS1) de la velocidad de guiñada (\Psi') con respecto a la
posición angular del volante varía además en función de al menos un
segundo parámetro de funcionamiento de vehículo (1).
6. Sistema según la reivindicación 5, en el cual
dicho o dichos segundos parámetros de funcionamiento del vehículo
(1) comprenden la velocidad longitudinal (VL) del vehículo (1) y/o
la posición angular del volante.
7. Sistema según la reivindicación 1, en el cual
los medios de elaboración (6) están adaptados para elaborar la orden
de giro (\alpha_{r}) de las ruedas traseras (4, 5) adicionalmente
en función de la aceleración de guiñada (\Psi'') del vehículo
(1).
8. Sistema según la reivindicación 1, en el cual
los medios de elaboración (6) están adaptados para elaborar la orden
de giro (\alpha_{r}) de las ruedas traseras (4, 5) adicionalmente
en función de la velocidad de guiñada (\Psi') del vehículo.
9. Procedimiento de control de giro de ruedas
traseras directrices situado a bordo de un vehículo automóvil (1)
con cuatro ruedas directrices (2, 3, 4, 5), caracterizado
porque se elabora una orden de giro (\alpha_{r}) de las ruedas
traseras (4, 5), reduciendo el desfase entre la aceleración lateral
(\gamma_{l}) del vehículo y 1a velocidad de guiñada (\Psi') del
vehículo, en función de:
- -
- la velocidad longitudinal (VL) del vehículo;
- -
- el ángulo (\alpha_{f}) de giro de las ruedas delanteras de (2, 3) del vehículo; y
- -
- la ganancia estática (GS1) de la velocidad de guiñada (\Psi') con respecto a la posición angular del volante.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
que se activa dicha elaboración de orden de giro (\alpha_{r}) de
las ruedas traseras (4, 5) cuando al menos un primer parámetro de
funcionamiento del vehículo comprueba una condición de umbral
respectiva.
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