ES2335544T3 - Procedimiento de operacion de un sistema de direccion en un vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de operación de un sistema de dirección en un vehículo automóvil, en que el procedimiento tiene los siguientes pasos de procedimiento, - un servopar de motor (Mservo) es generado en el sistema de dirección para el apoyo a la dirección, en que un dato de par deseado (Mdes) es suministrado a un servomotor (9), - el conductor proporciona a través del volante un par de dirección manual (Mmanual) en el sistema de dirección y en función de una magnitud de estado del vehículo o de operación del vehículo (δL,limit) es aumentada la resistencia frente a modificaciones de ángulo de dirección (ΔδL) de cara al incremento del par de dirección manual (Mmanual)) a aplicar por el conductor, - como magnitud de estado o de operación del vehículo se tiene en cuenta una velocidad angular límite de dirección (δL,limit), en que la resistencia frente a modificaciones de ángulo de dirección (ΔδL) es aumentada, cuando es superada la velocidad angular límite de dirección (δL,limit), y en que la velocidad angular límite de dirección (δL,limit) puede representarse en función del ángulo de dirección (δL), y la resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección (ΔδL) sólo es aumentada hasta una velocidad límite del vehículo (vlimit) que aparece al aparcar y en un intervalo central del ángulo de dirección δL.
Description
Procedimiento de operación de un sistema de
dirección en un vehículo automóvil
La invención se refiere a un procedimiento de
operación de un sistema de dirección en un vehículo automóvil.
En el documento DE 102 21 678 A1 se describe un
sistema de dirección para un vehículo automóvil, al que está
asociado un servomotor eléctrico, a través del que puede generarse
un par de apoyo. En función de un par de dirección manual generado
por el conductor se calcula un dato de par deseado, que es
suministrado como magnitud de entrada al servomotor, tras lo cual
se genera en el servomotor un servopar de motor. El servomotor puede
estar dispuesto en un mecanismo de la dirección, a través del el
ángulo de dirección proporcionado por el conductor es convertido en
un ángulo de dirección de rueda.
El documento JP 06-340270 A
muestra un procedimiento de operación de un sistema de dirección en
un vehículo automóvil, en que el procedimiento tiene los siguientes
pasos de procedimiento:
- -
- un servopar de motor para el apoyo a la dirección es generado en el sistema de dirección, en que un dato de par deseado es suministrado a un servomotor,
- -
- el conductor proporciona a través del volante un par de dirección manual en el sistema de dirección, y en función de determinadas magnitudes de operación del vehículo es aumentada la resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección para el incremento del par de dirección manual a aplicar por el conductor,
- -
- como magnitudes de operación del vehículo se tienen en cuenta un límite superior para el ángulo de dirección y una velocidad angular límite de dirección, en que la resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección es aumentada cuando son superados respectivamente el límite superior para el ángulo de dirección y la velocidad angular límite de dirección, y en que la resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección sólo es aumentada por debajo de una velocidad límite del vehículo que aparece al aparcar.
La potencia de dirección de sistemas de
dirección controlables eléctricamente se diseña habitualmente para
un proceso de aparcamiento. Para ello se tienen en cuenta como datos
una velocidad de dirección mínima en función del ángulo de
dirección o de la carrera de cremallera así como la fuerza de
cremallera necesaria en función del ángulo de dirección o de la
carrera de cremallera. A partir de estas magnitudes puede calcularse
la potencia de cremallera necesaria como máximo, para la que se
diseña el sistema de actuadores. A partir del diseño de actuadores
y de las fuerzas de dirección que aparecen realmente en el vehículo
resulta una velocidad de dirección alcanzable como máximo del
servomotor en función de la carrera de cremallera o respectivamente
del ángulo de dirección. Para todas las velocidades angulares de
dirección por encima de este valor límite, el conductor debe
contribuir mecánicamente a la dirección, para lo que debe superarse
una considerable resistencia en el volante, lo que se refleja en un
incremento correspondiente del par de dirección manual a aplicar por
el conductor.
La servofunción del sistema de dirección
controlado eléctricamente hace posible que el conductor aparque con
pares de dirección bajos. El diseño de potencia del sistema de
dirección controlado eléctricamente se produce habitualmente para
el punto con una potencia de dirección mecánica máxima. Debido a las
pequeñas fuerzas de cremallera en el intervalo central, son sin
embargo posibles en este intervalo de operación de la dirección
velocidades muy altas, de modo que el conductor pueda acelerar muy
fuertemente el volante en torno al intervalo central durante el
proceso de aparcamiento. Al aumentar el ángulo de dirección aumenta
la fuerza de cremallera y se reduce fuertemente la velocidad de
dirección posible. Al cambiar entre el intervalo central y el
intervalo exterior de la dirección, el conductor puede notar para
velocidades angulares de dirección altas un aumento fuerte de la
resistencia en el volante frente a modificaciones adicionales del
ángulo de dirección, cuya resistencia debe ser superada mediante un
par de dirección manual correspondientemente superior, que debe
aplicar el conductor. Este fuerte aumento del par es considerado
sin embargo por regla general como molesto por el conductor.
La invención tiene como tarea mejorar el
comportamiento de dirección en vehículos automóviles. Debe evitarse
en particular para movimientos de dirección rápidos un aumento
repentino de la resistencia en el volante frente a modificaciones
del ángulo de dirección.
Esta tarea es resuelta conforme a la invención
con las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones
subordinadas exponen perfeccionamientos convenientes.
Mediante la invención se consigue el efecto de
que el conductor debe aplicar de antemano un determinado par de
dirección manual para modificaciones del ángulo de dirección. Con
ello se elimina o se reduce considerablemente un aumento repentino
de la resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección,
con lo que se evitan efectos sorpresivos negativos. Dado el caso se
asume ciertamente que el conductor debe aplicar fuerzas de
dirección mayores; el nivel del par de dirección manual a generar
como máximo puede llevarse sin embargo a un nivel deseado mediante
un ajuste correspondiente del sistema de actuadores. A través de
ello aumenta también la seguridad de evitar reacciones de
pánico.
Como magnitud de estado o de operación del
vehículo, de la que se hace depender la resistencia frente a
modificaciones del ángulo de dirección, se toma en particular una
velocidad angular límite de dirección, en que la resistencia frente
a modificaciones del ángulo de dirección aumenta en caso de que se
supere la velocidad angular límite de dirección. La velocidad
angular límite de dirección se calcula continuamente en función del
ángulo de dirección.
El aumento de la resistencia de cara al
incremento del par de dirección manual a aplicar por el conductor
puede llevarse a cabo de diversos modos. Conforme a una realización
conveniente, el dato de par deseado a suministrar al servomotor es
limitado o respectivamente reducido, de modo que el conductor debe
contribuir en mayor proporción al par de dirección, para obtener la
modificación deseada del ángulo de dirección. La relación entre el
par de dirección manual y el servopar de motor se desplaza en el
sentido de un par de dirección manual más alto a generar por el
conductor.
Conforme a la invención, la resistencia frente a
modificaciones del ángulo de dirección sólo es aumentada por debajo
de una velocidad límite de vehículo que aparece al aparcar, que está
situada por ejemplo en 15 ó 20 km/h. A través de ello se asegura
que el aumento de resistencia sólo se lleva a cabo al aparcar o
respectivamente maniobrar, pero no en la operación de conducción
normal del vehículo para velocidades más altas y altas. La
resistencia de dirección más alta al aparcar se compensa normalmente
mediante un servopar correspondientemente aumentado; conforme a la
invención está previsto aumentar, mediante medidas apropiadas, de
modo artificial la resistencia frente a modificaciones del ángulo
de dirección también al aparcar y maniobrar, de modo que el
conductor debe aplicar un par de dirección manual aumentado. Las
pequeñas pérdidas de confort asociadas a ello son compensadas por
la seguridad aumentada que se consigue al evitar reacciones de
pánico del conductor, que pueden producirse en movimientos de
dirección rápidos en caso de una resistencia aumentada que aparece
repentinamente tras una resistencia inicialmente baja.
Conforme a otra realización ventajosa, la
resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección es
aumentada mediante el recurso de que es generado un par de
amortiguación dependiente de la velocidad angular de dirección,
cuyo par se opone a modificaciones del ángulo de dirección. Este par
de amortiguación se genera habitualmente en un plano electrónico en
un aparato de regulación o control del sistema de dirección mediante
el recurso de que el dato de par deseado a proporcionar al
servomotor es calculado en función del par de amortiguación, en
particular a partir de la diferencia entre un par deseado de motor
calculado en un regulador y el par de amortiguación dependiente de
la velocidad angular de dirección. Restando el par de amortiguación
del par deseado de motor se consigue una reducción del dato de par
deseado que es suministrado al servomotor, de modo que como
anteriormente se ha expuesto el conductor debe generar un par de
dirección manual aumentado para la compensación del dato reducido
de par
deseado.
deseado.
Fundamentalmente entra en consideración sin
embargo también una amortiguación a través de un componente separado
en el sistema de dirección, que funciona de forma mecánica,
eléctrica, neumática, hidráulica o de otro modo.
Otra posibilidad para aumentar la resistencia
frente a modificaciones del ángulo de dirección consiste en reducir
el servopar de motor para el apoyo a la dirección en el sistema de
dirección, mediante el recurso de que el par deseado de motor
calculado en el regulador es limitado a un valor máximo. Es posible
también limitar el par deseado de motor determinado por cálculo con
su valor actual determinado en el transcurso del procedimiento,
aplicando un factor de limitación. En el primer caso se proporciona
simplemente un valor máximo, que se aplica como límite para el par
deseado de motor, en el segundo caso cada valor de par deseado de
motor determinado actualmente es multiplicado por un factor de
limitación, que es menor que uno. En ambos casos se consigue una
limitación a un valor máximo. Esta limitación se produce en
particular en función de otra magnitud de estado o de operación del
vehículo, preferentemente en función de la velocidad angular de
dirección, de modo que al aumentar la velocidad angular de
dirección es rebajado el par deseado de motor máximo.
En general puede ser conveniente ajustar de
forma variable la resistencia frente a modificaciones angulares en
función de una magnitud de estado o de operación del vehículo, en
particular en función de la velocidad del vehículo. Esto hace
posible una transición entre procesos de aparcamiento o de maniobra
y procesos de arranque o de operación ordinaria del vehículo, por
ejemplo a través de una rampa definible, que puede representarse en
función de la velocidad del vehículo.
Otras ventajas y realizaciones convenientes
pueden deducirse de las otras reivindicaciones, de la descripción
de figuras y de los dibujos. Muestran:
la figura 1 una representación esquemática de un
sistema de dirección en un vehículo, en el que un mecanismo de
superposición está conectado antes de un mecanismo de dirección,
la figura 2 la velocidad angular de dirección
alcanzable como máximo en función del ángulo de dirección,
la figura 3 el par de dirección manual a aplicar
por el conductor en función del ángulo de dirección,
la figura 4 un diagrama de bloques para la
determinación del servopar de motor para el servomotor en el sistema
de dirección, en que se tiene en cuenta un par de amortiguación
dependiente de la velocidad angular de dirección,
la figura 5 otro diagrama de bloques para la
determinación del servopar de motor con una limitación a un par
deseado de motor máximo,
la figura 6 otro diagrama de bloques para la
determinación del servopar de motor con una limitación del par
deseado de motor mediante aplicación continua de un factor de
limitación.
En las figuras, iguales componentes están
dotados de iguales números de referencia.
La figura 1 representa un sistema de dirección 1
en un vehículo automóvil con un volante 2, un árbol de dirección 3
unido al volante 2, un mecanismo de dirección 6 y un varillaje de
dirección 7, que está acoplado a las ruedas delanteras
direccionales 8. A través del volante 2, el conductor proporciona un
ángulo de dirección \delta_{L}, que es convertido a través del
árbol de dirección 3 y del mecanismo de dirección 6 en una carrera
de cremallera en el varillaje de dirección 7, tras lo cual se
establece un ángulo de giro de rueda \delta_{V} en las ruedas
delanteras direccionales 8.
El mecanismo de dirección 6 lleva asociado un
servomotor o motor de accionamiento 9, que sirve para el apoyo y la
reducción del par de dirección manual M_{manual} a aplicar por el
conductor. El servomotor 9 está conformado convenientemente como
servomotor eléctrico, entrando en consideración dado el caso también
un actuador hidráulico.
El árbol de dirección 3 está dividido en dos y
tiene un mecanismo de superposición 4 intercalado, que lleva
asociado otro servomotor 5. Al activar el servomotor 5 se genera en
el mecanismo de superposición 4 un ángulo de giro adicional
\delta_{M}, que es superpuesto al ángulo de dirección
\delta_{L}, que es proporcionado por el conductor, formando el
ángulo de dirección \delta_{L}' resultante. Este ángulo de
dirección \delta_{L}' resultante es suministrado al mecanismo
de dirección 6 como ángulo de entrada. Sin la activación del
servomotor 5 no se genera tampoco un ángulo de giro adicional
\delta_{M}, de forma que cuando el servomotor 5 no está
activado el ángulo de dirección \delta_{L}' resultante es
idéntico al ángulo de dirección \delta_{L} proporcionado por el
conductor. Puede renunciarse también dado el caso al mecanismo de
superposición 4, inclusive el servomotor 5.
En la figura 2 está representada la evolución de
la velocidad angular de dirección \dot{\delta}_{L} en función
del ángulo de dirección \delta_{L} o equivalentemente a ello en
función de la carrera de cremallera. La evolución de la velocidad
angular de dirección dibujada es específica del sistema de dirección
y depende del dimensionamiento y parametrización del sistema de
actuadores escogido. En el intervalo central del ángulo de dirección
\delta_{L}, la evolución de la velocidad angular de dirección
tiene una elevación indicada a rayas, que representa la velocidad
angular de dirección alcanzable como máximo en torno a la posición
nula del sistema de dirección, que puede ser apoyada al máximo por
el servomotor o motor de accionamiento. Esta elevación indicada a
rayas representa una reserva del servomotor o motor de
accionamiento, que sin embargo no es necesaria por regla general;
más bien se busca o se realiza una evolución de la velocidad angular
de dirección \dot{\delta}_{L} conforme a la evolución en arco
de circunferencia por debajo de la superficie indicada a rayas. La
elevación desemboca en el punto 10 en la evolución en arco de
circunferencia, aplanada respecto a la elevación, de la velocidad
angular de dirección, en que en el punto 10 se tiene un gradiente
comparativamente grande en la evolución de la velocidad angular de
dirección.
En la figura 3 se representa la evolución del
par manual M_{manual} a proporcionar por el conductor en función
del ángulo de dirección \delta_{L}. La evolución con línea
continua es característica para realizaciones según el estado de la
técnica, la evolución con línea discontinua es por el contrario
característica para la invención. Conforme a la evolución del par
manual con línea continua, el par manual M_{manual} aumenta
fuertemente en el punto 10, que caracteriza la transición con
gradientes altos en la evolución de la velocidad angular de
dirección. Este fuerte aumento hay que atribuirlo a que la velocidad
angular de dirección \dot{\delta}_{L} alcanzable como máximo
tiene una elevación en el intervalo central de la dirección, como se
representa en la figura 2, y está sometida a un fuerte gradiente en
el punto 10. Si el conductor realiza un giro con velocidad angular
de dirección alta en el intervalo central y se topa con una
desviación creciente de ángulo de dirección en este punto 10, la
resistencia en el sistema de dirección es aumentada
bruscamente.
bruscamente.
Para reducir este aumento repentino de la
resistencia en el sistema de dirección, se establece la evolución,
representada con línea discontinua, del par manual M_{manual}, que
se caracteriza en el segmento anterior a la llegada al punto 10 por
una evolución más alta, que está incrementada en la cantidad
\DeltaM_{manual} respecto a la evolución original. La cantidad
\DeltaM_{manual} se escoge de tal modo que en el punto 10 no se
produce ninguna o se produce sólo una pequeña elevación, de modo que
el conductor ciertamente debe aplicar hasta llegar al punto 10 un
par manual M_{manual} comparativamente alto, pero durante el
proceso de giro no nota ningún aumento brusco de la resistencia. La
evolución, incrementada en la cantidad \DeltaM_{manual} y
representada en línea discontinua, del par manual M_{manual}
corresponde a una velocidad angular de dirección a lo largo de la
línea que limita por arriba la superficie indicada a rayas en la
figura 2, es decir a la velocidad a apoyar al máximo por el
servomotor o motor de accionamiento.
Está incluida en la figura 3 además una línea
discontinua inferior, que puentea la gran elevación en el par
manual conforme al estado de la técnica con línea continua con sólo
una pequeña elevación y por lo demás coincide con la evolución
continua en los intervalos anteriores y posteriores a la elevación.
Esta evolución del par manual M_{manual} corresponde a una
velocidad angular de dirección a lo largo de la línea en arco de
circunferencia de la figura 2, es decir debajo de la superficie
indicada a rayas.
\newpage
En el diagrama de bloques conforme a la figura
4, el sistema de dirección conforme a la invención está representado
en una primera realización. El par manual M_{manual} a aplicar
por el conductor es suministrado a un regulador de dirección 11, en
el que se genera un par deseado de motor M_{mot}. De este par
deseado de motor M_{mot} se resta un par de amortiguación
M_{amort} calculado, que se determina en un elemento de
amortiguación 12 en función de la velocidad angular de dirección
\dot{\delta}_{L}, que se introduce como magnitud de entrada en el
elemento de amortiguación 12. La diferencia entre el par deseado de
motor M_{mot} y el par de amortiguación M_{amort} entra como
dato de par deseado M_{des} en un regulador de motor 13, que pone
a disposición como salida una magnitud de entrada para actuador, en
particular una tensión eléctrica para actuador U_{act}. La tensión
eléctrica para actuador U_{act} es suministrada a continuación al
servomotor 9, en el que se genera un servopar o par de
accionamiento de motor M_{servo}, que se introduce en el sistema
de dirección. Como se trata de un circuito de regulación cerrado,
la resta del par de amortiguación M_{amort} respecto al par
deseado de motor M_{mot} genera un dato de par deseado M_{des}
correspondientemente reducido, que debe ser compensado por un par
manual M_{manual} aumentado.
El mismo principio de la compensación de un par
deseado reducido mediante un aumento del par manual es válido
también para los diagramas de bloques representados en las figuras 5
y 6, en los cuales están representados sistemas de dirección en
otras realizaciones. Conforme a la figura 5, en una función 15 se
determina un valor máximo M_{mot,max} del par deseado de motor en
función de la velocidad angular de dirección \dot{\delta}_{L}, en
que el valor máximo M_{mot,max} es suministrado a un limitador
14, al que se aporta como magnitud de entrada adicional el par
deseado de motor M_{mot} generado en el regulador 11 a partir del
par manual M_{manual}. Este par deseado de motor M_{mot} es
limitado al valor máximo M_{mot,max} en el limitador 14 y es
suministrado como dato de par deseado M_{des} en los siguientes
pasos de la secuencia al regulador de motor 13, en el que se genera
la tensión eléctrica para actuador U_{act}, que es suministrada al
servomotor 9 como magnitud de entrada para la generación del
servopar de motor M_{servo}.
En el ejemplo de realización según la figura 6
se multiplica ya el valor de cálculo del par manual M_{manual} en
un multiplicador 16 por un factor de limitación UF, que
ordinariamente es menor que 1. Este factor de limitación UF es
determinado en una función 17 dependiendo de la velocidad angular de
dirección \dot{\delta}_{L}. Esta limitación por cálculo es
suministrada a continuación como par manual evaluado M*_{manual} a
un bloque 18, en el que está almacenada una curva característica
del dato de par deseado M_{des} en función del par manual
M_{manual}. Como el punto de trabajo permanece también igual a
pesar de la reducción, llevada a cabo artificialmente, del par
manual M_{manual}, debe aumentarse el par de dirección manual
M_{manual} real para la conservación del punto de trabajo, con el
fin de alcanzar el mismo dato de par deseado M_{des}. En la
evolución siguiente, el dato de par deseado M_{des} es
suministrado al regulador de motor 13 para la generación de la
tensión eléctrica para actuador U_{act}, que sirve como magnitud
de entrada para el servomotor 9 de cara a la generación del
servopar de motor M_{servo}.
Claims (8)
1. Procedimiento de operación de un sistema de
dirección en un vehículo automóvil, en que el procedimiento tiene
los siguientes pasos de procedimiento,
- -
- un servopar de motor (M_{servo}) es generado en el sistema de dirección para el apoyo a la dirección, en que un dato de par deseado (M_{des}) es suministrado a un servomotor (9),
- -
- el conductor proporciona a través del volante un par de dirección manual (M_{manual}) en el sistema de dirección y en función de una magnitud de estado del vehículo o de operación del vehículo (\dot{\delta}_{L,limit}) es aumentada la resistencia frente a modificaciones de ángulo de dirección (\Delta\delta_{L}) de cara al incremento del par de dirección manual (M_{manual)}) a aplicar por el conductor,
- -
- como magnitud de estado o de operación del vehículo se tiene en cuenta una velocidad angular límite de dirección (\dot{\delta}_{L,limit}), en que la resistencia frente a modificaciones de ángulo de dirección (\Delta\delta_{L}) es aumentada, cuando es superada la velocidad angular límite de dirección (\dot{\delta}_{L,limit}), y en que
la velocidad angular límite de dirección
(\dot{\delta}_{L,limit}) puede representarse en función del ángulo
de dirección (\delta_{L}), y la resistencia frente a
modificaciones del ángulo de dirección (\Delta\delta_{L}) sólo
es aumentada hasta una velocidad límite del vehículo (v_{limit})
que aparece al aparcar y en un intervalo central del ángulo de
dirección \delta_{L}.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la resistencia frente a modificaciones
del ángulo de dirección (\Delta\delta_{L}) es aumentada
mediante el recurso de que el dato de par deseado (M_{des}) a
suministrar al servomotor (9) es limitado o reducido, o porque el
servopar de motor (M_{servo}) para el apoyo a la dirección es
reducido en el sistema de dirección, mediante el recurso de que el
par deseado de motor (M_{des}) es limitado a un valor máximo
(M_{mot,max}).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la limitación del par deseado de motor
(M_{mot,des}) a un valor máximo (M_{mot,max}) se produce en
función de la velocidad angular de dirección
(\dot{\delta}_{L}).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque la
resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección
(\Delta\delta_{L}) sólo es aumentada por debajo de una
velocidad límite del vehículo (v_{limit}) de 20 km/h.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque la
resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección
(\Delta\delta_{L}) está realizada como una función de
amortiguación dependiente de la velocidad angular de dirección
(\dot{\delta}_{L}), de tal modo que a la modificación del ángulo
de dirección (\Delta\delta_{L}) se opone un par de
amortiguación (M_{amort}) dependiente de la velocidad angular de
dirección.
6. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el dato de par deseado (M_{des}) a
suministrar al servomotor (9) es calculado a partir de la
diferencia entre un par deseado de motor (M_{mot,des}) calculado
en un regulador y el par de amortiguación (M_{amort}) dependiente
de la velocidad angular de dirección:
M_{des} =
M_{mot,des} -
M_{amort}.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado porque la
resistencia frente a modificaciones del ángulo de dirección
(\Delta\delta_{L}) es aumentada mediante el recurso de que el
servopar de motor (M_{servo}) para el apoyo a la dirección es
reducido en el sistema de dirección, mediante el recurso de que el
valor del par manual (M_{manual}) es limitado por aplicación de un
factor de limitación (UF).
8. Sistema de dirección con medios para llevar a
cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 7,
con al menos una rueda direccional de vehículo (8), un varillaje de
dirección (7), un servomotor (9) y una unidad de regulación o
control.
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