ES2348631T3 - Dispositivo y procedimiento de vigilancia del control del giro de rueda trasera directriz. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de vigilancia del control del giro de rueda trasera directriz para un vehículo con al menos tres ruedas directrices, en el cual se compara una consigna de giro de rueda trasera directriz con una plantilla, siendo dicha comparación efectuada por el calculador que genera la consigna, y siendo dicha plantilla una función del ángulo de giro de las ruedas delanteras o del ángulo del volante de dirección.
Description
La presente invención corresponde al ámbito de los sistemas de control de vehículos terrestres, en particular de vehículos automóviles con ruedas.
De manera clásica, los vehículos automóviles están dotados de un chasis, de un habitáculo, de ruedas conectadas al chasis por un mecanismo de suspensión con ruedas delanteras directrices gobernadas por un volante a disposición del conductor 5 en el habitáculo del vehículo.
El documento FR-A-2 681 303 describe un dispositivo de control de dirección trasera para vehículo automóvil con cuatro ruedas directrices, que comprende una placa que forma leva y dos rodillos dispuestos en un mismo plano mediano vertical que contiene el eje longitudinal de una barra de dirección trasera que controla el giro 10 de las ruedas traseras.
Este documento describe igualmente que para obtener el mejor comportamiento posible en carretera del vehículo, es necesario dirigir las ruedas traseras en el mismo sentido que las ruedas delanteras para un valor de ángulo de giro del volante inferior a un valor umbral predeterminado y en el sentido opuesto a las 15 ruedas delanteras cuando el valor de ángulo de giro supere el valor umbral. Se obtendría así un efecto “sobrevirador” deseable del vehículo cuando el ángulo de giro es relativamente grande, por ejemplo cuando se aparca el vehículo en un garaje o un parque de estacionamiento, y un efecto “subvirador” igualmente deseable cuando el ángulo de giro es relativamente pequeño como es el caso cuando el vehículo circula 20 con relativa rapidez.
No obstante, un dispositivo de este tipo, relativamente basto, no permite actuar sutilmente sobre el comportamiento del vehículo.
La solicitud de patente FR-A-2 864 001 (Renault) contempla un procedimiento y un sistema de control del giro de rueda trasera directriz destinado a un vehículo. En 25 función del ángulo de giro de rueda delantera, de datos de desplazamiento del vehículo, y de una consigna anterior de giro de rueda trasera, se elabora una consigna actual de giro de rueda trasera. Este procedimiento da satisfacción y permite reducir los riesgos de pérdida de control, que pueden deberse a una respuesta inadecuada del vehículo bien por ser demasiado viva, no suficientemente amortiguada o incluso 30 poco previsible.
El documento EP 0 601 588 describe un sistema de control de giro de ruedas traseras que incluye unos medios de corrección del valor de consigna de giro cuando el vehículo se encuentra en desaceleración pronunciada.
La solicitante se ha dado cuenta de era deseable aumentar todavía la 35 seguridad de funcionamiento y vigilar la consigna de giro de rueda trasera cuyos
valores aberrantes pueden deberse a componentes defectuosos, por ejemplo una zona de memoria corrompida o una implantación defectuosa de un algoritmo. Una redundancia completa de los componentes materiales y de software hubiera ofrecido una solución que se revela demasiado costosa e incómoda.
La presente invención tiene por objeto remediar los inconvenientes de los 5 dispositivos anteriormente mencionados.
La presente invención tiene por objeto proporcionar de manera económica una mayor seguridad con una reacción rápida a un sistema de control del giro de la rueda trasera directriz destinado a un vehículo.
El procedimiento de vigilancia del control de giro de rueda trasera directriz para 10 un vehículo al menos con tres ruedas directrices, comprende la comparación de una consigna de giro de rueda trasera directriz con una plantilla, efectuándose dicha comparación por un calculador que genera la consigna.
Se sirve del mismo calculador para generar la consigna y vigilar la aparición de valores aberrantes, lo cual se revela muy económico y poco molesto, por tanto fácil de 15 implantar en un calculador configurado para la generación de consigna de giro.
En un modo de realización, se compara una consigna estática de giro de rueda trasera directriz con una plantilla. La plantilla puede ocupar un emplazamiento de memoria de pequeño tamaño.
En un modo de realización, la plantilla comprende un elemento de decremento 20 y un elemento de incremento. El elemento de incremento puede tener un valor nulo hasta un primer umbral, es creciente linealmente entre el primer umbral y un segundo umbral, y tiene un valor constante más allá del segundo umbral. El primer umbral puede tener un valor nulo. El primer umbral puede tener un valor superior a cero.
En un modo de realización, el elemento de decremento tiene un valor nulo. 25
En un modo de realización, el elemento de decremento tiene un valor nulo hasta un tercer umbral, es creciente linealmente entre el tercer umbral y un cuarto umbral, y tiene un valor constante más allá del cuarto umbral. La pendiente del elemento de incremento entre el primer umbral y el segundo umbral y la pendiente del elemento de decremento entre el tercer umbral y el cuarto umbral pueden ser 30 idénticas.
En un modo de realización, el tercer umbral está comprendido entre el primer umbral y el segundo umbral. El cuarto umbral puede ser superior al segundo umbral.
En un modo de realización, la plantilla es una función del ángulo de giro de las ruedas delanteras o del ángulo del volante de dirección. 35
En un modo de realización, se genera una alarma en caso de franqueo de la plantilla por la consigna.
En un modo de realización, la consigna se limita a la plantilla.
El sistema de vigilancia del control del giro de rueda trasera directriz para un vehículo con al menos tres ruedas directrices, comprende un medio de comparación 5 de una consigna de giro de rueda trasera directriz con una plantilla, efectuándose dicha comparación por el calculador que genera la consigna.
En un modo de realización, la plantilla se guarda en una memoria no volátil.
Gracias a la invención, aumenta la seguridad del vehículo por reducción del riesgo de consigna peligrosa o aberrante provocada por una disfunción de los medios 10 de generación de la consigna.
Se comprenderá mejor la presente invención con el estudio de la descripción detallada de algunos procedimientos de realización tomados a título de ejemplos, en modo alguno restrictivos, e ilustrados por los dibujos anexos, en los cuáles:
- la figura 1 es una vista esquemática de un vehículo equipado con un 15 sistema de control;
- la figura 2 es un esquema lógico del sistema de control provisto de un sistema de vigilancia;
- la figura 3 es una curva que muestra el cálculo de una parte estática de consigna de giro; y 20
- las figuras 4 y 5 son curvas que muestran ejemplos de plantillas.
Como se puede ver en la figura 1, el vehículo 1 comprende un chasis 2, dos ruedas delanteras directrices 3 y 4 y dos ruedas traseras directrices 5 y 6, estando las ruedas conectadas al chasis 2 por un mecanismo de suspensión no representado.
El vehículo 1 se completa por un sistema de dirección 7 que comprende una 25 cremallera 8 dispuesta entre las ruedas delanteras 3 y 4, un actuador de cremallera 9 apto para orientar las ruedas delanteras 3 y 4 por medio de la cremallera 8 en función de órdenes recibidas, de manera mecánica o eléctrica, procedentes de un volante de dirección no representado, a disposición de un conductor del vehículo.
El sistema de control de ayuda al giro 10 se da aquí a título de ejemplo de un 30 sistema que puede ser objeto de una vigilancia con vistas a aumentar la seguridad de funcionamiento. El sistema de control de ayuda al giro 10 comprende una unidad de control 11, un sensor 12 de la posición de giro de las ruedas delanteras 3 y 4, colocado por ejemplo en el actuador 9, un sensor 13 de la velocidad de rotación de las ruedas delanteras que permite determinar la velocidad V del vehículo, un sensor 14 de 35 la velocidad de guiñada lateral del vehículo, es decir de la velocidad de rotación del
vehículo alrededor de su centro de gravedad según un eje vertical, y un sensor 15 de la aceleración lateral en el centro de gravedad del vehículo.
Además el sistema 10 comprende unos sensores 17 y 18 del ángulo de giro de las ruedas traseras 5 y 6, y unos actuadores 19 y 20 que permiten orientar dichas ruedas traseras 5 y 6. No obstante, un sólo sensor 17 y un único actuador 19 pueden 5 bastar para la detección del ángulo de giro y para la orientación de las ruedas traseras 5 y 6. Los sensores de posición y velocidad pueden ser de tipo óptico o incluso magnético, por ejemplo de efecto Hall, que cooperan con un codificador solidario de una parte móvil mientras que el sensor no es giratorio.
La unidad de control 11 puede realizarse bajo la forma de un microprocesador 10 equipado con una memoria viva, con una memoria muerta, con una unidad central y con interfaces de entrada/salida que permiten recibir información de los sensores y enviar instrucciones, en particular a los actuadores 19 y 20.
Más precisamente, la unidad de control 11 comprende un bloque de entrada 12 que recibe las señales procedentes de los sensores 12 a 14, y en particular, la 15 velocidad del vehículo V, la velocidad de guiñada lateral y el ángulo de las ruedas delanteras α1. La velocidad del vehículo puede obtenerse haciendo la media de la velocidad de las ruedas delanteras o de las ruedas traseras como es medida por los sensores de un sistema antibloqueo de ruedas. En este caso, está previsto un sensor 13 por rueda, comprendiendo el sistema antibloqueo de ruedas una salida conectada a 20 una entrada de la unidad de control 11 para proporcionar información de velocidad del vehículo. Alternativamente, se conecta cada sensor 13 a una entrada de la unidad de control 11, efectuando entonces la unidad de control 11 la media de la velocidad de las ruedas.
La unidad de control 11 comprende igualmente un observador de estado 23, 25 que permite estimar las informaciones que no se miden y que son necesarias para el control, entre otras cosas las perturbaciones que actúan sobre el vehículo. El observador de estado 23 puede construirse, por ejemplo, a partir de un modelo de vehículo de dos ruedas directrices sin oscilación haciendo la hipótesis de que una perturbación d de tipo escalón puede actuar directamente sobre la velocidad de 30 guiñada lateral del vehículo en un intervalo de tiempo finito. Se puede añadir una dinámica que establece un modelo del comportamiento del actuador. La ecuación de estado asociada al modelo extendido por la perturbación, es la siguiente:
en la cual se denomina y la salida considerada, M la masa total de vehículo, Iz la inercia del vehículo alrededor de un eje vertical que pasa por su centro de gravedad, L1 la distancia del centro de gravedad al eje delantero, L2 la distancia del centro de gravedad al eje trasero, L la distancia entre ejes del vehículo igual a L1+L2, D1 la 5 rigidez de deriva delantera, D2 la rigidez de deriva trasera, α1 el ángulo de las ruedas delanteras con el eje longitudinal del vehículo, α2 el ángulo de consigna de las ruedas traseras, αf2 el ángulo de giro real de las ruedas traseras, V la velocidad del vehículo,la velocidad de guiñada lateral, β el ángulo de deriva, es decir el ángulo que forma el vector velocidad del vehículo con el eje longitudinal de dicho vehículo, y 10 el tiempo de respuesta del actuador.
A partir de este modelo, se desarrolla la teoría clásica de los observadores lineales. El observador de estado 23 permite estimar los estados del vehículo y el conjunto de las perturbaciones que actúan sobre el vehículo. El observador de estado puede utilizar por tanto la siguiente ecuación: 15
con ^ que significa que los valores son estimados, d la perturbación experimentada por el vehículo, y Ko(V) el parámetro de ajuste del observador de estado que evoluciona en función de la velocidad del vehículo. Los cuatro valores estimados, y proporcionan una estimación del estado del vehículo que podría ser utilizada por 5 otros elementos de la unidad de control 11.
La unidad de control 11 comprende adicionalmente un bloque 24 de cálculo de transitorios. El bloque 24 calcula el valor de control del ángulo de giro de las ruedas traseras 5 y 6 denominado α2-transitoirio que permite actuar sobre la dinámica de la respuesta transitoria. El cálculo puede ser efectuado por una técnica de colocación de 10 polos. Se puede referir a este respecto al documento de Kautsky, J. y N.K. Nichols, “Robust Pole Assignment in Linear State Feedback” (Asignación firme de polos en retroalimentación de estado lineal), Int. J. Control, 41 (1985), páginas 1129-1155. Si se designa [a1 (V)+b1(V)i (a2(V)+b2(V)i (a3(V)+b3(V)i]. Los tres polos del sistema descrito anteriormente sin la perturbación, correspondiendo respectivamente a(V) y 15 b(V) a las partes reales e imaginarias de cada uno de los polos a la velocidad V, se busca al corrector K= [K1(V) K2(V) K3(V)] que colocará los polos del sistema enlazado en
20
siendo Tdyn11, Tdyn12, Tdyn21, Tdyn22, Tdyn31, Tdyn32 los parámetros de ajuste (variables en función de la velocidad del vehículo V de la respuesta transitoria del vehículo.
Se puede calcular el corrector K(Vo), para cada velocidad Vo elegida, por el método de colocación de polos descrito en el documento antes citado. A continuación 5 se interpola al corrector K (V) en función de la velocidad. Se obtiene así la variable de control:
Se tendrá en cuenta que si los parámetros de ajuste son iguales a 1, no se modifica la respuesta dinámica del vehículo, que un parámetro superior a 1 se traduce 10 en un aumento de la vivacidad de la respuesta del vehículo y que un parámetro inferior a 1 se traduce en una disminución de la vivacidad de la respuesta del vehículo. Se puede prever, a título de ejemplo de ajuste:
Tdyn11 = 0,8 15
Tdyn12 = 0
Tdyn21 = 0,8
Tdyn22 = 0
Tdyn31 = 0,8
Tdyn32 = 0 20
Un ajuste de este tipo permite retrasar la respuesta dinámica del vehículo y suprimir las oscilaciones en velocidad de guiñada lateral y deriva del vehículo. A velocidad elevada, 90 km/h por ejemplo, este ajuste permite optimizar el paso de un doble cambio de fila.
La unidad de control 11 comprende por otro lado un bloque 25 de cálculo del 25 control estático designado por α2-estático que recibe como entrada el ángulo de giro α1 de las ruedas delanteras tal como se mide por el sensor 12, los coeficientes K1, K2 y K3 calculados el bloque 24 y la velocidad V del vehículo medida por el sensor 13. El control α2-estático permite actuar sobre la respuesta estática del vehículo y modificar el valor estabilizado de la velocidad de guiñada lateral obtenido a raíz de un volantazo de 30 amplitud dada. El resultado se puede expresar por comparación con la ganancia estática que se obtendría en el vehículo cuyas ruedas traseras no sean directrices.
donde Tgs es el parámetro de ajuste que puede variar, si fuera necesario, en función de la velocidad V.
Con el fin de hacer las partes transitoria y estabilizada independientes, se realiza la corrección siguiente en α2-transitorio 5
α2 = α2-transitorio - FF. α1 donde la ganancia FF se define por la formula indicada a continuación:
donde: 10
Esto permite garantizar que α2-estabilizado = (l-Tgs). α1.
Si Tgs es igual a 1, la respuesta estática del vehículo no es modificada y en consecuencia es idéntica a la de un vehículo con ruedas traseras no directrices. Un 15 valor del coeficiente Tgs superior a 1 se traduce en un aumento de la respuesta estática del vehículo, mientras que un valor inferior a 1 se traduce en una disminución de la respuesta estática del vehículo. Se pueden prever Tgs=1, 2 para una velocidad de 90 km/h, lo cual permite hacer la respuesta del vehículo más directa y en consecuencia optimizar el paso de un doble cambio de fila. 20
La unidad de control 11 se completa por un sustractor 26, una salida 27, y un retraso unitario 28. El sustractor 26 recibe en su entrada positiva la salida de control α2-transitorio del bloque 24 y en su entrada negativa la salida de control α2-estático del bloque 25. La salida del sustractor 26 se conecta, por una parte, a la salida general 27 de la unidad de control 11 y, por otra parte, al retraso unitario 28, cuya salida está 25 conectada con una entrada del observador de estado 23 para proporcionarle el ángulo de giro de las ruedas traseras en un instante anterior.
El sistema de control de giro de ruedas traseras presenta una estructura de lazo cerrado por medio de un controlador que permite modificar la dinámica del
sistema y una ganancia que permite el ajuste de la ganancia estática, siendo el conjunto variable en función de la velocidad.
La estrategia de control permite regular la parte transitoria de la respuesta lateral del vehículo a un volantazo. En particular, se pueden regular la velocidad de la respuesta así como su amortiguamiento. Él ajuste final, función de la velocidad del 5 vehículo, permite optimizar la eficacia y la facilidad de paso de un doble cambio de fila y/o la maniobra a baja velocidad.
Las partes estática y dinámica de la respuesta lateral del vehículo pueden ser objeto de un ajuste independiente. El ajuste final, función de la velocidad del vehículo, permite optimizar la eficacia y la facilidad de paso de un doble cambio de fila o la 10 maniobra a baja velocidad.
La estrategia de control permite regular la parte estética de la respuesta lateral del vehículo a un volantazo. El ajuste final, función de la velocidad del vehículo, permite, por ejemplo, optimizar la eficacia y la facilidad de paso de un doble cambio de fila y/o la maniobra a baja velocidad. 15
Las partes estáticos y dinámicos de la respuesta del vehículo pueden ser objeto de un ajuste independiente. La estructura de lazo cerrado garantiza una excelente precisión y una elevada robustez. Como variante, se puede estimar una estructura de lazo abierto. Además es posible tener en cuenta la dinámica del actuador 9 de las ruedas delanteras 3 y 4 y de los actuadores 19 y 20 de las ruedas traseras 5 y 20 6. El ajuste de los parámetros es rápido e intuitivo, ya que dichos parámetros están vinculados a las prestaciones mínimas del vehículo, es decir a las prestaciones de un vehículo de ruedas traseras no directrices. En efecto, parámetros de ajuste iguales a 1 no modifican el comportamiento del vehículo, mientras que parámetros de ajuste superiores a 1 hacen el comportamiento más vivo y más directo y viceversa. 25
La unidad de control 11 comprende un sistema de vigilancia 29 de la parte estática α2-estática de la consigna. Se puede aplicar igualmente un sistema de vigilancia de la parte dinámica α2-dinámica de la consigna. El sistema de vigilancia 29 se puede presentar en forma de una parte informática guardada en una memoria remanente de la unidad de control 11 y ejecutada por el microprocesador de la unidad de control 11 o 30 incluso de un microcircuito dedicado asociado al microprocesador. El sistema de vigilancia 29 determina si la trasera estática α2-estático se ajusta a una plantilla y emite una alarma en caso de franqueo de la plantilla.
La alarma se transmite a un dispositivo exterior no representado. Alternativamente, la alarma provoca una modificación de la parte estática α2-estático 35 substituyéndole el límite impuesto por la plantilla.
Para cada velocidad, la consigna de giro α2-estática nominal se calcula del siguiente modo:
con α2 No Satur. = K(1-Tgs) (α1 -d), ver figura 3, donde K es un factor de forma que 5 cumple 0<K<1, que se calcula imponiendo una pendiente s al punto y d es una zona muerta para la cual el giro trasero es nulo. α2max es un valor umbral de la trasera estática de la consigna.
El parámetro Tgs es siempre positivo y depende solamente de la velocidad. Si Tgs=1, entonces la consigna estática α2-estático=O, lo cual equivale en régimen 10 permanente, una vez estabilizada la velocidad de guiñada lateral, a un vehículo con 2 ruedas directrices.
En la verificación de la consigna estática de giro, el sistema de vigilancia 29 controla separadamente la señal y el valor absoluto de ésta.
Según un primer modo de realización, se determina la señal: 15
Se indicará por tanto un error si una de estas tres relaciones no se verifica.
Con el fin de vigilar el valor absoluto de la consigna estática de giro, el sistema de vigilancia 29 establece las rectas que describen un elemento de incremento y un 20 elemento de decremento de ésta.
Con b1 = -(1-Tgs)*d y b2 calculado de modo que el elemento de decremento sea paralelo al elemento de incremento y tangente a la curva minorada │α2 estático 5 nominal│, ver figura 4.
Así pues, para todo Tgs ≠ 1, el sistema de vigilancia 29 verifica que
y si Tgs 1, el sistema de vigilancia 29 verifica que la consigna es pequeña:
10
El sistema de vigilancia 29 señala un error cuando una divergencia predeterminada con relación al valor nominal hace que la consigna calculada esté en el exterior de la plantilla definida por el elemento de incremento y el elemento de decremento.
A título orientativo, esta estrategia funciona bien en aproximadamente el 95% 15 de las situaciones reales de conducción, si las divergencias que es necesario detectar son las superiores a 0.3º. Adicionalmente, las situaciones restantes tienen lugar para velocidades inferiores a 55 km/h, no siendo por tanto peligrosas.
Con el fin de aplicar esta estrategia con fines de seguridad, es necesario disponer en tiempo real de informaciones fiables de los ángulos de giro de las ruedas 20 delanteras, de la velocidad del vehículo, y del valor Tgs = f(V) asegurado.
En un segundo modo de realización, se contempla liberar información Tgs = f(V), lo cual puede ser útil en caso de que esta información, que debe estar disponible en tiempo real, no esté asegurada.
En su lugar, se utilizan los valores máximos y mínimos de Tgs, así como la 25 velocidad para la cual cambia Tgs de señal.
Para cada velocidad, el sistema de vigilancia 29 establece la plantilla de la figura 5.
Así pues, si Tgs > 1, el sistema de vigilancia 29 verifica que
5
Si 0 < Tgs < 1, el sistema de vigilancia 29 verifica que
Si Tgs 1, el sistema de vigilancia 29 verifica que la consigna es pequeña:
10
Se considera que α1 y V son informaciones aseguradas de entrada, pero ya no se tiene necesidad del parámetro Tgs =f(V) en tiempo real y asegurado para aplicar esta estrategia de control, puesto que solamente los valores Tgsmax y Tgsmin y la velocidad para la cual Tgs cambia de señal se utilizan para el cálculo de las plantillas.
En este modo de realización, la verificación de la señal de α2 se hace tal como 15 se describe anteriormente para el primer modo.
Este modo de realización es por tanto más basto y más robusto.
La invención ofrece una seguridad acrecentada de la consigna de giro de las ruedas traseras con medios económicos.
20
Claims (10)
- REIVINDICACIONES
- 1. Procedimiento de vigilancia del control del giro de rueda trasera directriz para un vehículo con al menos tres ruedas directrices, en el cual se compara una consigna de giro de rueda trasera directriz con una plantilla, siendo dicha comparación efectuada por el calculador que genera la consigna, y siendo dicha plantilla una 5 función del ángulo de giro de las ruedas delanteras o del ángulo del volante de dirección.
-
- 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se compara una consigna estática de giro de rueda trasera directriz con una plantilla.
-
- 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la plantilla 10 comprende un elemento de incremento y un elemento de decremento.
-
- 4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el elemento de incremento tiene un valor nulo hasta un primer umbral, es creciente linealmente entre el primer umbral y un segundo umbral, y tiene un valor constante más allá del segundo umbral. 15
-
- 5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el primer umbral tiene un valor nulo.
-
- 6. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4, en el que el primer umbral tiene un valor superior a cero.
-
- 7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el 20 cual el elemento de decremento tiene un valor nulo.
-
- 8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que el elemento de decremento tiene un valor nulo hasta un tercer umbral, es creciente linealmente entre el tercer umbral y un cuarto umbral, y tiene un valor constante más allá del cuarto umbral. 25
-
- 9. Sistema de vigilancia (29) del control del giro de rueda trasera directriz (5) para un vehículo (1) con al menos tres ruedas directrices, caracterizado porque comprende un medio de comparación de una consigna de giro de rueda trasera directriz con una plantilla, efectuándose dicha comparación por el calculador que genera la consigna, y siendo dicha plantilla una función del ángulo de giro de las 30 ruedas delanteras o del ángulo del volante de dirección.
-
- 10. Sistema según la reivindicación 9, en el cual la plantilla es guardada en una memoria no volátil.
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