BRPI0922313B1

BRPI0922313B1 - Método para determinar a razão de subviragem de automóveis equipados

Info

Publication number: BRPI0922313B1
Application number: BRPI0922313-4A
Authority: BR
Inventors: Julien Barthomeuf; André Michelis
Original assignee: Jtekt Europe
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2019-10-01
Also published as: FR2940233B1; EP2373529A1; BRPI0922313A2; FR2940233A1; EP2373529B1; US20110320090A1; WO2010070229A1; US8874320B2

Abstract

método para determinar a razão de subviragem de automóveis equipados a invenção se refere a um método para calcular a razão de subviragem de automóveis equipados com direção elétrica (eps), incluindo um motor de assistência elétrica (9) conduzido por um computador de bordo eletrônico (11), um sensor (12, 14) fornecendo uma primeira parte de informação sobre uma posição angular real do volante (3), um sistema de travagem anti-bloqueio (abs) fornecendo uma segunda parte de informação sobre a velocidade das rodas (15) do veículo, caracterizado em que o computador de bordo (11) da eps processa a segunda parte de informação utilizada para calcular uma posição teórica angular do volante (3), que é comparada ainda à posição real angular do volante (3) a fim de obter a razão de subviragem (r) do veículo.

Description

MÉTODO PARA DETERMINAR A RAZÃO DE SUBVIRAGEM DE AUTOMÓVEIS EQUIPADOS

A presente invenção geralmente se refere a veículos equipados com direções elétricas (EPS) e um sistema de frenagem anti-bloqueio (ABS). A invenção se refere mais especificamente a um método para determinar a razão de subviragem para estes veículos e qualquer correção da direção assistida.

Dependendo das condições climáticas, o estado da estrada ou perigos encontrados, dirigir um automóvel pode ser complicado. Certas situações de emergência exigem bom controle do volante.

Especificamente, ao fazer uma curva, se o motorista acelerar, ocorre transferência de massa da frente para a traseira do veículo. Esta transferência de massa resulta em desbalanceamento das rodas da frente do peso do veículo, o que pode fazer com que elas se soltem. O veículo em seguida realiza o que é chamado subviragem.

De forma semelhante, se um motorista fizer uma curva muito rapidamente e desacelerar abruptamente para reduzir sua velocidade (soltando o acelerador, por desaceleração excessivamente forte, ou com ajuda do pedal de freio), ocorre uma transferência de massa da parte traseira para a parte da frente do veículo. Esta transferência de massa resulta em desbalanceamento das rodas traseiras do peso do veículo, o que pode fazer com que tais rodas percam tração. A deflexão fraca das rodas em direção à parte de dentro da curva é então suficiente para empurrar o veículo em um movimento rotacional onde a parte traseira do veículo passará em frente à parte dianteira. Isto é chamado subviragem, ou, mais comumente giro”.

Obviamente, estas reações pelo veículo podem ser evitadas por manobras de direção que exigem “a aquisição de reflexos e certa destreza, que a maioria das pessoas, que tem a mesma tendência de frear mais fortemente quando o veículo começa a sobrevirar, obviamente não tem. Estas reações também podem ser acentuadas ou diminuir de acordo com vários parâmetros únicos ao veículo, como, por exemplo, a tração de seus pneus, ou sua suspensão, que, se for muito suave, causa um aumento na transferência de massa bem como rolamento, que empurra o veículo para fora da curva.

Para ajudar os motoristas nestas situações de emergência, certos veículos são equipados com um programa de estabilidade eletrônica (ESP).

ESP é um sistema de segurança que exige, além de um computador

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2/10 específico, sensores adicionais (sensor de posição absoluta do volante, aceleração lateral e sensor de guinada) de um lado, e atuadores no sistema de frenagem, do outro. O ESP também pode enviar um aviso à direção elétrica para modificar o torque de assistência. Tudo isto explica seu alto preço e porquê é apenas oferecido em veículos top de linha ou como um recurso adicional caro. Além disso, instalá-lo pode ser complexo e se deve levar em considerações muitos parâmetros únicos a cada modelo de veículo.

A presente invenção se destina a permitir que a direção elétrica detecte um desvio o mais rápido possível entre o ponto de controle angular no volante do motorista e a resposta do veículo sem, ao contrário do ESP, usar um sensor um atuador adicional exceto aqueles da própria direção elétrica e as informações disponíveis a partir do ABS.

Para esta finalidade, a presente invenção se refere a um método para determinar a razão de subviragem de automóveis providos com direção elétrica (EPS) incluindo um motor de assistência elétrica acionado por um computador eletrônico de bordo, um sensor que fornece uma primeira informação sobre uma posição angular real do volante, um sistema de frenagem anti-bloqueio (ABS) que fornece uma segunda informação sobre a velocidade das rodas do veículo, caracterizada em que no computador de bordo dos processos de EPS a segunda informação para estimar uma posição angular teórica do volante, que em seguida é comparada à posição angular real do volante para originar a razão de subviragem do veículo.

Este método, portanto, torna possível determinar a razão de subviragem do veículo relacionando o valor da posição absoluta real do volante determinado por um sensor em um determinado momento a um valor estimado neste mesmo momento da posição angular teórica do volante do veículo derivada de medições de velocidade diferenciais entre as rodas com raios de curvatura diferentes feitas pelo sistema ABS. Uma razão é obtida desta forma:

©volante real n

^volante estimado

O valor desta razão torna possível determinar se o veículo é subvirado, sobrevirado ou está sob condições de direção normais.

Geralmente, se o valor da razão for maior do que 1 + e, onde e é a incerteza de medição a ser determinada através de simulação ou tentativas e

3/10 características de cada veículo, o veículo está sob condições de subviragem. Se o valor da razão for inferior a 1 - c, o veículo está sob condições de sobreviragem. Se o valor da razão estiver no intervalo 1 - e < τ < 1 + c, o veículo está sob condições normais.

A comparação entre estes dois valores também pode ser feita calculando a diferença em vez da razão; isto é, assim, possível para descobrir diretamente a partir do sinal da diferença se o veículo está em subviragem ou sobreviragem.

Tal método é relativamente econômico de ser implementado em comparação a um sistema ESP visto que não usa sensores, atuadores e computadores adicionais, mas sim apenas aqueles que já estão instalados em veículos de série equipados no mínimo com direção elétrica e um sistema ABS, que é o caso da maioria dos veículos modernos.

Em uma modalidade, a primeira informação é fornecida por um sensor angular dedicado.

Este sensor geralmente é posicionado diretamente sobre a coluna de direção. As informações fornecidas por este sensor absoluto, seja multi-curva ou não, são disponíveis a partir da inicialização da eletrônica da direção elétrica, quando é dada partida no veículo.

Vantajosamente, a primeira informação é fornecida através de um sensor não-dedicado relacionado ao motor de assistência elétrica.

Este arranjo torna possível abolir o uso de um sensor de ângulo zero absoluto, que é custoso e exige uma série de entradas para processar seu sinal. A posição angular do volante não é mais determinada por um sensor dedicado, mas por uma estimativa feita a partir de informações relacionadas à posição do rotor do motor de assistência elétrica e fornecidas por um sensor relacionado ao motor de assistência elétrica.

Em uma modalidade, a razão de subviragem calculada é usada por um sistema para modificar o torque sentido no volante.

Este arranjo torna possível informar ao motorista uma perda de tração iminente ou um desvio de trajetória e empurrá-lo, o mais rápido possível, em função da razão de subviragem, para retornar à trajetória correta modificando o torque sentido no volante. O sistema para modificar o torque sentido no volante é idealmente incorporado na direção elétrica, especificamente em seu computador e motor elétrico, que agirá dinamicamente sobre o torque sentido no volante.

No contexto desta mesma modalidade, a modificação do torque sentido no volante é proporcional à subviragem calculada.

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Este arranjo é uma boa harmonização entre a razão de subviragem e o torque de resistência sentido no volante pelo motorista. Não obstante, a presente invenção de forma alguma é limitada a uma função proporcional entre a razão de subviragem e o torque de resistência sentido no volante.

De acordo com uma modalidade, o sistema para modificar o torque sentido no volante pode ser desconectado. O motorista assim permanece livre para impor um ângulo sobre o volante e manter uma trajetória desejada, o que permite direção desportiva com deslizamento lateral à medida que o motorista também pode desconectar o ESP do veículo caso seja fornecido.

De acordo com outra modalidade, a modificação do torque sentido no volante é adaptada ao tipo de direção feita, geralmente para a direita ou esquerda.

Este arranjo torna possível aplicar um torque maior sentido em um lado do que no outro. Desta forma é possível, por exemplo, em um país onde os motoristas dirigem à direita, limitar mais rapidamente e fortemente a rotação do volante para a direita para impedir subviragem que poderia tirar o veículo do curso em direção à pista esquerda e causar uma colisão de frente com um veículo vindo da direção oposta, o que é muito mais perigoso do que a subviragem que leva o veículo para o lado da estrada na direção do tráfego.

Ainda de acordo com outra modalidade, a modificação do torque sentido no volante é adaptada ao tipo de desvio de trajetória, geralmente subviragem ou sobreviragem.

As origens de subviragem e sobreviragem não são as mesmas, e a “virada do volante” para lidar com estas situações não é a mesma. Para evitar subviragem no caso geral de um veículo de tração dianteira, é necessário dar às rodas dianteiras do veículo tração novamente soltando o acelerador e/ou freando levemente enquanto traz o volante o mais perto possível de sua posição de referência para evitar sobreviragem. Em seguida, após recuperar tração, só é necessário trazer o volante de volta para a trajetória de direção. Para evitar sobreviragem, ainda no caso geral de um veículo de tração dianteira, é necessário retornar a tração às rodas traseiras, antes de elas passarem na frente das rodas dianteiras, o que causaria um giro. Para esta finalidade, pode não ser necessário desacelerar, mas por outro lado, é necessário contra-dirigir na direção oposta à curva a ser feita de modo que a transferência de massa da traseira para frente do veículo não coloque o veículo em um movimento rotacional em torno de suas rodas dianteiras. Durante contra-direção, é muito importante não frear, visto

5/10 que isto intensificaria a sobreviragem. Em ambos os casos, é, portanto, necessário impedir que o motorista vire mais o volante para a curva. No caso de subviragem, o motorista deve ser empurrado para retornar o volante à sua posição de referência, e no caso de sobreviragem, o motorista deve ser empurrado para contra-dirigir endurecendo o torque cada vez entre a posição do volante e a posição ideal para equilibrar qualquer uma destas situações.

Vantajosamente, o sistema para modificar o torque sentido no volante age diminuindo o torque de assistência a partir do motor de assistência elétrica ou em outra modalidade, o sistema para modificar o torque sentido no volante age aumentando o torque de assistência do motor elétrico.

Ambas estas configurações são possíveis, e o método pode, assim, se adaptar a qualquer uma destas configurações dependendo da direção elétrica original do veículo.

A invenção será melhor entendida pela leitura da seguinte descrição, em referência aos desenhos diagramáticos em anexo, que mostram, como exemplos, uma modalidade do método da invenção.

A Figura 1 é uma vista em perspectiva diagramática de direção assistida elétrica de acordo com o estado da técnica.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva diagramática que ilustra a implementação do método de acordo com a invenção em um veículo.

A Figura 3 é um diagrama de bloco que ilustra as etapas da realização do método.

A Figura 1 se refere aos principais elementos componentes de um sistema de direção elétrica de veículo motor.

Tal direção compreende, por um lado, uma parte mecânica geralmente designadas pela referência 2, compreendendo um volante 3 conectado a uma coluna de direção 4, em que a extremidade mais distante do volante 3 suporta um pinhão de direção encaixado com uma cremalheira 5, deslizavelmente montado em uma caixa de engrenagem de direção 6. As duas extremidades opostas da cremalheira 5 são respectivamente conectadas, através de hastes de conexão 7 e 8 equipadas na extremidade externa com uma junta de esfera de direção 7' e 8', com suportes do cubo (não mostrado) para os volantes direito e esquerdo do veículo em questão.

A direção compreende, para auxiliar a força manual exercida pelo motorista do veículo sobre o volante 3, um motor de assistência elétrica 9 com duas direções de rotação, onde o eixo de saída é acoplado, através de um redutor de

6/10 velocidade 10, especificamente com roda sem-fim e tangente, à coluna de direção 4, para transmitir um torque de motor (e possivelmente um torque de resistência) à coluna de direção 4.

O motor de assistência elétrica 9 é acionado por um computador eletrônico de bordo 11, que recebe e processa vários sinais, vindos de sensores. Em uma modalidade tradicional, o computador eletrônico 11 pode receber um sinal elétrico de um sensor 12 no ângulo do volante 3, representando o ângulo de direção instantâneo real do veículo em questão, e este computador 11 também recebe um sinal de um sensor de torque 13 colocado na coluna de direção 4, e assim medindo o torque exercido pelo motorista sobre o volante 3.

No exemplo ilustrado, um resolver 14 também é fornecido para detectar a posição angular absoluta do motor de assistência elétrica 9 entre dois pólos sucessivos entre os pólos estatóricos do motor de assistência 9, com

360

O < & <-n

Além destas informações gerais, o computador 11 aciona o motor de assistência elétrica 9, definindo uma força de torque ou de assistência, a qualquer momento, capaz de ampliar ou, ao contrário, equilibrar a força aplicada pelo motorista sobre o volante 3, de acordo com as “leis de assistência” pré-definidas programadas em uma memória não-volátil do computador 11.

A implementação do método em um veículo de acordo com a invenção mostrada na figura 2 usa, além da direção elétrica mostrada na figura 1, o sistema de frenagem anti-bloqueio ABS, que continuamente informa o computador 11 sobre a velocidade de cada roda 15 através de outro computador dedicado 16. No exemplo mostrado, o método abole o sensor de posição 12 para o ângulo do volante 3, substituindo-o por uma estimativa feita no computador eletrônico de bordo 11a partir de informações relativas à posição do rotor do motor de assistência elétrica 9 e fornecidas pelo resolver 14 associadas ao motor de assistência elétrica 9.

O computador 11 processa estas várias informações e as usa para originar uma razão de subviragem τ de acordo com a qual aciona o sistema 17 para modificar o torque sentido comparável ao motor de assistência elétrica 9 no exemplo mostrado.

Na figura 3, o algoritmo usando as etapas de operação do método da invenção é quebrado no mínimo em dois sub-conjuntos que foram dois blocos A e

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B. Um terceiro sub-conjunto C pode ser adicionado.

O bloco A realize a estimativa de uma posição absoluta real do volante, recalibrando o resolver 14 com um sensor de ângulo 12 incorporado na coluna de direção 4 ou, vantajosamente, por não precisar do uso de um sensor de ângulo 12, através de uma estratégia usando informações relacionadas à posição do rotor do motor de assistência elétrica 9 e fornecidas pelo resolver 14 associadas a este motor de assistência elétrica 9.

Em paralelo, uma posição teórica do volante 3 é estimada em função da análise da velocidade das rodas do veículo 15. De fato, é possível estimar uma posição absoluta instantânea do volante 3 através de um cálculo, analisando as velocidades de cada uma das rodas 15 do veículo, independente do tipo de transmissão: tração dianteira, tração traseira ou tração de quatro rodas.

Usando o exemplo das duas rodas traseiras, a velocidade média das rodas traseiras pode ser obtida usando a seguinte fórmula:

Vroda esquerda traseira + Vroda direita traseira \/rodas traseiras média _ ' ~ “

O desvio de velocidade das rodas traseiras é escrito:

^velocidades ⁼ ^roda esquerda traseira ^oda direita traseira traseiras

O sinal instantâneo da direção é dado pelo sinal do desvio de velocidade das rodas traseiras, e convencionalmente, o sinal é positivo quando o volante estiver virado para a direita e o sinal é negativo quando o volante estiver virado para a esquerda.

Conhecendo a via traseira V do veículo, o raio instantâneo R da trajetória do veículo é calculado a partir da seguinte fórmula:

Vrodas traseiras média

R _ -----------“ _χ ^Viatraseira ^velocidades traseiras

O raio R sendo determinado, e conhecendo a base de roda L do veículo, o ângulo de Ackerman correspondente ao ângulo de curva médio dos volantes é

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8/10 calculado usando a seguinte fórmula:

_ L

A aceleração lateral Yiaterai do veículo, estimada a partir do raio instantâneo e a velocidade média do veículo, torna possível calcular o ângulo de deriva médio α dos pneus:

y, f^Órodas traseiras média ;) ' lateral = ^desvio teórico “ K(R) ^x ^lateral

A relação entre o gradiente de subviragem K e o raio de curva R é única a cada modelo de veículo. Esta relação é fornecida em uma tabela armazenada em memória não-volátil no computador 11.

O ângulo de desvio teórico é corrigido por um ganho de correção G que depende da aceleração lateral característica do veículo:

CTcdesvio G(Ylateral) X CTdesvio teórico

O ângulo de curva médio dos volantes é igual à soma do ângulo de Ackerman e o ângulo de desvio médio dos pneus:

^volantes ^{= a}Ackerman + ^ad_esvio

Há uma relação entre a posição angular absoluta do volante e o ângulo de curva dos volantes, característica de cada modelo de veículo. Esta relação é fornecida em uma tabela armazenada em memória não-volátil no computador.

^volante absoluto ' ~ ^volantes portanto ^volante estimado ^— ^^;volantes

O bloco B realiza o cálculo da razão de subviragem. As informações sobre as velocidades das rodas 15 são fornecidas periodicamente pelo computador ABS 16 ao computador de direção elétrica 11 na rede de da Rede de Área de Controladores multiplexada do veículo. O computador ABS 16 calcula as

9/10 velocidades das rodas 15 processando sinais vindos dos sensores de cada roda 15.

Quando as condições de direção são conhecidas (deslizamento e deriva limitados), a posição teórica instantânea estimada é substancialmente igual à posição absoluta real do volante 3, e é sob estas condições que o resolver 14 associado à direção elétrica é recalibrada e se torna equivalente a um sensor multi-curva, de curva única ou ângulo absoluto relativo 12 incorporado na direção elétrica.

Quando a perda de tração de um dos dois sistemas de eixo do veículo (dianteiro ou traseiro) se torna significativa, aparece um desvio entre a posição do volante 3, medida por um sensor de ângulo 12 ou calculada a partir da posição do motor 9 da direção elétrica, e a posição teórica instantânea estimada.

O desvio possibilita determinar a razão de subviragem para determinar se o veículo está em subviragem ou sobreviragem.

Esta razão de subviragem é apenas a razão do ângulo do volante absoluto real e o ângulo do volante instantâneo estimado.

O Bloco C corrige o torque de assistência. A partir da razão de subviragem, é possível corrigir o torque de assistência de acordo com as condições de direção dinâmicas sem indicações externas, e.g. a partir do ESP.

Uma zona neutra pré-definida torna possível determinar a tolerância de desvio autorizada antes de acionar um torque corretivo. Além desta zona neutra, um torque corretivo pode ser calculado, proporcional ao desvio de trajetória.

Neste caso, um limitador de torque possibilita manter o torque corretivo em uma variação aceitável. Especificamente, o torque corretivo deve ser sentido, mas não deve impedir manobras para a esquerda, como para a direita, independente das circunstâncias.

Quando o torque corretivo for zero, o torque de motor de assistência elétrica é aplicado de acordo com as leis de assistência originais.

Quando o torque corretivo não for zero, os torques na entrada e saída das leis de assistência são modificados, de modo que o torque do volante é aumentado pelo valor do torque corretivo.

Obviamente, a invenção não é limitada apenas à modalidade descrita acima como um exemplo; em contrário, compreende todas as modalidades

10/10 alternativas deste método. Especificamente, isto não estaria além do escopo da invenção se as informações sobre as velocidades das rodas fossem fornecidas indiretamente pelo computador de ABS 16 através do computador de outro sistema usando aquelas informações, tal como o computador do sistema ESP.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para determinar a razão de subviragem de automóveis equipados com:

- direção elétrica (EPS), incluindo um motor de assistência elétrica (9) acionado por um computador eletrônico de bordo (11),

- um sensor (12, 14) fornecendo uma primeira parte da informação em uma posição angular real do volante (3),

- um sistema de travagem anti-bloqueio (ABS) fornecendo uma segunda parte 10 de informação sobre a velocidade das rodas (15) do veículo, caracterizado pelo fato de que o computador de bordo (11) da direção elétrica processa a segunda parte de informação para calcular uma posição angular teórica do volante (3), que é comparada ainda à posição angular real do volante (3) a fim de obter a razão de subviragem (T) do veículo.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira parte da informação é fornecida por um sensor de ângulo dedicado (12).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira parte da informação é fornecida através de um sensor relativo nãodedicado (14) associado ao motor de assistência elétrica (9).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a razão de subviragem calculada (T) é usada por um sistema (17) para modificar o torque sentido no volante (3).
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a modificação do torque sentido no volante (3) é proporcional à razão de subviragem calculada (T).
6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o sistema (17) para modificar o torque sentido no volante (3) pode ser desconectado.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que a modificação do torque sentido no volante (3) é adaptada para o tipo de direção feita, geralmente para a direita ou esquerda.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado pelo fato de que a modificação do torque sentido no volante (3) é adaptada ao tipo de desvio de trajetória, geralmente subviragem ou sobreviragem.

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9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 8, caracterizado pelo fato de que o sistema (17) para modificar o torque sentido no volante (3) atua diminuindo o torque do motor de assistência elétrica (9).
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 8,

5 caracterizado pelo fato de que o sistema (17) para modificar o torque sentido no volante (3) atua aumentando o torque do motor de assistência elétrica (9).