ES2250323T3 - Conjunto de direccion asistida electrica para vehiculo automovil. - Google Patents
Conjunto de direccion asistida electrica para vehiculo automovil.Info
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Abstract
Conjunto de dirección asistida eléctrica que comprende un árbol de dirección rotativo (4) que lleva en un extremo un volante (2) y en su otro extremo un órgano de transmisión (7) que coopera con una cremallera (8) móvil en traslación, conectada en cada uno de sus extremos (11) a un mecanismo (10) de orientación de las ruedas directrices del vehículo, comprendiendo el dispositivo de asistencia (12, 212) un motor eléctrico (15) que acciona un órgano de asistencia (20) que coopera con la cremallera (8), y un dispositivo de mando (16; 216) que proporciona a dicho motor eléctrico (15) una señal de mando (S; S¿) adaptada para hacer variar el par de salida (Cs) del motor eléctrico (15), en función de parámetros de funcionamiento del árbol de dirección y/o más generalmente del vehículo, caracterizado porque el dispositivo de asistencia (12; 212) comprende medios de estimación (13, 25, 27, 29, 31; 221a, 221b) de los esfuerzos ejercidos por uno al menos de los mecanismos de orientación (10) sobre lacremallera (8), y el dispositivo de mando (16; 216) está adaptado para modificar la señal de mando de par (S; S¿) en función del valor de esfuerzo (F; m¿) estimado por dichos medios de estimación (13, 25, 27, 29, 31; 221a, 221b).
Description
Conjunto de dirección asistida eléctrica para
vehículo automóvil.
La invención se refiere a un conjunto de
dirección de vehículo automóvil que comprende un dispositivo
eléctrico de asistencia.
La invención se refiere más concretamente a un
conjunto de dirección asistido del tipo que comprende un árbol de
dirección rotativo que lleva en un extremo un volante y en su otro
extremo un órgano de transmisión que coopera con una cremallera
móvil en traslación, conectada en cada uno de sus extremos a un
mecanismo de orientación de las ruedas directrices del vehículo,
comprendiendo el dispositivo un motor eléctrico que acciona un
órgano de asistencia que coopera con la cremallera, y un dispositivo
de mando que proporciona a dicho motor eléctrico una señal de mando
adaptada para hacer variar el par de salida del motor eléctrico, en
función de parámetros de funcionamiento del árbol de dirección y/o
más generalmente del vehículo. Tal conjunto se conoce a través del
documento US-A-5528492.
En los sistemas de dirección asistida eléctrica
conocidos, un motor eléctrico acciona, mediante un reductor, un
piñón que se engrana en la cremallera de dirección, para de este
modo transmitir a la cremallera un esfuerzo de asistencia. El motor
eléctrico está mandado por un calculador que aplica leyes de mando
preprogramadas para tener en cuenta la evolución de parámetros de
funcionamiento del vehículo y de la dirección, tales como la
velocidad del vehículo, el par aplicado al volante y el árbol de
dirección por el conductor, y la velocidad de rotación del volante.
El calculador emite al motor eléctrico, a partir de estos parámetros
de funcionamiento y de las leyes de mando preprogramadas, una señal
de mando de par que corresponde al par de salida del motor que hay
que suministrar para ejercer sobre la cremallera el esfuerzo de
asistencia deseado.
En general, no se prevé ningún bucle de
regulación que permita corregir la señal de mando emitida hacia el
motor en función de magnitudes medidas o calculadas, significativas
de un par o de un esfuerzo de asistencia realmente emitidos por el
motor.
Un dispositivo de asistencia de este tipo no
proporciona una plena satisfacción porque por una parte, los
parámetros a los cuales se aplican las leyes de mando no permiten
acceder simple y precisamente a un esfuerzo de asistencia adaptado a
las sensaciones del usuario, y por otra parte, la dificultad para
traducir un esfuerzo de asistencia deseado en par motor de
salida.
En efecto, para los mismos valores de los
parámetros mencionados anteriormente, un mismo esfuerzo de
asistencia se aplica mediante el dispositivo de asistencia, que
puede convenir en condiciones de carretera seca, y puede ser
excesivo en condiciones de carretera deslizante. En caso de
"sobreasistencia", el conductor pierde en gran medida las
sensaciones de esfuerzo sobre la dirección del vehículo, lo que
degrada la seguridad de conducción.
A continuación, para un par de salida dado del
motor eléctrico, el esfuerzo de asistencia aplicado efectivamente
sobre la cremallera difiere sensiblemente del esfuerzo de asistencia
teórico, a causa de pérdidas de energía mecánica en el motor
eléctrico (inercia, fricciones) y en el mecanismo de transformación
del par motor en esfuerzo de asistencia, a saber particularmente el
reductor y el órgano de transmisión a la cremallera. A título de
ejemplo, las pérdidas de energía mecánica anteriormente mencionadas
pueden presentar, para algunos vehículo de tipo berlina y en
condiciones corrientes de velocidades y de giro del volante, del
orden del 30% para pares de volante variables y del 15% para pares
de volante constantes, respecto del esfuerzo teórico de asistencia
sobre la cremallera. Estas pérdidas varían en un mismo vehículo a lo
largo del tiempo con el desgaste de las piezas mecánicas de
transmisión, pero también de un vehículo a otro, siendo estas
variaciones extremadamente difíciles de modelizar.
Un objetivo principal de la invención es
solucionar estros inconvenientes y proponer una dirección asistida
eléctrica que, en primer lugar, no altere las sensaciones de la
conducción, y en segundo lugar, cuyo funcionamiento no esté afectado
por las diferencias que existen de un vehículo a otro o por la
evolución a lo largo del tiempo de las pérdidas de energía
mecánica.
Con este objetivo, un conjunto de dirección
asistida de vehículo automóvil del tipo anteriormente mencionado se
caracteriza porque el dispositivo de asistencia comprende medios de
estimación de los esfuerzos ejercidos por uno al menos de los
mecanismos de orientación sobre la cremallera, y el dispositivo de
mando está adaptado para modificar la señal de mando de par en
función del valor de esfuerzo estimado por dichos medios de
estimación.
Según una primera realización, un conjunto de
dirección asistida conforme a la invención puede presentar una
o diversas de las siguientes características:
- -
- los medios de estimaciones del esfuerzo comprenden un detector de velocidad de cabeceo del vehículo;
- -
- los medios de estimación del esfuerzo comprenden un detector de velocidad de avance del vehículo;
- -
- los medios de estimación del esfuerzo comprenden un detector de ángulo de giro del volante;
- -
- los medios de estimación del esfuerzo comprenden un detector de aceleración transversal del vehículo;
- -
- los medios de estimación comprenden un órgano de cálculo que calcula el valor de esfuerzo a partir de los valores medidos
\frac{d
\psi}{d_{t}}, V_{x}, \alpha _{v}, \gamma
_{t}
- respectivamente por el detector de velocidad de cabeceo, el detector de velocidad de avance, el detector de ángulo de giro, y el detector de aceleración transversal;
- -
- el órgano de cálculo calcula el valor de esfuerzo F según una relación del tipo
F = K_{1}
\cdot \frac{d \psi}{d_{t}} + K_{2} \cdot V_{x} + k_{3} \cdot \alpha
_{v} + k_{4} \cdot \gamma
_{t}
- en la que k_{1}, k_{2}, k_{3}, k_{4} son coeficientes predeterminados
- \bullet
- \frac{d \psi}{d_{t}} es la velocidad de cabeceo medida;
- \bullet
- V_{x} es la velocidad de avance medida;
- \bullet
- \alpha_{v} es el ángulo de giro medido; y
- \bullet
- \gamma_{t} es la aceleración transversal medida;
- -
- el dispositivo de asistencia comprende medios de medición del esfuerzo ejercido por el órgano de asistencia sobre la cremallera, y el dispositivo de mando está adaptado para modificar la señal de mando de par en función del valor de esfuerzo medido por dichos medios de medición;
- -
- el dispositivo de mando comprende un calculador que elabora, a partir de datos pregrabados y de parámetros de funcionamiento, una señal de referencia de par, y un módulo de regulación que elabora, en función de la señal de referencia y del valor de esfuerzo medido, la señal de mando de par, estando uno de dichos parámetros de funcionamiento constituido por el valor estimado del esfuerzo de los mecanismos de orientación sobre la cremallera;
- -
- el módulo de regulación comprende un órgano de conversión que emite a partir del valor medido de esfuerzo del órgano de asistencia sobre la cremallera, una señal de medición que es una imagen del valor real del par de salida del motor;
- -
- el módulo de regulación comprende un órgano comparador que recibe en entrada la señal de medición del par y la señal de referencia de par, y emite en salida una señal de desvío de par;
- -
- el módulo de regulación comprende un regulador P.I.D. que elabora la señal de mando de par a partir de la señal de desvío de par;
- -
- la ganancia proporcional del regulador P.I.D está preajustada en un valor comprendido entre 6 y 9;
- -
- la ganancia integral del regulador P.I.D está preajustada en un valor comprendido entre 140 y 210;
- -
- y la ganancia diferencial del regulador P.I.D está preajustada en un valor comprendido entre 0,016 y 0,024.
Según una segunda realización de la invención, el
dispositivo de asistencia comprende medios de medición del esfuerzo
ejercido por el órgano de asistencia sobre la cremallera, y el
dispositivo de mando está adaptado para modificar la señal de mando
de par en función del valor de esfuerzo medido por dichos medios de
medición.
Según otras características de esta segunda
realización, tomadas solas o según todas las combinaciones
técnicamente considerables:
- -
- el dispositivo de mando comprende un calculador que elabora, a partir de datos pregrabados y de parámetros de funcionamiento, una señal de referencia de par, y un módulo de regulación que elabora, en función de la señal de referencia y del valor de esfuerzo medido, la señal de mando de par, estando uno de dichos parámetros de funcionamiento constituido por el valor de los esfuerzos de uno al menos de los mecanismos de orientación sobre la cremallera;
- -
- el módulo de regulación comprende un órgano de conversión que emite a partir del valor de esfuerzo medido del órgano de asistencia sobre la cremallera, una señal de medición que es una imagen del valor real del par de salida del motor;
- -
- el módulo de regulación comprende un órgano comparador que recibe en entrada la señal de medición del par y la señal de referencia de par, y emite en salida una señal de desvío de par;
- -
- el módulo de regulación comprende un regulador P.I.D que elabora la señal de mando de par a partir de la señal de desvío de par;
- -
- la ganancia proporcional del regulador P.I.D está preajustada en un valor comprendido entre 6 y 9;
- -
- la ganancia integral del regulador P.I.D. está preajustada en un valor comprendido entre 140 y 210; y
- -
- la ganancia diferencia del regulador P.I.D. está preajustada en un valor comprendido entre 0,016 y 0,024.
La invención se dirige igualmente a un
procedimiento de mando, de un conjunto de dirección asistida del
tipo anteriormente mencionado, según el cual se elabora la señal de
mando de par de la siguiente manera:
- -
- se mide el esfuerzo ejercido por el órgano de asistencia sobre la cremallera;
- -
- se convierte el valor de esfuerzo así obtenido en valor de par real estimado a partir de las características del reductor, del órgano de asistencia y de la cremallera;
- -
- se estiman los esfuerzos ejercidos por uno al menos de los mecanismos de orientación sobre la cremallera;
- -
- se calcula el desvío de un valor de par de referencia, determinado a partir de datos pregrabados y de parámetros de funcionamiento, con el valor de par real así estimado, estando uno de dichos parámetros de funcionamiento constituido por el valor de los esfuerzos estimados de los mecanismos de orientación sobre la cremallera;
- -
- se calcula un valor de mando de par mediante una ley de regulación P.I.D. cuyos coeficientes están predeterminados;
- -
- se elabora la señal de mando de par que corresponde a dicho valor de mando.
Según una primera realización del procedimiento,
se estiman los esfuerzos ejercidos por cálculo.
Preferiblemente, se calculan los esfuerzos de los
mecanismos de orientación sobre la cremallera por las siguientes
operaciones:
- -
- se mide la velocidad de cabeceo del vehículo \frac{d \psi}{d_{t}};
- -
- se mide la velocidad de avance del vehículo V_{x};
- -
- se mide el ángulo de giro del volante \alpha_{v};
- -
- se mide la aceleración transversal del vehículo \gamma_{t}; y
- -
- se calcula el valor de esfuerzo F según una relación del tipo;
F = K_{1}
\cdot \frac{d \psi}{d_{t}} + k_{2} \cdot V_{x} + k_{3} \cdot \alpha
_{v} + K_{4} \cdot \gamma
_{t}
- en la que k_{1}, k_{2}, k_{3}, k_{4} son coeficientes predeterminados.
Según una segunda realización del procedimiento,
se estiman los esfuerzos ejercidos por uno al menos de los
mecanismos de orientación sobre la cremallera midiendo dichos
esfuerzos.
La invención se dirige finalmente a un vehículo
automóvil que comprende un conjunto de dirección asistida
eléctricamente, como se ha definido anteriormente, o que funciona
según un procedimiento definido anteriormente.
La invención se entenderá mejor al leer la
descripción que sigue, proporcionada únicamente a título de ejemplo,
y hecha con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática de un
conjunto de dirección asistida según una primera realización de la
invención;
- la figura 2 es un esquema que representa el
dispositivo de asistencia que equipa el conjunto de dirección
asistida de la figura 1;
- la figura 3 es una vista esquemática de un
conjunto de dirección asistida según una segunda realización de la
invención; y
- la figura 4 es un esquema que representa el
dispositivo de asistencia que equipa el conjunto de dirección
asistida de la figura 3.
En la figura 1, se ha representado un conjunto de
dirección 1 de vehículo automóvil asistida eléctricamente, que
comprende un volante 2 solidario a una primera sección 3 de un
árbol de dirección 4 conectada a una segunda sección 5 de este árbol
de dirección 4, mediante una conexión Cardan 6. El árbol de
dirección 4 está en este caso compuesto por dos secciones 3, 5
articuladas, pero podría estar constituido por una sola pieza. El
árbol de dirección 4 transmite el par aplicado sobre el volante por
el conductor del vehículo a un piñón de transmisión 7, que se
engrana con una cremallera de dirección 8 dispuesta transversalmente
respecto del eje del vehículo entre dos ruedas directrices 9. El
piñón de transmisión 7 se podría sustituir por cualquier otro órgano
de transmisión adaptado, como por ejemplo un tornillo sin fin. Cada
rueda directriz 9 es susceptible de pivotar alrededor de un eje de
pivoteo vertical Z-Z bajo el efecto de un
desplazamiento lineal de la cremallera 8, siendo dicha rueda
directriz 9 accionada por un mecanismo de orientación que comprende
una biela 10 conectada a un extremo 11 de la cremallera 8.
El conjunto de dirección 1 comprende también un
dispositivo de asistencia 12 destinado a ejercer sobre la cremallera
8 un esfuerzo de igual sentido que el esfuerzo ejercido por el piñón
de transmisión 7, para de este modo facilitar el accionamiento del
volante 2 por el conductor del vehículo, en función de tres
parámetros P1, P2, P3 de funcionamiento del vehículo y de
funcionamiento de la dirección.
El primer parámetro P1 está constituido por el
valor de velocidad del vehículo, determinado por medios clásicos de
medición de la velocidad de avance V_{x} presentes normalmente en
los vehículo, que se designará mediante un detector de velocidad de
avance 13.
El segundo parámetro P2 será expresado más
adelante.
El tercer parámetro P3 representa el par aplicado
en el volante 2, estimado mediante un detector de par 14 montado en
la segunda sección 5 del árbol de dirección 4 en una región cercana
al piñón de transmisión 7.
El dispositivo de asistencia 12 comprende un
motor eléctrico 15 cuyo par de salida C_{5} está mandado por un
dispositivo electrónico de mando 16 que proporciona al motor una
señal de mando de par S. El par de salida C_{5} del motor
eléctrico 15 se transmite a un reductor 19 mediante del árbol de
salida 18 del motor 15, y a un piñón de asistencia 20 que se engrana
con la cremallera 8.
La cremallera 8 comprende un detector de esfuerzo
21 adaptado para medir el esfuerzo ejercido por el piñón de
asistencia 20 en la cremallera 8, y proporcionar al dispositivo
electrónico de mando 16 el valor m del esfuerzo así
medido.
Además del detector de velocidad de avance 13, el
dispositivo de asistencia comprende un detector de velocidad de
cabeceo 25 del vehículo, un detector de aceleración transversal 27
el vehículo, así como un detector de ángulo de giro 29 del volante
2.
El dispositivo de asistencia 12 comprende
por otra parte un órgano de cálculo 31 que está conectado al
detector de velocidad de avance 13, al detector de velocidad de
cabeceo 25, al detector de aceleración transversal 27, y al detector
de ángulo de giro de volante 29. El órgano de cálculo 31 recibe
dichos detectores a los cuales está conectado, señales respectivas
significativas de las magnitudes medidas, a saber la velocidad de
avance del vehículo V_{x}, la velocidad de cabeceo del vehículo
\frac{d \psi}{d_{t}}, la aceleración transversal del
vehículo \gamma_{t} y el ángulo de giro del volante
\alpha_{v}.
El órgano de cálculo 31 trata las magnitudes
medidas V_{x} \frac{d \psi}{d_{t}}
\lambda_{t}, \alpha_{v}, para obtener un valor de esfuerzo
resultante F de las bielas 10 en la cremallera 8, según la siguiente
relación:
F = K_{1}
\cdot \frac{d \psi}{d_{t}} + k_{2} \cdot V_{x} + k_{3} \cdot \alpha
_{v} + K_{4} \cdot \gamma
_{t}
donde k_{1}, k_{2}, k_{3},
k_{4} son coeficientes predeterminados y pregrabados en el órgano
de cálculo
31.
Se entiende por esfuerzo resultante F la suma de
los esfuerzos ejercidos por las bielas 10 en la cremallera 3, o el
esfuerzo medio.
\newpage
El segundo parámetro P2 proporcionado al
dispositivo electrónico de mando está constituido por este valor F
estimado del esfuerzo ejercido por las bielas 10 en la cremallera
8.
Como se ha representado en la figura 2, el
dispositivo electrónico de mando 16 comprende un calculador 122 y un
módulo de regulación 123. El calculador 122 recibe los parámetros de
funcionamiento P1, P2, P3 y les aplica leyes de mando pregrabadas
para elaborar y emitir hacia una primera entrada del módulo de
regulación 123 una señal de referencia de par S1.
La señal representativo del valor m del
esfuerzo del piñón de asistencia 20 sobre la cremallera 8 medido por
el detector de esfuerzo correspondiente 21 es enviada hacia una
segunda entrada del módulo de regulación 123, comprendiendo este
último un órgano de conversión 124 que emite a partir del valor de
esfuerzo medido m, una señal de medición S0 que es una imagen
del valor real del par de salida del motor Cs.
El módulo de regulación 123 comprende por otra
parte un comparador 125 que recibe en entrada la señal de medición
de par S0 y la señal de referencia de par S1 emitido por el
calculador 122, y que emite en salida una señal de desvío de
par S_{\Delta}; transmitida a un regulador P.I.D. 126. Este
regulador 126 aplica a la señal de par S_{\Delta}; una ley
proporcional/integral/derivada, con el fin de elaborar la señal de
mando de par S que se aplica a continuación al motor eléctrico
15.
Los coeficientes de ganancia
proporcional/integradora/derivada K_{p}, K_{i}, K_{d},
aplicados en la ley de regulación, son por ejemplo respectivamente
del orden de 7,5; 175; 0,02.
En la figura 3, se ha representado un conjunto de
dirección 1 de vehículo automóvil eléctricamente asistida, que
comprende un volante 2 solidario a una primera sección 3 de un árbol
de dirección 4 conectada a una segunda sección 5 de este árbol de
dirección 4, mediante una conexión Cardan 6. El árbol de dirección 4
está en este caso compuestos por dos secciones 3, 5 articuladas,
pero podría estar constituido por una sola pieza. El árbol de
dirección 4 transmite el par aplicado sobre el volante 2 por el
conductor del vehículo a un piñón de transmisión 7, que se engrana
con una cremallera de dirección 8 dispuesta transversalmente
respecto del eje del vehículo entre dos ruedas directrices 9. El
piñón de transmisión 7 se podría sustituir por cualquier otro órgano
de transmisión adaptado, como por ejemplo un tornillo sin fin. Cada
rueda directriz 9 es susceptible de pivotar alrededor de un eje de
pivoteo vertical Z-Z bajo el efecto de un
desplazamiento lineal de la cremallera 8, siendo dicha rueda
directriz 9 accionada por un mecanismo de orientación que comprende
una biela 10 conectada a un extremo 11 de la cremallera 8.
El conjunto de dirección 1 comprende también un
dispositivo de asistencia 212 destinado a ejercer sobre la
cremallera 8 un esfuerzo de igual sentido que el esfuerzo ejercido
por el piñón de transmisión 7, para, de este modo, facilitar el
accionamiento del volante 2 por el conductor del vehículo, en
función de tres parámetros P'1, P'2, P'3 de funcionamiento del
vehículo y de funcionamiento de la dirección.
El primer parámetro P'1 está constituido por el
valor de velocidad del vehículo, determinado por medios clásicos de
medición de la velocidad presentes normalmente en los vehículo.
El segundo parámetro P'2 será expresado más
adelante.
El tercer parámetro P'3 representa el par
aplicado en el volante 2, estimado mediante un detector de par 14
montado en la segunda sección 5 del árbol de dirección 4 en una
región cercana al piñón de transmisión 7.
El dispositivo de asistencia 212 comprende un
motor eléctrico 15 cuyo par de salida C_{s} está mandado por un
dispositivo electrónico de mando 216 que emite al motor una señal de
mando de par S'. El par de salida C_{s} del motor eléctrico 15 se
transmite a un reductor 19 mediante el árbol de salida 18 del motor
15, y a un piñón de asistencia 20 que se engrana con la cremallera
8.
La cremallera comprende respectivamente en sus
dos extremos 11 un primer y un segundo detector de esfuerzo 221a,
221b adaptados para medir el esfuerzo ejercido por cada una de las
bielas 10 respectivas sobre la cremallera 8, y proporcionar al
órgano electrónico de mando 216, después de la suma de los valores
obtenidos m'a, m'b por un sumador 230, resultando el
valor m' del esfuerzo de los esfuerzos así medidos.
El segundo parámetro P'2 está constituido por
este valor m' de los esfuerzos ejercidos por las bielas 10
sobre la cremallera 8.
La cremallera 8 comprende por otra parte un
tercer detector de esfuerzo 221c adaptado para medir el esfuerzo
ejercido por el piñón de asistencia 20 sobre la cremallera 8, y
proporcionar al dispositivo electrónico de mando 216 el valor
m'c del esfuerzo así medido.
Como se ha representado en la figura 4, el
dispositivo electrónico de mando 216 comprende un calculador 222 y
un módulo de regulación 223. El calculador 222 recibe los parámetros
de funcionamiento P'1, P'2, P3 y les aplica leyes de mando
pregrabadas con el fin de elaborar y emitir hacia una primera
entrada del módulo de regulación 223 una señal de referencia de par
S'1.
La señal representativa del valor m'c del
esfuerzo del piñón de asistencia 20 sobre la cremallera 8 medido por
el detector correspondiente 221c se envía hacia una segunda entrada
del módulo de regulación 223, comprendiendo este último un órgano de
conversión 224 que emite a partir del valor de esfuerzo medido
m'c, una señal de medición S'0 que es una imagen del valor
real del par de salida del motor C_{s}.
El módulo de regulación 223 comprende, por otra
parte, un comparador 225 que recibe en entrada la señal de medición
de par S'0 y la señal de referencia de par S'1 emitida por el
calculador 222, y que emite en salida una señal de desvío de par
S'_{\Delta}; transmitido a un regulador P.I.D. 226. Este regulador
226 aplica a la señal de par S'_{\Delta}; una ley
proporcional/integral/derivada, con el fin de elaborar la señal de
mando de par S' que se aplica a continuación al motor eléctrico
15.
Los coeficientes de ganancia
proporcional/integradora/derivada K'_{p}, K'_{i}, K'_{d},
aplicados en la ley de regulación, son por ejemplo respectivamente
del orden de 7,5; 175; 0,02.
Los conjuntos de dirección asistida eléctrica y
los procedimientos de mando asociados tales como los definidos en la
invención, proporcionan un esfuerzo de asistencia que tiene en
cuenta esfuerzos reales ejercidos por las piezas de transmisión de
dirección ligadas a las ruedas sobre la cremallera, y regulado para
compensar tanto los efectos del desgaste de las piezas mecánicas de
transmisión de la dirección, a lo largo de toda la vida del
vehículo, como las variaciones de las características mecánicas de
un vehículo a otro, y las variaciones de estas características según
las condiciones de utilización del vehículo.
Claims (29)
1. Conjunto de dirección asistida eléctrica que
comprende un árbol de dirección rotativo (4) que lleva en un extremo
un volante (2) y en su otro extremo un órgano de transmisión (7) que
coopera con una cremallera (8) móvil en traslación, conectada en
cada uno de sus extremos (11) a un mecanismo (10) de orientación de
las ruedas directrices del vehículo, comprendiendo el dispositivo de
asistencia (12, 212) un motor eléctrico (15) que acciona un órgano
de asistencia (20) que coopera con la cremallera (8), y un
dispositivo de mando (16; 216) que proporciona a dicho motor
eléctrico (15) una señal de mando (S; S') adaptada para hacer variar
el par de salida (Cs) del motor eléctrico (15), en función de
parámetros de funcionamiento del árbol de dirección y/o más
generalmente del vehículo, caracterizado porque el
dispositivo de asistencia (12; 212) comprende medios de estimación
(13, 25, 27, 29, 31; 221a, 221b) de los esfuerzos ejercidos por uno
al menos de los mecanismos de orientación (10) sobre la cremallera
(8), y el dispositivo de mando (16; 216) está adaptado para
modificar la señal de mando de par (S; S') en función del valor de
esfuerzo (F; m') estimado por dichos medios de estimación (13, 25,
27, 29, 31; 221a, 221b).
2. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de
estimación (13, 25, 27, 29, 31) del esfuerzo (F) comprenden un
detector de velocidad de cabeceo (25) del vehículo.
3. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de
estimación (13, 25,27, 29, 31) del esfuerzo (F) comprenden un
detector de velocidad de avance (13) del vehículo.
4. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de
estimación (13, 25, 27, 29, 31) del esfuerzo (F) comprenden un
detector de ángulo de giro (29) del volante (2).
5. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de
estimación (13, 25, 27, 29, 31) del esfuerzo (F) comprenden un
detector de aceleración transversal (27) del vehículo.
6. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
las reivindicaciones 2 a 5 tomadas juntas, caracterizado
porque los medios de estimación (13, 25, 27, 29, 31) comprenden un
órgano de cálculo (31) que calcula el valor de esfuerzo (F) a partir
de los valores medidos \frac{d \psi}{d_{t}}, V_{x}, \alpha
_{v}, \gamma _{t}, respectivamente por el
detector de velocidad de cabeceo (25), el detector de velocidad de
avance (13), el detector de ángulo de giro (29), y el detector de
aceleración transversal (27);
7. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
la reivindicación 6, caracterizado porque el órgano de
cálculo (31) calcula el valor de esfuerzo (F) según una relación del
tipo
F = K_{1}
\cdot \frac{d \psi}{d_{t}} + k_{2} \cdot V_{x} + k_{3} \cdot \alpha
_{v} + K_{4} \cdot \gamma
_{t}
- en la que k_{1}, k_{2}, k_{3}, k_{4} son coeficientes predeterminados
- \bullet
- \frac{d \psi}{d_{t}} es la velocidad de cabeceo medida;
- \bullet
- V_{x} es la velocidad de avance medida;
- \bullet
- \alpha_{v} es el ángulo de giro medido; y
- \bullet
- \gamma_{t} es la aceleración transversal medida;
8. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado
porque el dispositivo de asistencia (12) comprende medios de
medición (21) del esfuerzo ejercido por el órgano de asistencia (20)
sobre la cremallera (8), y el dispositivo de mando (16) está
adaptado para modificar la señal de mando de par (S) en función del
valor de esfuerzo (m) medido por dichos medios de medición
(21);
9. Conjunto de dirección asistida eléctrica según
la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo de
mando (16) comprende un calculador (122) que elabora, a partir de
datos pregrabados y de parámetros de funcionamiento (P1, P2, P3),
una señal de referencia de par (S1), y un módulo de regulación (123)
que elabora, en función de la señal de referencia (S1) y del valor
de esfuerzo medido (m), la señal de mando de par (S), estando
uno de dichos parámetros de funcionamiento (P2) constituido por el
valor estimado (F) del esfuerzo de los mecanismos de orientación
(10) sobre la cremallera (8).
10. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 9, caracterizado porque el módulo de
regulación (123) comprende un órgano de conversión (124) que emite a
partir del valor medido (m) de esfuerzo del órgano de
asistencia (20) sobre la cremallera (8), una señal de medición (S0)
que es una imagen del valor real del par de salida (Cs) del motor
(15).
11. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 10, caracterizado porque el módulo de
regulación (123) comprende un órgano comparador (125) que recibe en
entrada la señal de medición del par (S0) y la señal de referencia
de par (S1), y emite en salida una señal de desvío de par
(S_{\Delta};).
12. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 11, caracterizado porque el módulo de
regulación (123) comprende un regulador P.I.D. (126) que elabora la
señal de mando de par (S) a partir de la señal de desvío de par
(S_{\Delta};).
13. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 12, caracterizado porque la ganancia
proporcional (K_{p}) del regulador P.I.D (126) está preajustada en
un valor comprendido entre 6 y 9.
14. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 12, caracterizado porque la ganancia
integral (K_{i}) del regulador P.I.D (126) está preajustado en un
valor comprendido entre 140 y 210.
15. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 12, caracterizado porque la ganancia
diferencial (K_{d}) del regulador P.I.D (126) está preajustado en
un valor comprendido entre 0,016 y 0,024.
16. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de
estimación (221a, 221b) son medios de medición de los esfuerzos
ejercidos por uno al meno de los mecanismos de orientación
(10) sobre la cremallera (8).
17. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 16, caracterizado porque el
dispositivo de asistencia (112) comprende medios de medición (221c)
del esfuerzo ejercido por el órgano de asistencia (20) sobre la
cremallera (8), y el dispositivo de mando(216) está adaptado
para modificar la señal de mando de par (S') en función del valor de
esfuerzo(m'c) medido por dichos medios de medición
(221c).
18. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 17, caracterizado porque el
dispositivo de mando (216) comprende un calculador (222) que
elabora, a partir de datos pregrabados y de parámetros de
funcionamiento (P'1, P'2, P'3), una señal de referencia de par
(S'1), y un módulo de regulación (223) que elabora, en función de la
señal de referencia (S'1) y del valor de esfuerzo medido
(m'c), la señal de mando de par (S'), estando uno de dichos
parámetros de funcionamiento (P'2) constituido por el valor
(m') de los esfuerzos de uno al menos de los mecanismos de
orientación (10) sobre la cremallera (8).
19. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 18, caracterizado porque el módulo de
regulación (223) comprende un órgano de conversión (224) que emite a
partir del valor de esfuerzo medido (m'c) del órgano de
asistencia (20) sobre la cremallera (8), una señal de medición
(S'0)que es una imagen del valor real del par de salida (Cs)
del motor (15).
20. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 19, caracterizado porque el módulo de
regulación (223) comprende un órgano comparador (225) que recibe en
entrada la señal de medición del par (S'0) y la señal de referencia
de par (S'1), y emite en salida una señal de desvío de par
(S'_{\Delta};).
21. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 20, caracterizado porque el módulo de
regulación (223) comprende un regulador P.I.D (226) que elabora la
señal de mando de par (S') a partir de la señal de desvío de par
(S'_{\Delta}).
22. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 21, caracterizado porque la ganancia
proporcional (K'p) del regulador P.I.D (226) está preajustado en un
valor comprendido entre 6 y 9.
23. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 21, caracterizado porque la ganancia
integral (K'_{i}) del regulador P.I.D. (226) está preajustada en
un valor comprendido entre 140 y 210.
24. Conjunto de dirección asistida eléctrica
según la reivindicación 21, caracterizado porque la ganancia
diferencial (K'_{d}) del regulador P.I.D. (226) está preajustado
en un valor comprendido entre 0,016 y 0,024.
25. Procedimiento de mando, por una señal de
mando de par, de un motor eléctrico de dispositivo de asistencia
eléctrica de un conjunto de dirección de vehículo automóvil, que
comprende un árbol de dirección rotativo (4) que lleva en un extremo
un volante (2) y en su otro extremo un órgano de transmisión (7) que
coopera con una cremallera (8) móvil en traslación, conectada en
cada uno de sus extremos (11) a un mecanismo (10) de orientación de
las ruedas directrices del vehículo, comprendiendo el dispositivo de
asistencia (12, 212) un motor eléctrico (15) que acciona un órgano
de asistencia (20) que coopera con la cremallera (8), y un
dispositivo de mando (16; 216) que proporciona a dicho motor
eléctrico (15) una señal de mando (S; S') adaptada para hacer variar
el par de salida (Cs) del motor eléctrico (15),
caracterizado porque se elabora la señal de mando de par (S;
S') de la siguiente manera
- -
- se mide el esfuerzo ejercido por el órgano de asistencia (20) sobre la cremallera (8);
- -
- se convierte el valor de esfuerzo (m; m'c) así obtenido en valor de par real estimado a partir de las características del reductor (19), del órgano de asistencia (20) y de la cremallera (8);
- -
- se estiman los esfuerzos ejercidos por uno al menos de los mecanismos de orientación (10) sobre la cremallera (8);
- -
- se calcula el desvío de un par de referencia, determinado a partir de datos pregrabados y de parámetros de funcionamiento (P1, P2, P3; P'1, P'2, P'3), con el valor de par real así estimado, estando uno de dichos parámetros de funcionamiento (P2; P2') constituido por el valor de los esfuerzos estimados (F; m') de los mecanismos de orientación (10) sobre la cremallera (8);
- -
- se calcula un valor de mando de par mediante una ley de regulación P.I.D. cuyos coeficientes (K_{p}, K_{i}, K_{d}; K'_{p}, K'_{i}, K'_{d}) están predeterminados;
- -
- se elabora la señal de mando de par (S; S') que responde a dicho valor de mando.
26. Procedimiento de mando según la
reivindicación 25, caracterizado porque se estiman los
esfuerzos ejercidos por uno al menos de los mecanismos de
orientación (10) sobre la cremallera (8) por cálculo.
27. Procedimiento de mando según la
reivindicación 26, caracterizado porque se calculan los
esfuerzos de los mecanismos de orientación (10) sobre la cremallera
(8) por las siguientes operaciones:
- -
- se mide la velocidad de cabeceo del vehículo \frac{d \psi}{d_{t}}
- -
- se mide la velocidad de avance del vehículo V_{x};
- -
- se mide el ángulo de giro del volante \alpha_{v};
- -
- se mide la aceleración transversal del vehículo \gamma_{t}; y
- -
- se calcula el valor de esfuerzo F según una relación del tipo:
F = K_{1},
\frac{d \psi}{d_{t}} + k_{2} \cdot V_{x} + k_{3} \cdot \alpha _{v} +
K_{4} \cdot \gamma
_{t}
- en la que k_{1}, k_{2}, k_{3}, k_{4} son coeficientes predeterminados.
28. Procedimiento de mando según la
reivindicación 25, caracterizado porque se estiman los
esfuerzos ejercidos por uno al menos de los mecanismos de
orientación (10) sobre la cremallera (8) midiendo dichos
esfuerzos.
29. Vehículo automóvil que comprende un conjunto
de dirección asistida según una cualquiera de las reivindicaciones 1
a 24, o que funciona según un procedimiento conforme a una
cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28.
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