ES2314251T3 - Procedimiento para la determinacion del par de fuerza de un volante de direccion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la determinación de un par de fuerza de dirección que actúa durante el accionamiento del volante de dirección en los vehículos automóviles; a este efecto, es determinada la parte proporcional de perturbación (M_stör o M_pert) de un par de fuerza de dirección (M_ist o M_real), y por medio de un generador de pares de fuerza (108, 208) es generado un par de fuerza de dirección (M_ist), que está mermado por la fuerza de perturbación; procedimiento éste que está caracterizado porque para poder determinar la parte proporcional de perturbación (M_stör), de determinadas variables es derivada una situación específica de la conducción, y los pares de fuerza perturbadora (M_stör) son determinados en función de la derivada situación de la conducción; en este caso, para la determinación de los pares de fuerza perturbadora son empleadas por lo menos las fuerzas circunferenciales (101) de la rueda.

Description

Procedimiento para la determinación del par de fuerza de un volante de dirección.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la determinación del par de fuerza del volante de dirección de un vehículo automóvil, conforme a lo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1).

A través de la Patente Alemana Núm. DE 23 48 317 A1 es conocido un procedimiento para la compensación de efectos perturbadores según el cual está previsto generar frente al conductor un par de fuerza de dirección, que señala la existencia de unas fuerzas perturbadoras. A este efecto, el par de fuerza de dirección es generado de tal manera que las fuerzas, producidas por el conductor en contra del par de fuerza de dirección, puedan compensar las fuerzas perturbadoras. Por consiguiente, el generado par de fuerza de dirección actúa en el sentido de una actuación sobre el volante de dirección, la cual empeora la situación de la conducción.

Esta manera de proceder es inconveniente en aquellos casos, en los que el conductor no produzca el necesario par de fuerza de dirección, puesto que entonces no se presenta el deseado efecto de compensación.

Además, según el estado de la técnica es conocido efectuar unas intervenciones en la dirección con el fin de estabilizar una situación crítica en la conducción. En este contexto, a través de la Patente Alemana Núm. DE 196 50 691 C2, por ejemplo, es conocido determinar un ángulo de oblicuidad total de ruedas por la adición de un ángulo de oblicuidad de ruedas, que es ordenado por el conductor, a un ángulo de oblicuidad adicional de ruedas, que es calculado por cinemática. Esta forma de proceder está apropiada para intervenir de una manera estabilizadora en unas situaciones críticas de la conducción; sin embargo, esta intervención está en función del comportamiento del conductor, y una reacción para et conductor se produce, en el mejor de los casos, de una manera indirecta.

En la Patente Alemana Núm. DE 199 12 169 A1 queda revelado un procedimiento para el funcionamiento de la dirección del tipo "Steer-by-Wire" (dirección por cable) de un vehículo automóvil, según el cual un momento recuperador, que actúa sobre un volante de dirección, es modificado -por medio de la apropiada determinación de un par de fuerza manual teórico exigido- de tal manera, que el conductor pueda recibir informaciones sobre el estado de la vía de conducción así como sobre el comportamiento del vehículo durante la conducción. La determinación de este par de fuerza manual teórico exigido es efectuada, entre otras cosas, por el empleo de un modelo de una sola vía, es decir, mediante un modelo del eje del vehículo.

El comportamiento en la dirección de un vehículo y la fuerza del accionamiento del volante de dirección, la cual es necesaria para producir la oblicuidad de las ruedas, están en función de la forma de realización constructiva del eje de las ruedas dirigidas. Las esenciales características constructivas son la divergencia/convergencia, el radio de dirección rodada, la caída, el ángulo de inclinación de las ruedas y, en los vehículos impulsados por el eje dirigido, también el brazo de palanca de las fuerzas perturbadoras. En este caso, la construcción del eje es coordinada -en función de otras circunstancias constructivas del vehículo como, por ejemplo, del peso, de la distribución de la carga axial y de las velocidades de conducción- de tal manera,que por la mayor gama posible del uso del vehículo queden asegurados el confort y la seguridad en la conducción, y que al mismo tiempo exista un comportamiento de la dirección, el cual sea agradable para el conductor. Con esta tarea de coordinación se presentan unos distintos conflictos en alcanzar el objetivo, de tal modo que no para todas las gamas y todas las situaciones de la conducción pueda ser conseguida una construcción óptima.

A la vista de ello, la presente invención tiene el objeto de proporcionar para el conductor una optimizada reacción de las fuerzas de dirección y de conseguir, gracias a ello, una mayor seguridad en la conducción.

De acuerdo con la presente invención, este objeto es conseguido por medio del procedimiento de esta invención.

Según este procedimiento, es determinado un par de fuerza del volante de dirección de un vehículo automóvil. A este efecto, por parte del conductor es previamente fijado -a través del volante de dirección- un ángulo de dirección de las ruedas dirigidas. Actúa en el volante de dirección un par de fuerza, que representa las fuerzas que actúan sobre el eje del vehículo. A través de por lo menos un modelo del eje es determinado un par de fuerza manual. Este par de fuerza manual interfiere después en el par de fuerza del volante de dirección.

El par de fuerza manual es determinado en función de una situación en la conducción, la cual es deducida en base a las magnitudes medidas. Para esta finalidad, sobre todo es determinada una situación en la conducción. De la determinada situación de conducción es deducido un modelo del eje, el cual es conveniente para conducir en esta situación de conducción, y el par de fuerza manual es determinado sobre la base de este modelo del eje.

Gracias a la determinación del par de fuerza manual por medio de por lo menos un modelo del eje, se hace posible determinar el par de fuerza del volante de dirección según un modelo, que no ha de corresponder forzosamente a las circunstancias constructivas del vehículo. Por lo tanto, se hace posible desacoplar el par de fuerza del volante de dirección -el cual se produce por la reacción del conductor- de los pares de fuerza efectivamente necesarios en el volante de dirección; en este caso, sin embargo, se produce simultáneamente una reacción, que corresponde al comportamiento normal de una dirección. Como consecuencia, el conductor queda incitado a efectuar una maniobra en el volante de dirección, la que entonces produce unos ángulos de oblicuidad de ruedas, que corresponden a un mejor comportamiento en la conducción del vehículo. Sin embargo, sigue siendo posible mantener una relación fija entre los ángulos del volante de dirección y los ángulos de oblicuidad de las ruedas dirigidas y esto, por ejemplo, a través de una continua unión mecánica entre las ruedas dirigidas y el volante de dirección. No obstante, la presente invención también puede ser empleada dentro del marco de la llamada dirección "steer-by-wire" y sin una tal unión mecánica continua. Por consiguiente, por medio de la presente invención se produce una sensación de efectuar una dirección, la cual es optimizada frente a las otras direcciones, como asimismo queda mejorada la seguridad en la conducción.

En este caso, y conforme a una conveniente forma de realización, el par de fuerza manual es determinado de tal manera, que quede facilitada una actuación del volante de dirección en una dirección, que es conveniente en cuanto a la dinámica de conducción, y/o que sea dificultada una dirección, que resulta inconveniente para la dinámica de conducción. La adicional tenida en cuenta de las circunstancias dinámicas de conducción así como la definición previa de un par de fuerza manual -que actúa en contra de unas condiciones desfavorables para la dinámica de conducción- asisten al conductor en su tarea de efectuar la dirección. A través del par de fuerza manual, generado de este modo, se hace más fácil una actuación conveniente en cuanto a la dinámica de conducción, o bien queda dificultada una maniobra del conductor sobre el volante de dirección, la cual es desfavorable para la dinámica de conducción, aunque la misma no sea imposible. Por lo tanto, el conductor no queda eximido de la tarea de actuar de una manera apropiada sobre la dirección; por el otro lado, el mismo también puede vencer el generado par de fuerza manual y puede, asimismo, establecer un comportamiento que no sea el comportamiento más conveniente con respecto a la dinámica de conducción.

Según una preferida forma de realización, está previsto que el par de fuerza manual sea determinado por el empleo de un modelo, sobre todo de un observador. El modelo del eje puede estar realizado en especial en forma de un modelo o de un observador en el sentido de la técnica de regulación. En este caso, en base a unas variables de medición y a un modelo de eje previamente confeccionado pueden ser determinadas en el volante de dirección las fuerzas resultantes del modelo, las que luego son pre- establecidas como el par de fuerza manual, que ha de ser realizado en el volante de dirección. A este efecto, el modelo o el observador no tienen que representar necesariamente las condiciones reales del vehículo. En este caso, pueden desviarse un tanto de las efectivas condiciones de la construcción los parámetros del modelo como son la divergencia/convergencia, el brazo de palanca de fuerzas perturbadoras, et recorrido de avance de pivote, el ángulo de avance de pivote, el radio de dirección rodada, el ángulo de caída y el ángulo de inclinación de ruedas, los que -en función de la invención en construcción, de la disponible capacidad de cálculo y de la modelación efectuada o necesaria- pueden ser tenidos en consideración en un modelo, que constituye el observador. Este observador refleja entonces un comportamiento que no es el comportamiento real del vehículo. Unas formas de realización alternativas de la presente invención tienen previsto, que la determinación del par de fuerza manual sea efectuado -en vez de por el empleo de un tal observador- por medio de un campo característico.

Según una ampliación de la forma de realización de la presente invención es así, que el par de fuerza manual es determinado de tal modo, que el par de fuerza, resultante del par de fuerza del volante de dirección y del par de fuerza manual, corresponda al par de fuerza del volante de dirección del modelo de eje más favorable. De una manera conveniente, esta medida constructiva conduce, por parte del conductor, al establecimiento previo de unos ángulos de dirección, que están adaptados a la situación específica de la conducción.

La detección de una situación de conducción en base a unas variables medidas hace posible la adaptación del comportamiento a unas individuales situaciones en la conducción. En este caso, pueden ser detectadas, por ejemplo, las situaciones en la conducción como son la división o split p, el paso por una curva, el viento lateral o un reducido coeficiente de rozamiento. Para esta finalidad, pueden ser aplicadas en especial las magnitudes de la presión de frenado, de las velocidades de ruedas, del ángulo de flotación, del ángulo de dirección así como otras variables similares.

Una situación de la división o split \mu es detectada, por ejemplo, a través de las diferentes presiones de frenado; en este caso, las diferentes presiones del frenado no solamente se pueden presentar en el momento de frenar los vehículos en los trayectos con un distinto coeficiente de arrastre de fuerza, sino también en el caso de una impulsión, al impedir un sistema regulador de resbalamiento el giro de una rueda impulsora por aquél lado del vehículo, el cual tiene el más reducido coeficiente de arrastre de fuerza. En base al número de revoluciones de las ruedas también puede ser deducido el paso del vehículo por una curva. También el ángulo de flotación así como el ángulo de oblicuidad de las ruedas representan una variables, que pueden ser medidas y que hacen posible detectar una marcha con viento lateral. A través del resbalamiento de una rueda -el cual puede ser detectado del número de revoluciones de la misma- y de las intervenciones de frenado (presiones de frenado de las ruedas al actuar el sistema antibloqueo así como con las intervenciones de frenado para la regulación del resbalamiento durante el arranque) puede ser detectada una situación con un más reducido coeficiente de arrastre de fuerza.

Según la forma de realización de la presente invención, para todas las detectadas situaciones de la dinámica en la conducción puede ser efectuada ahora una determinación del par de fuerza manual, la cual está adaptada a esta situación especial, y esto por el hecho de que la determinación del par de fuerza manual está basada en un respectivo modelo de eje específico, que está adaptado a la correspondiente situación en la conducción. En lugar de asignar a cada detectable situación la elección de un apropiado modelo del eje existe, asimismo, la posibilidad de asignar un correspondiente campo característico para el par de fuerza manual. En este supuesto, un tal campo característico puede estar específicamente adaptado o bien el mismo puede contener unos valores deducidos de unos modelos de ejes previamente calculados. Esta forma de proceder reduce -en comparación con los sistemas basados en los modelos- la capacidad y el rendimiento de cálculo, necesarios para efectuar la determinación del par de fuerza manual.

Como alternativa -o bien de forma complementaria- resulta que, según la presente invención, el par de fuerza manual puede ser determinado en función de por lo menos un valor procedente de un comportamiento de conducción teórico exigido y de un comportamiento de conducción real, que han sido definidos previamente.

Según otras formas para la realización de la presente invención está previsto, que el par de fuerza manual sea determinado al tener en consideración por lo menos una de las variables, que se refieren al propio vehículo y como son el ángulo de giro; la velocidad de hacer guiñadas; la velocidad de inclinación; la velocidad del bamboleo; la velocidad de cabezadas; la velocidad del vehículo; las velocidades de las ruedas; la presión de frenado de las ruedas; la aceleración de las ruedas; la aceleración longitudinal, transversal y vertical; el par de fuerza de la dirección y las fuerzas normales de rodadura de ruedas; en este caso, las variables de este tipo están reflejadas sobre todo en los modelos de eje empleados y, por consiguiente, en el correspondiente modelo u observador. En este contexto, el par de fuerza manual también puede ser determinado en función de por lo menos un dispositivo para registrar las condiciones de la vía como, por ejemplo, un sistema de navegación o un dispositivo de registro óptico. También por medio de estos dispositivos es posible determinar -en base a los datos recogidos por los mismos- el trayecto que tiene que ser recorrido y deducir de ello, por ejemplo, un modelo de eje, que ha de ser empleado de forma preferente. Estos sistemas tienen, además, la ventaja de que los mismos no solamente permiten la detección de una condición actual de la conducción, sino también pueden ser conseguidas con ellos unas indicaciones de pronóstico sobre el comportamiento, que ha de ser esperado.

Aparte de en las reivindicaciones de patente, la presente invención queda revelada, además, en la descripción, relacionada a continuación, en la que la misma es explicada con más detalles por medio de un ejemplo de realización, que está representado en el plano adjunto. La Figura única de este plano muestra un diagrama de bloques de la determinación del par de fuerza manual conforme a la presente invención y a través del empleo de observadores.

El diagrama de la Figura única indica -en una representación de bloques funcionales- un ejemplo para la determinación del par de fuerza manual con el empleo de dos modelos; en este caso, los modelos representan, en el indicado ejemplo de realización, unos observadores. Uno de los observadores es empleado para la determinación del par de fuerza de dirección, que se presenta en base al modelo de vehículo que está realizado, efectivamente, en el vehículo, mientras que el otro observador determina un deseable par de fuerza manual, empleando para ello un modelo de eje, que está adaptado a la detectada situación de la conducción.

A los efectos de determinar la situación de la conducción, al detector de situaciones de conducción 104 son aportados los valores de medición, procedentes de los dispositivos sensores y analizadores 101, 102 y 103 del vehículo. En este caso, los sensores 101 representan unos sensores para determinar la dinámica del vehículo como, por ejemplo, el ángulo de dirección; la velocidad de guiñadas; el ángulo de flotación; la velocidad del vehículo así como la aceleración transversal. Al término de un apropiado procesamiento, las señales de los sensores pueden ser aportadas -ahora como valores de medición y a través de un bus de datos, por ejemplo- al sistema de control para el par de fuerza manual, dentro del cual es llevado a efecto el procedimiento de la presente invención. Las señales de los sensores se pueden presentar también - dentro del marco de otros procedimientos de regulación en, por ejemplo, en un sistema antibloqueo o en un sistema regulador de la dinámica de conducción, para luego ser transmitidos al dispositivo para la determinación del par de fuerza manual.

Los sensores 102 transmiten los valores de las velocidades o de los números de revoluciones de las ruedas individuales, por lo menos de las ruedas dirigidas, así como las presiones de frenado de ruedas, por lo menos de las ruedas dirigidas, las cuales o han sido medidas o son calculadas en base al modelo. Como alternativa o de forma complementaria a la tarea de los sensores, 101 y 102, también puede ser aportada a una unidad de evaluación 103 una señal de análisis; unidad ésta que registra y evalúa el trayecto o la vía de conducción por medio de las señales procedentes de un dispositivo de registro óptico como, por ejemplo, una cámara de video o un sistema de navegación por satélite.

Dentro del detector de situaciones de conducción 104, la presentación de una situación específica en la conducción queda detectada a través de los datos de los sensores, los cuales son aportados al mismo. El resultado es aportado, por un lado, a un optimizador de comportamiento de conducción 105 y, por el otro lado, a un observador de modelo de eje 107.

Aparte de este resultado, al optimizador de comportamiento de conducción 105 también son aportados los datos procedentes de los sensores 101 de la dinámica de conducción. En base a los mismos es deducido un comportamiento teórico exigido del vehículo en relación con la dinámica del mismo y por su eje vertical como, por ejemplo, una velocidad teórica exigida de las guiñadas y/o un ángulo de flotación teórico exigido. También estos valores son aportados al observador de modelo de eje 107.

Además, a un detector de comportamiento real de conducción 106 son aportados los datos de los sensores 101 de la dinámica del vehículo. De estos datos son deducidas las variables dinámicas de conducción del efectivo comportamiento del vehículo, las cuales son también aportadas al observador de modelo de eje 107.

En paralelo a ello, los datos de ruedas 109 -que son registrados por unos sensores y que representan el comportamiento real de las ruedas como, por ejemplo, las fuerzas de las ruedas en distintas direcciones- son registrados, evaluados y aportados al observador de modelo real 108. En base a un observador, que representa la efectiva construcción del eje, este observador de modelo real 108 determina el par de fuerza de dirección M_ist(real), que efectivamente repercute desde el eje del vehículo sobre el volante de dirección. Este valor es transmitido hacia una unidad de evaluación 110. De forma alternativa a lo aquí indicado, en lugar de la determinación del par de fuerza real M_ist(real) del par de fuerza de dirección por medio de un modelo o de un observador, también puede ser efectuado este registro por medio de unos sensores.

A la unidad de evaluación 110 es aportado -aparte del valor del par de fuerza real de dirección- también un valor teórico exigido para el par de fuerza manual M_soll(teórico), que dentro del observador de modelo de eje 107 es determinado en base a los datos, que son aportados al mismo. A este efecto, el observador del modelo de eje emplea un observador para el modelo de eje, el cual es elegido en función de la situación de coordinación. El modelo del eje es elegido de tal manera, que el mismo sea el modelo óptimo para la detectada situación de conducción; en este caso, durante la determinación también puede ser tenida en consideración la desviación de la norma, entre el comportamiento teórico exigido del vehículo y el comportamiento real de éste.

Dentro de la unidad de evaluación 110 es determinada luego la diferencia de la norma, entre el determinado par de fuerza manual teórico M_soll(teórico) y el par de fuerza de dirección real M_ist(real); la señal es filtrada para después ser aportada -a través de un regulador- al elemento de ajuste 111 del par de fuerza manual, el cual es activado por medio del regulador de la unidad de evaluación 110 en el sentido de la generación del par de fuerza manual M_soll(teórico). Esto es llevado a efecto, por ejemplo, mediante la interferencia de un correspondiente par de fuerza, de tal manera que la suma del par de fuerza interferido y del par de fuerza de dirección M_ist(real) represente el par de fuerza manual M_soll(teórico).

Claims (10)

1. Procedimiento para la determinación del par de fuerza del volante de dirección de un vehículo automóvil, según el cual:

-

Actúa un par de fuerza del volante de dirección, el cual representa las fuerzas, que actúan sobre el eje del vehículo; y

-

Por medio de por lo menos un modelo del eje es determinado un par de fuerza manual (M_soll(teórico)), que interfiere en el par de fuerza del volante de dirección (M_ist(real)); en este caso.

-

El par de fuerza manual (M_soll(teórico)) es determinado en función de una situación en la conducción, la cual es deducida de unas variables medidas; procedimiento éste que está caracterizado porque en base a la detectada situación de la conducción es deducido un modelo de eje, que es conveniente para conducir en esta situación de conducción, y el par de fuerza manual (M_soll(teórico)) es determinado en base a este modelo del eje.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado de tal manera, que quede facilitado el accionamiento del volante de dirección en una dirección, que es conveniente en cuanto a la dinámica de conducción.

3. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1) o 2) y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado de tal manera, que quede dificultado et accionamiento del volante de dirección en una dirección, que es inconveniente en cuanto a la dinámica de conducción.

4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 3) y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado por medio de un modelo, sobre todo por medio de un observador.

5. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado en base a un campo característico.

6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado de tal manera, que el par de fuerza resultante del par de fuerza de dirección (M_ist(real)) y del par de fuerza manual (M_soll) corresponde al par de fuerza del volante de dirección según el modelo de eje más favorable.

7. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado en función de por lo menos un valor del comportamiento teórico exigido de la conducción y del comportamiento real de la conducción.

8. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado teniendo en consideración por lo menos una de las variables, que se refieren al vehículo y como son el ángulo de dirección; la velocidad de guiñadas; la velocidad de inclinación; la velocidad de bamboleo; la velocidad de cabezadas; la velocidad del vehículo; las velocidades de las ruedas; la presión de frenado de las ruedas; la aceleración de las ruedas, la aceleración longitudinal, transversal y vertical; el par de fuerza de la dirección y las fuerzas normales de rodadura de ruedas.

9. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado en función de por lo menos un dispositivo para registrar las condiciones de la vía como, por ejemplo, de un sistema de navegación o de un dispositivo de registro óptico.

10. Vehículo automóvil, con un volante de dirección para establecer previamente -por parte del conductor- un ángulo de dirección; y con un generador de par de fuerza (111) para aplicar sobre el volante de dirección un par de fuerza manual (M_soll); a este efecto, a un detector de situaciones de conducción (104) son aportadas para la detección de una situación específica en la conducción del vehículo automóvil- las señales procedentes de unos dispositivos analizadores (101, 102, 103) para la determinación de la dinámica de conducción del vehículo automóvil; vehículo automóvil éste que está caracterizado porque un observador de modelo de eje (107) elige -de la detectada situación de conducción- un modelo de eje, que es conveniente para una conducción en la detectada situación; así como caracterizado porque el par de fuerza manual (M_soll) es determinado en base a este modelo de eje.