BR102014005510A2

BR102014005510A2 - Sistema e método de estimativa de carga dinâmica de veículo

Info

Publication number: BR102014005510A2
Application number: BRBR102014005510-0A
Authority: BR
Inventors: Kanwar Bharat Singh; Anthony Parsons; Marc Engel
Original assignee: Goodyear Tire & Rubber
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-06-02
Also published as: CN104044585B; CN104044585A; EP2778631A2; US9222854B2; EP2778631B1; EP2778631A3; US20140278040A1

Abstract

Sistema e método de estimativa de carga dinâmica de veículo. Um sistema e método de estimativa de carga dinâmica são fornecidos, o sistema incluindo um pneumático suportando um veículo, um sensor de aceleração montado em veículo para determinar uma aceleração lateral de veículo e uma aceleração longitudinal de veículo, um modelo de cálculo de ângulo de inclinação lateral para determinar um ângulo de inclinação lateral de veículo, um modelo de cálculo de taxa de inclinação lateral para determinar uma taxa de inclinação lateral de veículo, um modelo de cálculo de carga normal estática para calcular uma carga normal estática medida, e um modelo de estimativa de carga dinâmica de pneumático para calcular uma carga dinâmica estimada no pneumético a partir da carga normal estática medida, do ângulo de inclinação lateral de veículo, da taxa de inclinação lateral de veículo, da aceleração lateral de veículo e da aceleração longitudianl de veículo

Description

“SISTEMA E MÉTODO DE ESTIMATIVA DE CARGA DINÂMICA DE VEÍCULO” CAMPO DA INVENÇÃO [001 ]A invenção diz respeito de uma maneira geral a sistemas de monitoramento de pneumáticos para coletar dados de parâmetros de pneumáticos medidos durante operação do veículo e, mais particularmente, a geração de sistemas e método para estimar carregamento de pneumático de veículo com base em tais dados de pneumático medidos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Pneumáticos montados em veículo podem ser monitorados por meio de sistemas de monitoramento de pressão de pneumáticos (TPMS) que medem parâmetros de pneumáticos tais como pressão e temperatura durante operação do veículo. Dados provenientes de sistemas equipados com TPMS são usados para verificar o status de um pneumático com base em parâmetros de pneumáticos medidos e para alertar o motorista de condições, tais como pressão de pneumático baixa ou vazamento, que podem exigir manutenção corretiva. Sensores dentro de cada pneumático são instalados em um estágio de pré-vulcanização de fabricação de pneumático ou em uma montagem pós-vulcanização para o pneumático. [003] 0utros fatores tais como carregamento de pneumático são considerações importantes para operação e segurança do veículo. Desta maneira é desejável adicionalmente medir carregamento de pneumático e transmitir informação de carga para um motorista de veículo e/ou sistemas de veículo tais como frenagem em combinação com os parâmetros de pneumáticos medidos de pressão e temperatura.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] De acordo com um aspecto da invenção, um sistema e método de estimativa de carga dinâmica são fornecidos, o sistema incluindo pelo menos um pneumático suportando um veículo; pelo menos um sensor de aceleração montado em veículo para determinar uma aceleração lateral de veículo e uma aceleração longitudinal de veículo; um modelo de cálculo de ângulo de inclinação lateral para determinar um ângulo de inclinação lateral de veículo; um modelo de cálculo de taxa de inclinação lateral para determinar uma taxa de inclinação lateral de veículo; um modelo de cálculo de carga normal estática para calcular uma carga normal estática medida; e um modelo de estimativa de carga dinâmica de pneumático para calcular uma carga dinâmica estimada no pneumático a partir da carga normal estática medida, do ângulo de inclinação lateral de veículo, da taxa de inclinação lateral de veículo, da aceleração lateral de veículo e da aceleração longitudinal de veículo. [005] Em um outro aspecto, o sistema de estimativa de carga dinâmica inclui pelo menos um sensor de pneumático para determinar uma força de transferência de carga medida no um pneumático; um modelo de estimativa de razão de transferência de carga adaptativa para determinar uma estimativa de razão de transferência de carga adaptativa com base na aceleração lateral de veículo e na aceleração longitudinal de veículo; um modelo de geração de razão de transferência de carga para determinar uma razão de transferência de carga a partir da força de transferência de carga medida e da estimativa de razão de transferência de carga adaptativa; e um modelo de estimativa de ângulo de inclinação lateral para gerar uma estimativa de ângulo de inclinação lateral com base na razão de transferência de carga. [006] Conforme um aspecto adicional, o sistema de estimativa de carga dinâmica inclui um modelo de adaptação de parâmetro para gerar um ajuste de adaptação de parâmetro; pelo qual o modelo de estimativa de ângulo de inclinação lateral gera a estimativa de ângulo de inclinação lateral com base na razão de transferência de carga tal como ajustada pelo ajuste de adaptação de parâmetro. [007] 0 sistema de estimativa de carga dinâmica, em um outro aspecto, inclui pelo menos um dispositivo sensor de taxa de inclinação lateral para determinar uma taxa de inclinação lateral medida; e um modelo de filtro, tal como um filtro de Kal- man, para determinar o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da taxa de inclinação lateral medida e da estimativa de ângulo de inclinação lateral. Um estimador de estado de inclinação lateral baseado em modelo lateral, tal como um modelo de observador de Luenberger, pode ser usado para determinar operacionalmente o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da estimativa de ângulo de inclinação lateral e da aceleração lateral de veículo.

DEFINIÇÕES [008] “ANN” ou “Rede Neural Artificial” é uma ferramenta adaptativa para modelagem de dados estatísticos não lineares que muda sua estrutura com base em informação externa ou interna que flui através de uma rede durante uma fase de aprendizagem. Redes neurais ANN são ferramentas de modelagem de dados estatísticos não lineares usadas para modelar relações complexas entre entradas e saídas ou para descobrir padrões em dados. [009] “Relação de aspectos” do pneumático significa a razão de sua altura de seção (SH) para sua largura de seção (SW) multiplicada por 100% para expressar como uma porcentagem. [010] “Banda de rodagem assimétrica” significa uma banda de rodagem que tem um modelo de banda de rodagem não simétrico em volta do plano central ou plano equatorial EP do pneumático. [011] “Axial” e “axialmente” significa linhas ou direções que são paralelas ao eixo de rotação do pneumático. [012] “Barramento CAN” é uma abreviação para rede de controle de área. [013] “Tela antifricção” é uma tira estreita de material colocada em volta do lado de fora de um talão de pneumático para proteger as lonas de cordão contra desgaste e contra corte do aro e para distribuir o flexionamento acima do aro. [014] “Circunferencial” significa linhas ou direções se estendendo ao longo do perímetro da superfície da banda de rodagem anular perpendiculares à direção axi-al. [015] “Plano Central Equatorial (CP)” significa o plano perpendicular ao eixo de rotação do pneumático e passando pelo centro da banda de rodagem. [016] “lmpressão do desenho da rodagem” significa a parte de contato ou área de contato criada pela banda de rodagem de pneumático com uma superfície plana à medida que o pneumático gira ou rola. [017] “Ranhura” significa uma área vazia alongada em uma parede de pneumático que pode se estender circunferencialmente ou lateralmente na parede de pneumático. A “largura de ranhura” é igual à sua largura média ao longo de seu comprimento. Uma ranhura é dimensionada para acomodar um tubo de ar tal como descrito. [018] “Lado interno” significa o lado do pneumático mais próximo ao veículo quando o pneumático está montado em uma roda e a roda está montada no veículo. [019] “Filtro de Kalman” é um conjunto de equações matemáticas que implementam um estimador do tipo preditor-corretor que é ideal no sentido em que ele minimiza a covariância de erro estimado — quando algumas condições supostas são satisfeitas. [020] “Lateral” significa uma direção axial. [021] “Bordas laterais” significam linhas tangentes à parte de contato ou impressão do desenho da rodagem de banda de rodagem mais externa axialmente tal como medida sob carga e inflação de pneumático normais, as linhas sendo paralelas ao plano central equatorial. [022] “Observador de Luenberger” é um observador de estado ou modelo de estimativa. Um “observador de estado” é um sistema que fornece uma estimativa do estado interno de um dado sistema real, a partir de medições da entrada e saída do sistema real. Tipicamente ele é implementado por computador, e fornece a base de muitas aplicações práticas. [023] “MSE” é uma abreviação para erro quadrático médio, o erro entre um sinal medido e um sinal estimado que o Filtro de Kalman minimiza. [024] “Área de contato líquida” significa a área total de elementos de banda de rodagem de contactar o solo entre as bordas laterais em volta da circunferência total da banda de rodagem dividida pela área bruta da banda de rodagem total entre as bordas laterais. [025] “Banda de rodagem não direcional” significa uma banda de rodagem que não tem direção preferida de deslocamento para frente e não tem que ser posicionada em um veículo em uma posição ou posições de roda específicas para assegurar que o modelo de banda de rodagem está alinhado com a direção preferida de deslocamento. De modo oposto, um modelo de banda de rodagem direcional tem uma direção preferida de deslocamento exigindo posicionamento de roda específico. [026] “Lado externo” significa o lado do pneumático mais distante do veículo quando o pneumático está montado em uma roda e a roda está montada no veículo. [027] “Peristáltico” significa operar por meio de contrações tais como ondas que impulsionam matéria contida, tal como ar, ao longo de caminhos tubulares. [028] “Sensor de Filme Piezoelétrico” é um dispositivo na forma de um corpo de filme que usa o efeito piezoelétrico acionado por uma dobra do corpo de filme para medir pressão, aceleração, deformação ou força ao converter o mesmo em uma carga elétrica. [029] “PSD” é Densidade Espectral de Potência (um nome de técnica sinônimo de FFT (Transformada Rápida de Fourier)). [030] “Radial” e “radialmente” significam direções radialmente para o eixo de rotação do pneumático ou para longe dele. [031] “Estria” significa uma tira de borracha se estendendo circunferencial-mente na banda de rodagem que é definida por pelo menos uma ranhura circunfe- rencial e uma segunda tal ranhura ou uma borda lateral, a tira não sendo dividida lateralmente por ranhuras de profundidade total. [032] “Ranhura transversal” significa pequenas ranhuras moldadas nos elementos de banda de rodagem do pneumático que subdividem a superfície de banda de rodagem e melhoram tração, as ranhuras transversais de uma maneira geral são estreitas em largura e se fecham na impressão do desenho da rodagem do pneumático tal como o oposto às ranhuras que permanecem abertas na impressão do desenho da rodagem do pneumático. [033] “Elemento de banda de rodagem” ou “elemento de tração” significa uma estria ou um elemento de bloco definido ao ter uma forma de ranhuras adjacentes. [034] “Largura de Arco de Banda de Rodagem” significa o comprimento de arco da banda de rodagem tal como medido entre as bordas laterais da banda de rodagem.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [035] A invenção será descrita a título de exemplo e com referência aos desenhos anexos, nos quais: [036] A figura 1A é uma vista diagramática de um veículo mostrando dinâmica lateral. [037] A figura 1B é uma vista diagramática de um veículo mostrando dinâmica longitudinal. [038] A figura 2 é um modelo de suspensão de carro total mostrando efeitos de fatores que causam variações de carga de pneumático sob condições de acionamento em linha reta de estado estável (velocidade constante). [039] A figura 3 é um modelo de entrada de sistema mostrando o vetor de perturbação durante curva e/ou frenagem. [040] A figura 4A é um gráfico de resposta de sistema mostrando deslocamento de massa sustentada por molas ao longo do tempo e o efeito de perturbação introduzida por estrada sob as condições: acionamento em linha reta; nenhuma transferência de carga lateral; e somente perturbação introduzida por estrada. [041 ]A figura 4B é um gráfico de deslocamento relativo entre deslocamento de massa sustentada por molas e entrada de estrada ao longo do tempo sob as mesmas condições da figura 4A. [042] A figura 4C é um gráfico de resposta de frequência de PSD de aceleração de massa sustentada por molas normalizada mostrando amplitude de deslocamento de massa sustentada por molas normalizada [dB] versus frequência (Hz). [043] A figura 4D é um gráfico de resposta de frequência de PSD de aceleração de massa não sustentada por molas mostrando amplitude de deslocamento de massa não sustentada por molas versus frequência. [044] A figura 5A é um gráfico de variação de carga dinâmica comparando carga estática com carga dinâmica ao longo do tempo. [045] A figura 5B é um gráfico de variação de carga dinâmica mostrando variação de carga como uma porcentagem ao longo do tempo. [046] A figura 5C é um gráfico de resposta de frequência de PSD de carga dinâmica de amplitude de deslocamento de massa não sustentada por molas [dB] versus frequência (Hz). [047] A figura 6 é um gráfico comparando Valor de Carga Observado (Kg) a partir de Estimativa de Sensor com Carga Média Real ao longo do tempo. [048] A figura 7 é um gráfico de distribuição estatística normal de medição de ruído mostrando um desvio padrão sob uma carga estática de 100 Kg para um carro de passageiros de 500 Kg. [049] A figura 8A é um gráfico de carga de pneumático (Kg) ao longo do tempo mostrando desempenho de algoritmo de estimativa de carga. [050] A figura 8B é um gráfico de erro de estimativa mostrando erro em porcentagem ao longo do tempo e comparando o desempenho de filtro de média móvel ao desempenho de filtro de Kalman. [051 ]A figura 9 é um par de gráficos do efeito que um aumento de quinze por cento em carga útil tem em estimativa de carga de pneumático e erro de estimativa (porcentagem). [052] A figura 10 é um par de gráficos do efeito que um aumento de quinze por cento em carga útil tem em estimativa de carga de pneumático e erro de estimativa (porcentagem) e mostrando desempenho melhorado do filtro de Kalman com uma suposição inicial melhor. [053] A figura 11 é uma representação diagramática do algoritmo de estimativa de carga estática de pneumático. [054] A figura 12A é uma representação diagramática de um estimador de ângulo de inclinação lateral baseado em modelo. [055] A figura 12B é um fluxograma do estimador de ângulo de inclinação lateral. [056] A figura 12C é um gráfico de ângulo de inclinação lateral estimado comparando estimativas baseadas em transferência de carga com a estimativa baseada em observador de filtro de Kalman. [057] A figura 13 é um diagrama do Caso 1 do algoritmo de estimativa de carga dinâmica de pneumático onde a taxa de inclinação lateral é conhecida. [058] A figura 14 é um diagrama de fluxo de dados do algoritmo de estimativa de carga dinâmica para o cenário do Caso 1. [059] A figura 15 é um diagrama de cenário do Caso 2 do algoritmo de estimativa de carga dinâmica de pneumático onde a taxa de inclinação lateral é desconhecida. [060] A figura 16 é um diagrama de fluxo de dados do algoritmo de estimativa de carga dinâmica para o cenário do Caso 2. [061 ]A figura 17A é um gráfico de validação experimental mostrando um ca- minho de veículo experimental em coordenadas x e y. [062] A figura 17B é um gráfico g-g de validação experimental mostrando aceleração longitudinal e lateral [g]. [063] A figura 17C é um gráfico de estimativa de carga de pneumático de validação experimental mostrando a correlação entre carga real (Cubo de Força) e Carga Estimada (Pneumático Inteligente e Observador). [064] A figura 17D é uma parte de gráfico explodida da figura 17C mostrando a correlação detalhadamente.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [065] Referindo-se à figura 1, um veículo representativo 10 está mostrado suportado pelos pneumáticos 12, 14, 16 e tendo um centro de gravidade (CG) 18. O sistema de estimativa de carga dinâmica de pneumático analisa dinâmica lateral de veículo representada pelos vetores de forças 20, 22 e a dinâmica lateral de veículo 24. As forças de pneumático verticais podem ser estimadas por meio da soma de transferência de carga longitudinal, transferência de carga lateral e força normal estática em cada pneumático (dianteiro direito, dianteiro esquerdo, traseiro direito e traseiro esquerdo) tal como indicado pelas expressões matemáticas a seguir nas quais se aplica a nomenclatura: a: Distância do CG ao eixo dianteiro b: Distância do CG ao eixo traseiro ay: Aceleração lateral ax: Aceleração longitudinal Θ: Ângulo de inclinação lateral θ’: Taxa de inclinação lateral t: Largura de trilha ms: Massa sustentada por molas mu: Massa não sustentada por molas kr0ii: Rigidez de inclinação lateral cr0ii: Amortecimento de inclinação lateral hr: Altura de centro de inclinação lateral ha: Altura de massa não sustentada por molas [066] A expressão matemática a seguir apresenta uma estimativa de carga dinâmica de pneumático em tempo real na qual Fzestática é a carga estática de pneumático; ay: Aceleração lateral; ax: Aceleração longitudinal; Θ: Ângulo de inclinação lateral; θ’: Taxa de inclinação lateral. [067] Tal como será entendido, Fzestática, ay, ax, θ, Θ’ representam entradas para determinar estimativa de carga. Existe uma necessidade de considerar as variações de carga estática de eixo por causa do estado de carregamento do veículo (isto é, porcentagem de carga útil) e oscilações em frequências de ricochetes de chassi e de saltos de rodas. Os valores de aceleração lateral e de aceleração longitudinal são obtidos de sensores padrões disponíveis em veículos equipados com Controladores ABS/VSC. Além do mais, a taxa de inclinação lateral é alcançável em veículos equipados com sistemas de segurança ativos para implementação de airbag de proteção lateral. Para aqueles veículos que não são equipados para fornecer a taxa de inclinação lateral, um meio para estimar a taxa de inclinação lateral é fornecido e expli- cado a seguir em um cenário do Caso 2. O ângulo de inclinação lateral é obtido de sensores para medir ângulo de inclinação lateral, mas tais sensores são caros e estimativas de ângulo de inclinação lateral, embora possíveis de obter por meio de pura integração da taxa de inclinação lateral, são extremamente sensíveis à predisposição de sensor. [068] Desta maneira, conforme o sistema e método em questão, as estimativas de carga de estado estável são melhoradas ao considerar as variações de carga estática de eixo. As entradas indicadas acima para algoritmo de estimativa de carga serão explicadas com detalhes adicionais a seguir. [069] Uma representação de um modelo de suspensão de carro total 26 é fornecida na figura 2. A partir do modelo, os fatores que causam variações de carga de pneumático sob condições de acionamento em linha reta de estado estável (velocidade constante) podem ser analisados. A figura 3 mostra o vetor de perturbação como sendo composto do deslocamento de carga do veículo durante curva e/ou fre-nagem (Fzd) e a entrada (Zd) do perfil de estrada 28. As expressões matemáticas expostas na figura 3 se aplicam ao sistema da figura 2. [070] Com referência às figuras 4A a 4D, a análise de resposta de sistema e de PSD (Densidade Espectral de Potência) é resumida na forma de gráfico. As condições de simulação são: acionamento em linha reta; nenhuma transferência de carga lateral; e perturbação é somente por causa das entradas de variação de estrada em uma velocidade de veículo de aproximadamente 51,44 mph (82,78 km/h). O deslocamento (mm) versus tempo que está mostrado na figura 4A correlaciona entrada de estrada com deslocamento de massa sustentada por molas. O gráfico da figura 4B mostra deslocamento relativo de deslocamento de massa sustentada por molas ao longo do tempo. A figura 4C mostra a PSD de aceleração de massa sustentada por molas como a amplitude normalizada [dB] versus frequência (Hz). Na figura 4D, a PSD de aceleração de massa não sustentada por molas está mostrada, represen- tando graficamente amplitude normalizada [dB] versus frequência (Hz). A partir das figuras 4A-4D pode ser visto que a resposta de frequência se estende de aproximadamente 0,5 a 20 Hz com ênfase em aspereza na frequência de ricochetes de chassi (aproximadamente 1 Hz) e na frequência de ressonância de eixo (aproximadamente 10 Hz). [071 ]Um estudo de variação de carga dinâmica é resumido graficamente nas figuras 5A a 5C. Na figura 5A, a variação de carga dinâmica está mostrada comparando uma carga estática a uma carga dinâmica (Kg) ao longo do tempo. Na figura 5B a variação está mostrada como uma porcentagem. A figura 5C mostra a PSD de carga dinâmica como Amplitude Normalizada [dB] versus Frequência (Hz). Tal como será entendido a partir dos gráficos, as variações de carga de pneumático mesmo sob condições de acionamento em linha reta de estado estável podem ser tão altas quanto 20%. Isto significa que, para um sistema de estimativa de carga baseado em pneumático, estimativas ruidosas de carga de pneumático podem ocorrer mesmo sob condições de acionamento de estado estável. Tal como mostrado na figura 6 que apresenta graficamente variação de carga sob condições de teste em linha reta velocidade constante, uma comparação de valor observado (estimativa de sensor) versus carga média real pode variar entre 15% a 20%. [072] Uma vez que ruído pode ter um impacto significativo em estimativa de carga, o filtro de Kalman (explicado a seguir) deve compensar uma variação como esta. Na figura 7, está mostrada uma curva de distribuição normal para estatística de ruído com a média = 0. Um desvio padrão de 20% de carga média de pneumático (carga estática) é visto como sendo aproximadamente igual a 100 Kg. O gráfico é para uma carga estática de pneumático para um carro de passageiros de aproximadamente 400 Kg. [073] Com referência à figura 11, um algoritmo de estimativa de carga estática de pneumático 30 está mostrado. Um veículo 32 tem pneumáticos equipados com um sensor que detecta deformação de pneumático indicativa de uma carga estática em cada pneumático. O veículo é equipado com um sistema de controle de estabilidade que fornece um Barramento CAN 34. Sensores geram os dados de aceleração ax, ay. Um sistema de estimativa de carga estática do tipo em questão é descrito no pedido de patente US copendente 13/655.787 depositado em 19 de outubro de 2012, incorporado a este documento pela referência. O(s) sensor(s) em cada pneumático gera(m) um sinal de sensor bruto 36 que é introduzido em um chip de processador de sinal digital 38 e usado em um algoritmo de estimativa de carga na geração de uma estimativa de carga 40. Os sensores fornecem dados de carga estática de cada pneumático em uma base de frequência baixa. A estimativa de carga 40 é usada em um filtro de média móvel 42 e uma suposição inicial é assim gerada para um filtro de Kalman distinto 44. A estimativa de carga 40 é introduzida adicionalmente em um comutador 46 com os dados de aceleração ax, ay provenientes do Barramento CAN 34. O comutador 46 é programado para passar a entrada 1 (a Estimativa de Carga 40) quando a entrada 2 (dados de aceleração provenientes do Barramento CAN 34) satisfaz o critério selecionado. De outro modo, o comutador 46 passa a entrada 3, representando realimentação proveniente da Estimativa de Carga (filtrada) 50. [074] O critério de seleção de comutação é definido como se segue: [075] Ay e Ax aproximadamente iguais a 0; e FZfi aproximadamente igual a FZfr; e FZri aproximadamente igual a FZrr; nenhuma força de curva, frenagem e de aceleração G e nenhuma transferência de peso por causa de perturbações de estrada. Se o critério for satisfeito na entrada 2, a entrada 1 é passada. A entrada da memória 48 no comutador 46 controla aplicação dos critérios de transferência indicados acima. [076] Um filtro de Kalman distinto 44 é posicionado pegando a saída do comutador 46 e a suposição inicial proveniente do filtro de média móvel 42 e gerando disto uma Estimativa de Carga Filtrada 50. Um erro significativo na estimativa de carga baseada em filtro de Kalman pode ocorrer por causa de uma suposição inicial errada tal como mostrado na figura 9. Na figura 9, um aumento de 15% em carga útil está mostrado tal como indica a carga de pneumático [Kg] ao longo do tempo. O valor observado (Estimativa de Sensor Ruidosa) é colocado no gráfico contra as Estimativas de Filtro de Média Móvel, as Estimativas de Filtro de Kalman e a carga média real. No gráfico de Erro de Estimativa da figura 9, erro como uma porcentagem está colocado no gráfico ao longo do tempo tanto para o Desempenho de Filtro de Média Móvel quanto para o Desempenho de Filtro de Kalman. [077] Usar a saída de filtro de média móvel como uma suposição inicial para o filtro de Kalman reduz erro ao melhorar a suposição inicial tal como indicado pelos gráficos da figura 10. Na figura 10, a estimativa de carga de pneumático [Kg] está mostrada antes e após um aumento de carga útil de 15% usando a suposição inicial melhorada e erro (porcentagem) ao longo do tempo reflete um melhoramento no desempenho do filtro de Kalman com a suposição inicial melhorada. [078] Para uma estimativa de carga dinâmica, tal como discutido anteriormente, FzEstática, ax, ay, Θ (ângulo de inclinação lateral) e Θ’ (taxa de inclinação lateral) são entradas. A fim de melhorar a estimativa de carga dinâmica na estimativa de carga estática da figura 11, uso de ângulo de inclinação lateral Θ é introduzido. Sensores para medir o ângulo de inclinação lateral são caros e estimativas de ângulo de inclinação lateral por meio de integração de taxa de inclinação lateral estão sujeitas a erro por causa de predisposição de sensor. Uma estimativa de ângulo de inclinação lateral de estado estável baseada em carga de pneumático pode ser usada para estimar ângulo de inclinação lateral usando informação de carga de pneumático proveniente de um pneumático equipado com sensor ao somar os momentos em volta dos centros de inclinação lateral dianteiro e traseiro. A figura 12A mostra um estima-dor de ângulo de inclinação lateral baseado em modelo. Ao somar os momentos, a expressão para ângulo de inclinação lateral a seguir é derivada em que LTR é a razão de transferência de carga igual à carga nos pneumáticos esquerdos menos carga nos pneumáticos direitos dividido por carga em todos os pneumáticos. tr: Largura de trilha dianteira; ay: Aceleração lateral; hf, hr: Alturas de centros de inclinação lateral dianteiro e traseiro; kf, kr: Rigidez de inclinação lateral dianteira e traseira; ms: Massa sustentada por molas; m: massa total. [079] O estimador de ângulo de inclinação lateral baseado em modelo da figura 12 é baseado no modelo de veículo 1 DOF (um único grau de liberdade) com medição de taxa de inclinação lateral. Os estados são ângulo de inclinação lateral e taxa de inclinação lateral, enquanto que a entrada é a aceleração lateral medida. O sinal de realimentação é a taxa de inclinação lateral medida. A seguinte expressão se aplica onde: ay,m = ay + g sen (Θ) [080] A figura 12B mostra o estimador de ângulo de inclinação lateral baseado no modelo da figura 12A. Aceleração lateral medida é uma combinação da aceleração de veículo e a força gravitacional. Validação da estimativa de ângulo de inclinação lateral é validada experimentalmente tal como visto no gráfico da figura 12C. Na figura 12C, o ângulo de inclinação lateral estimado ao longo do tempo é colocado no gráfico mostrando as Estimativas Baseadas em Razão de Transferência de Carga (Informação de Carga proveniente do Cubo de Força) e as Estimativas Baseadas em Observador de Filtro de Kalman. Boas estimativas de ângulo de inclinação lateral são alcançadas usando a informação de carga de pneumático (Método 1). A saída do Método 2 é usada como um valor de referência para comparação. Entretanto, a suposição de ter informação de carga de pneumático contínua de um pneumático inteligente (isto é, um pneumático equipado com sensores de detecção de deformação) não é realística uma vez que o sistema de informação de carga de pneumático é um sistema sensor de um único ponto, isto é, estimativas de carga de pneumático são geradas somente uma vez por rotação do pneumático. Desta maneira, o sistema de estimativa de carga dinâmica pega a informação de frequência baixa gerada por um pneumático equipado com sensor e, usando tal informação, gera uma estimativa de ângulo de inclinação lateral e, usando a estimativa de ângulo de inclinação lateral com a taxa de inclinação lateral e informação de aceleração proveniente de um Bar-ramento CAN de veículo, calcula uma estimativa de carga dinâmica de pneumático. [081 ]0 algoritmo de estimação de carga dinâmica de pneumático é discutido nos dois casos seguintes. O primeiro, representado na figura 13, é o caso em que o veículo é equipado com um sistema de controle de estabilidade capaz de gerar dados de taxa de inclinação lateral produzidos por sensor. O segundo caso, representado pela figura 15, é onde o veículo não é equipado com um sistema de controle de estabilidade. Ambos os casos são discutidos como se segue.

Caso 1 [082]Referindo-se à figura 13 e à figura 14, um sistema de algoritmo de estimativa de carga dinâmica de pneumático 50 está mostrado na figura 13 e um diagrama de fluxo de dados correspondendo ao sistema está mostrado na figura 14. O sistema inclui um veículo 52 tendo os pneumáticos 54, cada pneumático equipado com um ou mais sensores de carga estática 76 a partir dos quais pode ser calculado em uma base de frequência baixa (uma vez por rotação) um carregamento estático em cada pneumático. Os Dados de Carga FZfl, Fzfr, Fzrl, Fzrr são assim obtidos. Uma metodologia de estimativa de carga estática de pneumático 74 é usada para estimar um carregamento estático total FZestático em todos os pneumáticos. A método- logia de estimativa de carga estática é revelada no pedido de patente US copenden-te 13/655.787 depositado em 19 de outubro de 2012, incorporado a este documento pela referência. [083] Uma razão de transferência de carga (LTR) estática 62 é calculada por meio do uso dos dados de carregamento estático de frequência baixa na seguinte expressão: [084] Uma Estimativa de Razão de Transferência de Carga Adaptativa (ALTR) 58 é então feita usando a LTR de carga estática em combinação com os dados de aceleração ax, ay provenientes de um Barramento CAN de veículo 60 aa expressão (2) a seguir. [085] Usando os dados de aceleração de alta frequência ax, ay provenientes do Barramento CAN (aproximadamente 100 Hz) e a LTR do carregamento estático em cada pneumático, na fórmula (2), os parâmetros Pi e P2 podem ser identificados. A LTR é introduzida em uma estimativa de ângulo de inclinação lateral 64. A informação de massa de veículo também é atualizada 66 com cada medição de carga estática recebida dos pneumáticos 54. [086] Os parâmetros atualizados Pi e P2 no diagrama de fluxo de dados da figura 14 estão aplicados com a estimativa de carga estática de pneumático 74 e os dados de aceleração ax, ay em um Estimador de LTR Dinâmica e Ângulo de Inclinação Lateral 76. O Estimador de LTR Dinâmica e Ângulo de Inclinação Lateral 76 gera um ângulo de inclinação lateral Θ estimado que é introduzido em um filtro de Kal-man 70 com os dados de taxa de inclinação lateral Θ’ proveniente do Barramento CAN. O filtro de Kalman 70 determina como uma saída o ângulo de inclinação lateral e a taxa de inclinação lateral do veículo que são introduzidos em um Estimador de Carga 72 com a saída FZestática da estimativa 74 e os dados de aceleração ax, ay. Se- rá assim percebido que os dados de carga de frequência baixa são usados para definir os parâmetros Pi e P2 em uma base de frequência baixa contínua, os quais são então usados para modificar a LTR introduzida no Estimador de LTR Dinâmica e Ângulo de Inclinação Lateral 76. [087] O diagrama de fluxo de dados para o sistema da figura 13 é fornecido na figura 14 com os caminhos de fluxo de dados de frequência baixa diferenciados por meio de linha tracejada dos caminhos de fluxo dados de frequência alta. Será percebido que a estimativa de carga estática de pneumático Fzestática opera em uma taxa de frequência baixa (uma vez por rotação) para gerar informação em aproximadamente 5 HZ. A razão de transferência de carga estática da expressão (2), portanto, é recalculada na mesma frequência baixa. Os coeficientes Pi e P2 mudam com o centro de gravidade CG do veículo. Assim, adaptar a LTR em uma base contínua pelos coeficientes serve para adaptar a LTR para mudanças de CG no veículo. [088] O veículo 52 é provido com sensores a bordo em seu sistema de controle de estabilidade dos quais podem ser obtidos por meio do Barramento CAN os parâmetros de aceleração de frequência alta ax, ay assim como a taxa de inclinação lateral θ’. Ao aplicar os parâmetros atualizados P-ι e P2 indicados acima, recalculados continuamente usando dados de carregamento estático de frequência baixa, aos dados de aceleração de frequência alta provenientes do Barramento CAN de veículo, um Estimador de LTR Dinâmica e Ângulo de Inclinação Lateral 56 podem ser empregados para produzir uma estimativa de ângulo de inclinação lateral dinâmica. O ângulo de inclinação lateral proveniente do estimador 56 é introduzido em um filtro de Kalman com a informação de taxa de inclinação lateral Θ’ proveniente do Barramento CAN, para gerar um ângulo de inclinação lateral dinâmica 86 que, com a taxa de inclinação lateral obtida de Barramento CAN Θ’ e dados de aceleração provenientes do Barramento CAN, entram em um Estimador de Carga 72 e em uma Estimativa de Carga Dinâmica 82 obtida tal como descrito a seguir. [089] A Estimativa de Carga Dinâmica 82 é feita por meio de aplicação de ax, ay, θ, Θ’ na expressão (3) seguinte, resumindo os momentos dos modelos das figuras 2 e 3.

Caso 2 [090] As figuras 15 e 16 mostram um sistema de estimativa de carga dinâmica para veículos que não são equipados para fornecer informação de taxa de inclinação lateral por meio do Barramento CAN. O sistema das figuras 15 e 16 difere desse descrito anteriormente nas figuras 13 e 14 somente em que a taxa de inclinação lateral Θ’ deve ser estimada em vez de ser fornecida pelos sensores de Barramento CAN. Desta maneira, no sistema 84 do caso 2, a taxa de inclinação lateral é estimada por meio do Observador de Luenberger 70 e o fator m da Adaptação de Parâmetro 66 é usado pelo Observador de Luenberger para ajustar a estimativa de taxa de inclinação lateral. Saída do ângulo de inclinação lateral do Estimador de LTR Dinâmica e Ângulo de Inclinação Lateral 76 é introduzida em um Estimador de Estado de Inclinação Lateral 78 tal como um Observador de Luenberger. A taxa de inclinação lateral e o ângulo de inclinação lateral provenientes do Estimador de Estado de Inclinação Lateral são então usados na expressão (3) a fim de completar uma estimativa de carga dinâmica para a situação do Caso 2. [091 ]As figuras 17A a 17D representam resultados de Validação Experimental para o sistema de estimativa de carga dinâmica em questão. Na figura 17A, um caminho de veículo está identificado com posições de coordenadas X e Y. A figura 17B é um diagrama g-g que representa graficamente aceleração longitudinal e aceleração lateral [g] para o caminho de veículo da figura 17A. A figura 17C é um gráfico de Estimativa de Carga de Pneumático mostrando a variação estimada de carga de pneumático no pneumático Fzti ao longo do tempo e comparando carga real (cubo de força) em linha fina com a carga estimada (Pneumático Inteligente e Observador) em linha grossa. A figura 17D representa uma parte ampliada do gráfico da figura 17C mostrando a concordância precisa entre o carregamento real no pneumático tal como medido no cubo força e a carga estimada obtida conforme o sistema de estimativa em questão. A estimativa de carga é medida empiricamente para estar dentro de aproximadamente dez por cento da carga real. [092] A partir do exposto anteriormente será percebido que um sistema e método de estimativa de carga dinâmica são fornecidos para um veículo tendo um sistema sensor de controle de estabilidade de inclinação lateral (Caso 1) ou para um veículo que não possui tal sistema (Caso 2). O sistema em um ou outro caso utiliza sensores de aceleração montados em veículo para determinar uma aceleração lateral de veículo e uma aceleração longitudinal de veículo. Em veículos equipados com um sistema de estabilidade de inclinação lateral, taxa de inclinação lateral do veículo está disponível. Cada pneumático no veículo tem um(s) sensor(s) de medição de carga que fornece(m) os dados de carregamento estático FZestátíco· Um ângulo de inclinação lateral Θ é calculado usando um modelo de filtragem tal como um filtro de Kalman tendo como entradas a LTR (calculada a partir das medições de carregamento estático), a taxa de inclinação lateral Θ’ e os dados de aceleração ax, ay (recebidos do Barramento CAN). O ângulo de inclinação lateral estimado Θ, a taxa de inclinação lateral Θ’ e os dados de aceleração ax, ay (recebidos do Barramento CAN) são então aplicados a uma expressão de momento a fim de calcular um carregamento dinâmico no veículo. [093] Além disso, um modelo de estimativa de razão de transferência de carga adaptativa (ALTR) pode ser empregado para o propósito de adaptar a LTR às mudanças em CG de veículo. Um modelo de adaptação de parâmetro é empregado que gera um ajuste de adaptação de parâmetro “m”, pelo qual o modelo de estimativa de ângulo de inclinação lateral gera a estimativa de ângulo de inclinação lateral com base na LTR ajustada pelo ajuste de adaptação de parâmetro “m”. [094] O sistema de estimativa de carga dinâmica, se o veículo não for equipado para fornecer a taxa de inclinação lateral θ’, em uma modalidade do Caso 2, usa um estimador de estado de inclinação lateral baseado em modelo lateral, tal como um modelo de observador de Luenberger. O estimador de estado de inclinação lateral determina operacionalmente o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da estimativa de ângulo de inclinação lateral e da aceleração lateral de veículo. [095] Variações na presente invenção são possíveis considerando a descrição da mesma fornecida neste documento. Embora certas modalidades e detalhes representativos tenham sido mostrados para o propósito de ilustrar a invenção em questão, estará aparente para os versados na técnica que várias mudanças e modificações podem ser feitas na mesma sem divergir do escopo da invenção em questão. Portanto, é para ser entendido que mudanças podem ser feitas nas modalidades particulares descritas que estarão dentro do escopo total pretendido da invenção tal como definido pelas reivindicações anexas seguintes.

Claims

1. Sistema de estimativa de carga dinâmica para estimar uma carga de veículo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: pelo menos um pneumático suportando um veículo; dispositivo sensor de aceleração para determinar uma aceleração lateral de veículo e uma aceleração longitudinal de veículo; dispositivo de cálculo de ângulo de inclinação lateral para determinar um ângulo de inclinação lateral de veículo; dispositivo de cálculo de taxa de inclinação lateral para determinar uma taxa de inclinação lateral de veículo; dispositivo de cálculo de carga normal estática para calcular uma carga normal estática medida; e dispositivo de estimativa de carga dinâmica de pneumático para calcular uma carga dinâmica estimada no pneumático a partir da carga normal estática medida, do ângulo de inclinação lateral de veículo, da taxa de inclinação lateral de veículo, da aceleração lateral de veículo e da aceleração longitudinal de veículo.

2. Sistema de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: dispositivo sensor de pneumático para determinar uma força de transferência de carga medida no um pneumático; dispositivo de estimativa de razão de transferência de carga adaptativa para determinar uma estimativa de razão de transferência de carga adaptativa com base na aceleração lateral de veículo e na aceleração longitudinal de veículo; dispositivo de geração de razão de transferência de carga para determinar uma razão de transferência de carga a partir da força de transferência de carga medida e da estimativa de razão de transferência de carga adaptativa; dispositivo de estimativa de ângulo de inclinação lateral para gerar uma es- timativa de ângulo de inclinação lateral com base na razão de transferência de carga.

3. Sistema de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente dispositivo de adaptação de parâmetro para gerar um ajuste de adaptação de parâmetro; e em que o dispositivo de estimativa de ângulo de inclinação lateral gera a estimativa de ângulo de inclinação lateral com base na razão de transferência de carga tal como ajustada pelo ajuste de adaptação de parâmetro.

4. Sistema de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: dispositivo sensor de taxa de inclinação lateral para determinar uma taxa de inclinação lateral medida; e dispositivo de filtragem para determinar o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da taxa de inclinação lateral medida e da estimativa de ângulo de inclinação lateral.

5. Sistema de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente dispositivo de filtragem para determinar o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da estimativa de ângulo de inclinação lateral e da aceleração lateral de veículo e em que o dispositivo de filtragem determina operacionalmente o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da estimativa de ângulo de inclinação lateral e da aceleração lateral de veículo tais como ajustadas pelo ajuste de adaptação de parâmetro.

6. Sistema de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de filtragem compreende um estimador de estado de inclinação lateral baseado em modelo lateral e em que o estimador de estado de inclinação lateral baseado em modelo lateral compreende um modelo de Observador de Luenberger.

7. Método de estimativa de carga dinâmica para estimar uma carga em um pneumático suportando um veículo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: montar dispositivo sensor de aceleração no veículo para medir uma aceleração lateral de veículo e uma aceleração longitudinal de veículo; determinar um ângulo de inclinação lateral de veículo; determinar uma taxa de inclinação lateral de veículo; determinar uma carga normal estática no pneumático; e aplicar a carga normal estática, o ângulo de inclinação lateral de veículo, a taxa de inclinação lateral de veículo, a aceleração lateral de veículo e a aceleração longitudinal de veículo a um algoritmo de estimativa de carga dinâmica de pneumático para produzir uma estimativa de carga.

8. Método de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar uma força de transferência de carga medida no pneumático; determinar uma estimativa de razão de transferência de carga adaptativa com base na aceleração lateral de veículo e na aceleração longitudinal de veículo; determinar uma razão de transferência de carga a partir da força de transferência de carga medida e da estimativa de razão de transferência de carga adaptativa; gerar uma estimativa de ângulo de inclinação lateral com base na razão de transferência de carga.

9. Método de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente gerar um ajuste de adaptação de parâmetro; e gerar pelo dispositivo de estimativa de ângulo de inclinação lateral a estimativa de ângulo de inclinação lateral com base na razão de transferência de carga tal como ajustada pelo ajuste de adaptação de parâmetro, e em que compreende: determinar uma taxa de inclinação lateral medida a partir do dispositivo sensor de inclinação lateral montado no veículo; e implementar dispositivo de filtragem para determinar o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da taxa de inclinação lateral medida e da estimativa de ângulo de inclinação lateral; e em que compreende determinar pelo dispositivo de filtragem o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da estimativa de ângulo de inclinação lateral e da aceleração lateral de veículo.

10. Sistema de estimativa de carga dinâmica, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente determinar pelo dispositivo de filtragem o ângulo de inclinação lateral de veículo e a taxa de inclinação lateral de veículo a partir da estimativa de ângulo de inclinação lateral e da aceleração longitudinal de veículo tais como ajustadas pelo ajuste de adaptação de parâmetro e em que compreende utilizar um estimador de estado de inclinação lateral baseado em modelo lateral como o dispositivo de filtragem.