BR102014025856A2

BR102014025856A2 - sistema de avaliação de atrito da estrada e método

Info

Publication number: BR102014025856A2
Application number: BR102014025856A
Authority: BR
Inventors: Kanwar Bharat Singh
Original assignee: Goodyear Tire & Rubber
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2015-12-22
Also published as: CN104554274A; CN104554274B; US8983749B1; JP2015081090A; EP2865572A1

Abstract

resumo "sistema de avaliação de atrito da estrada e método" a presente invenção refere-se a um sistema de avaliação de coeficiente de atrito na estrada e método que usa sensores de avaliação de carga de pneu fixados nos pneus de um veículo. a carga e ângulo de deslizamento para cada pneu são avaliados a partir dos dados do sensor. a partir dos sensores de barramento can de veículo, aceleração de veículo e taxa de guinada são obtidos os parâmetros opera-cionais e o modelo observador dinâmico calcula as avaliações de força lateral e lon-gitudinal em cada pneu. uma avaliação de força de roda individual é calculada em cada pneu a partir das avaliações de força lateral e longitudinal para cada pneu. a partir da avaliação do ângulo de deslizamento dinâmico em cada pneu e da avalia-ção de força de roda individual em cada pneu, é feita uma avaliação de atrito basea-da em modelo.

Description

"SISTEMA DE AVALIAÇÃO DE ATRITO DA ESTRADA E MÉTODO" CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se geralmente a sistemas de monitoramento para coletar dados de parâmetro de pneu medidos durante a operação de veículo. Especificamente, a presente invenção refere-se a um sistema e método para avaliar a avaliação de atrito da estrada com base em tais medições.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Os pneus montados em veículos podem ser monitorados por sistemas de monitoramento de pressão de pneu (TPMS) que medem os parâmetros de pneu tais como pressão e temperatura durante a operação do veículos. Os dados dos sistemas de pneu equipados com TPMS são usados para verificar o status de um pneu com base nos parâmetros de pneu medidos e alertar o motorista quanto às condições, tais como uma pressão baixa de pneu ou vazamento, que podem requerer manutenção de reparação. Os sensores dentro de cada pneu são instalados em um estágio de pré-cura da fabricação do pneu ou em uma montagem de pós-cura do pneu. [003] Outras fatores, tais como a condição da superfície da estrada, incluindo o coeficiente de atrito da estrada, são considerações importantes para operação e segurança de veículo. Portanto, é também desejável medir o atrito da estrada e comunicar a informação de atrito da estrada para um operador de veículo e/ou sistemas de veículo tais como frenagem e estabilidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada e método para calcular uma avaliação de coeficiente de atrito de estrada. Em um veículo que possua uma pluralidade de pneus de suporte, os sensores de avaliação de carga do pneu são fixados para avaliar uma avaliação de carga dinâmica em cada da pluralidade de pneus. O cálculo de ângulo de deslizamento é conduzido utilizando dados de sensor de avaliação de carga, pelos quais é feita uma avaliação de ângulo de deslizamento dinâmico em cada da pluralidade de pneus. A partir dos sensores de barramento CAN de veículo, são obtidos a aceleração do veículo e os parâmetros operacionais de taxa de guinada e um modelo observador dinâmico calcula as avaliações de força lateral e longitudinal em cada da pluralidade de pneus. Uma proporção de transferência de carga é avaliada a partir da carga dinâmica avaliada em cada da pluralidade de pneu; e é calculada uma avaliação de força de roda individual em cada da pluralidade de pneus a partir das avaliações de força lateral de longitudinal em cada da pluralidade de pneus. A partir da avaliação do ângulo de deslizamento dinâmico em cada da pluralidade de pneus e a avaliação da força de roda individual em cada da pluralidade de pneus, é feita uma avaliação do atrito com base no modelo. [005] Em outro aspecto, a avaliação de atrito é conduzida em tempo real com base nas variáveis obtidas pelo sensor do ângulo de deslizamento e carga de pneu avaliações derivadas do observador de forças em cada da pluralidade de pneus. [006] Em um aspecto adicional, o modelo observador dinâmico compreende um modelo de rota única, com três graus de liberdade; a avaliação de coeficiente de atrito de estrada é feita seguindo um modelo de veículo de quatro rodas, e a avaliação de coeficiente de atrito de estrada é feita utilizando um modelo de Escova de pneu.

Definições [007] “ANN” ou “Rede Neural Artificial” é uma ferramenta adaptável para modelagem de dados estatísticos não lineares que mudam suporte anular estrutura com base em informações externas e internas que fluem através de uma rede durante uma fase de aprendizagem. Redes neurais ANN são ferramentas de dados estatísticos não lineares usadas para modelar relações complexas entre entradas e saídas ou encontrar padrões em dados. [008] “Proporção de aspecto” do pneu significa a proporção de suporte anular altura de seção (SH) para largura de seção (SW) multiplicada por 100 por cento para expressão como um percentual. [009] “Rodagem assimétrica” significa uma rodagem que possui um padrão de rodagem não simétrico em trono do plano central ou plano equatorial EP do pneu. [010] “Axial” ou “axialmente” significa linhas ou direções que são paralelas ao eixo geométrico de rotação do pneu. [011] “Modelo de Escova” significa um sistema analógico mecânico quase estático unidimensional usado para análise de resistência de rolamento. Em um modelo de Escova, o entalhe de contato é dividido em duas seções: uma região estática avançada onde a rodagem de pneu adere à superfície de estrada, e uma região de parte traseira deslizante onde ocorre o deslizamento entre o pneu e a estrada. [012] “Barramenío CAN” é uma abreviação para rede de área de controlador. [013] “Antifricção”é uma tira estreita de material colocada em volta da parte externa de um talão de pneu para proteger as lonas de corda de desgaste e corte contra o aro e distribuir a flexão sobre o aro. [014] “Circunferencial” significa linhas ou direções que se estendem ao longo do perímetro da superfície da rodagem anular perpendicular à direção axial. [015] “Plano Central Equatorial (CP)” significa o plano perpendicular ao eixo geométrico de rotação do pneu e que passa através do centro da rodagem. [016] “Impressão do Desenho da Rodagem” significa o caminho ou área de contato criada pela rodagem de pneu com uma superfície plana quando o pneu gira ou rola. [017] “Entalhe” significa uma área vazia alongada em uma parede de pneu que pode se estender circular ou lateralmente em volta da parede do pneu. A “largura de entalhe” é igual a suporte anular largura média sobre suporte anular extensão. Um entalhe é dimensionado para acomodar um tubo de ar conforme descrito. [018] Um lado interno” significa o lado do pneu mais próximo ao veículo quando o pneu está montado em uma roda e a roda é montada no veículo. [019] “Lateral” significa uma direção axial. [020] “Bordas laterais” significam uma linha tangente ao entalhe de contato de rodagem ou impressão do desenho da rodagem axialmente mais externa conforme medida em condição de carga e inflação de pneu normais, as linhas sendo paralelas ao plano central equatorial. [021] “Área de contato líquida” significa a área total de elementos de rodagem que contatam o chão entre as bordas laterais e toda a circunferência da rodagem dividida pela área bruta de toda a rodagem entre as bordas laterais. [022] “Rodagem não direcional” significa uma rodagem que não possui uma direção preferida de percurso avançado e não é requerido que seja posicionada em um veículo em uma posição ou posições de roda específicas para assegurar que o padrão de rodagem seja alinhado com a direção de percurso preferida. Ao contrário, um padrão de rodagem direcional possui uma direção preferida de um percurso que requer posicionamento de roda específico. [023] “Lado externo” significa o lado do pneu mais afastado do veículo quando o pneu é montado em uma roda e a roda é montada no veículo. [024] “Peristáltico” significa operar por meio de contrações tipo onda que impulsiona matéria contida, tal como ar, ao longo dos caminhos tubulares. [025] “Sensor de Filme Piezelétrico” um dispositivo na forma de um corpo de filme que usa o efeito piezelétrico acionado por uma inclinação do filme para medir pressão, aceleração, tensão ou força convertendo as mesmas em uma carga elétrica. [026] “Radial” ou “radialmente” significa direções radialmente avançadas ou afastadas do eixo geométrico de rotação do pneu. [027] “Raia” significa uma tira de borracha que se estende de modo circunferencial na rodagem que é definida por pelo menos um entalhe circunferencial e ou um segundo entalhe ou uma borda lateral, a tira sendo indivisível lateralmente por sulcos de profundidade total. [028] “Sipe” significa pequenas fendas moldadas nos elementos de rodagem do pneu que subdividem a superfície de rodagem e melhoram a tração, “sipes” são geralmente estreitos e próximos na impressão do desenho da rodagem de pneu, ao contrário dos sulcos que permanecem abertos na impressão do desenho da rodagem do pneu. [029] “Ângulo de deslizamento” é o ângulo entre a direção de percurso de um veículo e a direção na qual as rodas dianteiras estão apontando. O ângulo de deslizamento é uma medição do desvio entre o plano de rotação do pneu e a direção do percurso de um pneu. [030] “Elemento de rodagem” ou “elemento de tração” significa uma raia ou elemento em bloco definido por possuir um formato de sulcos adjacentes. [031] “Largura do Arco de Rodagem” significa a extensão do arco da rodagem conforme medida entre as bordas laterais da rodagem.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [032] A invenção será agora descrita a título de exemplo e com referência aos desenhos em anexo, nos quais: [033] A Figura 1 é um diagrama de nível em bloco do sistema empregado na avaliação de ângulo de deslizamento e carga nos pneus de um veículo. [034] A Figura 2 é um diagrama de nível em bloco do sistema para usar a carga de pneu e o ângulo de deslizamento da Figura 1 com os parâmetros de Barramento CAN de veículo na avaliação da força de roda e coeficiente de atrito. [035] A Figura 3A é um gráfico de ângulo de direção ao longo do tempo usado na verificação do sistema de condução. [036] A Figura 3B é um gráfico de deslocamento lateral [m] vs. deslocamento longitudinal [m] ao longo de um trajeto de veículo experimental. [037] A Figura 4A é um gráfico de força lateral Fy no pneu direito traseiro sobre o caminho que mostra força real e avaliada. [038] A Figura 4B é um gráfico de força lateral Fy no pneu esquerdo traseiro sobre o caminho que mostra resultados reais vs. resultados comparativos avaliados. [039] As Figuras 5A e 5B são gráficos que ilustram força lateral avaliada vs. força real para os pneus direito e esquerdo dianteiros, respectivamente. [040] A Figura 6A é um gráfico que ilustra ângulo de direção ao longo do tempo para o trajeto de veículo experimental. [041] A Figura 6B é um gráfico de deslocamento longitudinal [m] vs. deslocamento lateral [m] sobre o trajeto de veículo experimental. [042] As Figuras 7A e 7B são gráficos que mostram a força lateral avaliada vs. a a real para os pneus direito e esquerdo traseiros, respectivamente. [043] As Figuras 8A e 8B são gráficos que ilustram a força lateral avaliada vs. a real para os pneus direito e esquerdo dianteiros, respectivamente. [044] A Figura 9 é um gráfico de um trajeto de veículo experimental que ilustra as coordenadas de posição de veículo y e x. [045] As Figuras 10A e 10B são gráficos que mostram força lateral de pneu real (Cubo de Força) vs. os resultados comparativos avaliados (Observador). [046] A Figura 11 é um “Gough-plot” usando um modelo de pneu de escova. [047] A Figura 12 é um gráfico do modelo de pneu de escova que ilustra força lateral vs. ângulo de deslizamento para três coeficientes de valores de atrito: 1, 0.6, 0.2 3m um carregamento nominal Fz de 4000 N. [048] A Figura 13 é um diagrama de força para um veículo de quatro rodas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [049] Referindo-se primeiramente à Figura 1, um sistema de sensor de tensão e método de avaliação de uma carga de pneu e ângulo de deslizamento estão ilustrados em um diagrama de nível de bloco. A carga em um pneu de veículo pode ser avaliada por sistema de sensor baseado em pneu que emprega um, ou, preferivelmente, um par de sensores de tensão ou inclinação 14 montado em um pneu em locais de parede lateral opostos 30. Os sensores de tensão reagem aos deslocamentos de parede lateral do pneu, na medição da extensão do deslocamento, fornecem uma base para avaliar tanto carga quanto ângulo de deslizamento do pneu. Um sinal 16 de cada dos sensores de inclinação 14 é transmitido para um processador de sinal, conforme será explicado. Além disso, o sistema de monitoramento de pressão de pneu 18 é montado no pneu e funciona para medir e transmitir dados de pressão de pneu 20 para a unidade de processamento de sinal. O sinal (os sinais) do sensor de tensão de parede lateral são usados em trajetos de processamento de sinal paralelos; um primeiro trajeto que as o(s) sinal (sinais) 16 para avaliar a carga de pneu, indicada pelo trajeto 22. O segundo trajeto de processamento, indicado pelo número 24, usa a informação de deslocamento de parede lateral para avaliar o ângulo de deslizamento. O Pedido de Patente U.S. Co-Pendente de Série N° 13/609,695, depositado em 11 de setembro de 212, intitulado “SISTEMA DE AVALIAÇÃO DE CARGA DE PAREDE LATERAL DE PNEU E MÉTODO”, ensina a metodologia e sistema de trajeto 22, cuja descrição encontra-se inteiramente incorporada ao presente a título de referência. O sistema é usado em um veículo equipado com pneus de construção convencional, que possui um componente de rodagem em uma região de coroa que contata uma superfície da terra durante a operação de rolamento. O pneu é montado em um aro de maneira convencional. Os sensores são preferivelmente sensores de inclinação piezelétricos, ou outros sensores de tensão adequados disponíveis comercialmente, de um tipo operacional para inclinar e re-configurar quando submetido a uma força de inclinação e, logo após, gerar um sinal elétrico indicativo da magnitude da reconfiguração de inclinação no corpo do sensor. Os sinais de inclinação são, portanto, indicativos da magnitude da tensão de inclinação dentro da parede lateral na qual o sensor está fixado. Quando a força de inclinação é removida, o sensor retorna a suporte anular configuração original. A título de exemplo, sem pretender limitar o escopo da invenção, pode ser empregado um sensor de inclinação piezelétrico tal como um sensor de filme de inclinação, oferecido comercialmente por “Measurement Specialties, Inc”, situado em 1000 Lucas Way, Hampton, Virgínia 23666.

[050] Além disso, o deslocamento de parede lateral do pneu é analisado com o propósito de avaliar o ângulo de deslizamento do pneu conforme indicado pelo trajeto de bloco vertical 24. O “Ângulo de Deslizamento” é o ângulo entre a direção de percurso de um veículo e a direção na qual as rodas dianteiras estão apontando. O Ângulo de deslizamento é uma medição do desvio entre o plano da rotação de pneu e a direção de percurso de um pneu. O ângulo de deslizamento de pneu de veículo em movimento é informação útil no controle de veículo e sistemas de estabilidade. Como a frenagem e outros sistemas de controle nos veículos se tornam mais inter-relacionados, uma avaliação do ângulo de deslizamento de pneu é útil no sistema de estabilidade e de controles tais como freios anti-bloqueio. Um sistema de avaliação de ângulo de deslizamento é ensinado e descrito pelo Pedido de Patente U.S. Co-Pendente de Série N° 61/734,526, depositado em 7 de dezembro de 2012, intitulado “Sistema de Avaliação de Ângulo de deslizamento de Pneu e Método”, cuja descrição também encontra-se inteíramente incorporada ao presente a título de referência. O(s) sinal (sinais) de sensor são analisados encontrando o pico de sinal, extraindo a parte linear da curva, e ajustando uma linha para a curva extraída em pelo menos sentido quadrado. Uma avaliação da diferença no declive de sinal fornece uma base para concluir o ângulo de deslizamento presente no pneu. O processamento de sinal representado pelas etapas sequências dos processos 22, 24 resulta em uma avaliação da carga de pneu 26 e 28 em uma base contínua quando o pneu está em uso. Cada pneu é analisado nos respectivos processos de aplicação 22, 24 para gerar a carga e ângulo de deslizamento para cada usando informação de deslocamento de parede lateral. [051] Além dos sinais de sensor provenientes dos sensores de parede lateral interna e externa, a pressão de inflação é medida por um sistema de monitoramento de pressão de pneu (TPMS) montado no pneu, de um tipo comercialmente disponível. O sistema TPMS inclui um sensor de pressão que monta em um pneu em comunicação com uma cavidade de ar interna do pneu e funciona para medir a pressão de ar dentro da cavidade de ar e transmitir os dados de pressão medida para um receptor. A medição do TPMS pode também incluir um sensor de temperatura que mede a temperatura do pneu. O valor da pressão medida é transmitido pelo sistema TPMS para inclusão das avaliações de carga e ângulo de deslizamento 22, 24. [052] Em conformidade com a invenção, é adotado um procedimento de modelagem que utiliza a carga e representado em diagrama em bloco pela Figura 2. O procedimento de modelagem adotado está resumido na tabela que se segue.

Tabela 1 ____________________________________________________________ ay: Aceleração lateral ax: Aceleração longitudinal r: Taxa de guinada Fz: Carga normal de pneu a: Ângulo de deslizamento de pneu Fy Dianteiro: Força total lateral nos pneus dianteiros Fy Traseiro: Força total lateral nos pneus traseiros Fx Dianteiro: Força longitudinal total nos pneus dianteiros Fyfi, Fxfi, Fyfr, Fxfr.Fyri, Fxri, Fy rr, Fxrr: Forças de roda individuais μ avaliado: Coeficiente de atrito pneu - terra avaliado [053] Usando o procedimento de modelagem acima, o diagrama de bloco funcional da Figura 2 demonstra coeficiente de avaliação de atrito em um veículo de quatro rodas exemplificativo. O sistema pode ser adaptado para veículos com maior ou menor número de conjuntos se desejado. O veículo 34 é equipado com conjuntos de quatro pneu / roda 12. Os sensores baseados em veículo são empregados com o propósito de fornecer por meio de dados de aceleração lateral e longitudinal de Barramento CAN 36 de veículo ax, ay; e taxa de quinada “r” em uma única saída de modelo de acionado de previsão de ponto δ. Um observador 38 recebe dados de aceleração de Barramento CAN ax, ay; e dados de taxa de guinada “r”. O observador 38 é um modelo (DOF) de 3 graus de liberdade de observador de modo de deslizamento (SMC) de trajeto único. A parir dos dados de Barramento CAN, o observador 38 funciona para emitir força lateral total nos pneus dianteiro e traseiro e força longitudinal total nos pneus dianteiros para avaliação de força de roda individual 40, usando um modelo de veículo de quatro rodas conforme ilustrado na Figura 13. [054] O modelo pode ser implementado usando qualquer ferramenta de simulação matemática comercial convencional tal como, mas não limitado a Simulink comercialmente disponível de The Mathworks, Inc., situado em 3 Apple Hill Drive, Natick, Massachussetts 01760. Simulink é um ambiente de diagrama em bloco para simulação de multi-domínio e projeto baseado em modelo. O mesmo suporta projeto de nível de sistema, simulação, geração de código automático , e teste contínuo e verificação de sistemas embutidos. O Simulink fornece um editor gráfico, bibliotecas de boco customizadas, e solucionadores para sistemas dinâmicos de modelagem e simulação. O mesmo é integrado com MATLAB®, possibilitando que um usuário incorpore algoritmos MATLAB em modelos e exporte resultados de simulação para MATLAB para analise adicional. [055] A partir das avaliações de força lateral e força longitudinal geradas pelo observador, as avaliações de força de roda individual (bloco 40) são feitas usando o modelo de veículo de quatro rodas. As emissões de avaliação de força de roda individual são aplicadas ao algoritmo de avaliação de atrito (baseado no modelo de pneu de Escova) conforme ilustrado pelo bloco 42, resultando em uma avaliação de coeficiente de atrito 44 de superfície de estrada. O “Modelo de Pneu de Escova” representa um sistema analógico mecânico quase estático unidirecional usado para análise de resistência de rolamento. No modelo de Escova, o trajeto de contato é dividido em duas seções: uma seção estática avançada onde a rodagem de pneu adere na superfície da estrada, e uma região de deslizamento traseira onde o deslizamento ocorre entre o pneu e a estrada. [056] O desempenho do observador e os resultados analíticos foram validados experimentalmente para duas manobras em curvas extremas: 1. Mudança de faixa dupla (em condições de alta mu) e 2. Manobra de anzol (em condições de superfície baixa mu). [057] Os ganhos do observador: K1= 100 K2= 1000000 K3= 10 K4= 10000 Κ5= 100 Κ6=100000 [058] Os ganhos do observador foram otimizados usando um processo iterativo. A Figura 3 ilustra um gráfico de ângulo de direção vs. tempo na manobra de mudança de pista dupla em uma superfície de estrada que possui uma condição de alta mu de 0,8. A Figura 3B ilustra um deslocamento longitudinal de gráfico de trajeto de veículo [m] vs. deslocamento lateral [m]. Os resultados da avaliação estão representados pelas Figuras 4A, 4B, 5A e 5B mostrando em gráfico fy [N] v. tempo para os pneus direito traseiro, esquerdo traseiro, direito dianteiro e esquerdo dianteiro, respectivamente, para a manobra de mudança de pista dupla (1). A co-relação próxima entre os valores de força real e avaliada valida a precisão da abordagem de avaliação. [059] Referindo-se às Figuras 6A, 6B os resultados experimentais estão ilustrados para a segunda manobra em curva extrema, aquela de um anzol. Na Figura 6A, com uma condição de superfície de estrada de baixa um (aproximadamente 2) o ângulo de direção [Deg] é representado graficamente ao longo do tempo. Na Figura 6B, o trajeto de veículo é representado graficamente como deslocamento longitudinal vs. deslocamento lateral [m] e aproxima-se do formato e um anzol. Os resultados de avaliação são representados pelas Figuras 7A, 7B, 8A e 8B que representa graficamente Fy [N] vs. tempo para os pneus direito traseiro, esquerdo traseiro, direito dianteiro e esquerdo dianteiro, respectivamente, para o trajeto de anzol da manobra (2). Como com o trajeto de mudança de pista, a co-relação próxima entre os valores de força real e avaliada valida a precisão da abordagem da avaliação do observador objeto. [060] Na Figura 9, o desempenho do observador e os resultados experimentais são analisados para um caminho de veículo de loop fechado (posição y vs. x) seguido de um veículo experimental instrumentado com IMU (Unidade de Medição de Inércia) e cubos de força de um tipo comercialmente disponível. Um IMU é tipicamente equipado para combinar acelerômetros de 3 eixos geométricos, giros de 3 eixos geométricos e/ou sensores magnéticos de 3 eixos geométricos para computar e emitir em tempo real orientações de veículo tridimensionais sem desvios que são continuas durante um grau de 360 completo de movimento. A partir da IMU, as medições de aceleração ax, ay, e taxa de guinada “r” são fornecidas a partir do Barramento CAN de veículo e inseridos no observador. O observador é ajustado para o propósito de experimento conduzido para possuir os Ganhos de Observador de K1 =5, K2=500, K3=50, K4=50, K5=1200, e K6 = 1000. A Figura 10A ilustra resultados de avaliação vs. real [obtidos de um cubo de força] para a força de pneu lateral dianteiro; a Figura 10B para força de pneu lateral traseiro. A relação próxima entre os resultados avaliados e reais confirma novamente a validade do sistema e metodologia da avaliação baseado no observador objeto. [061] Uma vez que seja usada a informação de Barramento CAN de veículo para fazer uma estimativa das forças lateral e longitudinal do pneu (Fx, Fy) usando o observador dinâmico 38 (Figura 2), é usada uma abordagem de fusão de sensor. A abordagem de fusão de sensor combina a informação inteligente de pneu e veículo de carga de pneu fornecida pela unidade TPMS baseada em pneu 18 e os sensores de tensão 14 com a informação de barramento CAN (ax, ay, e taxa de guinada “r”) para avaliar as forças de roda individuais (usando o Modelo de Veículo de Quatro Rodas). Um algoritmo de avaliação de atrito de estrada então utiliza as forças de roda individuais e avaliação de ângulo de deslizamento para avaliar o coeficiente de atritos na superfície da estrada conforme explicado abaixo. [062] O algoritmo de avaliação de atrito utiliza o Fx, Fy, avaliações de carga (longitudinal, lateral e normal) aplicadas ao modelo de pneu de escova. [063] A Figura 11 representa um “Gough-plot” que usa o Modelo de Pneu de Escova. A proporção de Fy/Fz é representada graficamente contra a proporção -Linhas Mz/Fz do coeficiente de atrito constante (sólido), ângulo de deslizamento lateral constante (pontilhado) e trilha pneumática constante (traço pontilhado) estão ilustrados no diagrama da Figura 11. Deve ser observado que um par de valores (Fy, My) é unicamente definido para cada coordenada Fy/Fz para o modelo (1) acima. [064] As declarações que se seguem aplicam-se à análise de Modelo de Pneu de Escova.

Substituir a expressão para tan(adeslizamento) para eq (1) para obter: [065] A força lateral e o próprio torque de alinhamento são duas funções linearmente independentes de coeficiente de ângulo de deslizamento lateral e de fricção, desde que o pneu esteja deslizando parcialmente. Uma avaliação de atrito pode, portanto, ser feita tão logo o pneu esteja deslizando. [066] A Figura 12 representa um gráfico de força lateral de pneu [N] vs. ângulo de deslizamento [graus] para três valores um de coeficiente de atrito de 1, 0,.06, e 0,2. Deve ser apreciado que determinando a força lateral vs. ângulo de deslizamento, pode ser feita uma avaliação uma avaliação de coeficiente de atrito solucionado as equações (2) acima para μ. [067] Os resultados da avaliação do coeficiente de atrito são apresentados na tabela abaixo para três condições de ângulo de deslizamento. A partir dos resultados, é mostrado que os valores do ângulo de deslizamento, da força normal, e da força lateral definem um único coeficiente de avaliação de atrito tanto para superfícies de atrito baixo quanto alto.

Tabela 2 [068] Do exposto, será apreciado que o sistema e método objetos de avaliação de coeficiente de atrito de estrada utiliza medição direta de sensores sem fio usando pneus variáveis 14 embutidos dentro do pneu. Os sistemas de controle existentes possuem informações limitadas com relação às deformações de pneu, forças de tração e condições de superfície. Implementando uma tecnologia de pneu “inteligente”, pode ser possível a eliminação de sensores de veículo porque os sensores baseados em pneu fornecem informações precisas, confiáveis e em tempo real sobre as magnitudes, direções e limites de forças para cada pneu. Além disso, a avaliação precisa e em tempo real das variáveis de pneu pode ser usada para evitar a saturação de pneu durante uma manobra de emergência. Os sistemas de alerta precoce pode se beneficiar dessas avaliações para informar os motoristas sobre a diminuição de habilidades de tração na estrada quando o veículo bate em uma superfície de estrada escorregadia ou quando o motorista executa direção excessiva. A informação produzida usando os sistema e método objetos, a saber as magnitudes, direções, e limites de força para cada pneu e avaliação de coeficiente de atrito de estrada, pode ser usada em uma estrutura de controle preditivo para projetar sistemas de controle lateral e longitudinal confiáveis para sistemas ativos. [069] As técnicas propostas até agora para avaliações do ângulo de deslizamento de pneu, coeficiente de força e atrito antes da presente invenção, dependem principalmente dos sensores de veículo tais como sensor de torque de motor, sensor de posição de válvula, sensor de ângulo de direção, sensor de velocidade de roda, sensor de taxa de guinada, receptor GPS, medidores de tensão, torque de direção, etc. O tipo e número de sensores usados mudam de acordo com o veículo. As técnicas indiretas usadas nos sistemas de controle existentes são geralmente conhecidas como “técnicas baseadas em observador”, porque os observadores de ângulo de deslizamento e força de tração são projetados com base nos modelos de veículo e os estados de veículo medidos. O objetivo principal desses observadores é identificar a curva de força de deslizamento que corresponde à condição de operação corrente do pneu e, desse modo, avaliar o limite corrente da força de tração, isto é, o coeficiente de atrito pneu-estrada. Uma desvantagem principal do observador baseado nessas técnicas é que as mesmas não podem funcionar em condições de acionamento de estado estável, isto é, quando a velocidade do veículo é constante e o angulo de roda de direção é próximo de zero. É requerida uma aceleração desaceleração ou direção mínima do veículo para o parâmetro de coeficiente de atrito pneu-estrada convergir para seu valor correto. Como não é provável que o veículo esteja sempre acelerando / desacelerando ou fazendo uma curva, isso significa que o coeficiente de atrito não pode ser continuamente atualizado. Uma vantagem secundária nas técnicas conhecidas baseadas no observador é que os observadores de deslizamento e força são usualmente baseados nos modelos de veículo lateral / longitudinal cujas emissões preditivas não prevêem durante manobras extremas combinadas. [070] Ao contrário de tais técnicas baseadas em observador, o sistema da invenção objeto e métodos apresenta uma abordagem de avaliação de coeficiente de atrito pneu -estrada integrada pneu - veículo que usa a informação do sensor de um pneu inteligente e informação de barramento CAN de veículo [conforme ilustrado na Figura 2], O sinal de sensor 16 de um pneu inteligente 12 [Figura 1] é usado para avaliar a carga dinâmica de pneu (Fz) 26 e ângulo de deslizamento 28. Os Pedidos de Patentes Co-Pendentes U.S. de Série Nos. 13/609,695 e 61/734,526, cujas descrições encontram-se incorporadas ao presente, mostram sistemas de avaliação e métodos para avaliar carga e angulo de deslizamento com base na deformação de pneu detectada pelo sensor de tensão. A informação de barramento CAN de veículo é usada para fazer uma avaliação das forças lateral e longitudinal dos pneus (Fx, Fy) usando um observador dinâmico conforme ilustrado na Figura 2. Em seguida, a abordagem de fusão de sensor é usada para combinar o pneu inteligente e informação de veículo e fazer uma estimativa do coeficiente de atrito de pneu -estrada. O desempenho do sistema e método objetos quando testado e comparado com dados experimentais reais adquiridos em um veículo de teste demonstra e verifica a habilidade dessa abordagem para fornecer avaliação precisa de coeficiente de atrito. [071] São possíveis variações da presente invenção à luz da descrição fornecida da mesma no contexto. Embora determinadas modalidades representativas e detalhes tenham sido mostrados para ilustrar a invenção objeto, será claro para aqueles versados na técnica que podem ser feitas várias alterações e modificações na mesma sem se afastar do escopo da presente invenção. Portanto, deve ser compreendido que podem ser feitas alterações nas modalidades particulares descritas que estarão dentro de todo escopo pretendido da invenção conforme definido pelas reivindicações em anexo.

Claims

1. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada para calcular uma avaliação de coeficiente de atrito de estrada, o método CARACTERIZADO pelo fato que compreende: pelo menos um pneu dianteiro e pelo menos um pneu traseiro suportando um veículo; dispositivo de avaliação de carga para avaliar uma avaliação de carga de pneu dianteiro e uma avaliação de carga de pneu traseiro; dispositivo de avaliação de ângulo de deslizamento para avaliar uma avaliação de ângulo de deslizamento de pneu dianteiro e uma avaliação de ângulo de deslizamento de pneu traseiro; dispositivo sensor baseado em veículo para medir parâmetros operacionais de veículo; um modelo observador para calcular uma avaliação de força de pneu dianteiro total avaliada e uma avaliação de força de pneu traseiro total avaliada com base nos parâmetros operacionais de veículo; dispositivo de cálculo de proporção de transferência de carga para calcular uma proporção de transferência total avaliada da avaliação de carga de pneu dianteiro e da avaliação de carga do pneu traseiro; dispositivo de avaliação de força de roda individual para calcular uma avaliação de força de roda individual com base nas forças totais avaliadas no pneu dianteiro e no pneu traseiro; dispositivo de avaliação de atrito baseado em modelo para calcular um coeficiente de atrito de superfície de estrada avaliado com base na avaliação de ângulo de deslizamento do pneu dianteiro, a avaliação do ângulo de deslizamento do pneu traseiro, e a avaliação de força de roda individual.

2. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os parâmetros operacionais de veículo medidos pelo dispositivo sensor baseado em veículo são tomados do grupo: (taxa de guinada de veículo, aceleração de veículo).

3. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que cada pneu compreende primeiro e segundo dispositivos de percepção afixados às respectivas primeira e segunda paredes laterais de pneu opostas do pneu para medir operacionalmente uma tensão de pneu nas respectivas primeira e segunda paredes laterais opostas e gerar operacionalmente um sinal de tensão que indica a medição da tensão de pneu.

4. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de avaliação de ângulo de deslizamento de pneu para calcular a avaliação de ângulo de deslizamento de pneu dianteiro e a avaliação de ângulo de deslizamento de pneu traseiro calcula uma comparação dos sinais de tensão de parede lateral do primeiro e segundo dispositivos de percepção de tensão de cada pneu.

5. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que cada dos sinais de parede lateral dos primeiro e segundo dispositivos de percepção de tensão compreende um sinal que possui uma forma que representa de modo operável um deslocamento das respectivas primeira e segunda paredes lateral.

6. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada para calcular uma avaliação do coeficiente de atrito de estrada, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um veículo que possui uma pluralidade de pneus de suporte; dispositivo de avaliação de carga de pneu para avaliar uma avaliação de carga dinâmica em cada da pluralidade de pneus; dispositivo de avaliação de ângulo de deslizamento de pneu para avaliar uma avaliação de ângulo de deslizamento dinâmico em cada da pluralidade de pneus; dispositivo sensor de barramento CAN de veículo para medir aceleração de veículo e parâmetros operacionais de taxa de guinada; um modelo de observador dinâmico para calcular avaliações de força lateral e longitudinal em cada da pluralidade de pneus; dispositivo de cálculo de proporção de transferência de carga para calcular uma proporção de transferência avaliada da carga dinâmica avaliada em cada da pluralidade de pneus; dispositivo de avaliação de força de roda individual para calcular força de roda individual em cada da pluralidade de pneus das avaliações de força lateral e longitudinal em cada da I de pneus; e dispositivo de avaliação de atrito baseado em modelo para calcular um coeficiente de atrito de superfície de estrada avaliado na avaliação de ângulo de deslizamento dinâmico em cada da pluralidade de pneus e avaliação de força de roda individual em cada da pluralidade de pneus.

7. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de avaliação de atrito opera em tempo real baseado nas variáveis obtidas do sensor de pneu e avaliações de forças derivadas do observador e da carga de pneu em cada da pluralidade de pneus.

8. Sistema de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o modelo de observador dinâmico compreende um modelo de rota única com três graus de liberdade.

9. Método de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: equipar cada pneu em uma pluralidade de pneus que suporta um veículo com dispositivo sensor de avaliação de carga dinâmica para avaliar uma avaliação de carga dinâmica em cada da pluralidade de pneus; equipar cada da pluralidade de pneus com o dispositivo de avaliação de ângulo de deslizamento de pneu para avaliar uma avaliação de ângulo de deslizamento dinâmico em cada pluralidade de pneus; medir aceleração de veículo e parâmetros operacionais de taxa de guinada usando um dispositivo sensor de barramento CAN de veículo; calcular avaliações de força lateral e longitudinal em cada da pluralidade de pneus usando um modelo de observador dinâmico; calcular uma proporção de transferência de carga dinâmica avaliada da carga dinâmica avaliada em cada da pluralidade de pneus; calcular uma avaliação de força de roda individual em cada da pluralidade de pneus das avaliações lateral e longitudinal em cada da pluralidade de pneus; e calcular uma avaliação de coeficiente de atrito de superfície de estrada com base na avaliação de ângulo de deslizamento dinâmico em cada da pluralidade de pneus e a avaliação de força de roda individual em cada da pluralidade de pneus.

10. Método de avaliação de coeficiente de atrito de estrada, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente polarizar o dispositivo de avaliação de coeficiente de atrito de superfície de estrada em tempo real com base nas variáveis obtidas de sensor de pneu de ângulo de deslizamento e carga de pneu em combinação com as avaliações de força derivadas de observador em cada da pluralidade de pneus.