BR112020014102A2

BR112020014102A2 - método de compensação de desvio de trajetória para um sistema de direção assistida de um veículo a motor

Info

Publication number: BR112020014102A2
Application number: BR112020014102-0A
Authority: BR
Inventors: Luc Leydier
Original assignee: Jtekt Europe
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2020-12-01
Also published as: JP7235754B2; FR3076529A1; DE112019000372T5; CN111655566A; WO2019138178A1; US11383763B2; FR3076529B1; JP2021510647A; US20210061349A1

Abstract

Método para um sistema de direção assistida de um veículo a motor que fornece na direção (2) um torque pilotado por uma calculadora (16), para compensação de desvio da trajetória do veículo durante a frenagem deste veículo, caracterizado pelo fato de que, a partir de uma solicitação para ativar o método durante a frenagem (20), em uma primeira etapa (22) o método calcula um torque de correção bruto (32), levando em consideração a velocidade do veículo (30), uma taxa de guinada (24) deste veículo e um sinal que representa a força aplicada pela direção às rodas direcionais (28).

Description

MÉTODO DE COMPENSAÇÃO DE DESVIO DE TRAJETÓRIA PARA UM SISTEMA DE DIREÇÃO ASSISTIDA DE UM VEÍCULO A MOTOR

[0001] A presente invenção refere-se a um método para compensar o desvio de trajetória durante a frenagem de um veículo a motor, pelo sistema de direção assistida deste veículo, bem como por um sistema de direção assistida compreendendo meios de implementar tal método de compensação.

[0002] Certos veículos a motor incluem um sistema de direção assistida pilotado por uma calculadora, compreendendo uma motorização que fornece uma força ou um torque na direção do veículo, que depende do torque aplicado pelo motorista ao volante medido por um sensor de intenção do motorista, a fim de fornecer uma parte da força necessária para a articulação das rodas direcionais.

[0003] Em particular, o sistema de direção assistida pode incluir um ou mais motores elétricos pilotados pela calculadora, fornecendo um torque do motor que pode ser aplicado de diferentes maneiras à coluna de direção ou à caixa de direção.

[0004] Além disso, quando o veículo está em frenagem, essa frenagem pode gerar, por um efeito de assimetria do veículo, uma força que tende a causar o desvio deste veículo de um lado ou de outro.

[0005] Em particular, as capacidades de frenagem das rodas podem ser ligeiramente diferentes nos dois lados do veículo, devido a variações no funcionamento dos sistemas de frenagem de cada roda, ou a variações nas pressões de comando aplicadas às mesmas.

[0006] A geometria do chassis ou o funcionamento dos sistemas de suspensão que compreendem as molas e os amortecedores também podem apresentar pequenos desvios de um lado e do outro do veículo, devido a dispersões de fabricação.

[0007] As massas do veículo e as massas a bordo deste veículo também podem ter distribuições diferentes, em particular com um único motorista carregando mais um lado deste veículo, ou passageiros carregando mais o outro lado.

[0008] O desvio na frenagem do veículo também depende do tipo de eixo dianteiro e traseiro usados, sendo certas geometrias do chassis mais sensíveis a esses desvios do que outras.

[0009] Esses vários motivos podem levar a um desvio do veículo durante a frenagem, que geralmente se amplifica em frenagens severas ou em altas velocidades. Em particular, a frenagem de emergência a alta velocidade, por exemplo, superior a 100 km/h, pode causar um desvio do veículo que surpreende o motorista, gerando uma impressão de falta de precisão na direção e insegurança.

[0010] O motorista deve então aplicar uma força no volante para corrigir a trajetória, o que adiciona estresse indesejável, especialmente em situações de emergência.

[0011] O objetivo da presente invenção é, em particular, evitar essas desvantagens da do estado da técnica.

[0012] Para isso, a invenção propõe um método para um sistema de direção assistida de um veículo a motor que fornece na direção um torque pilotado por uma calculadora, de compensação de desvio da trajetória do veículo durante a frenagem deste veículo, sendo este método notável pelo fato de que a partir de sua solicitação de ativação durante a frenagem, em uma primeira etapa, ele calcula um torque de correção bruto, levando em consideração a velocidade do veículo, a taxa de guinada do veículo e um sinal que representa a força aplicada pela direção das rodas direcionais.

[0013] Uma vantagem desse método de compensação é que, de maneira simples e econômica, sem adicionar equipamentos ao veículo, usando os sinais disponíveis, a primeira etapa é, levando em consideração as variações na taxa de guinada e a força aplicada pelas rodas direcionais sobre a caixa de direção, deduzir a intensidade do desvio de trajetória e um torque de correção bruto que seria necessário.

[0014] A segunda etapa permite tornar seguro esse torque de correção bruto, evitando a amplificação do fenômeno de desvio por uma correção aplicada na direção errada. É obtido automaticamente uma força gerada pela direção assistida oposta pelo menos em parte à deriva da trajetória, o que tranquiliza o motorista e melhora a segurança.

[0015] O método de compensação de acordo com a invenção também pode incluir uma ou mais das seguintes características, que podem ser combinadas entre si.

[0016] Vantajosamente, a solicitação de ativação do método utiliza sinais internos ao sistema de direção assistida e sinais externos vindos da rede de bordo do veículo, compreendendo informações sobre o funcionamento deste veículo para estabelecer essa solicitação de ativação.

[0017] Vantajosamente, a primeira etapa estabelece um primeiro torque de correção dependente da força aplicada pela direção, a partir de um primeiro mapeamento, a fim de reduzir essa força aplicada.

[0018] Vantajosamente, a primeira etapa estabelece um segundo torque de correção dependente da taxa de guinada, a partir de um segundo mapeamento.

[0019] Vantajosamente, a taxa de guinada é filtrada para atenuar certas frequências.

[0020] Vantajosamente, a primeira etapa estabelece um terceiro torque de correção dependente da derivada da taxa de guinada, a partir de um terceiro mapeamento, a fim de reduzir a derivada dessa taxa de guinada.

[0021] Nesse caso, vantajosamente, o método realiza uma filtragem da derivada da taxa de guinada antes de usá-la para o terceiro mapeamento. Por essa filtragem, elimina-se certas frequências indesejáveis desse sinal.

[0022] Vantajosamente, o método leva em consideração a velocidade do veículo para estabelecer o primeiro, segundo e terceiro torques de correção. Essa consideração permite estabelecer uma correção dinâmica dependente da evolução da velocidade do veículo.

[0023] Vantajosamente, o torque de correção bruto é ponderado por um coeficiente dependente do tempo decorrido desde a solicitação de ativação. Esse coeficiente que varia entre 0 e 1.

[0024] Dessa maneira, o método possibilita ajustar uma duração durante a qual o método de compensação se aplica. De fato, no caso em que o fenômeno de desvio durar mais de 2 a 3 segundos, é preferível desativar a função gradualmente para não incomodar o motorista.

[0025] Mais precisamente, como o fenômeno do desvio está associado à frenagem, ele não pode durar mais que um tempo limitado porque, no caso de uma frenagem significativa a 100 km/h, a velocidade do veículo estará em torno de 30 km/h após 2 segundos de frenagem e o veículo será parado após aproximadamente 3 segundos de frenagem. Como o fenômeno do desvio de trajetória não é perigoso em baixa velocidade do veículo, é preferível que questões de qualidade de direção percebidas pelo motorista limitem a ação do método de compensação.

[0026] Vantajosamente, em uma segunda etapa, o método calcula um torque de correção seguro aplicado pelo sistema de direção assistida, definindo limites ao torque de correção bruto.

[0027] Nesse caso, vantajosamente, o torque de correção seguro é estabelecido fixando um limite superior e um limite inferior ao torque de correção bruto, cada um dependendo do sinal e do nível do sinal da força aplicada pela direção.

[0028] Além disso, vantajosamente, cada limite superior ou inferior compreende um nível de valor determinado para um torque de correção na direção oposta à da força aplicada pela direção e um nível de valor menor que esse nível de valor determinado para um torque na mesma correção de direção. Dessa maneira, são evitadas fortes correções na mesma direção, o que amplificaria o desvio.

[0029] A invenção também se refere a um sistema de direção assistida de um veículo a motor, comportando meios que implementam um método de compensação compreendendo qualquer uma das características anteriores.

[0030] A invenção será mais bem compreendida e outras características e vantagens aparecerão mais claramente ao ler a descrição abaixo dada a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos nos quais: a Figura 1 é um diagrama de uma direção de veículo a motor implementando um método de compensação de acordo com a invenção; a Figura 2 é um fluxograma que mostra o funcionamento deste método de compensação; a Figura 3 é um mapa que mostra várias curvas de torque de correção bruto em função da força aplicada pela direção; e a Figura 4 mostra o princípio de funcionamento da segunda etapa deste processo.

[0031] A Figura 1 mostra uma caixa de direção 2 com uma cremalheira disposta transversalmente no veículo, em que cada extremidade desta é conectada por um tirante 4 a um cubo de roda dianteira 6 para girá- lo, garantindo a direção do veículo.

[0032] Uma coluna de direção equipada com um volante 8 operado pelo motorista, conectada à caixa de direção 2, compreende um sensor de força 10 aplicado pelo motorista a esta coluna, constituindo um dispositivo para medir a intenção do motorista.

[0033] Uma motorização elétrica 12 compreende um motor elétrico que fornece um torque de assistência à caixa de direção 2, que completa a força fornecida pelo motorista ao volante 8. Como uma variante, a motorização elétrica 12 pode compreender vários sistemas de motorização independentes trabalhando em paralelo para obter redundância, garantindo segurança no caso de uma falha de uma dessas motorizações.

[0034] Uma calculadora 16 recebe o sinal fornecido pelo sensor de força 10, bem como várias informações sobre a operação do veículo 14, para estabelecer um ponto de ajuste de torque transmitido à motorização elétrica 12, a fim de aplicar esse torque de assistência à caixa de direção 2.

[0035] Em troca, o computador 16 calcula a partir das diferentes medições que executa, um sinal representando a força aplicada pela direção 2 às rodas direcionais 6, servindo para estabelecer o ponto de ajuste de torque da motorização elétrica 12.

[0036] A figura 2 mostra em uma etapa preliminar 20 uma função de estimativa de um desvio de trajetória durante a frenagem em andamento, o que resulta na construção de um sinal de solicitação de ativação do método de compensação. A função de estimativa de desvio de trajetória utiliza, em particular, sinais internos da direção assistida e sinais externos da rede de bordo do veículo transmitindo várias informações sobre a operação deste veículo.

[0037] Em particular, a estimativa de um desvio de trajetória pode ser estabelecida com base na detecção de uma alta velocidade do veículo e de uma frenagem potente, medida, por exemplo, pelo torque de frenagem aplicado aos freios das rodas, ou por uma forte aceleração longitudinal negativa indicada por uma unidade inercial. A estimativa de desvio também pode ser dada por um sinal proveniente de uma função de controle de estabilidade do veículo, chamado ESP, referente a “Electronic Stability Program”, em inglês.

[0038] Nesse caso, há um risco significativo de desvio de trajetória, e a função de estimativa de desvio envia um sinal no nível 1 para uma função de cálculo de torque de correção 18, solicitando que esta calcule a correção de trajetória.

[0039] A função de cálculo do torque de correção 18 realiza em uma primeira etapa 22 a recepção do sinal de força aplicado pela direção 28 e a recepção de um sinal de taxa de guinada do veículo 24 correspondente à velocidade de rotação do veículo em relação a um eixo vertical, dado por uma unidade inercial presente particularmente para a operação de uma função de controle de estabilidade do veículo, e depois executa o cálculo derivativo 26 dessa taxa de guinada. Note-se que a taxa de guinada depende da inclinação das rodas direcionais e da velocidade linear do veículo.

[0040] Vantajosamente, a taxa de guinada bruta é filtrada para atenuar certas frequências.

[0041] A primeira etapa 22 compreende, em seguida, o cálculo de um primeiro torque de correção dependente da força aplicada pela direção 28, de um segundo torque de correção dependente da taxa de guinada do veículo 24 e de um terceiro par de correção dependente da derivada dessa taxa de guinada. Esses três torques calculados são adicionados para formar um torque de correção bruto 32.

[0042] O torque de correção dependente da força aplicada pela direção 28 é calculado a partir de um primeiro mapeamento dependente deste sinal de força, que pode incluir uma configuração, em função, por exemplo, da velocidade do veículo, para melhor adaptar esse torque de correção.

[0043] Numa linha reta, a força aplicada pela direção 28 é nula. A chegada de um desvio compensado pela retenção do volante pelo motorista é detectada por um aumento dessa força, que o torque de correção depende da força tenderá a reduzir para ajudar o motorista.

[0044] A Figura 3 apresenta um mapa compreendendo, em função da força aplicada pela direção 28, três curvas 62, 64, 66 fornecendo o torque de correção dependendo dessa força 60.

[0045] A primeira curva 62 não fornece torque de correção até um limiar de força de direção e, em seguida, um rápido aumento de correção que então se estabiliza com um valor ligeiramente crescente. A segunda curva 64 fornece um torque de correção diretamente proporcional à força de direção. A terceira curva 66 fornece um torque de correção com uma tangente vertical no início da força de direção 28, depois uma inclinação que diminui gradualmente para terminar com um valor ligeiramente crescente.

[0046] São obtidas, para a primeira curva 62 após um certo aumento na força aplicada pela direção 28, uma correção atrasada; para a segunda curva 64, uma correção proporcional imediata e para a terceira curva 66, uma correção antecipada que inicia fortemente desde o início dessa força. Essas diferentes curvas apresentam uma correção cada vez mais intrusiva.

[0047] O torque de correção dependente da taxa de guinada é calculado a partir de um segundo mapeamento, dependendo desse sinal de taxa de guinada. A derivada da taxa de guinada 24 dada pelo cálculo da derivada 26 é filtrada para atenuar frequências e obter um sinal usado em um terceiro mapeamento que fornece o torque de correção dependente da derivada.

[0048] Se o desvio de trajetória não é completamente compensado pelo torque de correção dependente da força aplicada pela direção 28, obtém-se uma taxa de guinada que aumenta, o que justifica o segundo torque de correção dependente desta taxa de guinada. A compensação de desvio pode funcionar em uma curva. Neste caso, tenta-se manter uma taxa de guinada constante ao corrigir uma variação dessa taxa.

[0049] A derivada da taxa de guinada 26 detecta uma variação na taxa de guinada 24, cuja consideração torna possível estabilizar o veículo limitando as variações dessa taxa de guinada. Dessa forma, procura-se manter uma taxa de guinada constante 24.

[0050] Em particular, os diferentes torques de correção podem ser ajustados em função da velocidade do veículo, de maneira geral no torque de correção bruto 32, ou independentemente em cada um desses torques de correção. Esses ajustes permitem obter um torque de correção bruto 32 adaptado a cada velocidade do veículo, porque a gravidade do fenômeno de desvio do veículo em frenagem aumenta em função dessa velocidade.

[0051] A consideração da velocidade do veículo também permite reduzir dinamicamente o torque de correção bruto durante a frenagem. Uma velocidade decrescente durante a frenagem reduz a intensidade do desvio do veículo, a correção dinâmica leva em consideração essa redução para diminuir a correção e evitar uma compensação de desvio que muito intrusiva para o motorista.

[0052] O torque de correção bruto é ponderado por um coeficiente 23 dependente do tempo decorrido desde a solicitação de ativação. Este coeficiente varia entre 0 e 1.

[0053] Uma segunda etapa 34 inclui a recepção do torque de correção bruto 32, bem como o sinal de força aplicado pela direção 28, para estabelecer um torque de correção seguro 36.

[0054] O sinal do torque de correção seguro 36 deve fornecer uma força oposta à direção do desvio para corrigi-lo, a fim de impedir que esse torque de correção amplifique o fenômeno do desvio.

[0055] A Figura 4 mostra, em função do sinal de força aplicado pela direção 28, apresentado no eixo horizontal, compreendendo uma direção positiva virada para a direita, um limite superior 40 e um limite inferior 42 formando saturações do torque de correção bruto 32 compreendendo uma direção positiva virada para o topo. Essas duas direções positivas se aplicam para o veículo na mesma direção.

[0056] Os dois limites superior e inferior 40, 42 têm uma simetria em relação ao ponto central O do gráfico.

[0057] No caso do limite superior 40 se encaminhar em direção a valores positivos, quando a força aplicada pela direção 28 é negativa ou ligeiramente positiva abaixo de um primeiro limiar 44a, esse limite superior se encontra em um nível positivo elevado 48a. Entre este primeiro limiar 44a e um segundo limiar próximo 46a, o limite superior 40 diminui linearmente; para além deste segundo limiar, esse limite superior se encontra em um nível positivo baixo 50a.

[0058] Simetricamente, para o limite inferior 42 se encaminhando em direção aos valores negativos, quando a força aplicada pela direção 28 é positiva ou ligeiramente negativa acima de um primeiro limiar 44b, esse limite inferior se encontra em um nível negativo elevado 48b. Entre este primeiro limiar 44b e um segundo limiar 46b próximo, o limite inferior 42 aumenta linearmente; abaixo deste segundo limiar, esse limite inferior se encontra em um nível negativo baixo 50b.

[0059] Deste modo, é assegurado um torque de correção seguro 36, tendo um valor saturado por um nível alto 48a, 48b quando está na direção oposta à força aplicada pela direção 28, ou por um nível baixo 50a, 50b quando está na mesma direção, o que evita erros que amplificariam fortemente o desvio de trajetória.

[0060] Obtém-se, a partir dos componentes e sensores presentes no veículo, com apenas software adicional, de maneira confiável e econômica, uma compensação de desvio de trajetória que assegura a condução e tranquiliza o motorista.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para um sistema de direção assistida de um veículo a motor que fornece na direção (2) um torque pilotado por uma calculadora (16), para compensação de desvio da trajetória do veículo durante a frenagem do veículo, caracterizado pelo fato de que, a partir de uma solicitação para ativar o método durante a frenagem (20), em uma primeira etapa (22) o método calcula um torque de correção bruto (32), levando em consideração a velocidade do veículo (30), uma taxa de guinada (24) deste veículo e um sinal que representa a força aplicada pela direção às rodas direcionais (28).

2. Método de compensação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que sua solicitação de ativação (20) utiliza sinais internos ao sistema de direção assistida e sinais externos provenientes da rede de bordo do veículo, compreendendo informações sobre a operação deste veículo, para estabelecer esta solicitação de ativação.

3. Método de compensação, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira etapa (22) estabelece um primeiro torque de correção dependente da força aplicada pela direção (28), a partir de um primeiro mapeamento, a fim de reduzir essa força aplicada.

4. Método de compensação, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a primeira etapa (22) estabelece um segundo torque de correção dependente da taxa de guinada (24), a partir de um segundo mapeamento.

5. Método de compensação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a taxa de guinada (24) é filtrada para atenuar certas frequências.

6. Método de compensação, de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a primeira etapa estabelece um terceiro torque de correção dependente da derivada da taxa de guinada (26),

a partir de um terceiro mapeamento, a fim de reduzir a derivada dessa taxa de guinada.

7. Método de compensação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o método realiza uma filtragem da derivada da taxa de guinada (26) antes de usá-la para o terceiro mapeamento.

8. Método de compensação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado pelo fato de que leva em consideração a velocidade do veículo (30) para estabelecer o primeiro, segundo e terceiro torques de correção.

9. Método de compensação, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o torque de correção bruto (32) é ponderado por um coeficiente (23) dependente do tempo decorrido desde a solicitação de ativação.

10. Método de compensação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que em uma segunda etapa (34) o método calcula um torque de correção seguro (36) aplicado pelo sistema de direção hidráulica, ao definir limites ao torque de correção bruto (32)

11. Método de compensação de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o torque de correção seguro (36) é estabelecido ao definir ao torque de correção bruto (32) um limite superior (40) e um limite inferior (42), cada um dependendo da signalização e do nível do sinal de força aplicada pela direção (28).

12. Método de compensação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada limite superior (40) ou inferior (42) compreende um nível de valor determinado (48a, 48b) para um torque de correção na direção oposta à da força aplicada pela direção (28) e um nível de valor menor (50a, 50b) do que esse nível de valor determinado (48a, 48b) para um torque de correção na mesma direção.

13. Sistema de direção assistida de veículo a motor, caracterizado por compreender meios para implementar um método de compensação conforme qualquer uma das reivindicações anteriores.