ES2221313T3 - Mejoras en sistemas de direccion para vehiculos. - Google Patents
Mejoras en sistemas de direccion para vehiculos.Info
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Abstract
SE DESVELA UN SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA ELECTRICA CON UNA CURVA DE CRECIMIENTO (5) QUE TIENE UNA SIMETRIA INVERSA EN TORNO A UN VALOR DE PAR DE ENTRADA, CONSTANDO CADA MITAD DE LA CURVA DE UNA PRIMERA PARTE (10) DEFINIDA POR UNA PRIMERA ECUACION POLINOMICA Y UN PRIMER VALOR, Y UNA SEGUNDA PARTE (11) DEFINIDA POR UN SEGUNDO POLINOMIO ENTRE UN SEGUNDO Y UN TERCER VALOR. EL GRADIENTE DE LA PRIMERA PARTE DE LA CURVA EN EL PRIMER VALOR ES IGUAL AL GRADIENTE DE LA SEGUNDA PARTE DE LA CURVA EN EL SEGUNDO VALOR. AL GUARDAR LOS VALORES DEL PRIMER, SEGUNDO Y TERCER VALOR Y EL GRADIENTE DE CADA POLINOMIO EN ESOS VALORES, SE PUEDE DEFINIR UNA CURVA SUAVE GUARDANDO SOLO UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE PARAMETROS.
Description
Mejoras en sistemas de dirección para
vehículos.
La invención se refiere a perfeccionamientos en
los sistemas de dirección asistida eléctricos, del tipo en que un
motor ecléctico se encuentra adaptado para proporcionar un par
torsor de asistencia en respuesta a una señal de salida procedente
de un sensor de par torsor indicativo del par torsor de entrada
aplicado al sistema de dirección por el conductor del vehículo. Un
sistema de dirección asistida de potencia eléctrico según se
describe en la parte pre-caracterizadora de la
reivindicación 1, se encuentra descrito en el documento
US-A-4 753 309.
En un sistema de dirección de este tipo, en el
que el par torsor de asistencia se genera mediante un motor
eléctrico, se necesita una "curva de sobrealimentación". La
curva de sobrealimentación define la relación estática entre el par
torsor de entrada aplicado por el conductor y el par torsor de
asistencia producido por el motor. En un sistema simple, en el que
existe una relación lineal entre el par torsor de entrada y el par
torsor de salida, la curva de sobrealimentación puede adoptar forma
de línea recta.
En una aplicación real, una curva de
sobrealimentación en "línea recta" simple no produce resultados
satisfactorios. Una curva de sobrealimentación práctica posee
diversas características que proporcionan una sensación mejorada al
conductor. En primer lugar, resulta deseable proporcionar una zona
de baja ganancia de la curva para pequeños pares torsores de entrada
a cada lado del par torsor cero de entrada. En la zona de baja
ganancia, el par torsor de asistencia es pequeño. Esto asegura que
el sistema de dirección no sea innecesariamente sensible a ajustes
muy pequeños del par torsor de entrada cuando se realiza un
desplazamiento en línea recta, por ejemplo cuando se mantiene la
posición del vehículo en un carril de una autopista, pero que pueda
proporcionar una sensación "progresiva" cuando afecta a altas
velocidades del vehículo.
Otra característica deseable de una curva
práctica de sobrealimentación, consiste en que el gradiente de la
curva debe ser elevado a niveles altos del par torsor de entrada.
Tales pares torsores altos de entrada se producen normalmente
durante las maniobras de aparcamiento, y esta característica asegura
que el movimiento del volante de dirección se ve facilitado durante
tales maniobras mediante la provisión de una sensación de dirección
"ligera". El alto par torsor de entrada podría ocurrir también
a una velocidad alta del vehículo, durante una maniobra evasiva de
emergencia tal como un cambio de carril. Si el gradiente de la curva
es alto, se puede decir que la curva tiene una ganancia
alta.
alta.
Una tercera característica deseable consiste en
que debe existir una transición lisa entre la zona de ganancia baja
(para pares torsores de entrada bajos) y la zona de ganancia alta
(para pares torsores de entrada altos). Los cambios escalonados
repentinos de gradiente de la curva, podrían ser manifiestos para el
conductor, y producir una sensación de dirección impredecible.
Una característica final de una curva práctica de
sobrealimentación, consiste en que debe existir un límite respecto
al nivel del par torsor de asistencia que puede ser aplicado por el
motor. En muchos sistemas, este límite está impuesto por
limitaciones de hardware (es decir, par torsor máximo del motor). En
otros sistemas, el límite puede necesitar ser introducido
artificialmente. Cuando exista una limitación de este tipo, la curva
de sobrealimentación será plana (es decir, el par torsor de salida
constante) para pares torsores de entrada que pudieran dar como
resultado, en otro caso, un par torsor de asistencia que excediera
del valor de la limitación.
Muchas de estas características son bien
conocidas a partir de los sistemas de dirección asistida de potencia
hidráulica. Típicamente, en un sistema hidráulico, la forma de la
curva de sobrealimentación está determinada por el perfil de una
válvula giratoria que permite variar las velocidades de flujo del
fluido hidráulico a diferentes pares torsores de entrada de
dirección. En un sistema de dirección de potencia eléctrica, la
curva de sobrealimentación se proporciona con preferencia
electrónicamente, por ejemplo mediante un algoritmo de software.
Esto tiene la ventaja de que previendo un sensor de velocidad para
medir la velocidad del vehículo, resulta posible modificar el tamaño
y la forma de la curva de sobrealimentación para velocidades
variables. Una alteración de este tipo podría ser un incremento de
la anchura de la zona de baja ganancia y la reducción de la ganancia
de la zona de baja ganancia a velocidades más altas, para
proporcionar un incremento de la estabilidad percibida del
vehículo.
Con anterioridad, la curva ha sido generada a
modo de aproximación lineal a un fragmento de una curva. Una curva
de sobrealimentación de este tipo comprende un número de porciones,
cada una de ellas definida por una ecuación lineal. Modificando los
parámetros de la ecuación lineal sobre cada porción, se puede
construir una curva de sobrealimentación compleja. Un ejemplo de una
curva de este tipo ha sido representada en la Figura 1(a) de
los dibujos.
Una desventaja del uso de una curva de
sobrealimentación en la que cada porción está definida por una
ecuación lineal, consiste en que no es lisa puesto que los cambios
escalonados repentinos de gradiente se producen en la transición de
una porción lineal a otra. Esto resulta claramente evidente cuando
se realiza una representación de la derivada de la curva de
sobrealimentación, la cual materializa muchas discontinuidades como
se muestra en la Figura 1(b). Se puede obtener una mejora de
la uniformidad de la curva incrementando el número de ecuaciones
lineales utilizadas, y reduciendo con ello la anchura de cada
porción, pero esto incrementa considerablemente la complejidad de la
curva. Además, los cambios de forma de la curva de sobrealimentación
no pueden alcanzarse fácilmente debido al alto número de variables
que se requieren para generar la curva completa.
De acuerdo con un primer aspecto, la invención
proporciona un sistema de dirección asistida de potencia eléctrico,
que comprende un miembro de entrada, un miembro de salida, un motor
eléctrico acoplado al miembro de salida y un sensor de par torsor,
estando el motor eléctrico adaptado para aplicar un par torsor de
asistencia al miembro de salida en respuesta a una señal de salida
procedente del sensor de par torsor, indicativo del par torsor
aplicado al miembro de entrada por el conductor del vehículo, en el
que la relación entre el par torsor de entrada indicado y el par
torsor de salida aplicado por el motor, se define mediante una curva
de sobrealimentación que tiene simetría inversa en torno al par
torsor de entrada cero, que se caracteriza porque la curva a cada
lado del par torsor de entrada cero comprende al menos una primera
porción definida por una primera ecuación polinómica que corresponde
a una gama de valores de par torsor de entrada entre un valor cero y
un primer valor, y una segunda porción definida por una segunda
ecuación polinómica que corresponde a una gama de valores de par
torsor de entrada entre un segundo valor y un tercer valor, en la
que el gradiente de la primera porción de la curva, en el primer
valor, es sustancialmente igual al gradiente de la segunda porción
de la curva en el segundo valor.
El miembro de entrada y el miembro de salida
pueden comprender partes de un sólo miembro unitario, por ejemplo
los extremos opuestos de un eje de columna de dirección.
Con preferencia, se define una tercera porción de
la curva entre el primer valor y el segundo valor. Esta porción
puede estar definida por una ecuación lineal. El gradiente de la
ecuación lineal puede ser igual al gradiente de la primer porción de
la curva en el primer valor (y por ello, por deducción, igual que el
gradiente de la segunda porción de la curva en el segundo
valor).
El primer polinomio y el segundo polinomio,
pueden ser de forma diferente. En efecto, se prefiere que lo sean.
Alternativamente, pueden ser iguales. Los polinomios pueden ser
cuadráticos.
El primer y el segundo valores pueden ser
sustancialmente los mismos. El valor cero puede corresponder al par
torsor de entrada cero.
Una cuarta porción de la curva puede estar
definida entre el tercer valor y un cuarto valor. Ésta puede estar
definida por una ecuación lineal.
Se puede definir una quinta porción entre el
cuarto valor y una magnitud de entrada máxima. Esta porción tiene,
con preferencia, gradiente cero.
Uno o más de dichos primer, segundo, tercer y
cuarto valores, puede(n) ser variable(s) durante el
uso. Estos pueden variar con la velocidad del vehículo. Se puede
prever una memoria, y el, o los, valor(es) puede(n)
ser almacenado(s) en la memoria. Estos pueden ser almacenados
en una matriz de una unidad de procesamiento electrónico.
Adicionalmente, el gradiente de la curva de
sobrealimentación en uno o más de dichos primer, segundo, tercer y
cuarto valores, puede ser almacenado en la memoria. El (los)
valor(es) de gradiente puede(s) ser variable(s)
con la velocidad del vehículo. También, la anchura de una o más de
las porciones de la curva de sobrealimentación puede ser almacenada
en una memoria.
La curva de sobrealimentación para el sistema de
dirección de potencia eléctrica de la presente invención, supera
ventajosamente a la de la técnica anterior puesto que no tiene
cambios repentinos de gradiente como ocurre cuando las porciones
están definidas por ecuaciones de tramos lineales. Esto asegura una
sensación de dirección suave en toda la gama. La totalidad de la
curva de sobrealimentación puede estar también definida por un
mínimo de parámetros variables o constantes.
Con preferencia, la curva de sobrealimentación
posee simetría inversa en torno al par torsor de entrada cero.
Con preferencia, el segundo valor de par torsor
de entrada es más alto que el primer valor, el tercer valor de par
torsor de entrada puede ser más alto que el segundo valor, y el
cuarto valor puede ser más alto que el tercer valor.
Así, la totalidad de la curva de
sobrealimentación entre el par torsor de entrada máximo negativo y
máximo positivo, puede ser definido fácilmente mediante dos
ecuaciones cuadráticas, un límite de par torsor de asistencia, y la
simetría alrededor del par torsor de entrada cero. Esto reduce
considerablemente el número de variables y/o de constantes que se
requieren para definir la curva de sobrealimentación.
Se pueden prever medios para permitir que la
anchura de cada porción de la curva de sobrealimentación y la
ganancia, puedan ser variadas para permitir que la forma y la
ganancia de la curva de sobrealimentación se complementen con las
condiciones de conducción, o se ajusten a un conductor concreto.
En una realización especialmente preferida, los
parámetros que definen las porciones cuadrática y lineal pueden
estar contenidas en una tabla de consulta. Se puede proporcionar
software para variar esos parámetros de modo que se altere la forma
de la curva de sobrealimentación.
Se puede asegurar una transición lisa
proporcionando medios para formar rampa con los valores de los
parámetros que definen la curva de sobrealimentación lentamente con
el tiempo.
El sistema de dirección puede incorporar medios
de conmutación adaptados para permitir que un conductor seleccione
manualmente al menos una primera y una segunda forma y/o ganancia de
una curva de sobrealimentación. Esto puede permitir que el conductor
elija una curva de sobrealimentación "deportiva" o de
"confort" para modificar la sensación de la dirección. En la
curva de sobrealimentación deportiva, se puede proporcionar menos
par torsor de asistencia que en la posición de confort,
proporcionando con ello una sensación de dirección más pesada.
El sistema de dirección puede estar adaptado para
recibir una señal de velocidad de vehículo, indicativa de la
velocidad del vehículo. A su vez, el sistema puede modificar la
forma de la curva de sobrealimentación para diferentes velocidades
del vehículo.
El sistema puede incluir también medios para
alterar automáticamente la curva de sobrealimentación, de modo que
se adapte a los diferentes conductores. Por ejemplo, esto puede
comprender un transpondedor de identificación que sea único para
cada conductor. De este modo, según entra el conductor y pone en
marcha el coche, el sistema de dirección puede seleccionar
automáticamente la forma correcta de la curva de sobrealimentación.
Las curvas de sobrealimentación pueden ser predefinidas o definidas
de usuario por cada conductor.
El sistema de dirección puede incorporar medios
para facilitar una transición lisa desde una forma de curva de
sobrealimentación hasta otra. Por ejemplo, la forma de la curva
puede ser variada suavemente según cambia la velocidad del
vehículo.
En una realización especialmente ventajosa, la
curva de sobrealimentación está completamente definida mediante seis
parámetros: anchura de la primera porción (cuadrática) q_{1w},
gradiente de la tercera porción (lineal) g_{1}, el segundo valor
de entrada q_{2s} correspondiente al comienzo de la segunda
porción (cuadrática), la anchura de la segunda porción (cuadrática)
q_{2w}, el gradiente de la cuarta porción (lineal) g_{2}, y el
máximo par torsor de asistencia T_{A(MÁX)}, el cual define
el cuarto valor de entrada.
Los seis valores pueden ser almacenados en una
memoria tal como una memoria electrónica. Los seis valores pueden
diferir para diversas velocidades del vehículo. En este caso, se
puede almacenar en una memoria un número de conjuntos de seis
valores, correspondientes cada uno de ellos con una curva de
sobrealimentación a una velocidad diferente del vehículo. Se puede
utilizar interpolación para elegir el conjunto de valores requerido
a velocidades intermedias del vehículo.
Se pueden prever medios para construir la curva
de sobrealimentación a partir de los seis parámetros.
De este modo, la invención comprende aparatos
para generar una curva de sobrealimentación a partir de un pequeño
conjunto de parámetros clave que definen características esenciales
de la curva. Esto significa que una curva puede estar definida en
una pequeña cantidad de memoria.
El valor o valores pueden ser susceptibles de
definición por el usuario. Así, resulta relativamente trivial
producir curvas de sobrealimentación diferentes para diferentes
vehículos, cambiando los valores de la, variable o variables en la
memoria. De este modo, el número de variables es ventajosamente
pequeño mientras que se proporciona una curva lisa de
sobrealimentación.
A continuación se va a describir, a título de
ejemplo solamente, una realización de la presente invención, con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1(a) es una ilustración de una
curva de sobrealimentación de la técnica anterior, definida por una
pluralidad de ecuaciones lineales para aproximarse a una curva
lisa;
La Figura 1(b) ilustra la derivada de la
curva de la Figura 1(a), la cual presenta discontinuidades en
el punto de intersección de las porciones lineales;
La Figura 2 es un diagrama de bloques
simplificado de la estrategia de control para el sistema de
dirección de potencia eléctrica;
La Figura 3 es una ilustración que muestra las
diversas porciones de la curva lisa de sobrealimentación continua
que puede ser generada de acuerdo con la presente invención;
La Figura 4 es una vista a mayor tamaño de un
cuadrante de la curva de sobrealimentación definida por las
ecuaciones lineales y la ecuación cuadrática, adecuadas para definir
una curva lisa de sobrealimentación tal como se muestra en la Figura
3;
La Figura 5 es un diagrama esquemático de bloques
que muestra las diversas etapas utilizadas para la generación de un
par de salida para un par de entrada correspondiente, utilizando la
curva de sobrealimentación;
La Figura 6 ilustra la variación gradual de
desviación cuando se conmuta desde una forma de curva de
sobrealimentación hasta otra, que proporciona una transición lisa de
curva de sobrealimentación;
La Figura 7 ilustra cómo se produce una curva
completa mediante la adición de varias porciones de curva;
La Figura 8(a) muestra una curva que tiene
una porción lineal y una cuadrática para diferentes velocidades del
vehículo, y
La Figura 8(b) muestra una curva que tiene
dos porciones cuadráticas y dos lineales para diferentes velocidades
del vehículo.
Dentro de un sistema de dirección asistida de
potencia eléctrica, del tipo que se ha expuesto, existe el requisito
de una "curva de sobrealimentación". Ésta define la relación
estática entre el par torsor de entrada y el par torsor de
asistencia generado por el motor eléctrico.
La Figura 2 muestra un diagrama de bloques
simplificado del algoritmo de control para un sistema EPAS. El par
torsor de entrada T_{1}, se mide con el uso de un dispositivo de
detección tal como un sensor 1 de par torsor y una unidad de
acondicionamiento de señal. La señal producida por el sensor de par
torsor es nominalmente proporcionar al nivel de par torsor aplicado
por el conductor a la columna de entrada del sistema de dirección.
El par torsor de asistencia se produce al hacer pasar una corriente
eléctrica a través de un motor eléctrico 2, y en general es
proporcional a la corriente aplicada producida por un controlador 3
de corriente.
La curva 5 de sobrealimentación proporciona la
relación estática entre el par torsor de entrada y el par torsor de
asistencia T_{A}. La relación dinámica entre estos dos parámetros
está determinada por los elementos 6, 7 de compensación aplicados en
serie y aplicados en paralelo. Por ejemplo, se puede utilizar una
red de fase paralela y una red de filtro pasabajo serie. Un
convertidor 4 de demanda de par torsor, convierte la demanda de par
torsor en una demanda de corriente para su introducción en el
controlador 3 de corriente de motor.
Una curva de sobrealimentación, de acuerdo con la
presente invención, ha sido representada en la Figura 3. La curva 5
de sobrealimentación ha sido representada para pares torsores de
entrada positivos en la Figura 4. La curva de sobrealimentación
posee simetría inversa en torno al par torsor de entrada cero, y
éste es un requisito general para todas las curvas de
sobrealimentación adecuadas.
La curva de sobrealimentación mostrada en la
Figura 4 posee cinco porciones distintas. Una primera porción 10
cuadrática, definida por una ecuación cuadrática, se extiende entre
un par torsor de entrada cero y un primer valor q_{1w} de par
torsor de entrada. El gradiente de la porción cuadrática en el valor
q_{1w} de entrada, ha sido designado como g_{1}. Una segunda
porción cuadrática 11, definida por una ecuación cuadrática, se
extiende desde un segundo valor q_{2s} de par torsor de entrada
hasta un tercer valor de par torsor de entrada. El tercer valor se
ha definido con relación al segundo valor de entrada, mediante la
definición de la anchura de la segunda porción cuadrática, como
q_{2w}. De este modo, el tercer valor viene dado por q_{2s} +
q_{2w}. El gradiente de la segunda porción cuadrática en el
segundo valor de entrada, se elige de modo que sea igual al de la
curva de sobrealimentación en el primer valor de par torsor de
entrada.
Una tercera porción 12 lineal se extiende entre
la primera y la segunda cuadráticas. El gradiente de la porción
lineal viene dado como g_{1}, y es el mismo que el gradiente de
las curvas cuadráticas donde se encuentran con la tercera porción.
De este modo, se produce una curva sin junturas desde el valor cero
hasta el tercer valor. La derivada de la curva de sobrealimentación
no tiene, por lo tanto, discontinuidades en esta gama de
valores.
Una cuarta porción 13 lineal, ha sido definida
entre el tercer valor y un cuarto valor de entrada que corresponde
con un par torsor máximo de asistencia permitido
T_{A(máx)}. El gradiente g_{2} de la cuarta porción
lineal es el mismo que el de la segunda porción cuadrática en el
tercer valor de par torsor de entrada. Por encima del cuarto valor
de entrada, la curva es plana. Sobre esta quinta porción, los
incrementos del par torsor de entrada no producen aumentos
correspondientes del par torsor de asistencia. En algunos sistemas,
este valor de par torsor máximo de asistencia estará establecido por
limitaciones del hardware, tales como el par torsor máximo que puede
ser producido por el motor, o puede ser introducido deliberadamente
en el software para evitar altos niveles indeseados de par torsor de
asistencia.
La curva 5 lisa de sobrealimentación, puede ser
definida en software con sólo un pequeño número de parámetros para
establecer las características de las diversas porciones (es decir,
la gama de valores de par torsor de entrada correspondientes a cada
una de las porciones cuadráticas y lineales, el gradiente de las
porciones lineales 12 y 13, y el valor T_{A(máx)} de par
torsor de limitación).
Para asegurar que la curva de sobrealimentación
es lisa, de modo que la derivada de la curva sea continua, la
porción cuadrática y la porción lineal deben satisfacer varias
normas. Se puede utilizar el cálculo que sigue para definir los
parámetros de la curva de sobrealimentación.
La función óptima de la curva de
sobrealimentación varía con la velocidad del vehículo para cualquier
modelo de vehículo dado, y se determina normalmente de forma
subjetiva mediante conductores de prueba, y está soportada por
mediciones objetivas de diversos parámetros del vehículo tales como
el par torsor del conductor, la velocidad angular del volante de
dirección, la posición angular del volante de dirección, la
proporción de derrape del vehículo, la aceleración lateral del
vehículo y la velocidad del vehículo, durante las maniobras de
dirección definidas.
El principio del diseño que aquí se presenta,
consiste en que se define una curva de sobrealimentación completa
(mediante un conjunto de parámetros) a varias velocidades de
vehículo individuales especificadas, por ejemplo a 0, 10, 20, ...,
200 km/h. A velocidades del vehículo entre aquellas a las que los
parámetros están especificados explícitamente, el conjunto real de
parámetros utilizado ha de ser determinado por interpolación lineal
de cada parámetro de acuerdo con la velocidad real del vehículo, y
con los parámetros definidos en dos puntos cercanos adyacentes de
velocidad de vehículo.
En el diseño que aquí se presenta, la curva de
sobrealimentación se define mediante seis parámetros, descritos en
lo que sigue. Cada uno de los seis parámetros puede ser almacenado
en cada uno de los diversos puntos predefinidos de velocidad de
vehículo, como se ha descrito en lo que antecede, pero puede
resultar posible simplificar aún más el proceso de adaptación (y
reducir las necesidades de memoria del sistema) definiendo uno o más
de los parámetros como una cantidad independiente de la velocidad
del vehículo.
La polaridad de la salida es siempre igual a la
polaridad de la entrada, y como la función es una imagen espejo en
torno a la línea T_{A} = -T_{i}, sólo es necesario definir la
forma de la curva de sobrealimentación en el primer cuadrante de
ejes T_{i} - T_{A} con el fin de definirla por completo.
Según se ha establecido en lo que antecede, las
cinco porciones de la curva de sobrealimentación están definidas por
los parámetros:
| Parámetro 1: | q_{1w} | Anchura de la primera porción (cuadrática) |
| Parámetro 2: | g_{1} | Gradiente de la tercera porción (lineal) |
| Parámetro 3: | q_{2s} | Inicio de la segunda porción (cuadrática) |
| Parámetro 4: | q_{2w} | Anchura de la segunda porción (cuadrática) |
| Parámetro 5: | g_{2} | Gradiente de la cuarta porción (lineal) |
| Parámetro 6: | T_{A(máx)} | Máximo par torsor de asistencia |
La definición matemática de cada porción de la
curva de sobrealimentación en el primer cuadrante, se muestra a
continuación; con |T_{i}| se indica el valor absoluto de
T_{i}.
Primera
Porción
T_{A} = (g_{a}
\ x \ |T_{i}|^{2}) \ + \ (2 \ x \
q_{1w})
Segunda
Porción
T_{A} =
\{[(g_{2} \ - \ g_{1}) \ x \ (|T_{i}| \ - \ q_{2s})^{2}] \div \ (2
\ x \ q_{2w})\} \ + \ [g_{1} \ x \ (|T_{i}| \ - q_{2s})] \ + \
\{g_{1} \ x \ [q_{2s} \ - \ (q_{1w} \div \
2)]\}
Tercera
porción
T_{A} = [g_{1}
\ x \ (|T_{i}| \ - \ q_{1w})] \ + \ [(g_{1} \ x \ q_{1w}) \div \
2]
Cuarta
Porción
T_{A} = [g_{2}
\ x \ (|T_{i}| \ - \ q_{2s} \ - \ q_{2w})] \ + \ \{g_{1} \ x \
[q_{2s} \ - \ (q_{1w} \div \ 2) \ + \ (q_{2w} \div \ 2)]\} \ + \
(g_{2} \ x \ q_{2w} \div \
2)
Quinta
Porción
T_{A} =
T_{A(máx)}
Para determinar el par torsor T_{A} de
asistencia de sobrealimentación real, se utiliza el siguiente
procedimiento:
SI |T_{D}| < q_{1w} ENTONCES
Calcular T_{A} utilizando la definición para la
primera porción que antecede
O BIEN SI |T_{D}| < q_{2s} ENTONCES
Calcular T_{A} utilizando la definición para la
tercera porción que antecede
O BIEN SI |T_{D}| < (q_{2s} + q_{2w})
ENTONCES
Calcular T_{A} utilizando la definición para la
segunda porción anterior
O BIEN
Calcular T_{A} utilizando la definición para la
cuarta porción
FINALIZAR SI
A continuación, en la siguiente etapa, el valor
calculado de T_{A} está limitado a un valor máximo de
T_{A(máx)} de acuerdo con la definición para la quinta
sección anterior:
SI T_{A} > T_{A(máx)} ENTONCES
-
\,
T_{A} = T_{A(máx)}
FINALIZAR SI
Se establece a continuación que el signo de
T_{A} es igual al signo de T_{i}:
T_{A} = T_{A} x signo (T_{i})
Este procedimiento se sigue para calcular la
demanda de par torsor de asistencia T_{A} para cualquier par
torsor dado de entrada de conductor T_{i}, utilizando el conjunto
de parámetros [q_{1w}, g_{a}, q_{2s}, q_{2w}, g_{2},
T_{A(máx)}]. Cada uno de los parámetros del conjunto puede
ser obtenido por interpolación lineal a partir de una tabla de
valores de acuerdo con la velocidad del vehículo medida.
La simplicidad de los parámetros que definen la
curva de sobrealimentación permite que la forma de la curva sea
alterada con un mínimo de cálculo.
La Figura 5 ilustra una forma en la que se puede
materializar la curva de sobrealimentación descrita en lo que
antecede, en un sistema de dirección asistida de potencia eléctrica.
Inicialmente, el valor T_{i} de par torsor de entrada se separa en
una componente de magnitud y una componente de signo. Esto puede
hacerse matemáticamente evaluando T_{i} y T_{i}/|T_{i}|, o
empleando una sub-rutina de software adecuada.
Se obtiene entonces una medición de la velocidad
V del vehículo desde el sensor de velocidad de vehículo. Cada una de
las porciones individuales de la curva de sobrealimentación, se
producen entonces con anterioridad a que todas sea pasadas a una
unidad combinatoria que combina los valores para producir la curva
de sobrealimentación final. El signo del par torsor de entrada se
aplica entonces a la curva de sobrealimentación final para producir
una curva de sobrealimentación simétrica.
La forma en que se combinan las porciones
individuales de la curva para producir una curva completa, se
muestra en la Figura 7.
Las Figuras 8(a) y 8(b) muestran un
conjunto de curvas de sobrealimentación que varían con la velocidad
del vehículo, producidas con la utilización del sistema representado
en la Figura 5.
En la Figura 8(a), se establece que el
segundo y el tercer valores de par torsor de entrada son iguales, y
por lo tanto, ya no se precisa más la primera porción lineal.
En la Figura 8(b), se muestra una curva
completa que comprende dos porciones cuadráticas y dos lineales.
Esto permite más flexibilidad en el diseño de la curva de
sobrealimentación.
El proyecto puede ser adaptado para producir una
sensación de conductor seleccionable.
Para ciertas aplicaciones del vehículo, puede
resultar ventajoso dotar al conductor con la capacidad de
seleccionar una de dos curvas de sobrealimentación predefinidas. Por
ejemplo, una curva de sobrealimentación podría definir un nivel bajo
de asistencia de potencia para implementar una característica de
sensación "deportiva" en el conductor. La segunda curva de
sobrealimentación podría definir un nivel alto de asistencia de
potencia para implementar una característica de sensación de
"confort" en el conductor, para proporcionar esfuerzos de
dirección muy bajos, con preferencia para un vehículo utilizado por
las calles de las ciudades.
En una implementación de este tipo, se deberá
proporcionar al conductor un método de selección de las dos curvas
de sobrealimentación, por ejemplo un conmutador en el tablero del
vehículo. Otras alternativas de selección, incluyen:
- -
- Un conmutador de contacto instantáneo en el que cada presión de conmutación comandaría un cambio de selección de curva de sobrealimentación.
- -
- La capacidad de aceptar un comando procedente de otra unidad de control electrónico del vehículo, por ejemplo se podría identificar una curva de sobrealimentación para un conductor concreto, y que sea seleccionada cuando la llave del conductor está en posición de encendido.
Con el fin de evitar cambios repentinos en el
nivel de potencia de asistencia que pudieran molestar al conductor
cuando la curva de sobrealimentación seleccionada debe ser cambiada
a alta velocidad, por ejemplo mientras se toma una curva (y con ello
el riesgo de pérdida de control del vehículo), se propone el método
que sigue para gestionar la conmutación entre dos adaptaciones
separadas.
Se definen dos conjuntos de parámetros, uno para
la curva de sobrealimentación "deportiva" y uno para la curva
de sobrealimentación de "confort". Cada conjunto de parámetros
puede estar completo, ya que puede definir por separado cada uno de
los seis parámetros de curva de sobrealimentación a todas las
velocidades del vehículo, para ambas curvas de sobrealimentación
"deportiva" y de "confort". Alternativamente, algunos
parámetros pueden ser independientes de la velocidad del vehículo
y/o de la función "deportiva"/"de confort", para
simplificar el proceso de adaptación del vehículo y reducir las
necesidades de almacenamiento.
De acuerdo con la curva de sobrealimentación
elegida, se define un parámetro "b". El parámetro b es igual a
0 (cero) cuando se elige la curva de sobrealimentación de
"confort", y a 1 cuando se elige la curva de sobrealimentación
"deportiva". Sin embargo, el parámetro b está limitado de modo
que tenga una cierta velocidad máxima de cambio, de modo que cuando
la curva de sobrealimentación elegida cambia, b cambia suavemente de
0 a 1 y viceversa. Esto se ha ilustrado en la Figura 6.
El parámetro b se utiliza entonces para
determinar un valor real para cada uno de los seis parámetros de
curva de sobrealimentación que ha de ser utilizado para determinar
la curva de sobrealimentación que ha de utilizarse en cualquier
instante.
Por ejemplo, a una velocidad particular del
vehículo, supóngase que el parámetro g_{1} es igual a
g_{1(deportiva)} de acuerdo con la curva de
sobrealimentación "deportiva", y a g_{1(confort)} de
acuerdo con la curva de sobrealimentación de "confort"; en ese
caso, se utiliza la expresión que sigue para determinar el parámetro
g_{1} real que ha de ser utilizado:
g_{1} = (b \
x \ g_{1(deportiva)}) \ + \ [(1 \ - \ b) \ x \
g_{1(confort)}]
Una expresión similar se utiliza para calcular el
valor real de cada parámetro de curva de sobrealimentación. La curva
de sobrealimentación se calcula entonces utilizando el conjunto de
parámetros que ha sido determinado de esta manera.
La máxima velocidad de cambio del parámetro b se
establece de modo que se determina el tiempo durante el que cambia
suavemente la curva de sobrealimentación desde la posición
"deportiva" a la de "confort" cuando se cambia la
selección de curva de sobrealimentación. Por ejemplo, si se
especifica que la velocidad máxima de cambio de b es de 0,5/segundo,
entonces transcurrirá un período de dos segundos después de que se
cambie la selección de curva de sobrealimentación con anterioridad a
que la nueva curva de sobrealimentación seleccionada esté
completamente en uso. En el período intermedio, estará en uso una
curva de sobrealimentación real que está comprendida entre las
curvas de sobrealimentación "deportiva" y de
"confort".
Claims (16)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Un sistema de dirección asistida eléctrico, que comprende un miembro de entrada, un miembro de salida, un motor eléctrico acoplado al miembro de salida y un sensor de par torsor, estando el motor eléctrico adaptado para aplicar un par torsor de asistencia al miembro de salida en respuesta a una señal de salida procedente del sensor de par torsor indicativa del par torsor aplicado al miembro de entrada por el conductor del vehículo, en el que la relación entre el par torsor de entrada indicado y el par torsor de salida aplicado por el motor está definida por una curva (5) de sobrealimentación que tiene simetría inversa alrededor del par torsor de entrada cero, que se caracteriza porque la curva (5) a cada lado del par torsor de entrada cero comprende al menos una primera porción (10) definida por una primera ecuación polinómica correspondiente a una gama de valores de par torsor de entrada comprendidos entre un valor cero y un primer valor, y una segunda porción (11) definida por una segunda ecuación polinómica que corresponde a una gama de valores de par torsor de entrada comprendidos entre un segundo valor y un tercer valor, en el que el gradiente de la primera porción (10) de la curva (5), en el primer valor, es sustancialmente igual al gradiente de la segunda porción de la curva (5) en el segundo valor. - 2. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se define una tercera porción (12) de la curva entre el primer valor y el segundo valor, siendo dicha tercera porción (12) sustancialmente lineal.
- 3. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el primer polinomio y el segundo polinomio son de forma diferente.
- 4. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el primer y el segundo polinomios son funciones cuadráticas del par torsor de entrada.
- 5. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que se define una cuarta porción (13) de la curva (5) entre el tercer valor y un cuarto valor, mediante una ecuación lineal.
- 6. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 5, en el que se define una quinta porción entre el cuarto valor y una magnitud de entrada máxima que tiene gradiente cero.
- 7. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que uno o más de dichos primer, segundo, tercer y cuarto valores, son variables durante el uso.
- 8. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 7, en el que uno o más valores son variables con la velocidad del vehículo.
- 9. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que se ha previsto una memoria, y uno o más de los valores que definen la curva de sobrealimentación se almacenan en la memoria.
- 10. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el gradiente de la curva de sobrealimentación en uno o más de dichos primer, segundo, tercer o cuarto valores, se almacena en la memoria.
- 11. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 10, en el que uno o más de los valores de gradiente se hacen variar con la velocidad del vehículo.
- 12. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 9, 10 u 11, en el que la anchura de una o más de las porciones (10, 11, 12) de la curva (5) de sobrealimentación se almacena en la memoria.
- 13. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que incorpora medios de conmutación adaptados para permitir que un conductor realice manualmente una selección entre al menos una primera y una segunda forma y/o ganancia de la curva de sobrealimentación.
- 14. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además medios para modificar automáticamente la curva (5) de sobrealimentación, para adaptarla a los diferentes conductores.
- 15. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, que comprende además medios para facilitar una transición suave entre una forma de curva de sobrealimentación y a otra.
- 16. Un sistema de dirección asistida eléctrico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la curva (5) de sobrealimentación se define completamente mediante seis parámetros: anchura de la primera porción (q_{1w}) (cuadrática), gradiente de una tercera porción (g_{1}) (lineal), un segundo valor (q_{2s}) de entrada que corresponde con el comienzo de una segunda porción cuadrática, la anchura de la segunda porción (q_{2w}) cuadrática, el gradiente de una cuarta porción (g_{2}) (lineal), y un par torsor máximo (T_{A(MÁX)}) de salida de curva de sobrealimentación que define un cuarto valor de entrada, estando las seis variables citadas almacenadas en una memoria, y en el que se han previsto medios para construir la curva (5) de sobrealimentación a partir de los seis parámetros.
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