ES2275259T3 - Dispositivo electrico de asistencia a la direccion de un vehiculo automovil, conjunto de direccion provisto de tal dispositivo y vehiculo automovil equipado con tal conjunto. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de asistencia eléctrica de dirección de vehículo automóvil que comprende: un motor eléctrico (15) cuyo árbol de salida (18) está destinado a estar unido al árbol de dirección (4) del vehículo, de forma que proporcione una asistencia al giro del volante (2) ejerciendo sobre el árbol de dirección (4) un par de asistencia, siendo transmitido un esfuerzo de giro resultante a ruedas directrices por medio de un mecanismo de orientación (10, 11), un primer captador (21) que mide un primer parámetro (P1) de funcionamiento del vehículo, significativo del par-volante aplicado sobre el árbol de dirección (4), un segundo captador (22) que mide un segundo parámetro (P2) de funcionamiento y/o de estado del vehículo, y un órgano de cálculo (30) que tiene al menos una primera y una segunda entradas, unidas respectivamente al primer (21) y al segundo (22) captadores, y que tiene una salida unida al motor eléctrico (15) y que entrega a este último una señal de consigna de par de asistencia (C)representativa de un valor calculado aplicando a los valores de entrada leyes de mando previamente registradas, caracterizado porque comprende además medios (31) para atenuar, respectivamente amplificar, de forma selectiva, en zonas de frecuencia predeterminadas, los fenómenos vibratorios sobre el par-volante, funcionando dichos medios (31) por tratamiento de la señal transmitida a la primera entrada del órgano de cálculo (30).
Description
Dispositivo eléctrico de asistencia a la
dirección de un vehículo automóvil, conjunto de dirección provisto
de tal dispositivo y vehículo automóvil equipado con tal
conjunto.
El presente invento se refiere a un dispositivo
de asistencia eléctrica de dirección de vehículo automóvil.
Se refiere más precisamente a un dispositivo de
asistencia del tipo divulgado por el documento FR2837161, es decir
que comprende:
- un motor eléctrico cuyo árbol de salida está
destinado a estar unido al árbol de dirección del vehículo, de
manera que proporcione una asistencia al giro del volante ejerciendo
sobre el árbol de dirección un par de asistencia, siendo
transmitido un esfuerzo de giro resultante a las ruedas directrices
por medio de un mecanismo de orientación,
- un primer captador que mide un primer
parámetro de funcionamiento del vehículo, significativo del
par-volante aplicado sobre el árbol de
dirección,
- un segundo captador que mide un segundo
parámetro de funcionamiento y/o de estado del vehículo, y
- un órgano de cálculo que tiene al menos una
primera y una segunda entradas, unidas respectivamente al primer y
al segundo captadores, y que tiene una salida unida al motor
eléctrico y que entrega a éste último una señal de consigna de par
de asistencia representativa de un valor calculado aplicando a los
valores de entrada leyes de mando previamente registradas.
Se conocen en el estado de la técnica tales
dispositivos de asistencia, que comprenden un bucle de regulación
cuya variable de control está constituida por el
par-volante. Las leyes de mando previamente
registradas en el órgano de cálculo están previstas para calcular
el valor de consigna de par en función de los valores de los
parámetros de entrada, de los cuales el valor de
par-volante, filtrado o no.
Se ha comprobado que en los dispositivos de
asistencia conocidos, cualquiera que sea el cuidado aportado a la
elaboración de las leyes de mando, los "retornos de
información" de la calzada y las "subidas o remontadas de
dirección" no eran gobernados.
Por "retornos de información" se entienden
las solicitaciones frecuenciales que provienen de la carretera,
transmitidas al conductor por medio de las ruedas y de la columna de
dirección, que permiten al conductor sentir una pérdida de
adherencia o una degradación de la calzada, y así adaptar su modo de
conducción. Estas solicitaciones, que son deseables de transmitir
al conductor con un nivel de amplitud suficiente, tienen frecuencias
principalmente estimadas entre 0 y 10 Hz.
Por "subidas o remontadas de dirección", se
entienden las solicitaciones secuenciales que constituyen
perturbaciones inútiles para el conductor. Estas solicitaciones,
que son frecuencias principalmente estimadas entre 10 y 20 Hz,
deben ser filtradas por el conjunto de dirección para un atractivo
de conducción mejorado.
Algunos estudios han mostrado que las
solicitaciones frecuenciales que discurren por la columna de
dirección, desde las ruedas directrices hasta el conductor, no
constituyen señales de amplitud significativa cuando su frecuencia
es superior a 20 Hz, de tal modo que no son percibidas por el
conductor, y no necesitan tratamiento particular.
El invento tienen por objeto remediar el
inconveniente anterior, es decir proponer un dispositivo de
asistencia tal como se ha expuesto precedentemente, que permite,
con poco coste, un retorno de información por la columna de
dirección, eliminando o atenuando al mismo tiempo de forma drástica
las subidas de dirección.
Este objetivo es alcanzado por el dispositivo de
asistencia de acuerdo con el invento, por el hecho de que comprende
además medios para atenuar, respectivamente amplificar, de forma
selectiva, en zonas de frecuencia predeterminadas, los fenómenos
vibratorios sobre el par-volante, funcionando dichos
medios por tratamiento de la señal transmitida a la primera entrada
del órgano de cálculo.
Según otras características del dispositivo
conforme al invento:
- dichos medios están adaptados para atenuar los
fenómenos vibratorios sobre el par-volante en
frecuencias superiores a un valor de umbral predeterminado;
- dicho valor de umbral está comprendido entre 8
y 14 Hz, de preferencia igual a 10 Hz;
- dichos medios comprenden un circuito de
tratamiento de señal cuya entrada está unida al primer captador y
la salida está unida a la primera entrada del órgano de cálculo,
aplicando dicho circuito a la señal de entrada representativa del
valor de par-volante medido, una función de
transferencia de la forma
H(f) =
\frac{\sum\limits^{i=n}_{i=n} \ b_{i} \
f^{i}}{\sum\limits^{i=n}_{i=n} \ a_{i} \
f^{i}}
donde f es la frecuencia, n es un
entero superior o igual a 3, y en la que los coeficientes a_{i},
b_{i} son elegidos de tal forma que la función de transferencia,
que tiene por entrada el esfuerzo resultante aplicado al mecanismo
de orientación y por salida el par-volante, presenta
una curva de Bode representativa según la
cual:
- \bullet
- en una zona de frecuencia comprendida entre 0 y dicho valor de umbral, la ganancia varía con la frecuencia entre un valor bajo y un valor alto de ganancia constantes,
- \bullet
- para frecuencias superiores a dicho valor de umbral, la ganancia varía con la frecuencia, permaneciendo inferior a un valor máximo que varía a su vez linealmente con la frecuencia de forma decreciente, según una pendiente predeterminada, no nula, a partir de dicho valor alto; y
- los coeficientes a_{i}, b_{i} son elegidos
de tal forma que la función de transferencia, que tiene por entrada
el esfuerzo resultante aplicado al mecanismo de orientación y por
salida del par-volante, presenta una curva de Bode
representativa de fase según la cual:
- \bullet
- en la zona de frecuencia comprendida entre 0 y dicho valor de umbral, la fase varía con la frecuencia entre un valor bajo de fase estrictamente inferior a 0 y un valor alto de fase, inferior o igual a 0, de preferencia nulo,
- \bullet
- para frecuencias superiores a dicho valor de umbral, la fase permanece inferior a dicho valor alto de fase.
El invento considera además un conjunto de
dirección de vehículo automóvil, que comprende un árbol de
dirección, un dispositivo de asistencia eléctrica tal como el
descrito precedentemente, unido al árbol de dirección de manera que
proporcione una asistencia al giro del volante ejerciendo sobre el
árbol de dirección un par de asistencia, un mecanismo de
orientación unido al árbol de dirección y al dispositivo de
asistencia, y por medio del cual es transmitido un esfuerzo
resultante del giro de las ruedas directrices.
El invento considera finalmente un vehículo
automóvil que comprende un conjunto de dirección tal como se ha
descrito precedentemente.
Un modo particular de realización del invento va
a ser descrito a continuación en mayor detalle, con referencia a
los dibujos adjuntos, en los que:
La fig. 1 es una vista esquemática de un
conjunto de dirección de vehículo, que comprende un dispositivo de
asistencia según el invento;
La fig. 2 es un diagrama de Bode que representa
la ganancia, de la función de transferencia
par-volante/esfuerzo cremallera, que muestra el
dominio de funcionamiento-objetivo del dispositivo
de acuerdo con el invento, y un ejemplo de curva
característica-objetivo situada en el interior de
este dominio; y
La fig. 3 es un diagrama análogo al de la fig.
2, que representa la fase de la misma función de transferencia.
En la fig. 1, se ha representado un conjunto de
dirección 1 de vehículo automóvil asistido eléctricamente, que
comprende un volante 2 solidario de un primer tramo 3 de un árbol de
dirección 4, por medio de una unión de cardán 6. El árbol de
dirección 4 transmite el par aplicado sobre el volante 2 por el
conductor del vehículo a un piñón de transmisión 7, que engrana con
una cremallera 8 dispuesta transversalmente con relación al eje del
vehículo entre dos ruedas directrices 9. El piñón de transmisión 7
podría ser reemplazado por cualquier otro órgano de transmisión,
como por ejemplo un tornillo sin fin. Cada rueda directriz 9 es
susceptible de pivotar alrededor de un eje de pivotamiento vertical
Z-Z bajo el efecto de un desplazamiento lineal de la
cremallera 8, siendo accionada dicha rueda directriz 9 por un
mecanismo de orientación que comprende la cremallera y una bieleta
10 unida a una extremidad 11 de la cremallera 8.
El conjunto de dirección 1 comprende igualmente
un dispositivo de asistencia 12 destinado a ejercer sobre la
cremallera 8 un esfuerzo de igual sentido que el esfuerzo ejercido
por el piñón de transmisión 7, de manera que facilite el
accionamiento del volante 2 por el conductor del vehículo, en
función de al menos dos parámetros P1, P2 de funcionamiento de la
dirección, o más generalmente de funcionamiento y/o estado del
vehículo.
El dispositivo de asistencia 12 comprende un
motor eléctrico 15 cuyo par de salida C_{s} es mandado por un
dispositivo electrónico de mando 16 que entrega al motor una
consigna de par de asistencia C. El par de salida C_{s} del motor
eléctrico 15 es transmitido a un reductor 19 por medio del árbol de
salida 18 del motor 15, y a un piñón de asistencia 20 que engrana
con la cremallera 8.
Así, el árbol de salida 18 del motor eléctrico
15 está unido mecánicamente al árbol de dirección 4, por medio del
reductor 19, del piñón de asistencia 20, de la cremallera 8 y del
piñón de transmisión 7. La unión mecánica del árbol de salida 18 y
del árbol de dirección 4 podría ser diferente, en particular más
directa y no implicando la cremallera 8.
El árbol de salida 18 del motor eléctrico
proporciona una asistencia al giro del volante 2 ejerciendo sobre
el árbol de dirección 4, por medio de los elementos mecánicos
citados precedentemente, un par de asistencia que depende
directamente del par de salida C_{s}, y por consiguiente de la
consigna de par de asistencia C.
El primer parámetro P_{1} es significativo del
par-volante, es decir del par aplicado sobre el
volante 2 por el conductor y/o sufrido por este último. El
par-volante es por ejemplo estimado por medio de un
captador de par 21, montado sobre el segundo tramo 5 del árbol de
dirección 4, en una región próxima al piñón 7. Este parámetro es
significativo de condiciones de mantenimiento del volante, pero
igualmente de los fenómenos vibratorios que nacen al nivel de la
unión al suelo, y transmitido al conductor a través de las ruedas,
las bieletas, la cremallera y la columna de dirección.
El segundo parámetro P_{2} es por ejemplo
significativo del valor de velocidad del vehículo. Esta es
determinada por medios clásicos de medida de la velocidad de
avance, presentes usualmente en los vehículos, que se designarán
por un captador de velocidad de avance 22.
El dispositivo electrónico de mando 16 comprende
esencialmente un calculador 30 de dos entradas y una salida, y un
circuito de tratamiento de señal 31.
El circuito 31 está unido a la salida del
captador de par-volante 21, de manera que reciba en
la entrada una señal representativa del parámetro P_{1} de
par-volante, y su salida está conectada a la primera
entrada del calculador 30.
El circuito 31 está representado por su función
de transferencia H(f), dónde f es la frecuencia de la señal
de entrada representativa de P_{1}. Esta función de transferencia
será precisada ulteriormente.
Así, el calculador 30 recibe sobre su primera
entrada una señal representativa del parámetro P_{1} de
par-volante, transformado conforme a la función de
transferencia H(f) del circuito 31.
El calculador 30 está por otro lado unido en la
entrada al captador de velocidad 22, de modo que la segunda entrada
del calculador 30 esté alimentada por la señal representativa del
parámetro P_{2} de velocidad del vehículo.
El calculador 30 está programado para ejecutar
leyes de mando previamente registradas, por ejemplo en forma de
cartografías, y para entregar a la salida una señal representativa
del valor de par de consigna de asistencia C, en función de los dos
valores de entrada. La salida del calculador 30 está unida al motor
15 con el fin de entregar esta señal de mando, representativa del
valor de par de consigna así calculado.
Naturalmente, el calculador 30 y las leyes de
mando que le están asociadas pueden estar previstos para funcionar
con un número de parámetros de entrada superiores a dos, en
particular tres valores de entrada.
El cálculo del par de consigna puede entonces
tener en cuenta otro parámetro de funcionamiento y/o de estado del
vehículo, tal como un parámetro significativo de la velocidad de
rotación del volante.
Se va ahora a explicitar más la función de
transferencia H(f) y, con referencia a las figs. 2 y 3, se
ilustrarán los efectos físicos del tratamiento de la señal así
operada sobre el parámetro de par-volante P_{1} a
la entrada del calculador 30.
En las figs. 2 y 3, se ha traducido en efecto
gráficamente los objetivos del invento consistentes en atenuar,
respectivamente amplificar, de forma análoga, en zonas de frecuencia
predeterminadas, los fenómenos vibratorios sobre el
par-volante.
Como se ha indicado precedentemente, estos
fenómenos vibratorios "suben o remontan" desde la carretera
hacia el conductor por las bieletas 10, la cremallera 8, la columna
de dirección 4 y el volante 2. El efecto vibratorio sentido por el
conductor puede ser traducido, como ya se ha hecho en el marco del
invento, por la función de transferencia T(f) igual a la
relación de los valores algebraicos del par-volante
y del esfuerzo aplicado por las ruedas directrices 9 sobre la
cremallera 8, a través de las bieletas 10. Esta función de
transferencia está asociada a un sistema mecánico que transmite
vibraciones entre una entrada -las ruedas- y una salida -el
volante-.
Los objetivos del invento han sido traducidos
por un dominio de funcionamiento-objetivo en el que
debe situarse la curva característica de la función de
transferencia T(f). La función de transferencia así definida
modifica la ganancia y la fase de la transferencia de Esfuerzos
bieletas (entrada) hacia el par-volante (salida). En
las figs. 2 y 3, estos dominios han sido delimitados para la
ganancia y para la fase de la función de transferencia,
respectivamente.
Para uno y otro de los dominios de
funcionamiento, en ganancia y en fase, se distinguen dos zonas de
frecuencia:
- la primera comprendida entre 0 y un valor de
umbral S predeterminado, comprende entre 8 y 14 Hz, de preferencia
igual a 10 Hz (como se ha indicado en las figuras);
- la segunda correspondiente a frecuencias
superiores a este valor de umbral S.
En las figuras, la primera zona de frecuencia ha
sido limitada al intervalo (1 Hz, 10 Hz) y la segunda ha sido
limitada al intervalo (10 Hz, 20 Hz), estos intervalos están
estimados como los más importantes en el marco del invento.
El dominio de funcionamiento en ganancia se
sitúa:
- para la primera zona de frecuencia [0,S], que
corresponde principalmente a una zona de amplificación: entre la
línea recta horizontal de ganancia constante G_{1}, y la línea
recta horizontal de ganancia constante G_{2}, dónde G_{1} es
inferior a_{ }G_{2}, siendo G_{1} el valor bajo de ganancia y
siendo G_{2} el valor alto de ganancia;
- para la segunda zona de funcionamiento,
correspondiente a los valores de frecuencia superiores a S y
principalmente a una zona de atenuación: por debajo de una recta de
pendiente (P) no nula, negativa, que pasa por el punto de
coordenadas (S, G_{2}).
Concerniendo a la fase \theta de la función de
transferencia T(f), el dominio de funcionamiento está
definido de la forma siguiente:
- para la primera zona de funcionamiento [0,S]:
el dominio de funcionamiento está comprendido entre las dos líneas
horizontales de fase constante, que corresponden respectivamente a
un valor bajo \theta_{1} y a un valor alto \theta_{2}, con
\theta_{1}<\theta_{2}<0. Se tomará de preferencia
\theta_{2}=0 y \theta_{1}=-30º;
- para la segunda zona de funcionamiento, que
corresponde a los valores de frecuencia superiores a S: el dominio
de funcionamiento se sitúa por debajo de la línea recta horizontal
de fase constante \theta_{2}.
Para obtener las características deseadas de la
función de transferencia T(f), es decir para que las curvas
de Bode características de esta función de transferencia se sitúen
en el interior de los dominios de funcionamiento definidos
anteriormente, se ha revelado que la función de transferencia
H(f) asociada al circuito 31 podía ser ventajosamente de la
forma siguiente:
H(f) =
\frac{\sum\limits^{i=n}_{i=n} \ b_{i} \
f^{i}}{\sum\limits^{i=n}_{i=n} \ a_{i} \
f^{i}}
donde n es un entero \geq 3, y
dónde los coeficientes a_{i} y b_{i} son elegidos para cada tipo
de vehículo, y para cada conjunto de valores que definen los
dominios de funcionamiento buscados, a saber S, G_{1}, G_{2}, P,
\theta_{1}, y
\theta_{2}.
Estos dominios de funcionamiento pueden estar
definidos para varias condiciones-tipos. Los
dominios de funcionamiento que han sido representados en las
figuras han sido definidos por ejemplo para un vehículo particular,
y para una intensidad de esfuerzos aplicados sobre la cremallera
que varían entre -50 daN y +50 daN, en condición de volante
bloqueado.
Es importante señalar que la función de
atenuación-amplificación del filtrado de las
vibraciones que transitan por la columna de dirección es realizada
por medios electrónicos de tratamiento de señal que actúan sobre
una variable de regulación, que es aquí el
par-volante. El aporte de estos medios electrónicos
de tratamiento en los dispositivos de asistencia eléctrica, y más
generalmente en los conjuntos de dirección que existen actualmente,
no representa ningún sobrecoste significativo. En particular, la
función de atenuación/amplificación de las vibraciones por los
medios definidos en el invento no implica ningún medio mecánico o
electromecánico adicional.
Además, el invento puede estar adaptado a un
gran número de direcciones asistidas eléctricas existentes.
La función de atenuación/amplificación de las
vibraciones que transitan por la columna de dirección, en las
condiciones expuestas en la descripción que precede, permite
alcanzar un elevado nivel de seguridad así como un elevado nivel de
atractivo de conducción.
Claims (7)
1. Un dispositivo de asistencia eléctrica de
dirección de vehículo automóvil que comprende: un motor eléctrico
(15) cuyo árbol de salida (18) está destinado a estar unido al árbol
de dirección (4) del vehículo, de forma que proporcione una
asistencia al giro del volante (2) ejerciendo sobre el árbol de
dirección (4) un par de asistencia, siendo transmitido un esfuerzo
de giro resultante a ruedas directrices por medio de un mecanismo
de orientación (10, 11), un primer captador (21) que mide un primer
parámetro (P_{1}) de funcionamiento del vehículo, significativo
del par-volante aplicado sobre el árbol de dirección
(4), un segundo captador (22) que mide un segundo parámetro
(P_{2}) de funcionamiento y/o de estado del vehículo, y un órgano
de cálculo (30) que tiene al menos una primera y una segunda
entradas, unidas respectivamente al primer (21) y al segundo (22)
captadores, y que tiene una salida unida al motor eléctrico (15) y
que entrega a este último una señal de consigna de par de
asistencia (C) representativa de un valor calculado aplicando a los
valores de entrada leyes de mando previamente registradas,
caracterizado porque comprende además medios (31) para
atenuar, respectivamente amplificar, de forma selectiva, en zonas de
frecuencia predeterminadas, los fenómenos vibratorios sobre el
par-volante, funcionando dichos medios (31) por
tratamiento de la señal transmitida a la primera entrada del órgano
de cálculo (30).
2. Un dispositivo según la reivindicación 1ª,
caracterizado porque dichos medios (31) están adaptados para
atenuar los fenómenos vibratorios sobre el
par-volante en frecuencias superiores a un valor de
umbral (S) predeterminado.
3. Un dispositivo según la reivindicación 2ª,
caracterizado porque dicho valor de umbral (S) está
comprendido entre 8 y 14 Hz, de preferencia igual a 10 Hz.
4. Un dispositivo según la reivindicación 2ª o
3ª, caracterizado porque dichos medios (31) comprenden un
circuito (31) de tratamiento de señal cuya entrada está unida al
primer captador (21) y la salida está unida a la primera entrada
del órgano de cálculo (16), aplicando dicho circuito a la señal de
entrada representativa del valor de par-volante
medido, una función de la transferencia de la forma
H(f) =
\frac{\sum\limits^{i=n}_{i=n} \ b_{i} \
f^{i}}{\sum\limits^{i=n}_{i=n} \ a_{i} \
f^{i}}
donde f es la frecuencia, n es un
entero superior o igual a 3, y en la que los coeficientes a_{i},
b_{i} son elegidos de tal forma que la función de transferencia
[T(f)], que tiene por entrada el esfuerzo resultante de
aplicar al mecanismo de orientación (10, 11) y por salida el
par-volante, presenta una curva de Bode
representativa según la cual: en una zona de frecuencia (f)
comprendida entre 0 y dicho valor de umbral (S), la ganancia (G)
varía con la frecuencia entre un valor bajo (G_{1}) y un valor
alto de ganancia (G_{2}) constantes, para frecuencias (f)
superiores a dicho valor de umbral (S), la ganancia (G) varía con la
frecuencia (f), permaneciendo inferior a un valor máximo que varía
linealmente con la frecuencia de forma decreciente, según una
pendiente (P) predeterminada, no nula, a partir de dicho valor alto
(G_{2}).
5. Un dispositivo según la reivindicación 4ª,
caracterizado porque los coeficientes a_{i}, b_{i} son
elegidos de tal forma que la función de transferencia [T(f)],
que tiene por entrada el esfuerzo resultante aplicado al mecanismo
de orientación (10, 11) y por salida el par-volante,
presenta una curva de Bode representativa de fase según la cual: en
la zona de frecuencia (f) comprendida entre 0 y dicho valor de
umbral (S), la fase (\theta) varía con la frecuencia (f) entre un
valor bajo de fase (\theta_{1}) estrictamente inferior a 0 y un
valor alto de fase (\theta_{2}), inferior o igual a 0, de
preferencia nulo, para frecuencias (f) superiores a dicho valor de
umbral (S), la fase (0) permanece inferior a dicho valor alto de
fase (\theta_{2}).
6. Un conjunto de dirección de vehículo
automóvil, que comprende un árbol de dirección (4), un dispositivo
(12) de asistencia eléctrica según una cualquiera de las
reivindicaciones 1ª a 5ª, unido al árbol de dirección (4) de forma
que proporcione una asistencia al giro del volante (2) ejerciendo
sobre el árbol de dirección (4) un par de asistencia, un mecanismo
de orientación (10, 11) unido al árbol de dirección (4) y al
dispositivo de asistencia (2), y por medio del cual es transmitido
un esfuerzo resultante del giro de las ruedas directrices (9).
7. Un vehículo automóvil, caracterizado
porque comprende un conjunto de dirección según la reivindicación
6ª.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0402551A FR2867437B1 (fr) | 2004-03-11 | 2004-03-11 | Dispositif d'assistance electrique de direction de vehicule automobile, ensemble de direction pourvu d'un tel dispositif et vehicule automobile equipe d'un tel ensemble |
| FR0402551 | 2004-03-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2275259T3 true ES2275259T3 (es) | 2007-06-01 |
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ID=34814572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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