ES2305515T3 - Procedimiento para determinar el par de fuerza de direccion que actua durante el accionamiento del volante de direccion en los vehiculos automoviles. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la determinación de un par de fuerza de dirección que actúa durante el accionamiento del volante de dirección en los vehículos automóviles; a este efecto, es determinada la parte proporcional de perturbación (M_stör o M_pert) de un par de fuerza de dirección (M_ist o M_real), y por medio de un generador de pares de fuerza (108, 208) es generado un par de fuerza de dirección (M_ist), que está mermado por la fuerza de perturbación; procedimiento éste que está caracterizado porque para poder determinar la parte proporcional de perturbación (M_stör), de determinadas variables es derivada una situación específica de la conducción, y los pares de fuerza perturbadora (M_stör) son determinados en función de la derivada situación de la conducción; en este caso, para la determinación de los pares de fuerza perturbadora son empleadas por lo menos las fuerzas circunferenciales (101) de la rueda.

Description

Procedimiento para determinar el par de fuerza de dirección que actúa durante el accionamiento del volante de dirección en los vehículos automóviles.

La presente invención se refiere a un procedimiento para determinar el par de fuerza de dirección que actúa durante el accionamiento del volante de dirección en los vehículos automóviles.

Durante el servicio de marcha de un vehículo automóvil se producen en las ruedas dirigidas -sobre todo durante la marcha por una curva- unas fuerzas con distintas magnitudes. Esto no solamente se refiere a las fuerzas laterales, que actúan sobre la rueda, sino también a las fuerzas circunferenciales entre la rueda y la carretera, las cuales actúan sobre la superficie de contacto de la rueda.

Unas distintas fuerzas circunferenciales se presentan en los procesos de frenado, y aquí sobre todo en los procesos de frenado preponderantemente dentro de la gama límite de la transmisión de las fuerzas longitudinales. Pero las distintas fuerzas circunferenciales de este tipo se presentan sobre todo en aquellos casos, en los que están siendo impulsadas las ruedas dirigidas. Las fuerzas de impulsión son transmitidas sobre las ruedas; las ruedas tienen, sin embargo, unos distintos radios de curvatura por los cuales han de pasar las mismas y, por consiguiente, ellas acusan unas distintas combinaciones entre las fuerzas laterales y fuerzas longitudinales, y se presentan en la rueda unas fuerzas de distintas magnitudes. Estas fuerzas son absorbidas por la dirección, por lo que las mismas actúan sobre el brazo de palanca de las fuerzas perturbadoras, el cual está previsto en la construcción. Por consiguiente, estas fuerzas ya no se compensan entre si al ser accionada la dirección.

El conductor percibe estas fuerzas como una molestia, en especial si las fuerzas, absorbidas por la dirección, representan una elevada parte proporcional del par de fuerza de dirección, que ha de ser aportado por el conductor. Esto se produce, por ejemplo, al arrancar el vehículo con una pronunciada oblicuidad en la dirección.

La presentación de este problema técnico está descrita, por ejemplo, en las Patentes Alemana Núm. DE 35 41 732 A1 y DE 37 30 936 A1, estando relacionada ésta última Patente Alemana sobre todo con los vehículos sobre carriles y no con vehículos de carretera; en este caso, para solucionar el problema han sido revelados aquí, sin embargo, unos dispositivos mecánicos para compensar las fuerzas.

La Patente Núm. 5 845 222 de los Estados Unidos revela un dispositivo para la determinación de un par de fuerza de dirección que actúa durante el accionamiento del volante de dirección en los vehículos automóviles, conforme al preámbulo de la reivindicación de patente 1) en relación con el procedimiento así como conforme al preámbulo de la reivindicación de patente 15), en cuanto al dispositivo correspondiente.

Además, la Patente Núm. 5 828 972 de los Estados Unidos describe un sistema de dirección, con una supresión automática de las perturbaciones. Aquí resulta que, en función de las magnitudes -como son el ángulo de oblicuidad, la velocidad angular de dirección, la velocidad de guiñadas o cabeceos, la aceleración transversal y las fuerzas de dirección- queda determinado y ajustado un par de fuerza teórico para la dirección.

La presente invención tiene el objeto de adaptar el par de fuerza de dirección, que actúa en contra del accionamiento del volante de dirección por parte del conductor, y esto de tal manera que el par de fuerza de dirección esté exento de unas influencias perturbadoras de este tipo.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue, respectivamente, por medio de un procedimiento según la reivindicación de patente 1) así como a través de un dispositivo, conforme a lo indicado en la reivindicación de patente 15).

En un vehículo automóvil es determinado el par de fuerza que actúa durante el accionamiento del volante de dirección. Este vehículo automóvil puede ser sobre todo un vehículo automóvil cuyas ruedas, aparte de ser dirigidas, también son impulsadas. En este caso, y conforme al procedimiento de la presente invención, del par de fuerza de dirección queda determinada la parte proporcional de las fuerzas perturbadoras, la cual está basada en unas influencias de perturbación. Por medio de un generador de partes de fuerza es generado entonces, en el volante de dirección, un par de fuerza de dirección que está mermado por las fuerzas perturbadoras. Según una preferida forma de realización de la presente invención, resulta que el par de fuerza de dirección, mermado por las fuerzas perturbadoras, está exento de la influencia de unas fuerzas de perturbación.

Debido al hecho de que en el vehículo es determinada la parte proporcional del par de fuerzas perturbadoras en el par de fuerza del volante de dirección, se hace posible compensar esta parte proporcional del par de fuerza de dirección -ampliamente o bien por completo- por medio del generador de pares de fuerza, previsto en el volante de dirección. A este efecto, la fuerza de perturbación es mermada en función de la exactitud en la determinación de las influencias de fuerzas perturbadoras así como en función de la activación del generador de pares de fuerza. Como consecuencia, el conductor experimenta la influencia del par de fuerzas perturbadoras por lo menos de una manera mermada y, de forma preferente, no la experimenta siquiera.

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Según una preferida forma de realización de la presente invención es así, que la parte proporcional de fuerzas perturbadoras en el par de fuerza está determinada en base a otras fuerzas adicionales de la rueda. A este efecto, pueden ser aplicadas sobre todo -y por lo menos una de ellas- las fuerzas resultantes de la fuerza normal de la rueda y de la fuerza lateral de la misma; en este caso, estas fuerzas son determinadas preferentemente para por lo menos una parte de las ruedas dirigidas. Para esta finalidad, las fuerzas de la rueda pueden ser determinadas por el empleo, sobre todo de un observador. Gracias al empleo de un modelo -que en especial emplea un modelo de eje- el comportamiento del eje puede ser bien reproducido, por lo cual puede ser determinada correctamente la parte proporcional de las fuerzas perturbadoras. Estos modelos pueden ser sobre todo unos observadores, de forma preferente unos observadores que se apoyan en el modelo.

Las fuerzas de la rueda son determinadas sobre todo por la aplicación de unas magnitudes o variables, que han sido medidas por el empleo de sensores o que han sido determinadas en el vehículo. Para ello son empleadas en especial las magnitudes procedentes del grupo del ángulo de oblicuidad de ruedas, de la velocidad de guiñada, de la velocidad del vehículo, de la aceleración transversal, del número de revoluciones de la rueda, de las presiones de frenado de la rueda así como del par de fuerza de impulsión. De una manera conveniente, estas magnitudes facilitan la determinación de las partes proporcionales de fuerzas perturbadoras en el par de fuerza; las mismas entran sobre todo en el modelo o en el observador. Como añadidura, pueden ser determinados unos pares de fuerzas perturbadoras en base a las fuerzas de la rueda así como en base a las magnitudes medidas; a este efecto, son empleados sobre todo un observador o por lo menos un campo característico.

De forma preferente, el par de fuerza de dirección, que actúa sobre el volante de dirección, está mermado -por la determinada parte proporcional de fuerzas perturbadoras en el par de fuerza- por medio de la correspondiente activación de un generador de pares de fuerza. Existe, no obstante, también la posibilidad de determinar un par de fuerza teórico de dirección, que esté exento de la influencia de fuerzas perturbadoras, e introducir o regular el mismo a través del generador de pares de fuerza de tal manera que, gracias a ello, pueda ser producido en el volante de dirección un par de fuerza de dirección, que esté exento de la influencia de unas fuerzas perturbadoras. Las dos variantes hacen posible un manejo más cómodo del volante de dirección por parte del conductor; volante éste que está libre de partes proporcionales de fuerzas perturbadoras en un par de fuerza. A este efecto, el par de fuerza teórico de la dirección -el cual está exento de influencias de fuerzas perturbadoras- puede ser determinado por medio de un modelo como, por ejemplo, por un observador; para ello se emplean, en este caso, sobre todo las variables del grupo del ángulo de oblicuidad de la rueda, de la velocidad de guiñadas, de la velocidad del vehículo, de la aceleración transversal, del número de revoluciones de las ruedas, de las presiones de frenado de las ruedas así como del par de fuerza de impulsión.

En función del modo de funcionamiento del regulador de pares de fuerza, para la generación del par de fuerza de dirección es así, que por un regulador de pares de fuerza es generado sencillamente un par de fuerza, que compensa la parte proporcional de las fuerzas perturbadoras o bien -para el caso de que todo el par de fuerza de dirección sea generado por el generador de pares de fuerza- en un par de fuerza de dirección, determinado sin tener en consideración la parte proporcional de las fuerzas perturbadoras, se hace interferir la parte proporcional de las fuerzas perturbadoras, y como par de fuerza de dirección es empleado el par de fuerza, que resulta de esta interferencia.

Para la determinación de los pares de fuerza de perturbación existe también la posibilidad de derivar de unas magnitudes -como, por ejemplo, de las variables anteriormente mencionadas- una situación específica en la conducción del vehículo y de determinar los pares de fuerza de perturbación en función de la detectada situación en la conducción.

Según una preferida forma de realización de la presente invención resulta, que el par de fuerza de dirección es regulado. En este contexto -y sobre todo al ser regulado el par de fuerza de dirección en el volante de dirección- asimismo pueden ser detectados y regulados los estímulos de una oscilación estocástica en las ruedas dirigidas, sobre todo dentro de la gama de las frecuencias propias de la dirección, es decir, el llamado shimmy. En este supuesto, las oscilaciones -que se producen en determinadas situaciones de la marcha- ya no son transmitidas sobre el volante de dirección y, por consiguiente, están incrementados el confort para el conductor y la seguridad en la conducción.

La presente invención así como unas convenientes formas para la realización de la misma no solamente están comentadas en la descripción y en las reivindicaciones, sino ellas también se explican con más detalles por medio de un ejemplo de realización, que está representado en los planos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de un procedimiento según la presente invención para determinar el par de fuerza de dirección, que actúa en contra del accionamiento de la dirección, mientras que

La Figura 2 indica el diagrama de bloques de un procedimiento según la presente invención para regular el par de fuerza de dirección, que actúa en contra del accionamiento de la dirección.

Según la forma de realización, indicada en la Figura 1, el par de fuerza de dirección es regulado en el volante de dirección. Para la regulación son aportadas, en primer lugar, unas magnitudes o variables de entrada 110. Estas variables comprenden en especial por lo menos una parte de las magnitudes formadas por el ángulo de oblicuidad de ruedas, la velocidad de guiñada, la velocidad del vehículo, la aceleración transversal, las velocidades de las ruedas, las presiones de frenado de las ruedas así como por el par de fuerza de impulsión. En la mayoría de los casos, estas variables son determinadas mediante unos sensores, y las mismas están disponibles en el vehículo, de todos modos, en forma de unas señales. A continuación, los valores correspondientes también son aportados, adicionalmente, a efectos de la regulación; en este caso, la elección de las variables empleadas está en función de los modelos, de los observadores y de los campos característicos, que son empleados individualmente.

Las necesarias magnitudes de entrada son aportadas a tres investigadores distintos 101, 102 y 103; en este caso, en el investigador 101 son determinadas las fuerzas circunferenciales de la rueda; en el investigador 102 las fuerzas normales de la rueda (fuerzas de contacto de la rueda); y en el investigador 103 son determinadas las fuerzas laterales de la rueda. En cada uno de los investigadores 101, 102 y 103, la investigación sobre las respectivas fuerzas puede ser efectuada por emplearse un modelo correspondiente como, por ejemplo, con preferencia un observador, que está basado en un modelo, o por el empleo de unos campos característicos adaptados.

A continuación, los resultados de los investigadores 101, 102 y 103 son aportados a un determinador 104, en el cual son determinadas las partes proporcionales de una perturbación en el par de fuerza. Este determinador 104 determina el par de fuerza de perturbación M_stör (M_pert) -también por el empleo de un modelo, como puede ser un observador o un campo característico- y esto en base a las magnitudes del ángulo de oblicuidad de la rueda y de las determinadas fuerzas de la rueda así como, dado el caso, en base a otras variables de entrada.

Seguidamente, este par de fuerza de perturbación M_stör es aportado a la unidad de análisis 106. Dentro de la unidad de análisis, del par de fuerza de perturbación M_stör es generada la señal de mando, necesaria para la activación del generador de pares de fuerza 108, y esta señal es luego filtrada para alisarla. La señal, obtenida de este modo, es aportada al sumador 107. Según la forma de realización aquí representada, al sumador 107 también es aportada, adicionalmente, una señal de mando que es derivada de un par de fuerza básico de dirección 105; en este caso, el par de fuerza básico de dirección es determinado sin tener en consideración los pares de fuerza de una perturbación. En la mayoría de los casos, este par de fuerza básico de dirección es determinado en función de un campo característico, y el mismo es empleado para controlar el par de fuerza de dirección en función, por ejemplo, de la velocidad del vehículo. Estas dos señales de ajuste son unidas entre si dentro del sumador 107, y la resultante señal de ajuste es aportada al generador de pares de fuerza 108, que después genera el correspondiente par de fuerza de regulación, que es acoplado a los pares de fuerza que están siendo transmitidos dentro de la columna de dirección, de tal manera que estos pares de fuerza puedan, por un lado, ser reducidos a una deseada magnitud teórica y que, por el otro lado, de los mismos puedan ser eliminados -mediante compensación- los pares de fuerza de perturbación.

La Figura 2 muestra un ejemplo de realización según el cual es efectuada en el volante de dirección una regulación de los pares de fuerza de dirección, y con esta regulación también son compensados los posibles pares de fuerza de perturbación. Se consigue, por consiguiente, un comportamiento en el volante de dirección, el cual está exento de pares de fuerzas perturbadoras.

A este efecto, al regulador de pares de fuerza 208 es aportada -desde la unidad de análisis 207- una señal de regulación, que conduce a la generación de un par de fuerza de dirección. El generado par de fuerza de dirección M_ist es registrado por el sensor de pares de fuerza 206, y el mismo es retornado a la unidad de análisis 207 para así cerrar el circuito de regulación.

Un par de fuerza teórico es determinado dentro de la unidad de observación 205 para luego ser aportado a la unidad de análisis 207. Para esta finalidad, a la unidad de observación 205 son aportadas las señales de sensores 201, que representan unas magnitudes dinámicas de la conducción del vehículo como pueden ser, por ejemplo, el ángulo de oblicuidad de la rueda, la velocidad de guiñada, la velocidad del vehículo y la aceleración transversal. A esta unidad de observación 205 es aportada, asimismo, la señal de un detector 204 de la situación de conducción. En base a la situación de la conducción, la que es detectada por el detector de situación de conducción 204, así como en base a las señales de sensores 201, dentro de la unidad de observación 205 es determinado un par de fuerza teórico de dirección M_soll (M_teórico), que está exento de influencias perturbadoras. En este caso, para la determinación del mismo es empleado preferentemente un modelo, sobre todo un observador apoyado en un modelo, el cual está basado en un modelo del vehículo, sobre todo en un modelo de la dirección. En lugar de establecerse un modelo a través de un observador, el cual tiene en cuenta la situación de la conducción, también pueden ser establecidos previamente unos campos característicos, que están en función de la situación de conducción.

A efectos de la determinación de la situación de conducción, al detectar de situación de conducción 204 son aportadas unas señales de sensores 201, que representan el estado de la conducción del vehículo. Adicionalmente a estas señales, asimismo son aportadas unas señales de sensores 202, que representan el comportamiento de la rueda, así como -también adicionalmente o como alternativa- las informaciones 203 sobre la vía de conducción. En este caso, las informaciones 203 sobre la vía de conducción pueden proceder, en especial, de un dispositivo de registro óptico de carretera como, por ejemplo, de una cámara o de un sistema de navegación. Las señales de sensores 202, que representan el comportamiento de la rueda, comprenden sobre todo unas informaciones acerca de las velocidades de las ruedas (número de revoluciones de las ruedas) así como las presiones de frenado en las ruedas. Acto seguido, estas informacio-
nes -sobre todo las de las ruedas dirigidas- son tenidas en consideración para determinar la situación de la conducción.

Las situaciones de conducción, que son determinadas o detectadas, se refieren sobre todo a una marcha por curvas, para lo cual es determinado sobre todo el radio de curvatura para tener en consideración el viento lateral, las situaciones de distintos coeficientes de arrastre de fuerza por los laterales del vehículo (escisión \mu) así como las situaciones de un reducido coeficiente de arrastre de fuerza aprovechable (\mu aprovechable).

De este modo, puede ser determinado un par de fuerza teórico de dirección M_soll, que está exento de influencias perturbadoras. Sobre todo por medio de una regulación de este tipo también existe la posibilidad de compensar -por lo menos parcialmente- los estímulos de una oscilación estocástica, en especial dentro de la gama de las oscilaciones propias de la dirección, es decir, el llamado shimmy y de regular el par de fuerza de dirección en el volante de dirección y de tal manera, que las influencias de esta clase pueden ser notadas con menor intensidad y, de forma preferente, no pueden ser percibidas siquiera. El par de fuerza de dirección, determinado de este modo, sirve de mejora para el confort así como para la seguridad en la conducción. Quedan sustancialmente más reducidas -si no completamente eliminadas- una influencia a causa de pares de fuerza de perturbación así como una reacción excesiva o la reacción errónea por parte del conductor.

Claims (15)

1. Procedimiento para la determinación de un par de fuerza de dirección que actúa durante el accionamiento del volante de dirección en los vehículos automóviles; a este efecto, es determinada la parte proporcional de perturbación (M_stör o M_pert) de un par de fuerza de dirección (M_ist o M_real), y por medio de un generador de pares de fuerza (108, 208) es generado un par de fuerza de dirección (M_ist), que está mermado por la fuerza de perturbación; procedimiento éste que está caracterizado porque para poder determinar la parte proporcional de perturbación (M_stör), de determinadas variables es derivada una situación específica de la conducción, y los pares de fuerza perturbadora (M_stör) son determinados en función de la derivada situación de la conducción; en este caso, para la determinación de los pares de fuerza perturbadora son empleadas por lo menos las fuerzas circunferenciales (101) de la rueda.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque el par de fuerza de dirección (M_ist), que está mermado de la fuerza perturbadora, es determinado de tal manera que el mismo sea -por lo menos de una forma amplia- exento de unas fuerzas perturbadoras.

3. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1) o 2) y caracterizado porque la parte proporcional de fuerzas perturbadoras (M_stör) en el par de fuerza es determinada en base a las fuerzas de las ruedas (101, 102, 103, 201).

4. Procedimiento conforme a la reivindicación 3) y caracterizado porque el par de fuerzas perturbadoras (M_stör) es determinado en base a por lo menos una de las fuerzas normales (102) de la rueda y de las fuerzas laterales (103) de la rueda.

5. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 3) o 4) y caracterizado porque las fuerzas (101, 102, 103, 201) de la rueda son determinadas por el empleo de un observador.

6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 3) hasta 5) y caracterizado porque las fuerzas (101, 102, 103, 201) de la rueda son determinadas por el empleo de unas magnitudes -medidas mediante sensores o determinadas en el vehículo- en especial de las magnitudes del grupo del ángulo de oblicuidad de la rueda, de la velocidad de guiñadas, de la velocidad del vehículo, de la aceleración transversal, del número de revoluciones de la rueda, de las presiones de frenado de la rueda así como del par de fuerza de impulsión.

7. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque la parte proporcional de fuerza perturbadora (M_stör) en el par de fuerza es determinada en base a las fuerzas (101, 102, 103, 201) de la rueda así como en base a unas variables ya medidas; a este efecto, es empleado sobre todo un modelo, preferentemente un observador o por lo menos un campo característico.

8. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 2) hasta 7) y caracterizado porque el par de fuerza de dirección (M_ist), que actúa sobre el volante de dirección, es mermado por el par de fuerza perturbadora.

9. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque en base a unas variables es determinado un par de fuerza teórico de dirección (M_soll), que está exento de la influencia de fuerzas perturbadoras.

10. Procedimiento conforme a la reivindicación 9) y caracterizado porque el par de fuerza teórico de dirección (M_soll), que está exento de influencias de fuerzas perturbadoras, es determinado mediante un modelo, sobre todo mediante un observador; a este efecto, son empleadas sobre todo unas magnitudes del grupo del ángulo de oblicuidad de la rueda, de la velocidad de guiñadas, de la velocidad del vehículo, de la aceleración transversal, del número de revoluciones de la rueda, de las presiones de frenado de la rueda así como del par de fuerza de impulsión.

11. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 9) o 10) y caracterizado porque al generador de pares de fuerza (108, 208) son aportados -para generar el par de fuerza de dirección- un par de fuerza de dirección, que ha de ser generado, así como una parte proporcional de par de fuerza perturbadora (M_stör).

12. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas y caracterizado porque es registrado un par de fuerza real (M_ist) del par de fuerza de dirección, y sobre la base del par de fuerza real (M_ist) y de la determinada parte proporcional del par de fuerza perturbadora (M_stör) queda regulado un par de fuerza de dirección, que está exento de un par de fuerza perturbadora.

13. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 11) y caracterizado porque es registrado un par de fuerza real (M_ist) del par de fuerza de dirección, y sobre la base del par de fuerza real (M_ist) y del determinado par de fuerza teórico (M_soll), que está exento de un par de fuerza perturbadora, es regulado un par de fuerza de dirección (M_ist), que está exento de un par de fuerza perturbadora.

14. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 12) o 13) y caracterizado porque como partes proporcionales de un par de fuerza perturbadora (M_stör) también son determinados los impulsos de oscilaciones estocásticas de las ruedas dirigidas.

15. Vehículo automóvil con un volante de dirección para la determinación previa de un ángulo de oblicuidad de las ruedas por parte del conductor y con un generador de pares de fuerza para aplicar sobre el volante de dirección un par de fuerza de dirección; vehículo éste que está caracterizado porque el par de fuerza de dirección es determinado conforme a una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas.