ES2343667B2 - Sistema de frenado para automovil con prediccion de adherencia y control continuo de presion de frenada. - Google Patents
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Abstract
Sistema de frenado para automóvil con predicción
de adherencia y control continuo de presión de frenada, que
comprende un circuito hidráulico donde es regulada la presión de
frenado mediante el control de una válvula proporcional de presión,
la cual mantiene la presión necesaria en el pistón de freno para
realizar la frenada adecuada. El control de la frenada es realizado
en todo momento por un sistema de control capaz de conocer la
adherencia existente en cada instante y establecer las condiciones
idóneas de presión en el pistón de frenada, produciéndose en todo
instante un control óptimo de dicha presión y consiguiendo que en el
vehículo no se produzcan deslizamientos excesivos en ninguna de sus
ruedas. La frenada del automóvil se puede realizar también de forma
manual, cuando la válvula 5/2 está en posición de reposo, o en caso
de mal funcionamiento del control automático de la frenada.
Description
Sistema de frenado para automóvil con predicción
de adherencia y control continuo de presión de frenada.
La presente invención se engloba dentro del
sector de la automoción, y en particular en el área tecnológica de
los sistemas de control de frenada de vehículos.
El sistema de frenos es uno de los elementos de
seguridad activa más importantes en los vehículos automóviles, es el
encargado de reducir la velocidad hasta su parada si es necesario.
El desarrollo de sistemas de frenado que mantengan la estabilidad y
el control del vehículo, consiguiendo además una distancia de
frenado lo más corta posible, ha sido un reto desde que los
vehículos de tracción comenzaron a aumentar la velocidad y la
potencia de sus motores. En la actualidad la mayoría de los
fabricantes ofrecen entre las opciones de equipamiento de sus
vehículos numerosos dispositivos relacionados con el equipo de
frenos: sistemas antibloqueo (ABS), control de estabilidad (ESP),
control de tracción (TCS), frenos electrohidráulicos (EHB),
distribución electrónica de frenada (EBD), sistemas de ayuda a la
frenada de emergencia (BAS). Todos estos sistemas mejoran la
seguridad de una u otra manera en los procesos de frenada. La
optimización de su funcionamiento se consigue mediante el desarrollo
de modelos, la realización de pruebas en bancos de ensayo y su
posterior comprobación en vehículos monitorizados.
Entre los sistemas de más amplia implantación en
vehículos se encuentra los sistemas antibloqueo de frenos (ABS.-
Antilock Brake System). Los beneficios de la incorporación de estos
dispositivos ha provocado que su instalación sea altamente
recomendable en la práctica totalidad de los vehículos, e incluso se
contemple como obligatoria en gran número de ellos.
El bloqueo de las ruedas es el responsable de la
pérdida de direccionabilidad del vehículo, lo que impide por ejemplo
el poder sortear un obstáculo cuando las ruedas están deslizando.
Esta pérdida de direccionabilidad es debida a la utilización de toda
la fuerza de adherencia entre el neumático y la carretera en
esfuerzo de frenado, no teniendo efecto los esfuerzos laterales de
guiado. El sistema antibloqueo de ruedas consigue mejorar la
eficacia de los sistemas de frenado de los vehículos, mejora la
estabilidad de los mismos y proporcionan un mejor control y
progresión de la frenada, gracias al control sobre el bloqueo de las
ruedas. En la práctica esto se traduce en una mejora del control y
de la direccionabilidad del vehículo en los procesos de frenada de
emergencia, sobre todo en condiciones de baja adherencia y, junto a
ello, se consigue, en la mayoría de las ocasiones, una reducción de
la distancia de frenado.
Los sistemas ABS convencionales hacen uso de
electroválvulas todo-nada que son las encargadas de
permitir el aumento de la presión, y por tanto de la fuerza de
frenada en el bombín de freno, y el mantenimiento de la presión o la
disminución de la misma cuando se produce la situación de
deslizamiento de la rueda. Estas electroválvulas permiten un
funcionamiento rápido y fiable del sistema antibloqueo. Sin embargo
la liberación de presión en el bombín de freno se realiza de forma
completa al abrir la válvula.
Otra parte fundamental en los sistemas
antibloqueo de frenos es el algoritmo de control que activa las
electroválvulas todo-nada. El principal problema que
se encuentra este algoritmo para realizar un proceso de frenada
óptimo es poder determinar el grado de deslizamiento que se está
produciendo en las ruedas para poder operar dentro de la zona óptima
de la curva de adherencia. Para conocer el índice de deslizamiento
necesitamos conocer la velocidad de giro de las ruedas, la velocidad
lineal del vehículo y el radio del neumático. La velocidad de giro
es medida mediante captadores inductivos y gracias a la instalación
de ruedas fónicas en las ruedas. El radio del neumático puede ser
estimado adecuadamente conociendo las dimensiones de la rueda, su
rigidez y la carga vertical sobre el mismo. Los principales
problemas se encuentran cuando se, trata de calcular o estimar la
velocidad del vehículo.
La presente invención permite solventar los
mencionados problemas asociados a los sistemas de frenado
convencionales.
El sistema de frenado objeto de la presente
invención comprende un circuito hidráulico simplificado con respecto
a la configuración tradicional de un sistema ABS convencional, y un
sistema de control de dicho circuito hidráulico.
El circuito hidráulico se ha simplificado con
respecto a la configuración de ABS tradicional ya que se han
eliminado las 2 válvulas de dos posiciones y 2 vías y se han
sustituido por una válvula proporcional. Esta configuración permite
que tanto en los momentos de reducción de presión como en los de
aumento el proceso se realice de forma controlada y hasta unos
niveles óptimos, no siendo necesaria por ejemplo la disminución
total de la presión en el caso del bloqueo.
Al igual que ocurre con los sistemas
tradicionales hay que garantizar el funcionamiento del sistema de
frenos cuando el ABS falla (por falta de suministro eléctrico y mal
funcionamiento del control). Para ello, la presente invención
comprende una válvula de doble efecto y tres vías. Esta válvula de
dos posiciones es activada por la unidad de control y en caso de mal
funcionamiento del sistema de control o por perdida de tensión
eléctrica, la válvula será desconectada, permitiendo el
funcionamiento manual del circuito de frenada, y por tanto
permitiendo al conductor actuar el pedal de freno de forma
manual.
Por su parte, el sistema de control comprendido
en la presente invención incluye un algoritmo que permite calcular
en todo momento el deslizamiento y determinar, mediante técnicas
basadas en lógica difusa, las características de la superficie por
la que está circulando el vehículo y la presión a aplicar en el
circuito de frenos, factores fundamentales para garantizar el
correcto funcionamiento del sistema antibloqueo.
El sistema de control hace de interfaz entre el
conductor y circuito hidráulico de frenada, con lo que el conductor
tiene la sensación de ser quien actúa el sistema de frenos, aunque
en realidad el control de la frenada se establece mediante una
lógica de control en función de la fuerza que establece el
conductor en el pedal de freno y de las condiciones de adherencia de
la calzada. En conclusión, se puede hablar de un sistema automático
e inteligente de frenada.
Figura 1.- Esquema hidráulico del circuito de
frenada. Modo manual de funcionamiento. En el modo manual se muestra
la válvula (4) en la posición para establecer este tipo de modo
manual.
Figura 2.- Esquema hidráulico del circuito de
frenada. Modo automático de funcionamiento. En esta figura se
muestra la válvula (4) en la posición para establecer el modo
automático.
Figura 3.- Esquema control válvula proporcional
de presión. Diagrama de bloques del sistema de frenado, que controla
la válvula proporcional de presión (8).
Figura 4.- Curvas característica de adhesión.
Curvas de adhesión para distintos tipos de carreteras o condiciones
de adherencia.
Figura 5.-Funciones miembros en el bloque de
control (14). a) Entrada coeficiente de rozamiento b) Entrada
deslizamiento c) Salida tipo carretera.
Figura 6.- Obtención reglas para el caso de
deslizamiento.
Figura 7.- Superficie generada por el bloque de
control fuzzy para determinación tipo carretera (14).
Figura 8.- Funciones de las variables de entrada
y salida al bloque de control (15). a) Variable de entrada error, b)
Variable de entrada diferror. c) Variable de salida
presión.
Figura 9.- Superficie de salida del bloque de
control fuzzy (15).
A continuación se describe y explican modos de
realización preferidos de la invención, sin carácter
limitativo.
El sistema de frenado objeto de la presente
invención comprende preferentemente dos modos de funcionamiento:
modo manual y modo automático.
En modo manual (figura 1), la válvula 5/2 (4)
estaría en posición de reposo, no existiendo tensión de
alimentación en dicha válvula (4). La posición de reposo puede ser
inducida por un fallo en el sistema de alimentación (por ejemplo,
batería con baja carga), porque el usuario desactive el modo
automático de funcionamiento del sistema de frenado automático, o
porque el sistema de control del sistema de frenado identifique un
fallo de funcionamiento (por ejemplo, mal funcionamiento de los
sensores de velocidad (10)). En dicha posición de reposo, toda la
presión ejercida por el conductor cuando pisa el pedal de freno y
actúa la bomba de freno (3) va directamente al pistón de freno (6),
que presiona las pastillas de freno (7) sobre el disco de freno (9),
frenando de esta forma el vehículo.
En modo automático (figura 2), la válvula (4) es
activada por el sistema de control mediante una señal eléctrica,
desconectando la presión hidráulica ejercida por el conductor
mediante la bomba de freno (3). Para que el conductor siga teniendo
sensación de frenada en el pedal de freno la presión ejercida es
llevada a un acumulador de presión (5), sin que dicha presión se
aplique en el circuito principal de frenada y sin que surja, por
tanto, ningún efecto en la frenada del vehículo. En este modo
automático, es la válvula (4) la que conecta la presión ejercida por
la bomba hidráulica (1) y que es almacenada en el acumulador de
presión (2) al circuito principal de frenada. Dicha presión es
regulada por la válvula de presión (8) mediante la lógica de control
deseada y llega al pistón de freno (6) que actúa sobre las pastillas
de freno (7), presionando estas al disco de freno (9), frenando de
esta forma el vehículo.
En el modo automático de funcionamiento un rasgo
fundamental es el control de la válvula proporcional (8) (figura
3).
\newpage
El sistema de control de frenada es un sistema
de control en bucle cerrado y está compuesto por los siguientes
bloques fundamentales:
1. Bloque para estimar el coeficiente de
rozamiento \mu_{X} y utilizar este valor para determinar la
velocidad del vehículo \nu_{B} (12). Este bloque tiene como
entrada la velocidad angular del neumático \omega, la cual puede
ser obtenida por cualquier sensor comercial al uso (10), y la
presión de frenado P_{B}, la cual es calculada por el
sistema de control mediante el bloque (8'), que modela
matemáticamente el funcionamiento de la válvula proporcional (8), y
tiene como salida los valores de velocidad lineal del vehículo
\nu_{B} y coeficiente de rozamiento \mu_{X}. La técnica
utilizada para estimar el coeficiente de rozamiento en el contacto
entre la rueda y la calzada es estimación recursiva por mínimos
cuadrados, RLS, con factor exponencial. Se ha utilizado esta técnica
por su facilidad de implantación dentro del modelo matemático del
comportamiento del vehículo y por la rapidez de cálculo, ya que los
pasos del algoritmo no tienen complejidad de cálculo. Para el
cálculo de la velocidad del vehículo, se utilizan los valores de
coeficiente de rozamiento obtenidos para cada rueda del vehículo y
con un modelo simple del vehículo se obtiene un valor estimado de la
velocidad lineal de este.
2. Bloque para obtener el deslizamiento
existente en cada instante (13). Este bloque tiene como entrada la
velocidad del vehículo \nu_{B}, calculada por el bloque anterior
(12) y la velocidad lineal del neumático w \cdot r_{e}, y
como salida el deslizamiento s, que se calcula mediante la
ecuación:
3. Bloque fuzzy para detectar el tipo de
carretera (14). Este bloque tiene como entrada el deslizamiento
s y el coeficiente de rozamiento \mu_{X} y como salida un
valor entre [0,1] que indica el tipo de carretera. Esta salida es
multiplicada por un valor de deslizamiento óptimo s_{opt}
para obtener el deslizamiento de referencia s_{ref}. La
ventaja de utilizar esta técnica es que el valor de deslizamiento de
referencia se adapta al tipo de contacto entre la rueda y la
calzada. Y esta característica es fundamental en los procesos de
frenada, ya que el punto de deslizamiento donde cada curva de
adhesión tiene el máximo coeficiente de rozamiento varia según el
tipo de contacto entre el neumático y la carretera (figura 4).
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Este bloque de control (14) tiene dos funciones
miembros de entrada, "coeficiente de rozamiento" y "índice de
deslizamiento" y una función miembro de salida, "tipo
carretera" (figura 5). Para la variable de entrada "coeficiente
de rozamiento" existen cinco funciones miembros, 4 de tipo
triangular y 1 de tipo trapezoidal; para la variable de entrada
"índice de deslizamiento", se utilizan 2 de tipo triangular y 1
de tipo trapezoidal; y, por último, para la variable de salida
"tipo carretera", se utilizan 4 de tipo triangular y 1 de tipo
trapezoidal. Los valores de las funciones de pertenencia para las
tres variables vienen determinados en las tablas 1, 2 y 3.
Una vez tenemos valores de conjunto difusos,
aplicamos las reglas existentes dentro de la base del conocimiento,
estas reglas son del tipo if-them, y pueden
ser activadas más de una a la vez, ya que para un valor de una
variable de entrada podemos obtener distintos grados de pertenencia
para los distintos conjuntos difusos y tienen operadores lógicos.
como AND, OR y NOT en el antecedente, igual que en la
lógica clásica. En el sistema de inferencia comprendido en la
presente invención los operadores lógicos están definidos de la
siguiente forma:
- \bullet
- Operador AND: (m(slip=mid)=0.67 AND m(slip=high)=0.5) = min(0.67,0.5)
- \bullet
- Operador OR: (m(slip=mid)=0.67 OR m(slip=high)=0.5) = max(0.67,0.5)
- \bullet
- Operador NOT: (NOT m(slip=mid)=0.67) = (1-0.67).
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Por lo tanto para resolver el antecedente de
todas las reglas que se activen, se ejecutan los operadores lógicos
antes mencionados y una vez resuelto el antecedente de cada regla se
ejecuta la implicación y se obtiene el consecuente de cada una de
las reglas que son conjuntos difusos truncados por el valor del
antecedente. Estos son sumados y se pasa a la fase de
"defuzzuficación", en la que se pasa de un conjunto difuso a un
valor real concreto (crisp). En el caso de la presente
invención se ha utilizado el método del centroide.
Las reglas se han obtenido según el
comportamiento del deslizamiento dentro de las curvas
características de adhesión (figura 6). Estas curvas tienen
claramente tres zonas de actuación. En la zona A de la curva, la
variación de la pendiente siempre es positiva y estamos dentro de la
parte lineal de la curva característica de adhesión; en la zona B
(zona de máximo rozamiento y en la que el control del freno debe
actuar), la variación de la pendiente llega a ser cero; y, por
último, en la zona C la variación es negativa y es cuando se produce
el máximo deslizamiento en la rueda. Con este conocimiento de las
curvas de adhesión se han establecido las referidas reglas.
En relación con las reglas del control
fuzzy para la variable de entrada índice de deslizamiento
(figura 6), se ha dividido el deslizamiento en tres zonas (zero,
middle y high), haciéndolas coincidir con las tres zonas
diferenciadas de la curva característica de adhesión antes
explicadas. Cuando el deslizamiento está dentro de la zona A de la
curva, el tipo de curva característica es la de mayor adherencia,
que quiere decir que el tipo de carretera que representa es también
la de mayor adherencia. Esto es así, porque en esta parte de la
curva característica el control de frenada puede elevar la presión
de frenado. Una vez que el deslizamiento entra en la zona B ó C, el
tipo de carretera depende del valor de rozamiento, ya que cuanto
mayor es el rozamiento, mayor es la adherencia en la carretera.
Las reglas también se pueden definir en el
formato clásico if-then de la siguiente
forma:
- 1.
- If (deslizamiento is zero) then (tipo_car is ERF)
- 2.
- If (rozamiento is MUR) then (tipo_car is ERF)
- 3.
- If (rozamiento is RN) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is LRF)
- 4.
- If (rozamiento is RM) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is MRF)
- 5.
- If (rozamiento is PR) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is SRF)
- 6.
- If (rozamiento is MPR) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is ZRF)
- 7.
- If (rozamiento is RN) and (deslizamiento is high) then (tipo_carretera is LRF)
- 8.
- If (rozamiento is RM) and (deslizamiento is high) then (tipo_carretera is MRF)
- 9.
- If (rozamiento is PR) and (deslizamiento is high) then (tipo_carretera is SRF)
- 10.
- If (rozamiento is MPR) and (deslizamiento is high) then(tipo_carretera is ZRF)
\vskip1.000000\baselineskip
Una vez que se han establecido las reglas se
puede representar la superficie generada por el sistema de
inferencia con los distintos valores de variables de salida y la
variable de entrada (figura 7). Cuando el deslizamiento es cero el
tipo de carretera es la que tiene mayor adherencia y es de mínima
adherencia cuando el deslizamiento empieza a ser un número positivo
mayor que 0,2 y el rozamiento es muy pequeño. El sistema de control
permite determinar, en base a los bloques (12), (13) y (14), el
deslizamiento en el que se produce el coeficiente de rozamiento
máximo, según el contacto entre la rueda y la carretera. El tipo de
carretera tiene como salida un valor entre 0 y 1, siendo el valor 1
el de la carretera con mayor adherencia y 0 el de menor; y de la
misma forma, el valor del índice de deslizamiento en el punto en
donde el coeficiente de rozamiento es máximo también disminuye
cuando la carretera disminuye su adherencia (figura 4). Como
resultado final de la operación del sistema de control, se establece
un comportamiento adaptativo del valor del deslizamiento de
referencia s_{ref} (t), ya que este valor irá
disminuyendo cuando las condiciones de adherencia de la carretera
disminuyan.
4. Bloque fuzzy de control de la presión
de frenado (15). Este bloque de control tiene como entrada el error
entre el deslizamiento en ese instante s(t) y el
deslizamiento de referencia s_{ref} (t) que se ha
calculado a partir del bloque que obtiene el tipo de carretera (14)
y la variación de este error en un instante de tiempo; y la salida
es un valor entre [0,1] que indica la presión normalizada del
circuito de frenado.
Las variables de entrada tienen los siguientes
rangos: para el error e(t), se establece un rango de
[-1 1], ya que los valores de deslizamiento están siempre dentro del
rango [0,1]; para la diferencia de error de(t), se
establece un rango entre [-2 2]; para la variable de salida se
establece un rango entre [-0.2, 1.2]. Para que los valores concretos
de presión de frenado, que el sistema de inferencia establece, estén
en el rango [0,1], y para obtener el valor de la presión en el
circuito de frenada, solo hay que multiplicar el valor de salida
del control por la presión máxima del sistema de frenado. Para la
variable de entrada "error" se han utilizado 3 funciones de
pertenencia triangulares y 2 funciones de pertenencia trapezoidales.
Cabe destacar, en relación con las funciones de pertenencia para los
parámetros establecidos (figura 8), que las funciones de pertenencia
N (negativo) y LN (largo negativo) no son simétricas a las funciones
P (positivo) y LP (largo positivo), siendo debido a que la
diferencia existente entre el deslizamiento de referencia
s_{ref}(t) y el deslizamiento en ese instante
\hat{s}(t) no es del mismo orden, ya que el deslizamiento
de referencia no alcanza más de 0-0,3 de valor, y
por tanto los valores negativos del error serán mayores que los
positivos. Para la variable de entrada diferror se han
establecido 3 funciones de pertenencia de tipo triangular y 2 de
tipo trapezoidal. Para la variable de salida se establecen a su vez
5 funciones de pertenencia de tipo triangular y 1 de tipo
trapezoidal que definen todo el rango de salida de la variable
presión, dentro del rango [0,1]. Por tanto para conseguir que la
presión se mantenga en este rango hace falta que las funciones ZP
(presión cero) y ELP (presión muy grande) sobrepasen estos límites
(figura 8). Esto es debido a que el sistema de inferencia utilizado
para este bloque de control (15) utiliza, para el proceso de
"defuzzificación", el operador centroide, que calcula el centro
de gravedad de las funciones de pertenencia truncadas por el
antecedente de la regla que se activa. Los valores de las variables
quedan definidos en las tablas 4, 5 y 6.
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Una vez que se han establecido las variables de
entrada al control y la variable de salida, pudiéndose representar
la superficie que genera el sistema de inferencia con los distintos
valores de dichas variables (figura 9), se describe el
comportamiento requerido por el control para poder definir las
reglas que lo rigen. Las reglas quedan definidas de la siguiente
forma o según la tabla 7:
- 1.
- If (error is LP) then (presión is ELP)
- 2.
- If (error is P) then (presión is LP)
- 3.
- If (error is LN) then (presión is ZP)
- 4.
- If (error is N) and (diferror is LP) then (presión is MP)
- 5.
- If (error is N) and (diferror is P) then (presión is SP)
- 6.
- If (error is N) and (diferror is ZE) then (presión is SSP)
- 7.
- If (error is N) and (diferror is LN) then (presión is SP)
- 8.
- If (error is N) and (diferror is N) then (presión is SSP)
- 9.
- If (error is ZE) and (diferror is LP) then (presión is LP)
- 10.
- If (error is ZE) and (diferror is P) then (presión is MP)
- 11.
- If (error is ZE) and (diferror is ZE) then (presión is SSP)
- 12.
- If (error is ZE) and (diferror is N) then (presión is SSP)
- 13.
- If (error is ZE) and (diferror is LN) then (presión is ZP)
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Unas de las características del sistema de
control comprendido en la presente invención es que no utiliza
nuevos sensores, que no estén disponibles en los sistemas de ABS
convencionales. Es decir el sistema de control desarrollado solo
utiliza, como variable medida por un sensor externo, la velocidad
angular de la rueda, la cual es medida por el sensor (10). Los demás
parámetros necesarios para un adecuado funcionamiento del sistema
de frenado, son calculadas por los distintos bloques descritos.
Claims (38)
1. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
caracterizado porque comprende un circuito hidráulico
simplificado con respecto a la configuración tradicional de un
sistema ABS convencional, y un sistema de control de dicho circuito
hidráulico, comprendiendo dicho circuito hidráulico:
- a.
- Una válvula proporcional de presión (8), que sustituye a las 2 válvulas de dos posiciones y 2 vías presentes en un sistema ABS convencional, y que permite que tanto en los momentos de reducción de presión como en los de aumento el proceso se realice de forma controlada y hasta unos niveles óptimos, no siendo necesaria por ejemplo la disminución total de la presión en el caso del bloqueo.
- b.
- Una válvula de doble efecto y tres vías, de dos posiciones (4), activable por el sistema de control del circuito hidráulico y desactivable cuando el sistema de frenado no funciona correctamente o cuando el usuario así lo decide.
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2. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque el
sistema de control del circuito hidráulico incluye un algoritmo que
permite calcular en todo momento el deslizamiento y determinar,
mediante técnicas basadas en lógica difusa, las características de
la superficie por la que está circulando el vehículo y la presión a
aplicar en el circuito de frenos.
3. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque
comprende preferentemente dos modos de funcionamiento: modo manual y
modo automático.
4. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque, en
modo manual, la válvula 5/2 (4) estaría en posición de reposo, no
existiendo tensión de alimentación en dicha válvula (4), pudiendo
ser inducida dicha posición de reposo por un fallo en el sistema de
alimentación (por ejemplo, batería con baja carga), porque el
usuario desactive el modo automático de funcionamiento del sistema
de frenado automático, o porque el sistema de control del sistema de
frenado identifique un fallo de funcionamiento (por ejemplo, mal
funcionamiento de los sensores de velocidad (10)).
5. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque cuando
dicha válvula (4) está en posición de reposo, toda la presión
ejercida por el conductor cuando pisa el pedal de freno y actúa la
bomba de freno (3) va directamente al pistón de freno (6), que
presiona las pastillas de freno (7) sobre el disco de freno (9),
frenando de esta forma el vehículo.
6. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 caracterizado
porque, en modo automático, la válvula (4) es activada por el
sistema de control mediante una señal eléctrica, desconectando la
presión hidráulica ejercida por el conductor mediante la bomba de
freno (3), siendo dicha presión transferida a un acumulador de
presión (5), siendo la válvula (4) la que conecta la presión
ejercida por la bomba hidráulica (1), y que es almacenada en el
acumulador de presión (2), al circuito principal de frenada.
7. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizada porque la
presión ejercida por la bomba hidráulica (1), y que es almacenada en
el acumulador de presión (2), es regulada por la válvula de presión
(8) mediante la lógica de control deseada y llega al pistón de freno
(6) que actúa sobre las pastillas de freno (7), presionando estas al
disco de freno (9), frenando de esta forma el vehículo.
8. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 caracterizado
porque el sistema de control del circuito hidráulico de frenado es
un sistema de control en bucle cerrado y comprende los siguientes
bloques fundamentales:
- a.
- Bloque para estimar el coeficiente de rozamiento \mu_{X} y utilizar este valor para determinar la velocidad del vehículo \nu_{B} (12),
- b.
- Bloque para obtener el deslizamiento existente en cada instante (13),
- c.
- Bloque fuzzy para detectar el tipo de carretera (14),
- d.
- Bloque fuzzy de control de la presión de frenado (15).
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9. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque el
bloque (12) tiene como entrada la velocidad angular del neumático
\omega, la cual puede ser obtenida por cualquier sensor comercial
al uso (10), y la presión de frenado P_{B}, la cual es
calculada por el sistema de control mediante el bloque (8'), que
modela matemáticamente el funcionamiento de la válvula proporcional
(8), y tiene como salida los valores de velocidad lineal del
vehículo \nu_{B} y coeficiente de rozamiento \mu_{X}.
10. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque:
- a.
- El coeficiente de rozamiento en el contacto entre la rueda y la calzada se determina mediante estimación recursiva por mínimos cuadrados, RLS, con factor exponencial,
- b.
- La velocidad del vehículo se calcula en base a los valores de coeficiente de rozamiento obtenidos para cada rueda del vehículo, obteniéndose un valor estimado de la velocidad lineal del vehículo mediante un modelo simple del mismo.
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11. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 caracterizado
porque el bloque (13) tiene como entrada la velocidad del vehículo
\nu_{B}, calculada por el bloque anterior (12) y la velocidad
lineal del neumático w \cdot r_{e}, y como salida el
deslizamiento s, que se calcula mediante la ecuación:
12. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 caracterizado
porque el bloque (14) tiene como entrada el deslizamiento s y
el coeficiente de rozamiento \mu_{X}, y como salida un valor
entre [0,1] que indica el tipo de carretera y que multiplicado por
un valor de deslizamiento óptimo s_{opt}, permite obtener
el deslizamiento de referencia s_{ref}.
13. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque el
bloque (14) tiene dos funciones miembros de entrada, "coeficiente
de rozamiento" y "índice de deslizamiento" y una función
miembro de salida, "tipo carretera"; existiendo: para la
variable de entrada "coeficiente de rozamiento", cinco
funciones miembros, 4 de tipo triangular y 1 de tipo trapezoidal;
para la variable de entrada "índice de deslizamiento", 2 de
tipo triangular y 1 de tipo trapezoidal; y, para la variable de
salida "tipo carretera", 4 de tipo triangular y 1 de tipo
trapezoidal.
14. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque las
reglas que rigen el bloque (14) son:
- 1.
- If (deslizamiento is zero) then (tipo_car is ERF)
- 2.
- If (rozamiento is MUR) then (tipo_car is ERF)
- 3.
- If (rozamiento is RN) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is LRF)
- 4.
- If (rozamiento is RM) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is MRF)
- 5.
- If (rozamiento is PR) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is SRF)
- 6.
- If (rozamiento is MPR) and (deslizamiento is mid) then (tipo_carretera is ZRF)
- 7.
- If (rozamiento is RN) and (deslizamiento is high) then (tipo_carretera is LRF)
- 8.
- If (rozamiento is RM) and (deslizamiento is high) then (tipo_carretera is MRF)
- 9.
- If (rozamiento is PR) and (deslizamiento is high) then (tipo_carretera is SRF)
- 10.
- If (rozamiento is MPR) and (deslizamiento is high) then(tipo_carretera is ZRF)
\vskip1.000000\baselineskip
15. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14 caracterizado
porque el bloque (15) tiene como entrada el error entre el
deslizamiento en ese instante s(t) y el deslizamiento
de referencia s_{ref}(t) que se ha calculado a
partir del bloque (14) y la variación de este error en un instante
de tiempo; y la salida es un valor entre [0,1] que indica la presión
normalizada del circuito de frenado.
16. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque las
variables de entrada y salida del bloque (15) tienen las siguientes
características técnicas:
- a.
- Para el error e(t) se establece un rango de [-1 1], y se utilizan 3 funciones de pertenencia triangulares y 2 funciones de pertenencia trapezoidales;
- b.
- Para la variable diferror o la diferencia de error, de(t), se establece un rango entre [-2 2]; y se establecen 3 funciones de pertenencia de tipo triangular y 2 de tipo trapezoidal;
- c.
- Para la variable de salida se establece un rango entre [-0.2, 1.2], y 5 funciones de pertenencia de tipo triangular y 1 de tipo trapezoidal que definen todo el rango de salida de la variable presión, dentro del rango [0,1].
\vskip1.000000\baselineskip
17. Sistema de frenado para automóvil con
predicción de adherencia y control continuo de presión de frenada
según la reivindicación anterior caracterizado porque las
reglas que rigen el comportamiento del bloque (15) son:
- 1.
- If (error is LP) then (presión is ELP)
- 2.
- If (error is P) then (presión is LP)
- 3.
- If (error is LN) then (presión is ZP)
- 4.
- If (error is N) and (diferror is LP) then (presión is MP)
- 5.
- If (error is N) and (diferror is P) then (presión is SP)
- 6.
- If (error is N) and (diferror is ZE) then (presión is SSP)
- 7.
- If (error is N) and (diferror is LN) then (presión is SP)
- 8.
- If (error is N) and (diferror is N) then (presión is SSP)
- 9.
- If (error is ZE) and (diferror is LP) then (presión is LP)
- 10.
- If (error is ZE) and (diferror is P) then (presión is MP)
- 11.
- If (error is ZE) and (diferror is ZE) then (presión is SSP)
- 12.
- If (error is ZE) and (diferror is N) then (presión is SSP)
- 13.
- If (error is ZE) and (diferror is LN) then (presión is ZP).
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| ES200900049A ES2343667B2 (es) | 2008-12-31 | 2008-12-31 | Sistema de frenado para automovil con prediccion de adherencia y control continuo de presion de frenada. |
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