ES2347661T3 - Procedimiento y sistema de comando del giro de la rueda trasera directriz y vehiculo correspondiente. - Google Patents
Procedimiento y sistema de comando del giro de la rueda trasera directriz y vehiculo correspondiente. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento de comando (10) del giro de la rueda trasera directriz (5) para un vehículo de por lo menos tres ruedas directrices, en el cual se elabora una consigna actual de giro de la rueda trasera (α2) en función del ángulo de giro de la rueda delantera (α1), de datos de desplazamiento del vehículo y de una consigna de giro de la rueda trasera, caracterizado por el hecho de que se estima por medio de un observador de estado (23) las perturbaciones (d) sufridas por el vehículo a partir de magnitudes medidas y de que, en función de situaciones identificadas, se activan o se desactivan selectivamente de forma manual o automática, diferentes módulos que comprenden: un módulo de rechazo de perturbación asintótica (24) que efectúa un lazo sobre una perturbación estimada (d) recibida a la entrada y que emite a la salida una señal (α2RP) cuyo valor es la inversa del producto de la perturbación estimada (d) por un operador (Ga), de forma tal de volver la perturbación (d) inobservable con respecto a la salida cuando dicho módulo está activo; un módulo de reacción positiva (25) capaz, cuando está activado, de elaborar, a partir de un modelo de vehículo de dos ruedas, una consigna de ángulo de giro (α2FF) de rueda trasera a partir de un valor de comando corregido (α2FF - transitorio) de la dinámica de la respuesta transitoria y de un valor de comando estático (α2FF - estático). y un módulo de comando (27) que recibe a la entrada la información de activación o de desactivación de los módulos de rechazo de perturbación (24) y de reacción positiva (25), elaborando dicho módulo de comando (27) una consigna de ángulo de giro de la rueda trasera (α2PP) que permite actuar sobre la dinámica de la respuesta transitoria y sobre la respuesta estática del vehículo; se calcula la consigna actual del ángulo de giro de la rueda trasera (α2) a partir de los valores de salida de los diferentes módulos mencionados anteriormente (24, 25, 27).
Description
Procedimiento y sistema de comando del giro de
la rueda trasera directriz y vehículo correspondiente.
La presente invención concierne al dominio de
los sistemas de comando de vehículos terrestres, en particular, de
vehículos automóviles de ruedas.
De forma clásica, los vehículos automóviles
están provistos de un chasis, de un habitáculo, de ruedas unidas al
chasis mediante un mecanismo de suspensión con las ruedas delanteras
directrices comandadas por un volante a disposición del conductor
dentro del habitáculo del vehículo.
El documento
FR-A-2 681 303 describe un
dispositivo de comando de dirección trasera para un vehículo
automóvil de cuatro ruedas directrices, que comprende una placa que
forma una leva y dos ruedas dispuestas en un mismo plano medio
vertical que contiene al eje longitudinal de una barra de dirección
trasera que comanda el giro de las ruedas traseras.
Este documento describe igualmente que para
obtener el mejor comportamiento posible en ruta del vehículo, es
necesario girar las ruedas traseras en el mismo sentido que las
ruedas delanteras para un valor del ángulo de giro del volante
inferior a un valor umbral predeterminado y en el sentido opuesto a
las ruedas delanteras cuando el valor del ángulo de giro sobrepasa
el valor del umbral. Se obtendría así un efecto de
"sobreviraje" deseable del vehículo cuando el ángulo de giro
es relativamente importante, por ejemplo cuando se aparca el
vehículo en un garaje o en un aparcamiento, y un efecto de
"subviraje" igualmente deseable cuando el ángulo de giro es
relativamente pequeño como es el caso cuando el vehículo rueda
relativamente rápido.
El documento WO 02/14137 describe un
procedimiento de control de guiñada y de la dinámica transversal de
un vehículo equipado con cuatro ruedas directrices comandadas
eléctricamente por medio de lazos de comando mutuamente abiertos
para comandar respectivamente el ángulo de giro delantero y el
ángulo de giro trasero. Este documento comprende un módulo de
cálculo del ángulo de giro sin tener en cuenta las perturbaciones
exteriores, lo que genera la obtención de un cálculo aproximativo
del ángulo de giro.
Sin embargo, tales dispositivos, relativamente
bastos, no permiten actuar de forma fina sobre el comportamiento del
vehículo.
La invención pretende remediar estos
inconvenientes y propone un procedimiento y un sistema de comando
evolucionados, que permiten mejorar el comportamiento del vehículo
y, como consecuencia, la seguridad del conductor y la comodidad de
la conducción.
El procedimiento de comando del giro de la rueda
trasera directriz, según un aspecto de la invención, está destinado
a un vehículo de por lo menos tres ruedas directrices.
Tal como se ha reivindicado, el procedimiento
comprende una etapa en la cual se elabora una consigna actual de
giro de la rueda trasera en función del ángulo de giro de la rueda
delantera, de los datos de desplazamiento del vehículo y de una
consigna de giro de la rueda trasera.
Según la invención, se estima por medio de un
observador de estado, las perturbaciones sufridas por el vehículo a
partir de magnitudes medidas y, en función de situaciones
identificadas, se activan o se desactivan selectivamente de forma
manual o automática, diferentes módulos.
Estos módulos comprenden un módulo de rechazo de
perturbación asintótica, un módulo de reacción positiva y un módulo
de comando.
El módulo de rechazo de perturbación asintótica
efectúa un lazo sobre una perturbación estimada recibida a la
entrada y emite a la salida, una señal cuyo valor es la inversa del
producto de la perturbación estimada por un operador, de forma tal
de volver la perturbación inobservable con respecto a la salida
cuando dicho módulo está activo.
El módulo de reacción positiva es capaz, cuando
está activado, de elaborar, a partir de un modelo de vehículo de
dos ruedas, una consigna de ángulo de giro de rueda trasera a partir
de un valor de comando corregido de la dinámica de la respuesta
transitoria y de un valor de comando estático.
El módulo de comando recibe a la entrada la
información de activación o de desactivación de los módulos de
rechazo de perturbación y de reacción positiva. Este módulo de
comando elabora una consigna de ángulo de giro de la rueda trasera
que permite actuar sobre la dinámica de la respuesta transitoria y
sobre la respuesta estática del vehículo.
La consigna actual del ángulo de giro de la
rueda trasera es calculada a partir de los valores de salida de los
diferentes módulos mencionados anteriormente.
El hecho de tener en cuenta la consigna anterior
de giro de la rueda trasera permite un funcionamiento robusto y
fiable. Los datos de desplazamiento del vehículo pueden comprender
la velocidad del vehículo de forma que la consigna actual de giro
de la rueda trasera sea establecida en función de la velocidad del
vehículo.
En un modo de realización de la invención, se
estiman datos de estado del vehículo a partir de los datos de
entrada. Los datos de estado estimados pueden comprender la
velocidad de guiñada \psi, el ángulo de desviación \beta, y el
ángulo de giro de la rueda trasera \alpha. Los datos estimados
pueden ser muy variables, siendo su medición imposible, difícil o
costosa.
La invención propone igualmente un sistema de
comando del giro de la rueda trasera directriz para un vehículo de
al menos tres ruedas directrices.
Tal como se reivindica, el sistema de comando
comprende medios para elaborar una consigna actual de giro de la
rueda trasera en función del ángulo de giro de la rueda delantera,
de datos de desplazamiento del vehículo y de una consigna de giro
de la rueda trasera.
Según la invención, el sistema comprende un
módulo de rechazo de perturbación asintótica, un módulo de reacción
positiva, un módulo de comando y un medio de activación y
desactivación selectiva de los módulos citados anteriormente.
El módulo de rechazo de perturbación asintótica
es capaz de efectuar un lazo sobre una perturbación estimada
obtenida por medio de un observador de estado y recibida a la
entrada. Este módulo de rechazo es capaz de emitir a la salida una
señal cuyo valor es la inversa del producto de la perturbación
estimada por un operador, de forma tal de volver la perturbación
inobservable con respecto a la salida cuando dicho módulo está
activo.
El módulo de reacción positiva es capaz, cuando
está activado, de elaborar, a partir de un modelo de vehículo de
dos ruedas, una consigna de ángulo de giro de rueda trasera a partir
de un valor de comando corregido de la dinámica de la respuesta
transitoria y de un valor de comando estático.
El módulo de comando recibe a la entrada la
información de activación o de desactivación de los módulos de
rechazo de perturbación y de reacción positiva. Este módulo de
comando elabora una consigna de ángulo de giro de la rueda trasera
que permite actuar sobre la dinámica de la respuesta transitoria y
sobre la respuesta estática del vehículo.
El sistema comprende igualmente un medio de
activación y de desactivación selectiva de los módulos citados
anteriormente.
El observador de estado es apto para estimar los
estados del vehículo y las perturbaciones sufridas por el
vehículo.
En un modo de realización de la invención, el
módulo de comando es de tipo por asignación de polos. El módulo de
comando por asignación de polos puede ser activado y desactivado por
el medio de activación y de desactivación selectiva.
Ventajosamente, el módulo de reacción positiva
es realimentado.
En un modo de realización de la invención, el
módulo de reacción positiva es del tipo por inversión de modelo.
Con preferencia, el módulo de reacción positiva
comprende un elemento de cálculo de la velocidad de guiñada y de la
desviación al centro de gravedad del vehículo, a partir de un modelo
de vehículo, y un elemento de cálculo de un comando que permite
caracterizar las respuestas dinámicas y estáticas del vehículo.
En un modo de realización de la invención, el
medio de activación y de desactivación selectiva es de comando
manual.
En un modo de realización de la invención, el
medio de activación y de desactivación selectiva es de comando
automático.
La invención propone igualmente un vehículo que
comprende un chasis, al menos tres ruedas directrices unidas
elásticamente al chasis, y un sistema de comando del giro de rueda
trasera directriz tal como se reivindica en este documento.
La invención permite a un vehículo adoptar el
comportamiento más estable posible, sea cual sea la solicitación
del conductor o el estado de la calzada. Así es posible tener en
cuenta ciertas situaciones susceptibles de ocasionar una pérdida de
control del vehículo, por ejemplo, al evitar un obstáculo de forma
simple o doble. La invención permite reducir los riesgos de pérdida
de control en este tipo de casos, que pueden ser debidos a una
respuesta del vehículo inadaptada por ser demasiado violenta, no
suficientemente amortiguada o incluso poco previsible.
Por otra parte, la invención permite un
incremento de la sensación de seguridad, del confort y del placer
de conducción. Esto es debido en particular a la posibilidad de
rechazar las perturbaciones paramétricas como las variaciones de
masa o las variaciones de la rigidez de desviación de los
neumáticos. Además, el sistema de comando de rueda directriz
trasera es susceptible de actuar de forma continua, por ejemplo
desde la puesta en movimiento del vehículo, o durante sucesos tales
como la apertura de un sistema antibloqueo de las ruedas o de un
sistema de antipatinaje.
El sistema de comando de ruedas directrices
traseras sobre el vehículo de tres ruedas directrices permite
minimizar, teniendo en cuenta la velocidad del vehículo, la
respuesta lateral del vehículo en un golpe de volante del
conductor. El sistema de comando permite, en efecto, regular la
parte estática y la parte transitoria de la respuesta lateral del
vehículo y su amortiguamiento, así como regular la respuesta del
vehículo de forma independiente de dichas partes estática y
transitoria. La optimización se hace según criterios de seguridad,
de confort y de placer de conducción.
En un modo de realización de la invención, se
elabora una consigna actual de giro de rueda trasera con parámetros
de regulación neutros sobre el comportamiento del vehículo cuando
dichos parámetros de regulación son iguales a uno. Se facilita así
un funcionamiento en modo degradado en previsión de los parámetros
de regulación unitarios por defecto.
La invención se aplica a vehículos de cuatro
ruedas, dos delanteras y dos traseras, de tres ruedas, o incluso a
vehículos de seis ruedas o más, de las cuales al menos cuatro son
directrices.
La presente invención será mejor comprendida con
el estudio de la descripción detallada de algunos modos de
realización tomados a modo de ejemplos en absoluto limitativos e
ilustrados por los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática de un
vehículo equipado con un sistema de comando según un aspecto de la
invención;
- la figura 2 es un esquema lógico del sistema
según un aspecto de la invención;
- la figura 3 es un esquema lógico del sistema
según otro aspecto de la invención; y
- la figura 4 es un esquema lógico del sistema
según otro aspecto de la invención.
Como se puede ver en la figura 1, el vehículo 1
comprende un chasis 2, dos ruedas delanteras directrices 3 y 4 y
dos ruedas traseras directrices 5 y 6, estando unidas las ruedas al
chasis 2 mediante un mecanismo de suspensión no representado.
El vehículo 1 se completa con un sistema de
dirección 7 que comprende una cremallera 8 dispuesta entre las
ruedas delanteras 3 y 4, un actuador de cremallera 9 apto para
orientar las ruedas delanteras 3 y 4 por medio de la cremallera 8
en función de las órdenes recibidas, de forma mecánica o eléctrica,
procedentes de un volante de dirección no representado, a
disposición de un conductor del vehículo.
El sistema de comando de ayuda al giro 10
comprende una unidad de comando 11, un sensor 12 de la posición de
giro de las ruedas delanteras 3 y 4, por ejemplo posicionado sobre
el actuador 9, un sensor 13 de la velocidad de rotación de las
ruedas delanteras que permite determinar la velocidad V del
vehículo, un sensor 14 de la velocidad de guiñada del vehículo, es
decir, de la velocidad de rotación del vehículo alrededor de su
centro de gravedad según un eje vertical, y un sensor 15 de la
aceleración lateral en el centro de gravedad del vehículo.
Además, el sistema 10 comprende unos sensores 17
y 18 del ángulo de giro de las ruedas traseras 5 y 6 y unos
actuadores 19 y 20 que permiten orientar dichas ruedas traseras 5 y
6. Sin embargo, podrían ser suficientes un solo sensor 17 y un
solo actuador 19 para la detección del ángulo de giro y para la
orientación de las ruedas traseras 5 y 6. Los sensores de posición
y de velocidad pueden ser de tipo óptico o incluso magnético, por
ejemplo de efecto Hall, cooperando con un codificador solidario a
una parte móvil mientras que el sensor es no giratorio.
La unidad de comando 11 puede estar realizada
bajo la forma de un microprocesador equipado de una memoria viva,
de una memoria muerta, de una unidad central y de interfaces de
entrada/salida que permiten recibir la información de los sensores
y enviar instrucciones, en particular a los actuadores 19 y 20.
Más precisamente, la unidad de comando 11
comprende un bloque de entrada 22 que recibe las señales procedentes
de los sensores 12 a 14 y, en particular, la velocidad del vehículo
V, la velocidad de guiñada \psi y el ángulo de las ruedas
delanteras \alpha_{1}, véase la figura 2. La velocidad del
vehículo puede ser obtenida haciendo la media de la velocidad de
las ruedas delanteras o de las ruedas traseras tal como es medido
por los sensores de un sistema antibloqueo de ruedas. En este
caso, está previsto un sensor 13 por rueda, comprendiendo el
sistema antibloqueo de ruedas una salida unida a una entrada de la
unidad de comando 11 para proporcionar la información de velocidad
del vehículo. Alternativamente, cada sensor 13 está unido a una
entrada de la unidad de comando 11, efectuando en tal caso, la
media de la velocidad de las ruedas.
La unidad de comando 11 comprende igualmente un
observador de estado 23 que permite estimar la información que no
es medida y que es necesaria para el comando, en particular las
perturbaciones que actúan sobre el vehículo. El observador de
estado 23 puede ser construido, por ejemplo, a partir de un modelo
de vehículo de dos ruedas directrices sin balanceo haciendo la
hipótesis de que una perturbación d de tipo escalón puede actuar
directamente sobre la velocidad de guiñada del vehículo en un
intervalo finito de tiempo. Puede añadirse una dinámica que
modelice el comportamiento del actuador. La ecuación de estado
asociada al modelo extendido por la perturbación es la
siguiente:
en la cual se denomina y a la
salida considerada, M a la masa total del vehículo, I_{2} a la
inercia del vehículo alrededor de un eje vertical que pasa por su
centro de gravedad, L_{1} a la distancia del centro de gravedad
al eje delantero, L_{2} a la distancia del centro de gravedad al
eje trasero, L a la distancia entre ejes del vehículo igual a
L_{1} + L_{2}, D_{1} a la rigidez de desviación delantera,
D_{2} a la rigidez de desviación trasera, \alpha_{1} al
ángulo de las ruedas delanteras con respecto al eje longitudinal
del vehículo, \alpha_{2} al ángulo de consigna de las ruedas
traseras con respecto al eje longitudinal del vehículo,
\alpha_{f2} al ángulo de giro real de las ruedas traseras, V a
la velocidad del vehículo, \psi a la velocidad de guiñada,
\beta al ángulo de desviación, es decir, al ángulo entre el vector
velocidad del vehículo y el eje longitudinal de dicho vehículo, y
\tau al tiempo de respuesta del
actuador.
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de este modelo se desarrolla la teoría
clásica de los observadores lineales. El observador de estado 23
permite estimar los estados del vehículo y el conjunto de las
perturbaciones que actúan sobre el vehículo. Por consiguiente, el
observador de estado puede utilizar la ecuación siguiente:
donde ^{\wedge} significa que los
valores son estimados, d es la perturbación sufrida por el vehículo
y K(V) es el parámetro de regulación del observador de
estado que evoluciona en función de la velocidad del vehículo. Los
cuatro valores estimados \hat{\psi}, \hat{\beta},
\hat{\alpha}_{f2}, y \hat{d} proporcionan una estimación del
estado del vehículo que podría ser utilizada por otros elementos de
la unidad de comando
11.
La unidad de comando 11 comprende además un
bloque 24 de rechazo de perturbación asintótica. El bloque 24 de
rechazo de perturbación asintótica permite volver la perturbación d
inobservable con respecto a la salida considerada, en general la
velocidad de guiñada \psi del vehículo 1. El lazo es efectuado
sobre la perturbación \hat{d} estimada por el observador de estado
23. El bloque 24 de rechazo de perturbación asintótica comprende
una entrada que recibe la estimación de perturbación \hat{d}
procedente del observador de estado 23, una entrada de velocidad V
procedente del bloque de entrada 22 y una entrada de activación 32
que permite activar o desactivar el bloque 24 de rechazo de
perturbación asintótica. En el caso en que el bloque 24 esté
inactivo, la salida envía una señal \alpha_{2RP} = 0. Cuando
el bloque 24 está activo, la salida \alpha_{2RP} toma un valor
igual a la inversa del producto de la perturbación estimada
\hat{d} por un operador Ga. Se puede tomar:
La unidad de comando 11 comprende además un
módulo de reacción positiva 25 que permite mejorar el desempeño del
comando sin riesgo de desestabilización del sistema.
El bloque de reacción positiva 25 comprende una
entrada de velocidad V, una entrada de ángulo de giro de las ruedas
delanteras \alpha_{1} y una entrada 31 de activación y de
desactivación, una salida de velocidad de guiñada \psi, una
salida de desviación \beta al centro de gravedad del vehículo 1 y
una salida del ángulo de giro de las ruedas traseras
\alpha_{2FF} que constituye un comando.
El bloque 25 efectúa un cálculo de la velocidad
de guiñada \psi y de la desviación \beta a partir de un modelo
de vehículo de dos ruedas alimentado por la información de ángulo de
rueda delantera \alpha_{1}, de ángulo de rueda trasera
\alpha_{2} y de velocidad V del vehículo, y el cálculo, a partir
de las salidas del modelo y de la velocidad V del vehículo, de un
comando que permite caracterizar las respuestas dinámicas y
estáticas del vehículo. Este comando puede ser generado por un
controlador de tipo "por asignación de polos", PID u otro. El
bloque 25 efectúa la aplicación sobre el vehículo del mismo comando
que el enviado al modelo de vehículo de dos ruedas.
Las salidas \psi_{FF}, \beta_{FF}, y
\alpha_{2FF} del bloque 25 son enviados a las entradas
positivas de un restador 26. Las salidas \hat{\psi},
\hat{\beta}, \hat{\alpha}_{f2} del observador de estado 23
son enviadas a las entradas negativas del restador 26. Las salidas
del restador 26 están unidas a las entradas correspondientes de un
bloque 27 de comando por asignación de polos apto para jugar un rol
similar al del bloque 25 cuando dicho bloque 25 está inactivo.
El bloque 27 comprende una entrada de velocidad
V, una entrada de ángulo de rueda delantera \alpha_{1}, una
entrada de velocidad de guiñada \psi estimada, una entrada de
desviación \hat{\beta} estimada, una entrada de ángulo estimado
de giro \hat{\alpha}_{f2} de las ruedas traseras, una entrada 30
de activación y de desactivación de dicho bloque 27, así como una
entrada 31 de activación y de desactivación del bloque 25 y una
entrada 32 de activación y de desactivación del bloque 24 con el
fin de conocer el estado de los bloques 24 y 25.
El bloque 27 de comando por asignación de polos
comprende una salida de ángulo de consigna de giro de rueda trasera
\alpha_{2PP} que es enviada a la entrada de un sumador 28 que
recibe igualmente a la entrada el ángulo de consigna
\alpha_{2RP} procedente del bloque 24 de rechazo de perturbación
asintótica y el ángulo de consigna \alpha_{2FF} procedente del
bloque 25 de reacción positiva. La salida del sumador 28
proporciona el ángulo de consigna de giro \alpha_{2} de las
ruedas traseras de la unidad de comando 1, con \alpha_{2} =
\alpha_{2PP} + \alpha_{2RP} + \alpha_{2FF}.
La unidad de comando 1 se completa con un bloque
29 de activación y de desactivación de los bloques 24, 25 y 27.
Las salidas del bloque 29 están unidas a las entradas
correspondientes de dichos bloques 24, 25 y 27. El bloque 29
permite activar las diferentes configuraciones posibles de la unidad
de comando 11. La activación y la desactivación pueden ser
efectuadas de forma manual o de forma automática, por ejemplo
durante situaciones identificadas, como la activación de un sistema
antibloqueo de rueda o incluso de un sistema antipatinaje. Con este
fin, el bloque 29 puede estar provisto de entradas procedentes de
sistemas exteriores a la unidad de comando 11 con el fin de ser
informado de la activación de tales sistemas. La activación y la
desactivación manuales son particularmente interesantes durante la
elección y la puesta a punto de la unidad de comando 11, con el
fin de poder probar las diferentes combinaciones y comparar sus
desempeños.
En la figura 2, la unión entre las salidas del
bloque 29 y las entradas de los bloques 24, 25 y 27 no ha sido
representada por razones de claridad. Sin embargo, se han hecho
figurar los mismos números de referencia. Se comprende que la
salida 30 del bloque 29 está unida al bloque 27 para la activación y
la desactivación de dicho bloque 27, que la salida 31 del bloque 29
está unida al bloque 25 para su activación y su desactivación y que
la salida 32 del bloque 29 está unida al bloque 24 para su
activación y su desactivación, estando además unidas las salidas 31
y 32 del bloque 29 al bloque 27 con el fin de que el bloque 27 se
beneficie de la información de activación o de desactivación de los
bloques 24 y 25.
En la figura 3 se ha representado con más
detalle el bloque 25 de reacción positiva.
El bloque 25 de reacción positiva comprende un
bloque 33 de modelo de vehículo, un bloque 34 de cálculo de los
transitorios, un bloque 35 de cálculo del comando estático, un
restador 36 y un retardo unitario 37. El bloque 33 de modelo de
vehículo recibe en la entrada el ángulo \alpha_{1} de las ruedas
delanteras, la velocidad V y el ángulo \alpha_{2FF} de consigna
de giro de las ruedas traseras, calculado por dicho bloque 25, con
el fin de efectuar un lazo.
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El bloque 33 tiene como objetivo predecir el
comportamiento intrínseco del chasis, es decir, su respuesta en
velocidad de guiñada \psi y en desviación \beta en función de
los ángulos de giro delantero y trasero. El bloque 33 puede ser
construido a partir de un modelo de vehículo de dos ruedas sin
balanceo al cual se puede añadir una dinámica que modelice el
comportamiento de los actuadores 19 y 20. El bloque 33 calcula
igualmente el ángulo de giro de la rueda trasera \alpha_{f2} en
función del ángulo de giro demandado para los actuadores. La
ecuación de estado es la
siguiente:
siguiente:
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\vskip1.000000\baselineskip
donde y es la salida
considerada.
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El bloque 34 de cálculo de los transitorios
recibe a la entrada las salidas del bloque 33 y la velocidad V del
vehículo.
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El bloque 34 calcula el valor de comando del
ángulo de giro de las ruedas traseras 5 y 6, denominado
\alpha_{2FF - transitorio} que permite actuar sobre la dinámica
de la respuesta transitoria. El cálculo puede efectuarse mediante
una técnica de asignación de polos. Se puede hacer referencia a
este respecto al documento Kautsky, J. y N. K. Nichols,
"Robust Pole Assignment in Linear State Feedback", Int.
J. Control, 41 (1985), páginas 1129 - 1155. Si se denomina
[a_{1}(V) + b_{1}(V)i
a_{2}(V) + b_{2}(V)i a_{3}(V)
+ b_{3}(V)i] a los tres polos del sistema descrito
anteriormente, correspondiendo a(V) y b(V)
respectivamente a las partes reales e imaginarias de cada uno de
los polos a la velocidad V, se encuentra el corrector K =
[K_{1}(V) K_{2}(V) K_{3}(V)] que
asignará los polos del sistema en lazo en:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
siendo Tdin_{11}, Tdin_{12},
Tdin_{21}, Tdin_{22}, Tdin_{31}, Tdin_{32} los parámetros de
regulación (variables en función de la velocidad del vehículo V) de
la respuesta transitoria del
vehículo.
\vskip1.000000\baselineskip
El corrector K(V_{0}) puede calcularse,
para cada velocidad V_{0} elegida, mediante el método de
asignación de polos descrito en el documento citado anteriormente.
Después, se interpola el corrector K(V) en función de la
velocidad. Se obtiene así la variable de comando:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Se notará que si los parámetros de regulación
son iguales a 1, no se modifica la respuesta dinámica del vehículo,
que un parámetro superior a 1 se traduce en un aumento de la
vivacidad de la respuesta del vehículo y que un parámetro inferior
a 1 se traduce en una disminución de la vivacidad de la respuesta
del vehículo. Se puede prever, a título de ejemplo de
regulación:
Una regulación como tal permite ralentizar la
respuesta dinámica del vehículo y suprimir las oscilaciones en
velocidad de guiñada y de desviación del vehículo. A velocidad
elevada, 90 km/h por ejemplo, esta regulación permite optimizar el
paso de un cambio doble de fila.
La unidad de comando 11 comprende además un
bloque 35 de cálculo del comando estático denominado \alpha_{2FF
- estático} que recibe a la entrada el ángulo de giro
\alpha_{1} de las ruedas delanteras tal como lo mide el sensor
12, los coeficientes K_{1}, K_{2} y K_{3} calculados por el
bloque 34 y la velocidad V del vehículo medida por el sensor 13.
El comando \alpha_{2FF - estático} permite actuar sobre la
respuesta estática del vehículo y modificar el valor estabilizado
de la velocidad de guiñada obtenida a continuación de un golpe de
volante de una amplitud dada. El resultado puede ser expresado por
comparación con la ganancia estática que se obtendría sobre el
vehículo cuyas ruedas traseras son no directrices.
donde Tgs es un parámetro de
regulación que puede variar, si es necesario, en función de la
velocidad
V.
La segunda parte del comando se calcula en
función de Tgs de la siguiente manera:
con:
Si Tgs es igual a 1, la respuesta estática del
vehículo no se modifica y por lo tanto es idéntica a la de un
vehículo de ruedas traseras no directrices. Un valor del
coeficiente Tgs superior a 1 se traduce en un aumento de la
respuesta estática del vehículo, mientras que un valor inferior a 1
se traduce en una disminución de la respuesta estática del
vehículo. Se puede prever Tgs = 1,2 para una velocidad de 90 km/h,
lo cual permite hacer la respuesta del vehículo más directa y por
lo tanto optimizar el paso de un doble cambio de fila.
El restador 36 recibe en su entrada positiva la
salida del comando \alpha_{2FF - transitorio} del bloque 34 y
en su entrada negativa, la salida del comando \alpha_{2FF -
estático} del bloque 35. La salida del restador 36 está unida,
por una parte, a la salida general del bloque 25 y, por otra parte,
al retardo unitario 37, cuya salida está unida a la entrada
positiva del sustractor 26. La salida de las variables
\psi_{FF} y \beta_{FF} no ha sido representada por razones
de simplicidad del dibujo.
El bloque 27 de comando por asignación de polos
permite calcular a partir del estado estimado y de la velocidad del
vehículo un comando que permite caracterizar o completar la
caracterización de las respuestas dinámicas y estáticas del
vehículo. El comando puede ser generado por un controlador de tipo
por asignación de polos como el descrito más arriba. El bloque 27
comprende un observador de estado 38 que recibe a la entrada el
ángulo \alpha_{1} de giro de las ruedas delanteras, la velocidad
de guiñada \psi, la velocidad V del vehículo y el ángulo
\alpha_{2PP} tal como lo calcula dicho bloque 27, véase la
figura 4. El observador de estado 38, que puede ser del mismo tipo
que el observador de estado 23 descrito con referencia a la figura
2, proporciona a la salida una estimación \hat{\psi} de la
velocidad de guiñada, \hat{\beta} de la desviación y
\hat{\alpha}_{f2} del ángulo filtrado de giro de las ruedas
traseras. Las salidas del observador de estado 38 están unidas a un
bloque de cálculo del comando transitorio 39 que recibe igualmente
la velocidad V del vehículo a la entrada.
El bloque 39 calcula el valor de comando
denominado \alpha_{2PPFF - transitorio} que permite actuar
sobre la dinámica de la respuesta transitoria. El cálculo puede
efectuarse mediante una técnica de asignación de polos. Se puede
hacer referencia a este respecto al documento Kautsky, J. y N. K.
Nichols, "Robust Pole Assignment in Linear State
Feedback", Int. J. Control, 41 (1985), páginas 1129 - 1155.
Si se denomina [a_{1}(V) + b_{1}(V)i
a_{2}(V) + b_{2}(V)i a_{3}(V)
+ b_{3}(V)i] a los tres polos del sistema descrito
anteriormente, correspondiendo a(V) y b(V)
respectivamente a las partes reales e imaginarias de cada uno de
los polos a la velocidad V, se encuentra el corrector K =
[K_{1}(V) K_{2}(V) K_{3}(V)] que
asignará los polos del sistema en lazo en:
siendo Tdin_{11}, Tdin_{12},
Tdin_{21}, Tdin_{22}, Tdin_{31}, Tdin_{32} los parámetros de
regulación (variables en función de la velocidad del vehículo V) de
la respuesta transitoria del
vehículo.
El corrector K(V_{0}) puede calcularse,
para cada velocidad V_{0} elegida, mediante el método de
asignación de polos descrito en el documento citado anteriormente.
Después, se interpola el corrector K(V) en función de la
velocidad. Se obtiene así la variable de comando:
Se notará que si los parámetros de regulación
son iguales a 1, no se modifica la respuesta dinámica del vehículo,
que un parámetro superior a 1 se traduce en un aumento de la
vivacidad de la respuesta del vehículo y que un parámetro inferior
a 1 se traduce en una disminución de la vivacidad de la respuesta
del vehículo. Se puede prever, a título de ejemplo de
regulación:
Una regulación como tal permite ralentizar la
respuesta dinámica del vehículo y suprimir las oscilaciones en
velocidad de guiñada y de desviación del vehículo. A velocidad
elevada, 90 km/h por ejemplo, esta regulación permite optimizar el
paso de un cambio doble de fila.
El bloque 27 comprende además un bloque 40 de
cálculo del comando estático denominado \alpha_{2PP - estático}
que recibe a la entrada el ángulo de giro \alpha_{1} de las
ruedas delanteras tal como lo mide el sensor 12, los coeficientes
K_{1}, K_{2} y K_{3} calculados por el bloque 39 y la
velocidad V del vehículo medida por el sensor 13. El comando
\alpha_{2PP - estático} permite actuar sobre la respuesta
estática del vehículo y modificar el valor estabilizado de la
velocidad de guiñada obtenida a continuación de un golpe de volante
de una amplitud dada. El resultado puede ser expresado por
comparación con la ganancia estática que se obtendría sobre el
vehículo cuyas ruedas traseras son no directrices.
donde Tgs es un parámetro de
regulación que puede variar, si es necesario, en función de la
velocidad
V.
La segunda parte del comando se calcula en
función de Tgs de la siguiente manera:
con:
Si Tgs es igual a 1, la respuesta estática del
vehículo no se modifica y por lo tanto es idéntica a la de un
vehículo de ruedas traseras no directrices. Un valor del
coeficiente Tgs superior a 1 se traduce en un aumento de la
respuesta estática del vehículo, mientras que un valor inferior a 1
se traduce en una disminución de la respuesta estática del
vehículo. Se puede prever Tgs = 1,2 para una velocidad de 90 km/h,
lo cual permite hacer la respuesta del vehículo más directa y por
lo tanto optimizar el paso de un doble cambio de fila.
El bloque 27 se completa con un restador 41 que
recibe en una entrada positiva la variable \alpha_{2PP -
transitorio} salida del bloque 39 y en una entrada negativa, la
variable \alpha_{2PP - estático} salida del bloque 40 y que
proporciona a la salida la variable \alpha_{2PP} =
\alpha_{2PP - transitorio} - \alpha_{2PP - estático}, y por
un retardo unitario 42 que permite retardar la variable para su
envío a la entrada del observador de estado 38. La variable
\alpha_{2PP} es proporcionada a la salida del bloque 27.
En un modo de realización no ilustrada en las
figuras, la unidad de comando es similar a la ilustrada en la
figura 2 y comprende, además, un módulo de detección de situación
que recibe información por unas entradas unidas a unas salidas de
otros módulos no representados, tales como un módulo de control -
comando de sistema antibloqueo de rueda y un módulo de control -
comando de antipatinaje de rueda. El módulo de detección de la
situación es apto para enviar las instrucciones al bloque 29 de
activación y de desactivación con el fin de activar o de desactivar
los bloques 24, 25 y 27 en función de acontecimientos
exteriores.
La presente invención propone un sistema de
comando de giro de las ruedas traseras con estructura en lazo
cerrado por medio de un controlador que permite modificar la
dinámica del sistema y una ganancia que permite la regulación de la
ganancia estática, todos variables en función de la velocidad.
La estrategia de comando permite regular la
parte transitoria de la respuesta lateral del vehículo a un golpe
de volante. En particular, se puede regular la velocidad de la
respuesta así como su amortiguamiento. La regulación final,
función de la velocidad del vehículo, permite optimizar la eficacia
y la facilidad de ejecución de un doble cambio de fila o incluso la
maniobrabilidad a baja velocidad.
Las partes estática y dinámica de la respuesta
del vehículo pueden ser objeto de una regulación independiente. La
estructura en lazo cerrado asegura una excelente precisión y una
robustez elevada. Además, es posible tener en cuenta la dinámica
del actuador 9 de las ruedas delanteras 3 y 4 y de los actuadores 19
y 20 de las ruedas traseras 5 y 6. La regulación de los parámetros
es rápida e intuitiva, porque dichos parámetros están ligados al
desempeño mínimo del vehículo, es decir al desempeño de un vehículo
de ruedas traseras no directrices. En efecto, unos parámetros de
regulación iguales a 1 no modifican el comportamiento del vehículo,
mientras que unos parámetros de regulación superiores a 1 hacen el
comportamiento más vivo y más directo, y viceversa.
Claims (11)
1. Procedimiento de comando (10) del giro de la
rueda trasera directriz (5) para un vehículo de por lo menos tres
ruedas directrices, en el cual se elabora una consigna actual de
giro de la rueda trasera (\alpha_{2}) en función del ángulo de
giro de la rueda delantera (\alpha_{1}), de datos de
desplazamiento del vehículo y de una consigna de giro de la rueda
trasera, caracterizado por el hecho de que se estima por
medio de un observador de estado (23) las perturbaciones (d)
sufridas por el vehículo a partir de magnitudes medidas y de que,
en función de situaciones identificadas, se activan o se desactivan
selectivamente de forma manual o automática, diferentes módulos que
comprenden:
un módulo de rechazo de perturbación asintótica
(24) que efectúa un lazo sobre una perturbación estimada (\hat{d})
recibida a la entrada y que emite a la salida una señal
(\alpha_{2RP}) cuyo valor es la inversa del producto de la
perturbación estimada (\hat{d}) por un operador (G_{a}), de
forma tal de volver la perturbación (d) inobservable con respecto a
la salida cuando dicho módulo está activo;
un módulo de reacción positiva (25) capaz,
cuando está activado, de elaborar, a partir de un modelo de vehículo
de dos ruedas, una consigna de ángulo de giro (\alpha_{2FF}) de
rueda trasera a partir de un valor de comando corregido
(\alpha_{2FF - transitorio}) de la dinámica de la respuesta
transitoria y de un valor de comando estático (\alpha_{2FF -
estático}).
y un módulo de comando (27) que recibe a la
entrada la información de activación o de desactivación de los
módulos de rechazo de perturbación (24) y de reacción positiva (25),
elaborando dicho módulo de comando (27) una consigna de ángulo de
giro de la rueda trasera (\alpha_{2PP}) que permite actuar sobre
la dinámica de la respuesta transitoria y sobre la respuesta
estática del vehículo;
se calcula la consigna actual del ángulo de giro
de la rueda trasera (\alpha_{2}) a partir de los valores de
salida de los diferentes módulos mencionados anteriormente (24, 25,
27).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el cual los datos de desplazamiento del vehículo comprenden la
velocidad del vehículo de forma que la consigna actual de giro de la
rueda trasera sea establecida en función de la velocidad (V) del
vehículo.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual el observador de estado
(23) permite estimar datos de estado del vehículo a partir de datos
de entrada, tales como la masa del vehículo (M), la inercia
(I_{2}) del vehículo, las distancias del centro de gravedad a los
ejes delantero y trasero (L_{1}, L_{2}) y las rigideces de
desviación delantera y trasera (D_{1}, D_{2}).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el cual los datos de estado estimados comprenden la velocidad de
guiñada \psi, el ángulo de desviación \beta, y el ángulo de giro
de la rueda trasera \alpha_{2}.
5. Sistema de comando (10) del giro de la rueda
trasera directriz (5) para un vehículo de al menos tres ruedas
directrices, que comprende medios para elaborar una consigna actual
de giro de la rueda trasera (\alpha_{2}) en función del ángulo
de giro de la rueda delantera (\alpha_{1}), de datos de
desplazamiento del vehículo y de una consigna de giro de la rueda
trasera, caracterizado por el hecho de que éste
comprende:
un módulo de rechazo de perturbación asintótica
(24) capaz de efectuar un lazo sobre una perturbación estimada
(\hat{d}) obtenida por medio de un observador de estado (23) y
recibida a la entrada, siendo este módulo de rechazo (24) capaz de
emitir a la salida una señal (\alpha_{2RP}) cuyo valor es la
inversa del producto de la perturbación estimada (\hat{d}) por un
operador (G_{a}), de forma tal de volver la perturbación (d)
inobservable con respecto a la salida cuando dicho módulo está
activo;
un módulo de reacción positiva (25) capaz,
cuando está activado, de elaborar, a partir de un modelo de vehículo
de dos ruedas, una consigna de ángulo de giro (\alpha_{2FF}) de
rueda trasera a partir de un valor de comando corregido
(\alpha_{2FF - transitorio}) de la dinámica de la respuesta
transitoria y de un valor de comando estático (\alpha_{2FF -
estático});
un módulo de comando (27) que recibe a la
entrada la información de activación o de desactivación de los
módulos de rechazo de perturbación (24) y de reacción positiva
(25), elaborando dicho módulo de comando (27) una consigna de
ángulo de giro de la rueda trasera (\alpha_{2PP}) que permite
actuar sobre la dinámica de la respuesta transitoria y sobre la
respuesta estática del vehículo;
y un medio (29) de activación y de desactivación
selectiva de los módulos citados anteriormente (24, 25, 27).
6. Sistema según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que el módulo (27) de comando
comprende un bloque de comando por asignación de polos.
7. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 6, caracterizado por el hecho de que el
módulo de reacción positiva (25) es realimentado.
8. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por el hecho de que el
módulo de reacción positiva (25) comprende un elemento de cálculo
de la velocidad de guiñada y de la desviación \beta al centro de
gravedad del vehículo, a partir del modelo de vehículo de dos
ruedas.
9. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por el hecho de que el
medio de activación y de desactivación selectiva (29) es de comando
manual.
10. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por el hecho de que el
medio de activación y de desactivación selectiva (29) es de comando
automático.
11. Vehículo (1) que comprende un chasis (2), al
menos tres ruedas directrices unidas elásticamente al chasis,
caracterizado por el hecho de que comprende un sistema de
comando del giro de la rueda trasera directriz según una de las
reivindicaciones 5 a 10.
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