IT201800004929A1

IT201800004929A1 - Metodo e dispositivo di controllo di un'automobile, in particolare un'auto sportiva

Info

Publication number: IT201800004929A1
Application number: IT102018000004929A
Authority: IT
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-27
Also published as: EP3561635B1; US20190329651A1; US11124067B2; EP3561635A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“METODO E DISPOSITIVO DI CONTROLLO DI UN'AUTOMOBILE, IN PARTICOLARE UN'AUTO SPORTIVA”

La presente invenzione si riferisce al campo dei metodi e dispositivi di controllo di automobili.

Stato della tecnica

Le automobili sono generalmente governate mediante un volante. Per questioni puramente stilistiche in passato, sono stati presentati volanti aventi la forma di cloche di aeromobile, senza però consentire al volante di basculare in avanti ed indietro, in quanto, evidentemente non è possibile controllare il beccheggio di un’automobile.

Il volante era necessario per consentire di demoltiplicare lo sforza sulle braccia del conducente. Col tempo sono stati introdotti servomeccanismi di controllo di sterzata dapprima di tipo idraulico ed ultimamente di tipo elettrico. Pertanto, si è reso possibile ridurre la dimensione del volante.

In ambito industriale, è noto l’impiego di joystick per il controllo di carrelli elevatori. Questi però presentano dinamiche molto diverse rispetto a quelle di un veicolo, soprattutto di un veicolo sportivo e pertanto il relativo sistema di controllo è pensato per la movimentazione degli stessi carrelli in piccoli spazi a bassissima velocità.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di presentare un metodo e dispositivo di controllo del veicolo più semplice ed intuitivo rispetto ai metodi noti.

L’idea di base della presente invenzione è quella di implementare un joystick che consente sia di controllare lo spostamento/arresto e la traiettoria seguita dal veicolo. In particolare, secondo la presente invenzione l’angolo di inclinazione della leva del joystick in avanti o in dietro impartisce al veicolo una corrispondente accelerazione, in avanti o indietro. Evidentemente, se il veicolo avanza, una accelerazione in avanti è considerata positiva in quanto determina un aumento della velocità di avanzamento. Viceversa, se il veicolo avanza, una accelerazione indietro è considerata negativa in quanto determina una diminuzione della velocità di avanzamento.

Condizioni speculari sono ottenibili quando il veicolo retrocede.

Pertanto, quando la leva è rilasciata, il veicolo procede a velocità costante, fintanto che il conducente non interviene sulla leva del joystick per incrementare o ridurre la velocità.

Evidentemente, il joystick interagisce sia con il motopropulsore del veicolo, sia con i relativi freni.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, quando il veicolo è dotato di dispositivi per realizzare una frenata rigenerativa, allora i freni sono attivati in relazione all’accelerazione negativa impartita mediante la leva del joystick.

Preferibilmente, lievi decelerazioni possono essere ottenute semplicemente riducendo la coppia erogata dal motopropulsore, per decelerazioni maggiori, queste sono ottenute mediante frenata rigenerativa, e per decelerazioni rilevanti e/o a bassa velocità, queste sono realizzate combinando la frenata rigenerativa con l’utilizzo dei freni. Le suddette tre condizioni operative possono essere determinate sulla base dell’angolo di inclinazione, indietro, impartito alla leva del joystick.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, che può combinarsi con una qualunque delle precedenti varianti, la modalità di controllo può essere variata in funzione della velocità del veicolo.

Ad esempio sopra una prima predeterminata soglia di velocità di avanzamento del veicolo, l’angolo di inclinazione in avanti del joystick impartisce una accelerazione, mentre al di sotto di detta prima predeterminata soglia di velocità, l’angolo di inclinazione del joystick impartisce (direttamente) una velocità di avanzamento del veicolo. Pertanto, al di sopra di detta prima predeterminata soglia, la velocità del veicolo è controllata indirettamente attraverso l’accelerazione dello stesso veicolo e, al di sotto di detta prima predeterminata soglia di velocità in avanti, la velocità di avanzamento è controllata direttamente e pertanto il rilascio della leva del joystick porta il veicolo ad arrestarsi. A veicolo fermo, portando la leva indietro, il veicolo arretra.

Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione, che può combinarsi con la precedente, la commutazione tra il controllo in termini di accelerazione ed il controllo in termini di velocità è causata mediante un altro comando, ad esempio un pulsante bistabile, oppure, spingendo assialmente la stessa leva del joystick che pertanto definisce un pulsante monostabile che ad ogni pressione commuta tra una modalità operativa di controllo e l’altra.

Per quanto riguarda il controllo dell’angolo di sterzata, esso è relazionato dallo stesso joystick muovendolo lateralmente cioè perpendicolarmente alla direzione di controllo dello spostamento/frenata del veicolo.

Per quanto riguarda il controllo dell’angolo di sterzata, secondo una variante preferita dell’invenzione un angolo di inclinazione laterale della leva del joystick individua una rapidità con cui l’attuatore del sistema sterzante interviene. Pertanto, il rilascio della leva del joystick lascia l’angolo di sterzata invariato. Preferibilmente, il fattore di proporzionalità tra l’angolo di inclinazione della leva del joystick e la rapidità con cui varia l’angolo di sterzo è ridotto proporzionalmente alla velocità del veicolo, in modo da rendere “parametrico” il funzionamento del comando di sterzata.

Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione, l’angolo di inclinazione laterale della leva del joystick è fatta corrispondere direttamente all’angolo di sterzo piuttosto che alla rapidità di intervento dell’attuatore che controlla l’angolo di sterzo. Pertanto, il rilascio della leva del joystick determina il riallineamento delle ruote.

Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione, le due modalità di controllo dell’angolo di sterzo possono essere abilitate alternativamente sulla base di un secondo pulsante bistabile o monostabile oppure sulla base di una seconda soglia di velocità che fa commutare tra un controllo di angolo ed un controllo di rapidità di variazione dell’angolo di sterzo e viceversa. Grazie alla presente invenzione, il veicolo risulta particolarmente comodo da guidare su strade extraurbane ed autostrade, limitando al massimo l’intervento attivo del conducente.

Le rivendicazioni descrivono varianti preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 è mostrata schematicamente una vista dall’alto di un joystick;

nella figura 2 è proposta una vista laterale (da sinistra) del joystick di figura 1, in cui la leva del joystick è in posizione di riposto ed in cui sono evidenziate oscillazioni avanti ed indietro della leva;

nella figura 3 è mostrata una vista prospettica di un sedile automobilistico di un’auto, dotato del presente sistema di controllo operato almeno parzialmente mediante il joystick di figura 1.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti. Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Nell’ambito della presente descrizione il termine “secondo” componente non implica la presenza di un “primo” componente. Tali termini sono infatti adoperati come etichette soltanto per differenziare componenti e non vanno intesi in modo limitativo se non diversamente specificato nella descrizione.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

Con riferimento alla figura viene mostrato un joystick J con una relativa leva L.

Di fianco al joystick è indicata una freccia F di avanzamento che individua uno sviluppo longitudinale del veicolo diretta secondo un relativo movimento di avanzamento.

Al joystick sono associate quattro frecce di cui

- una prima JF parallela e concorde con la suddetta freccia di avanzamento F,

- una seconda JR parallela e opposta con la suddetta freccia di avanzamento F,

- una terza JRH ed una quarta JLF disposte perpendicolarmente alla suddetta freccia di avanzamento F ed indicanti rispettivamente il lato destro e sinistro del veicolo.

Secondo la presente invenzione lo spostamento della leva del joystick in avanti ed indietro consente di controllare rispettivamente la marcia in avanti e la frenatura del veicolo.

In particolare, una deviazione angolare, in avanti o indietro, della leva L del joystick corrisponde ad una accelerazione. Questa è positiva quando la leva è portata in avanti e negativa quando la leva è portata indietro se il veicolo sta avanzando e viceversa se il veicolo sta arretrando.

Pertanto, quando la leva è rilasciata il veicolo procede a velocità costante.

Ad esempio se la leva del joystick è portata di 10° in avanti (JF), ciò corrisponde a 10 m/s^2 di accelerazione e ad una prima velocità che dipende evidentemente da detta inclinazione e dalla durata temporale T in cui la leva del joystick è stata mantenuta in avanti.

Quando la leva L è spostata indietro, il veicolo è portato ad una seconda velocità, inferiore alla prima velocità, che può essere nulla nel caso il conducente desideri arrestare il veicolo.

Pertanto, quando la leva è rilasciata, il veicolo procede a velocità costante, fintanto che il conducente non interviene sulla leva del joystick per incrementare o ridurre la velocità, oppure per invertire il moto.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, quando il veicolo è dotato di dispositivi per realizzare una frenata rigenerativa, ad esempio, lo stesso generatore elettrico di bordo oppure un BRM (Boost recuperation machine) allora i freni sono attivati in relazione alla intensità della accelerazione negativa impartita mediante il joystick.

Preferibilmente,

- lievi decelerazioni possono essere ottenute riducendo la coppia erogata dal motopropulsore,

- decelerazioni maggiori sono ottenute mediante frenata rigenerativa se il veicolo è dotato di mezzi per effettuare una frenata rigenerativa, mentre il motore termico non eroga coppia motrice, e

- decelerazioni rilevanti e/o a bassa velocità, queste sono realizzate combinando la frenata rigenerativa con l’utilizzo dei freni.

Le suddette tre condizioni operative possono essere associate a rispettivi tre porzioni angolari contigue comprese tra l’angolo massimo di inclinazione indietro e la posizione di riposo leva del joystick.

Un simile criterio di ripartizione dell’accelerazione può essere operato anche nelle accelerazioni positive di avanzamento, quando il veicolo è ibrido, andando a ripartire la coppia richiesta tra il motore termico ed il motogeneratore elettrico in relazione all’angolo di inclinazione in avanti della leva L.

Con motopropulsore, secondo la presente descrizione si intende qualsiasi dispositivo di propulsione che può comprendere

- Un motore a combustione interna

- Un motore elettrico

- Un motore idrodinamico

e combinazioni di essi.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, che può combinarsi con una qualunque delle precedenti varianti, la modalità di controllo può essere variata in funzione della velocità di avanzamento del veicolo. Ad esempio sopra una prima predeterminata soglia di velocità di avanzamento, per esempio 30 km/h, l’angolo di inclinazione in avanti del joystick impartisce una accelerazione (positiva), mentre al di sotto di detta prima predeterminata soglia di velocità, l’angolo di inclinazione in avanti del joystick impartisce una velocità di avanzamento, cosicché, rilasciando la leva del joystick, si porta il veicolo ad arrestarsi, dunque l’accelerazione indietro, di frenatura (e dunque negativa) dipende dalla rapidità con cui si riporta la leva del joystick in posizione di riposo.

Al contrario, al di sopra della suddetta prima soglia di velocità di avanzamento, l’accelerazione negativa, cioè la frenatura, è tanto più intensa quanto maggiore è l’angolo di inclinazione indietro JR della leva del joystick.

Se il joystick è configurato per controllare solo accelerazioni, a veicolo fermo, una inclinazione indietro della leva del joystick imprime una accelerazione indietro del veicolo esattamente come descritto sopra per la marcia avanti.

Se il joystick è configurato per controllare direttamente la velocità del veicolo al di sotto di detta prima soglia di velocità, allora a veicolo fermo, una inclinazione indietro della leva del joystick imprime una velocità di arretramento e l’accelerazione di arretramento è proporzionale alla rapidità con cui la leva è portata indietro.

Si può differenziare il controllo del veicolo a seconda che questo avanzi o arretri.

Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione, la commutazione tra il controllo in termini di accelerazione ed il controllo in termini di velocità è gestita mediante un altro comando, ad esempio un pulsante bistabile, oppure, mediante un sensore associato ad una pressione assiale della stessa leva del joystick che pertanto definisce un pulsante monostabile che ad ogni pressione commuta tra una modalità e l’altra.

Quando si prevede di commutare tra un controllo di accelerazione ed un controllo in velocità e viceversa, il sistema di controllo applica un filtraggio sul segnale elettrico generato dal joystick in modo da consentire una risposta più fluida o più energica del motopropulsore.

Come descritto sopra, la leva del joystick può essere portata anche a destra e sinistra controllando la traiettoria del veicolo.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, l’angolo di inclinazione laterale della leva del joystick è fatta corrispondere direttamente all’angolo di sterzo. Inoltre, il fattore di proporzionalità, vale a dire la funzione che lega l’angolo della leva del joystick con l’angolo di sterzata è anche funzione, inversa, della velocità del veicolo.

Se si considera che il joystick genera segnali elettrici, analogici e/o digitali, detto fattore di proporzionalità corrisponde con un guadagno di amplificazione del segnale di controllo dei corrispondenti attuatori di sterzatura.

Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione un angolo di inclinazione laterale della leva del joystick individua una rapidità con cui l’attuatore del sistema sterzante interviene. Pertanto, il rilascio della leva del joystick lascia l’angolo di sterzata invariato. Preferibilmente, il fattore di proporzionalità tra l’angolo di inclinazione della leva del joystick e la rapidità con cui varia l’angolo di sterzo è ridotto proporzionalmente alla velocità del veicolo, in modo da rendere “parametrico” il funzionamento del comando di sterzata.

Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione, le due modalità di controllo dell’angolo di sterzata possono essere abilitate alternativamente sulla base di un secondo pulsante bistabile o monostabile oppure sulla base di una seconda soglia di velocità. In particolare, superando detta predeterminata soglia di velocità il sistema commuta tra un controllo di angolo ed un controllo di rapidità di variazione dell’angolo di sterzo e viceversa, scendendo sotto detta seconda soglia di velocità.

Grazie alla presente invenzione, il veicolo risulta particolarmente comodo da guidare su strade extraurbane ed autostrade, limitando al massimo l’intervento attivo del conducente.

La presente invenzione può essere vantaggiosamente implementata in un’autovettura, specialmente, ad alte prestazioni. Questa può essere dotata di sistemi di assistenza alla guida ADAS ed il controllo del veicolo mediante il joystick è supervisionato dal sistema di assistenza alla guida.

I sistemi di assistenza alla guida anche denominati “sistemi avanzati di assistenza al conducente” (Advanced driver-assistance systems), o ADAS, sono sistemi per assistere il conducente durante la procedura di guida. Sono progettati per aumentare la sicurezza delle automobili e più in generale la sicurezza su strada.

Un sistema di assistenza alla guida consiste in hardware comprendente radar e/o sensori ottici e interfacce per numerosi segnali di ingresso di veicolo, quali segnali provenienti dai pedali/dalle leve del conducente e dalle fotocamere di bordo. In alcuni casi, il sistema di assistenza alla guida ha anche un’interfaccia verso il sistema di navigazione cartografica del veicolo.

L’hardware del sistema di assistenza alla guida è programmato per raccogliere ed elaborare i segnali ricevuti da detti/e numerosi sensori/numerose interfacce allo scopo di integrare o sostituire i comandi del conducente per aumentare la sicurezza del veicolo.

La presente invenzione può essere vantaggiosamente realizzata tramite un programma per computer che comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando questo programma è eseguito su di una unità di elaborazione di controllo veicolo (VCU). Pertanto si intende che l’ambito di protezione si estende a detto programma per computer ed inoltre a mezzi leggibili da computer che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando detto programma è eseguito su detta unità di elaborazione di controllo motore.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda. Quanto descritto nel capitolo relativo allo stato della tecnica occorre solo ad una migliore comprensione dell’invenzione e non rappresenta una dichiarazione di esistenza di quanto descritto. Inoltre, se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio, quanto descritto nel capitolo stato della tecnica è da considerarsi come parte integrante della descrizione di dettaglio.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo di un’automobile, in particolare un’auto sportiva, dotata in un relativo motopropulsore, di relativi dispositivi di frenatura e di relativi mezzi di sterzatura, il metodo essendo basato su un joystick (J) comprendente una leva (L), disposto nell’automobile per individuare - una inclinazione in avanti (JF) ed una inclinazione indietro (JR), paralleli ad uno sviluppo longitudinale (F) dell’automobile, per interagire con detto motopropulsore e con detti dispositivi di frenatura, e - due inclinazioni laterali (JLF, JRH) sinistra e destra, per interagire con detti mezzi di sterzatura, in modo determinare una traiettoria dell’automobile, il metodo, secondo una prima condizione operativa, comprende un primo passo di associare detta inclinazione in avanti e detta inclinazione indietro rispettivamente ad una proporzionale accelerazione dell’automobile in avanti ed indietro.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui, quando detta leva (L) è in posizione di riposo detti motopropulsore e detti mezzi di frenatura sono controllati in modo che detta automobile procede a velocità costante.
3. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 1 – 2, in cui, secondo una seconda condizione operativa, il metodo comprende un secondo passo di associare detta inclinazione in avanti e detta inclinazione indietro rispettivamente ad una velocità in avanti ed una velocità indietro.
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui, quando detta leva (L) è in posizione di riposo detti motopropulsore e detti mezzi di frenatura sono controllati in modo che detta automobile è ferma.
5. Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detta prima condizione operativa è realizzata quando una velocità di detta automobile eccede una predeterminata prima soglia di velocità e detta seconda condizione operativa è realizzata quando detta velocità di detta automobile è inferiore a detta predeterminata prima soglia di velocità.
6. Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui una commutazione tra detta prima condizione operativa e detta seconda condizione operativa è realizzata mediante un pulsante oppure rilevando una pressione assiale su detta leva (L).
7. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui, secondo una terza condizione operativa, una inclinazione laterale, destra o sinistra, di detta leva è associata ad un angolo corrispondente di sterzatura, destra o sinistra.
8. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui, secondo una quarta condizione operativa, una inclinazione laterale, destra o sinistra, di detta leva è associata ad una rapidità con cui detti mezzi di sterzatura attuano una corrisponde sterzatura, destra o sinistra.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detta terza condizione operativa è definita quando la velocità di detta automobile è inferiore ad una seconda predeterminata soglia di velocità e detta quarta condizione operativa è definita quando la velocità di detta automobile eccede detta seconda predeterminata soglia di velocità.
10. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui una commutazione tra detta terza condizione operativa e detta quarta condizione operativa è realizzata mediante un secondo pulsante oppure rilevando una pressione assiale su detta leva (L).
11. Automobile, in particolare sportiva, comprendente un motopropulsore, dispositivi di frenatura, mezzi di sterzatura, un dispositivo di governo del veicolo che comprende un joystick ed una unità di elaborazione (VCU) configurata per elaborare segnali generati da detto joystick per controllare conseguentemente detto motopropulsore, detti dispositivi di frenatura e detti mezzi di sterzatura, in cui detta unità di elaborazione (VCU) è configurata per eseguire tutti i passi di una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 10.