IT201800020212A1

IT201800020212A1 - Procedimento per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo.

Info

Publication number: IT201800020212A1
Application number: IT102018000020212A
Authority: IT
Inventors: Tommaso Colombo; Simone Formentin; Alessandro Pozzato; Sergio Matteo Savaresi
Original assignee: Maserati Spa; Milano Politecnico
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-19
Also published as: WO2020128938A1; WO2020128938A8; US20220055634A1; CN113382883A; KR20210110617A; JP7408101B2; CN113382883B; EP3898292A1; EP3898292B1; JP2022515779A

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: “Procedimento per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo”

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo.

I sistemi di monitoraggio della pressione degli pneumatici (TPMS) sono sempre più diffusi sui veicoli e la loro modalità di funzionamento è normata, ad esempio, ai sensi della direttiva comunitaria europea ECE-R24 e della normativa FMVSS138 negli Stati Uniti. Un sistema TPMS svolge importanti funzioni, tra cui garantire una maggiore sicurezza di guida, evitare un consumo più elevato di carburante causato dal sotto gonfiaggio degli pneumatici, evitare una anomala usura degli pneumatici a causa di un utilizzo ad una errata pressione di marcia.

I sistemi di monitoraggio della pressione degli pneumatici sono generalmente integrati nell'elettronica di bordo del veicolo e controllano costantemente la pressione degli pneumatici. Nel caso in cui si verificasse una perdita d'aria o uno sgonfiamento - anche solo parziale - dello pneumatico una interfaccia utente nel segnala l'occorrenza.

Esistono due tipi di sistemi di monitoraggio della pressione degli pneumatici attualmente disponibili, predisposti per allertare il conducente di un veicolo quando la pressione di uno pneumatico è inferiore alla norma durante la marcia del veicolo: i sistemi di misurazione diretta ed i sistemi di misurazione indiretta. Un sistema di misurazione diretta prevede la disposizione di sensori di pressione su ciascun pneumatico (generalmente integrati nella valvola dello pneumatico) i quali sono atti a comunicare con un sistema di gestione di bordo. Un sistema di misurazione indiretta effettua una stima della pressione di uno pneumatico (in valore assoluto o relativamente agli altri pneumatici) sulla base di un'altra grandezza fisica sostanzialmente correlata alla pressione di gonfiaggio del pneumatico, quale la velocità di rotazione della ruota.

Nei sistemi di misurazione diretta, la misura di pressione assoluta è trasmessa ad un ricevitore centrale o a rispettive antenne che atte a trasmettere i dati di pressione ad un modulo di controllo predisposto per analizzare i suddetti dati ed inviare relativi segnali ad un display informativo consultabile dall'utente (che può essere una semplice spia, o uno schermo recante informazioni di pressione ed eventualmente di temperatura complete su una interfaccia grafica utente). I vantaggi di una misura di pressione diretta sono la sensibilità a piccole variazioni di pressione, la possibilità di misurare la pressione in ogni pneumatico ad ogni istante di tempo, anche prima della marcia del veicolo. Svantaggiosamente, però, questi sistemi sono costosi e poco adatti ad essere installati su pneumatici ripetutamente montati e smontati dai cerchi ruota (ad esempio, quando occorre sostituire gli pneumatici a seconda delle stagioni dell'anno).

Peraltro, i requisiti di rilevamento di una condizione di sgonfiamento o di gonfiaggio anomalo di uno pneumatici imposti dalle normative sono più laschi, limitandosi a prevedere il riconoscimento di una condizione di sgonfiamento in un intervallo di tempo abbastanza ampio, dell'ordine di almeno 10 minuti dal verificarsi di un evento e per tassi di sgonfiamento pari o superiori al 20% dei valori nominali previsti per il tipo di veicolo e di pneumatico.

Per questi motivi, si sono affermati anche sistemi di monitoraggio della pressione degli pneumatici ibridi, comprendenti un numero limitato di sensori di pressione (normalmente due), atti a misurare la pressione direttamente su alcuni pneumatici ed a stimare la condizione di gonfiaggio degli altri per via indiretta.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire un sistema di monitoraggio della pressione degli pneumatici di tipo indiretto o ibrido, che permetta una stima della pressione degli pneumatici affidabile, robusta ed efficiente, evitando gli inconvenienti della tecnica nota dei sistemi di monitoraggio di tipo diretto.

Secondo la presente invenzione tale scopo viene raggiunto grazie ad un procedimento per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo avente le caratteristiche richiamate nella rivendicazione 1.

Modi particolari di realizzazione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrale della presente descrizione.

Forma ulteriore oggetto dell'invenzione un sistema per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo ed un programma per elaboratore come rivendicato.

In sintesi, la presente invenzione si fonda sul principio di misurazione indiretta della pressione degli pneumatici, per cui la pressione relativa degli pneumatici di un veicolo è dedotta a partire dalla misurazione di un parametro fisico correlato agli pneumatici medesimi quale la velocità di rotazione delle ruote su cui gli pneumatici sono montati, essendo la pressione di gonfiaggio di ciascuno pneumatico correlata al raggio di rotolamento assunto dalla ruota, quest'ultimo deducibile dalla velocità di rotazione della ruota.

Il perfezionamento introdotto dall'invenzione consiste nell'eseguire la stima anzidetta sulla base delle velocità di rotazione delle ruote misurate in una condizione di marcia rettilinea del veicolo e sulla base di una grandezza indicativa dello slittamento della coppia di pneumatici delle ruote motrici sul terreno. La stima della pressione relativa degli pneumatici del veicolo avviene determinando una relazione di pressione tra pneumatici di almeno una, e preferibilmente ciascuna, coppia di ruote appartenente al medesimo asse del veicolo per confronto tra il valore del raggio di rotolamento di uno pneumatico e il valore del raggio di rotolamento dell'altro pneumatico, e determinando una relazione di pressione tra coppie di pneumatici di una coppia di assi del veicolo per confronto tra il valore medio del raggio di rotolamento di una prima coppia di pneumatici appartenente ad un primo asse del veicolo e il valore medio del raggio di rotolamento di una seconda coppia di pneumatici appartenente ad un secondo asse del veicolo.

In una forma di realizzazione vantaggiosa, l'installazione di almeno un sensore di pressione su uno pneumatico consente di stimare la pressione assoluta degli pneumatici del veicolo.

In una forma di realizzazione ulteriormente vantaggiosa in una fase di apprendimento viene acquisito un valore di pressione reale degli pneumatici ed un corrispondente valore nominale del raggio di rotolamento della ruota, ad esempio in funzione di almeno un parametro quale il modello di pneumatico, lo stato di usura dello pneumatico, la condizione di carico del veicolo. Il confronto tra il valore del raggio di rotolamento di uno pneumatico e il valore del raggio di rotolamento dell'altro pneumatico, ed il confronto tra il valore medio del raggio di rotolamento di una prima coppia di pneumatici appartenente ad un primo asse del veicolo e il valore medio del raggio di rotolamento di una seconda coppia di pneumatici appartenente ad un secondo asse del veicolo, sono rispettivamente comparati con le corrispondenti grandezze calcolate sulla base dei valori nominali dei raggi di rotolamento delle ruote, per è determinata una condizione di sgonfiamento di almeno uno pneumatico se all'esito della comparazione la differenza tra i valori comparati è superiore ad una soglia predeterminata per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento, preferibilmente variabile in funzione di un indice di aderenza delle ruote motrici sul terreno e della velocità longitudinale del veicolo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione verranno più dettagliatamente esposti nella descrizione particolareggiata seguente di una sua forma di attuazione, data a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una rappresentazione generale a blocchi di un sistema per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo oggetto dell'invenzione;

la figura 2 è uno schema a blocchi di un sistema a 3 indici per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo secondo l'invenzione;

la figura 3 è un modello cinematico di veicolo utilizzato nel procedimento oggetto dell'invenzione;

le figure 4a e 4b sono grafici indicativi del rilevamento di una condizione di sgonfiamento di uno pneumatico, rispettivamente di un asse anteriore e di un asse posteriore del veicolo;

la figura 5 è un ulteriore modello cinematico di veicolo utilizzato nel procedimento oggetto dell'invenzione;

la figura 6 è una indicazione delle grandezze fisiche alla base del procedimento secondo l'invenzione;

la figura 7 è un grafico che mostra l'andamento di parametri che influenzano l'accelerazione longitudinale di un veicolo in condizioni sperimentali;

la figura 8 è una rappresentazione grafica di una tecnica di analisi della regressione;

la figura 9 mostra grafici indicativi del rilevamento di una condizione di sgonfiamento relativo degli pneumatici sull'asse posteriore, rispetto agli pneumatici dell'asse anteriore;

la figura 10 è un grafico che mostra la variazione di un indice di sgonfiamento relativo in funzione delle condizioni di aderenza;

la figura 11 è un grafico che mostra l'andamento di soglie di rilevamento dello sgonfiamento di uno pneumatico in funzione della variazione dell'indice di sgonfiamento relativo rappresentata in figura 10;

la figura 12 mostra l'andamento di indici di sgonfiamento in condizione di diversa aderenza; e

la figura 13 mostra l'andamento nel tempo degli indici di sgonfiamento di tutti gli pneumatici di un veicolo a quattro ruote e delle condizioni di aderenza rappresentate, unitamente all'andamento nel tempo delle curve di soglia per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento.

Con riferimento alla figura 1 è mostrato nelle linee essenziali un veicolo V avente quattro ruote W1-W4 ed un associato sistema per la stima della pressione degli pneumatici, rispettivamente indicati T1-T4. Esso comprende dispositivi sensori S1-S4, rispettivamente associati alle ruote W1-W4, includenti sensori di velocità angolare atti a rilevare la velocità di rotazione delle suddette ruote, un dispositivo sensore di pressione SP opzionale associato ad una ruota ed una unità di elaborazione P collegata a rispettivi ingressi con i dispositivi sensori S1-S4 ed eventualmente con il dispositivo sensore SP, se presente.

All'unità di elaborazione P è collegato almeno un dispositivo di visualizzazione D atto a rappresentare una segnalazione indicativa di una anomalia di gonfiaggio di almeno uno pneumatico ad un utilizzatore del veicolo.

L'unità di elaborazione P è programmata per attuare un procedimento per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo come meglio descritto nel prosieguo di questa trattazione.

E' noto utilizzare segnali o dati disponibili a bordo veicolo, ad esempio ricavati dai sensori S1-S4, per misurare almeno una grandezza che rappresenta un indice indiretto della pressione di gonfiaggio di uno o più pneumatici, identificabile genericamente secondo la relazione

I = f(P)

dove I è la grandezza indice della pressione di gonfiaggio e P è la pressione di gonfiaggio.

Se la funzione f è totalmente nota, dall'indice I è possibile ricavare direttamente la pressione P come

P = f<-1>(I)

Questa condizione ideale non è mai verificata poiché la relazione f è influenzata da numerosi fattori variabili incogniti, ad esempio il modello di pneumatico, lo stato di usura dello pneumatico, la condizione di carico del veicolo.

E' tuttavia possibile apprendere il valore nominale dell'indice I in corrispondenza di un valore di pressione reale di uno pneumatico acquisito secondo un metodo noto, ad esempio per mezzo di un sensore di pressione SP di bordo o attraverso la misura della pressione presso una officina, e determinare uno sgonfiamento dello pneumatico se il valore misurato di detto indice differisce dal valore nominale per una quantità maggiore di una soglia predeterminata per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento.

Un sistema a tre indici per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo secondo l'invenzione è rappresentato in figura 2.

In esso, almeno uno e preferibilmente una pluralità di segnali o dati veicolati su una rete CAN di bordo è indicata complessivamente con 10. Un modulo di selezione dati è indicato con 12 e predisposto per selezionare i segnali o dati 10 forniti dalla rete CAN generando un sotto-insieme di detti segnali o dati, che include - in una forma di realizzazione attualmente preferita - i segnali o dati rilevati in una condizione di marcia rettilinea del veicolo. Un modulo 14 di calcolo di indici è disposto a valle del modulo di selezione 12 e configurato per calcolare il valore di indici predefiniti del valore di pressione sulla base dei segnali o dati selezionati, come verrà successivamente descritto. Parallelamente al modulo 14 è disposto un modulo 16 di rilevamento di una grandezza indicativa dello slittamento sul terreno della coppia di pneumatici delle ruote motrici del veicolo, sulla base dei segnali o dati selezionati. A valle del modulo 14 di calcolo di indici e del modulo 16 di rilevamento di una grandezza indicativa di slittamento è disposto un modulo 18 di stima della pressione, predisposto per ricavare un dato di stima della pressione degli pneumatici sulla base dei dati ricevuti dal modulo 14 di calcolo di indici calibrato in funzione dello slittamento sul terreno della coppia di pneumatici delle ruote motrici del veicolo rilevato dal modulo 16.

Il modulo 18 di stima della pressione controlla detto almeno un dispositivo di visualizzazione D per rappresentare, almeno visivamente, una segnalazione indicativa di una anomalia di gonfiaggio di almeno uno pneumatico.

E' noto che il raggio di rotolamento di una ruota dipende dalla pressione dello pneumatico, secondo la relazione generale

R = R(P)

dove R indica il raggio di rotolamento della ruota.

Confrontando le velocità di rotazione di due ruote tra loro possono essere calcolati i raggi relativi, ossia il rapporto tra i raggi, che è indice di uno sgonfiamento relativo di uno pneumatico rispetto ad un altro, secondo la relazione

dove ωi e ωj sono rispettivamente le velocità di rotazione della ruota i-esima e della ruota jesima, Ri e Rj sono rispettivamente i raggi di rotolamento della ruota i-esima e della ruota jesima, e Rij è un indice indicativo del rapporto di detti raggi di rotolamento, che assume valore unitario nella condizione in cui i raggi di rotolamento sono uguali, ossia i livelli di gonfiaggio dei rispettivi pneumatici, quindi i loro valori di pressione, sono uguali, indipendentemente dal valore assoluto di pressione che non è noto.

Le precedenti considerazioni permettono di realizzare un sistema che sulla base di tre indici consente di rilevare lo sgonfiamento di uno, due o tre pneumatici, ma non di tutti e quattro gli pneumatici contemporaneamente.

Con

si indica una stima del rapporto tra i raggi di rotolamento di una prima ruota W1 e di una seconda ruota W2 appartenenti al medesimo asse del veicolo, nel caso di esempio l'asse anteriore, la quale fornisce informazioni circa lo sgonfiamento di una ruota di detto asse.

Con

si indica una stima del rapporto tra i raggi di rotolamento di una prima ruota W3 e di una seconda ruota W4 appartenenti al medesimo asse del veicolo, nel caso di esempio l'asse posteriore, la quale fornisce informazioni circa lo sgonfiamento di una ruota di detto asse.

Con

si indica una stima del rapporto tra il raggio di rotolamento medio delle ruote posteriori W3, W4 appartenenti all'asse posteriore del veicolo e il raggio di rotolamento medio delle ruote anteriori W1, W2 appartenenti all'asse anteriore del veicolo, la quale fornisce informazioni circa lo sgonfiamento simultaneo di entrambe le ruote sullo stesso asse.

Ad esempio, nel caso del rapporto tra i raggi di rotolamento di una prima ruota W1 e di una seconda ruota W2, rispettivamente indicati R1 e R2 nella formula che precede, i seguenti tre casi ideali possono verificarsi:

corrispondenti allo sgonfiamento relativo dello pneumatico della ruota anteriore sinistra W1 rispetto allo pneumatico della ruota anteriore destra W2, a nessun sgonfiamento relativo tra gli pneumatici delle ruote anteriori, o allo sgonfiamento relativo dello pneumatico della ruota anteriore destra W2 rispetto allo pneumatico della ruota anteriore sinistra W1.

In pratica, ad una pressione nominale di entrambi gli pneumatici potrebbe non essere verificata la condizione R12 = 1 poiché sulle ruote agiscono differenti carichi verticali o gli pneumatici presentano differenti condizioni di usura o tolleranze di fabbricazione. In questo caso più generale, è appropriato riferirsi alle seguenti condizioni:

dove il rapporto tra i raggi di rotolamento delle ruote anzidetto è confrontato con un valore nominale di tale rapporto acquisito in una fase di apprendimento preliminare, in condizioni di gonfiaggio note.

Definendo

e δ la soglia per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento, si danno le seguenti condizioni: (1)

che rappresentano rispettivamente una condizione di sgonfiamento relativo dello pneumatico anteriore sinistro della ruota W1 rispetto allo pneumatico anteriore destro della ruota W2, una condizione di nessun sgonfiamento relativo tra gli penumatici delle ruote anteriori ed una condizione di sgonfiamento relativo dello pneumatico anteriore destro della ruota W2 rispetto allo pneumatico posteriore sinistro della ruota W1;

(2)

che rappresentano rispettivamente una condizione di sgonfiamento relativo dello pneumatico posteriore sinistro della ruota W3 rispetto allo pneumatico posteriore destro della ruota W4, una condizione di nessun sgonfiamento relativo tra gli pneumatici delle ruote posteriori ed una condizione di sgonfiamento relativo dello pneumatico posteriore destro della ruota W4 rispetto allo pneumatico posteriore sinistro della ruota W4;

<(3) >

che rappresentano rispettivamente una condizione di sgonfiamento relativo degli pneumatici anteriori delle ruote W1 e W2 rispetto agli pneumatici posteriori delle ruote W3 e W4 ed una condizione di sgonfiamento relativo degli pneumatici posteriori delle ruote W3 e W4 rispetto agli pneumatici anteriori delle ruote W1 e W2;

(4)

che rappresentano rispettivamente una condizione di sgonfiamento relativo degli pneumatici delle ruote W1, W3 e W4 rispetto allo pneumatico anteriore della ruota W2 ed una condizione di sgonfiamento relativo degli pneumatici delle ruote W2, W3 e W4 rispetto allo pneumatico anteriore della ruota W1; e <(5) >

che rappresentano rispettivamente una condizione di sgonfiamento relativo degli pneumatici delle ruote W1, W2 e W3 rispetto allo pneumatico posteriore della ruota W4 ed una condizione di sgonfiamento relativo degli pneumatici delle ruote W1, W2 e W4 rispetto allo pneumatico posteriore della ruota W3.

Il calcolo degli indici sopra menzionati è riferito ai parametri di marcia del veicolo ed a grandezze misurabili, quali la velocità di rotazione delle ruote, secondo le relazioni seguenti definite con riferimento al modello cinematico di veicolo illustrato in figura 3:

e

dove ωi sono le velocità di rotazione di ciascuna ruota W1-W4, con i = 1, 2, 3, 4, λi sono gli slittamenti di ciascuna ruota W1-W4, con i = 1, 2, 3, 4, Vx e Vy sono rispettivamente le componenti di velocità longitudinale e trasversale applicate al baricentro del veicolo, Lf e Lr sono rispettivamente le carreggiate anteriore e posteriore degli assi del veicolo, lf e lr sono rispettivamente il semipasso anteriore e posteriore del veicolo, ψ̇ è la derivata nel tempo della direzione di avanzamento del veicolo e δ è l'angolo di sterzatura delle ruote sterzanti del veicolo.

Le velocità di rotazione di ciascuna ruota W1-W4 sono misurate da sensori giri ruota del tipo ruota fonica, ad esempio sensori di un impianto ABS del veicolo, gli slittamenti di ciascuna ruota W1-W4 sono calcolati a partire dalle velocità di ruota misurate, la velocità longitudinale è calcolata come media delle velocità di ruota, le carreggiate anteriore e posteriore degli assi del veicolo ed il semi-passo anteriore e posteriore del veicolo sono noti e l'angolo di sterzatura delle ruote sterzanti del veicolo è misurato da un encoder. I segnali o dati di velocità di rotazione, di slittamento, di velocità longitudinale e trasversale, di imbardata e di sterzatura sono complessivamente indicati con 10 in figura 2 ed acquisiti dalla rete CAN di bordo.

Assumendo le ipotesi di veicolo a trazione posteriore, per cui non vi è slittamento delle ruote anteriori W1 e W2, ossia λ1 = λ2 =0 e di marcia rettilinea, per cui ψ<̇>= δ =0, da cui discende una ipotesi di slittamento uniforme delle ruote di trazione, ossia λ3 = λ4, le precedenti equazioni si semplificano come indicato di seguito

ottenendo

Le ipotesi qui richiamate sono realizzate selezionando i segnali o dati acquisiti tramite il modulo di selezione 12 e, vantaggiosamente, i rapporti tra i raggi di rotolamento delle ruote anteriori e delle ruote posteriori

e

sono filtrati ad esempio a 0,1 Hz, ossia

per rimuovere il rumore ad alta frequenza dovuto alla quantizzazione della misura ed alla dinamica del sensore.

Nelle figure 4a e 4b sono riprodotti a titolo di esempio tre grafici che mostrano rispettivamente - dall'alto verso il basso - l'andamento nel tempo del rapporto tra i raggi di rotolamento delle ruote anteriori R12, l'andamento nel tempo del rapporto tra i raggi di rotolamento delle ruote posteriori R34 e l'andamento nel tempo dei segnali digitali di anomalia D1-D4, indicativi di una condizione di sgonfiamento degli pneumatici associati rispettivamente alle ruote W1-W4 (con la notazione R si indica il raggio vero, mentre con la notazione si indica una stima di R; poiché il valore R del raggio non è disponibile ogni qual volta vi si fa riferimento nel corso della trattazione è da intendersi un valore In figura 4a è rappresentato il caso in cui al tempo t0 è rilevata una variazione dello 0,2% (corrispondente a 0,7 mm) del raggio di rotolamento della ruota W1 rispetto al raggio di rotolamento della ruota W2, interpretata come condizione di sgonfiamento dello pneumatico associato alla ruota W1, e segnalata dalla commutazione del segnale di anomalia D1 da un livello logico basso ad un livello logico alto. In figura 4b è rappresentato il caso in cui al tempo t0 è rilevata una variazione dello 0,2% (corrispondente a 0,7 mm) del raggio di rotolamento della ruota W3 rispetto al raggio di rotolamento della ruota W4, interpretata come condizione di sgonfiamento dello pneumatico associato alla ruota W3, e segnalata dalla commutazione del segnale di anomalia D3 da un livello logico basso ad un livello logico alto, per confronto con una soglia δ per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento il cui valore prestabilito è - nel caso di predeterminati modelli di pneumatici -δ = 0,0012.

Con riferimento al modello cinematico di veicolo illustrato in figura 5 si definiscono le seguenti relazioni tra i raggi di rotolamento medi delle ruote anteriori ed i raggi di rotolamento medi delle ruote posteriori.

dove Rf è il raggio di rotolamento medio delle ruote anteriori W1 e W2, Rr è il raggio di rotolamento medio delle ruote posteriori W3 e W4,

e

Con le assunzioni - analoghe alle precedenti -che il veicolo sia a trazione posteriore, per cui non vi è slittamento delle ruote anteriori W1 e W2, ossia λf = 0 e di marcia rettilinea, per cui da cui discende una ipotesi di slittamento uniforme delle ruote di trazione, ossia λ3 = λ4, le precedenti equazioni si semplificano come indi-<cato di seguito>

e si rende necessario stimare la componente di slittamento longitudinale delle ruote posteriori λr.

Per fare ciò si ricorre alle seguenti considerazioni, riferite a grandezze fisiche associate ad un veicolo V rappresentate, per facilità di comprensione, in figura 6.

Assumendo di operare nella zona lineare della curva di Pacejka, la forza di avanzamento longitu<dinale Fx è data dalla formula>

dove Fzr è la forza agente in direzione verticale <sulle ruote posteriori data da:>

dove il secondo termine è trascurabile poiché è statisticamente trascurabile l'effetto di trasferimento di carico su lunghi periodi di marcia, e

μ essendo il coefficiente di attrito longitudinale che corrisponde al rapporto tra la forza longitudinale e la forza normale.

Indicando con Fdrag, Fslope ed Froll rispettivamente la forza aerodinamica, la forza di pendenza legata al caso di marcia del veicolo su una superficie non orizzontale e la forza di rotolamento, tutte applicate idealmente al baricentro del veicolo in senso opposto alla forza di avanzamento longitudinale Fx, dove

dove M è la massa del veicolo e ax la sua accelera-

zione longitudinale, data da

il segnale di accelerazione longitudinale non es-

sendo compensato per l'inclinazione del veicolo di

un angolo α rispetto ad un piano di marcia orizzon-

tale.

Da quanto precede si ricava

<e>

<dove, considerando>

in cui Rr / Rf è l'indice da stimare e è l'indice

di aderenza del veicolo, proporzionale a 1/μ1 e do-

dove i parametri c/M e Froll/M dipendono da fattori incerti quali la massa del veicolo, il tipo di ruota (ad esempio, la mescola del pneumatico e la dimensione della ruota, che determinano l'interazione con la strada), il profilo stradale, la velocità del vento, l'eventuale modifica del profilo aerodinamico del veicolo dovuta alla presenza di bauli o barre sul tetto del veicolo, non sono noti a priori ma possono essere determinati in una fase di calibrazione o stimati per via statistica sulla scorta dei risultati di test preliminari.

I parametri c/M e Froll/M possono essere ricavati in sede di calibrazione preliminare per via sperimentale, per un determinato veicolo, misurando l'accelerazione del veicolo mediante mezzi accelerometri calibrati e la velocità longitudinale del veicolo mediante encoder accoppiati alle ruote del veicolo e applicando noti metodi di analisi della regressione. Ad esempio, gli inventori hanno stimato i parametri c/M e Froll/M per un veicolo prototi-<po impiegato in test come>

minimizzando l'errore massimo tra i differenti test condotti, i cui risultati sono rappresentati nel grafico di figura 7, nel quale le quattro curve disegnate rappresentano test di coasting down dove il veicolo parte da fermo e poi decelera, i test di coasting down essendo noti ad un tecnico del settore per determinare i parametri di attrito e resistenti per un veicolo specifico.

L'espressione sintetica della relazione prece-<dente è: >

dove ωf/ωr e ax_corrected sono segnali misurati o misurabili o ancora dati calcolabili sulla base degli esiti di alcune misurazioni, mentre Rrf e sono

parametri da stimare, ad esempio applicando noti metodi di analisi della regressione quale una tecnica dei minimi quadrati ricorsivi, rappresentata a titolo di esempio in figura 8.

In figura 9 sono riprodotti a titolo di esempio due grafici che mostrano rispettivamente -dall'alto verso il basso - l'andamento nel tempo del rapporto tra i raggi di rotolamento medi delle ruote posteriori ed i raggi di rotolamento medi delle ruote anteriori, complessivamente indicato con Rrf, e l'andamento nel tempo dei segnali digitali di anomalia D1-D4, indicativi di una condizione di sgonfiamento degli pneumatici associati rispettivamente alle ruote W1-W4. In figura 9 è rappresentato il caso in cui al tempo t0 è rilevata una variazione dello 0,3% (corrispondente a circa 1 mm) del raggio di rotolamento medio delle ruote posteriori W3 e W4 rispetto al raggio di rotolamento delle ruote anteriori W1 e W2, interpretata come condizione di sgonfiamento degli pneumatici associati alle ruote posteriori W3 e W4, e segnalata dalla commutazione dei segnali di anomalia D3, D4 da un livello logico basso ad un livello logico alto, per confronto con una soglia δrf per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento il cui valore è prestabilito in funzione del modello di pneumatico.

E' importante notare che ax_corrected, essendo basato sui parametri c/M e Froll/M identificabili preliminarmente e costanti, ma influenzati nel loro valore corrente da molteplici fattori quali la massa del veicolo, il tipo di ruota, il profilo stradale, la velocità del vento, la modifica del profilo aerodinamico del veicolo, è potenzialmente affetto da un errore dipendente dalla velocità corrente del veicolo, che introduce un errore di stima di Rrf. Assumendo di condurre una fase di apprendimento in condizione di aderenza elevata (ideale) l'errore di stima su Rrf dovuto alle incertezze di compensazione dell'accelerazione è esprimibile co-<m> <e:>

dove

è l'indice di aderenza in condizioni di alta aderenza nella fase di apprendimento;

è l'indice di aderenza nelle condizioni di <esecuzione corrente del procedimento di stima; e > è l'errore sul valore di Ax nel caso peg-giore.

Considerando condizioni sperimentali, gli inventori hanno accertato che la sensibilità di Rrf alle incertezze dei parametri c/M e Froll/M è amplificata in condizioni di bassa aderenza, come mostrato nel grafico di figura 10, nel quale la curva L indica l'andamento della variazione di Rrf in funzione della velocità longitudinale del veicolo in una condizione di bassa aderenza e la curva H indica l'andamento della variazione di Rrf in funzione della velocità longitudinale del veicolo in una condizione di alta aderenza.

E' pertanto conveniente aumentare le tolleranze sui valori di pressione, ossia rilassare le tolleranze di rilevamento, in condizioni di bassa aderenza e di elevata velocità, e questa condizione può essere vantaggiosamente attuata dal modulo 18 di stima della pressione sulla base dei dati indicativi dello slittamento sul terreno della coppia di pneumatici delle ruote motrici del veicolo forniti dal modulo 16 e sulla base dei dati di velocità longitudinale corrente del veicolo forniti dalla rete CAN 10.

In figura 11 l'andamento delle curve L, H di variazione di Rrf in funzione della velocità longitudinale del veicolo e delle condizioni di aderenza è mostrato in sovrapposizione a due curve δ20 e δ40 di evoluzione della soglia δ per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento, adattate alle condizioni di aderenza ed alla velocità corrente del veicolo per garantire il rilevamento di una condizione di sgonfiamento di almeno il 20% in condizioni di alta aderenza e per velocità fino a 130 km/h, il rilevamento di una condizione di sgonfiamento di almeno il 40% in condizioni di bassa aderenza e per velocità fino a 100 km/h ed assenza di falsi positivi dovuti alle incertezze considerate (escluse le incertezze legate a velocità del vento, condizioni del fondo stradale e variazioni della aerodinamicità).

Gli inventori hanno riconosciuto che condizioni di bassa aderenza, quali si incontrano ad esempio nella marcia fuori strada, influenzano anche l'andamento degli indici R12 e R34, come mostrato nelle figure 12a e 12b, che rappresentano rispettivamente l'andamento degli indici R12 e R34 nel tempo nel passaggio tra una zona H ad elevata aderenza ed una zona L a bassa aderenza e la distribuzione dei valori assunti dall'indice esemplificativo R12 nelle differenti condizioni di aderenza. Il grafico in figura 12b mostra, in particolare, una prima distribuzione H dei valori assunti dall'indice R12 nella condizione di elevata aderenza ed una seconda distribuzione L dei valori assunti dall'indice R12 nella condizione di bassa aderenza, la distribuzione L presentando una deviazione standard maggiore (indicativa di un indice R12 più "rumoroso") ed un valore medio scostato rispetto al valor medio della distribuzione H e prossimo alla soglia δ20 rappresentata dalla linea verticale T.

La figura 13 mostra l'andamento nel tempo degli indici di sgonfiamento R12, R34 e Rrf e delle condizioni di aderenza rappresentate dalla curva G del grafico in basso, unitamente all'andamento nel tempo delle curve di soglia δ+ e δ- per il rilevamento di una condizione di sgonfiamento, la cui variazione a gradino è determinata dal rilevamento della variazione delle condizioni di aderenza, ed assume, a titolo di esempio, valori pari a:

Per questo motivo, preferibilmente, rilevamento della variazione delle condizioni di aderenza deve essere il più possibile rapido, ad esempio <realizzando una analisi di regressione della curva>

per applicazione della tecnica dei minimi quadrati ricorsivi con fattore di dimenticanza ff ("forgetting factor") pari a 0,999 (invece che ff = 0,9999 come per esempio adottabile nella analisi di regressione volta a ricavare l'indice Rrf).

Naturalmente, poiché la realizzazione di un sistema per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo secondo l'approccio a tre indici descritto nella trattazione che precede consente di rilevare lo sgonfiamento di uno, due o tre pneumatici, ma non di tutti e quattro gli pneumatici contemporaneamente, né di determinare i valori assoluti della pressione degli pneumatici, un ulteriore perfezionamento al sistema dell'invenzione può essere apportato sfruttando i segnali o dati di misurazione di almeno una pressione reale di uno pneumatico forniti da un sensore SP, mostrato in figura 1 in via opzionale.

La conoscenza di almeno una pressione reale di uno pneumatico permette di stimare una condizione di sgonfiamento di tutti i quattro pneumatici del veicolo se ricorrono contemporaneamente le condizioni di assenza di anomalia riscontrata dalla determinazione dei tre indici (R12 R34, Rrf) e di pressione misurata dal singolo sensore inferiore ad una pressione nominale di riferimento.

Inoltre, la conoscenza di almeno una pressione reale di uno pneumatico permette di stimare i valori assoluti delle pressioni degli altri pneumatici, assumendo una relazione lineare tra pressione di uno pneumatico e raggio di rotolamento della relativa ruota secondo la relazione generale Pi = K*Ri + P0, assumendo che in una condizione di apprendimento nominale tutti gli pneumatici presentino il medesimo valore di pressione nominale Pn e il parametro di proporzionalità K sia costante per tutti i tipi di pneumatico oppure ricavabile da una tabella di valori di K per modelli di pneumatici.

In prima approssimazione è dunque possibile stimare i valori assoluti delle pressioni di tutti gli pneumatici secondo le relazioni

dove P1 è il valore di pressione reale, direttamente misurata, dello pneumatico equipaggiato con il sensore di pressione SP (nell'esempio, lo pneumatico associato alla ruota W1), e gli indici R13 e R14 di relazione tra il raggio di rotolamento della ruota W1 ed il raggio di rotolamento della ruota W3, rispettivamente W4 possono essere calcolati a partire dagli indici R12, R34, Rrf calcolati dal modulo 14 secondo le relazioni:

Si noti che la realizzazione proposta per la presente invenzione nella discussione che precede ha carattere puramente esemplificativo e non limitativo della presente invenzione. Un tecnico esperto del settore potrà facilmente attuare la presente invenzione in realizzazioni diverse che non si discostano però dai principi qui esposti, e sono dunque ricomprese nel presente brevetto.

Ciò vale in particolare per quanto riguarda la possibilità di applicare il metodo descritto scambiando l'asse di trazione posteriore con l'asse di trazione anteriore o nel caso di veicolo a quattro ruote motrici, nonché di estendere il metodo descritto a veicoli aventi più di due ruote per asse o più di due assi.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo allontanarsi dall'ambito di protezione dell'invenzione definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la stima della pressione degli pneumatici (T1-T4) di un veicolo (V), caratterizzato dal fatto che comprende: - per ogni pneumatico (T1-T4), l'acquisizione di un segnale o dato indicativo della velocità di rotazione della ruota (W1-W4) alla quale detto pneumatico è associato; - la selezione di un sotto-insieme di detti segnali o dati acquisiti, in cui detto sotto-insieme di dati include i segnali o dati acquisiti in una condizione di marcia rettilinea del veicolo; - la determinazione di una relazione di pressione tra pneumatici (T1, T2; T3, T4) di ciascuna coppia di ruote (W1, W2; W3, W4) appartenente al medesimo asse del veicolo (V) per confronto tra il valore di una grandezza correlata alla pressione dello pneumatico per un primo pneumatico (T1; T3) e il valore di detta grandezza correlata alla pressione dello pneumatico per un secondo pneumatico (T2; T4), in cui un rapporto tra detta grandezza correlata alla pressione del primo pneumatico (T1; T3) e detta grandezza correlata alla pressione del secondo pneumatico (T2; T4) è calcolato sulla base dei segnali o dati indicativi della velocità di rotazione delle ruote (W1; W3; W2; W4) alle quali detti primo e secondo pneumatico sono associati; e - la determinazione di una relazione di pressione tra coppie di pneumatici (T1, T2; T3, T4) di una coppia di assi del veicolo (V) per confronto tra il valore medio di detta grandezza correlata alla pressione del primo e secondo pneumatico per una prima coppia di pneumatici (T1, T2) appartenente ad un primo asse del veicolo e il valore medio di detta grandezza correlata alla pressione del primo e secondo pneumatico per una seconda coppia di pneumatici (T3, T4) appartenente ad un secondo asse del veicolo, in cui un rapporto tra il valore medio di detta grandezza correlata alla pressione del primo e secondo pneumatico per detta prima coppia di pneumatici (T1, T2) appartenente al primo asse del veicolo e il valore medio di detta grandezza correlata alla pressione del primo e secondo pneumatico per detta seconda coppia di pneumatici (T3, T4) appartenente al secondo asse del veicolo è calcolato sulla base dei segnali o dati indicativi della velocità media di rotazione delle ruote (W1, W2; W3, W4) degli assi del veicolo alle quali dette coppie di pneumatici sono associati e sulla base di una grandezza indicativa dello slittamento della coppia di pneumatici delle ruote motrici sul terreno, ed in cui detta grandezza correlata alla pressione dello pneumatico è il raggio di rotolamento della ruota su cui è montato lo pneumatico, calcolato a partire dalla velocità di rotazione della ruota acquisita.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta grandezza indicativa dello slittamento della coppia di pneumatici delle ruote motrici sul terreno è funzione di un indice di aderenza delle ruote motrici sul terreno e dell'accelerazione longitudinale del veicolo.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui il rapporto tra il valore medio del raggio di rotolamento delle ruote (W3, W4) appartenenti all'asse posteriore del veicolo e il valore medio del raggio di rotolamento delle ruote (W1, W2) appartenenti all'asse anteriore del veicolo è calcolato secondo la relazione dove:

- ωf è la velocità media di rotazione delle ruote anteriori (W1, W2); - ωr è la velocità media di rotazione delle ruote posteriori (W3, W4); - Rf è il raggio di rotolamento medio delle ruote anteriori (W1, W2); - Rr è il raggio di rotolamento medio delle ruote posteriori (W3, W4); -

con L il passo del veicolo (V), lf il semi-passo anteriore del veicolo (V),

μ essendo il coefficiente di attrito longitudinale; -

con ax l'accelerazione longitudinale del veicolo (V), α l'inclinazione del veicolo (V) rispetto ad un piano di marcia orizzontale; - cV<2> x la forza aerodinamica; - M la massa del veicolo (V); e - Froll la forza di rotolamento.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto tra il raggio di rotolamento, R1, della ruota alla quale è associato il primo pneumatico e il raggio di rotolamento, R2, della ruota alla quale è associato il secondo pneumatico è calcolato secondo la relazione

dove ω1 è la velocità di rotazione della ruota alla quale è associato il primo pneumatico e ω2 è la velocità di rotazione della ruota alla quale è associato il secondo pneumatico, assumendo lo slittamento delle ruote nullo o identico e nullo l'angolo di sterzatura del veicolo.
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase di apprendimento in cui viene acquisito un valore di pressione reale degli pneumatici (T1-T4) ed un corrispondente valore nominale del raggio di rotolamento delle ruote (W1-W4) alle quali i pneumatici sono associati in funzione di almeno un parametro tra: modello di pneumatico e stato di usura dello pneumatico.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui detto confronto tra il valore del raggio di rotolamento della ruota (W1) alla quale è associato un primo pneumatico (T1) e il valore del raggio di rotolamento della ruota (W2) alla quale è associato un secondo pneumatico (T2) è comparato con il valore nominale del raggio di rotolamento della ruota (W1) alla quale è associato il primo pneumatico (T1) e il valore nominale del raggio di rotolamento della ruota (W2) alla quale è associato il secondo pneumatico (T2), e detto confronto tra il valore medio del raggio di rotolamento delle ruote (W1, W2) appartenenti ad un primo asse del veicolo e il valore medio del raggio di rotolamento delle ruote (W3, W4) appartenenti ad un secondo asse del veicolo è comparato con il valore medio nominale del raggio di rotolamento delle ruote (W1, W2) appartenenti al primo asse del veicolo e il valore medio nominale del raggio di rotolamento delle ruote (W3, W4) appartenenti al secondo asse del veicolo.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, comprendente la determinazione di una condizione di sgonfiamento di uno pneumatico se all'esito di detta comparazione la differenza tra i valori comparati è superiore ad una soglia predeterminata.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 6, comprendente la determinazione di una condizione di sgonfiamento di una coppia di pneumatici (T1, T2; T3, T4) associati a ruote (W1, W2; W3, W4) del medesimo asse se all'esito di detto confronto la differenza tra i valori confrontati è superiore ad una soglia predeterminata.
9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui detta soglia predeterminata è variabile in funzione di un indice di aderenza delle ruote motrici sul terreno, della velocità longitudinale del veicolo (V) o di entrambi.
10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta condizione di marcia rettilinea del veicolo (V) è determinata acquisendo durante la marcia del veicolo segnali o dati indicativi dell'azionamento del sistema frenante del veicolo o della variazione della coppia alle ruote motrici del veicolo, o segnali o dati indicativi dell'angolo di sterzatura del veicolo ovvero dell'angolo di rotazione del volante.
11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente l'acquisizione di una misura di pressione di almeno un pneumatico (T1-T4) del veicolo (V).
12. Sistema di elaborazione per la stima della pressione degli pneumatici (T1-T4) di un veicolo (V), programmato per attuare un procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 11.
13. Programma di elaborazione o gruppo di programmi eseguibile/i da un sistema di elaborazione, comprendente/i uno o più moduli di codice per l'attuazione di un procedimento per la stima della pressione degli pneumatici di un veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 11.