IT202100021383A1 - Sistema di sterzatura di veicoli - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: ?Sistema di sterzatura di veicoli?
DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un sistema di sterzatura realizzato secondo il preambolo della rivendicazione indipendente allegata.
La presente invenzione riguarda una nuova tipologia di sterzo e un nuovo sistema di sterzata che possano aiutare il driver nella guida di un veicolo.
Nonostante il grado di automazione e quindi di guida autonoma dei veicoli dello stato dell?arte stia crescendo per motivi di sicurezza, la presenza dell?azione umana ? richiesta per garantire la sicurezza della guida. E anche, ma non solo, in certe condizioni di scarsa visibilit? dei vincoli (linee di corsia, ostacoli, altre vetture oppure guard rail) per esempio in caso di nebbia, sia l?azione automatica che l?azione umana ? richiesto che siano presenti. Inoltre, la presenza di un force feedback che agisca direttamente sullo sterzo, pu? essere utile per compensare il visual feedback quando questo ? limitato o assente. I sensori vedono dove il driver talvolta non riesce (per esempio in caso di nebbia o pioggia o altro o perch? il driver ha un abbassamento di attenzione o in caso di distrazione) e viceversa (per esempio ostacoli nell?angolo cieco delle telecamere installate sul veicolo oppure nel caso in cui per esempio le linee di corsia non sono ben visibili ai sensori o il guard rail assente o in presenza di cantieri stradali).
Inoltre, se si fa un uso eccessivo della automazione, il driver pu? avere minore consapevolezza di quello che sta succedendo al veicolo, ? tenuto a monitorarlo maggiormente e per questo pu? stancarsi, o se fa troppo affidamento sull?automazione, pu? non essere pronto nel riassumere il controllo in caso di necessit?, o, al contrario, pu? diffidare da essa.
Per tutte queste motivazioni la presente invenzione si pone come scopo la realizzazione di una ?collaborazione? tra l?azione automatica e l?azione umana, mentre lo stato dell?arte prevede che l?uno escluda l?altro, nel senso che l?intervento del driver (che accelera o frena o se interviene sullo sterzo con una coppia sufficiente per un cambio di corsia) mentre il sistema automatico ? in funzione, solitamente disattiva momentaneamente il sistema automatico stesso. Nella presente invenzione, quando si sceglie di selezionare una delle modalit? di aiuto alla giuda, i due attori protagonisti (driver e aiuto) collaborano (o sempre o solo quando serve, cio? quando la sola azione del driver non basta per assolvere al task) e l?input usato per comandare l?effettiva sterzata sull?asse delle ruote ? composto dagli input di entrambi gli attori.
Inoltre, sui sistemi di guida autonoma attualmente in commercio, lo stato dell?arte prevede che il force feedback sentito sullo sterzo abbia lo stesso verso rispetto a quello che servirebbe per assolvere al task (esempio ostacolo a sinistra, l?automazione fa ruotare il volante verso destra) e quindi il driver lo deve assecondare e fidarsi, ma questo potrebbe non solo farlo sentire ?escluso? sentendo meno autorit? nel controllo del veicolo, ma inoltre potrebbe presentare un problema: c?? il rischio che il risultato dell?azione che comanda l?effettiva sterzata sull?asse delle ruote sia quello di andare verso l?ostacolo se, per esempio avendo una visibilit? limitata e/o in particolari condizioni di stress, il driver non si fidasse dell?aiuto o comunque se seguisse il proprio istinto di opporsi all?input dell?aiuto. Infatti, come descritto all?interno del documento Schmidt, A., Lee, D., Motor Control and Learning, A behavioral Emphasis, 4th Ed., Human Kynetics, 2005, l?uomo tende a opporsi con una piccolissima latenza di 30-50 ms a improvvisi cambi di posizione di un arto con una azione (chiamata stretch reflex) che tende inconsciamente a portare l?arto nella posizione iniziale precedente alla perturbazione, senza coinvolgere gli stadi di elaborazione delle informazioni; infatti, perch? le informazioni siano processate consciamente dagli stadi di elaborazione delle informazioni sono necessari 150-200 ms.
Per queste ulteriori motivazioni si pensa che, mentre lo stato dell?arte prevede una rotazione dello sterzo nello stesso verso della sterzata desiderata, nella presente invenzione si prevede una rotazione dello sterzo nel verso opposto, pensando che il driver opponendosi inconsciamente all?azione dell?aiuto, alla fine sterzi in maniera inconscia la vettura nel verso giusto per, per esempio, evitare un ostacolo. Anche se poi, per sicurezza, questa rotazione non viene considerata sull?asse delle ruote dove viene azionato un motorino elettrico che fa sterzare in modo sicuro nel verso di fare, per esempio, allontanare il veicolo dall?ostacolo da evitare.
Per raggiungere questi obiettivi, la presente invenzione realizza un sistema di sterzo in accordo alla parte caratterizzante della rivendicazione indipendente allegata alla presente domanda di brevetto.
In particolare, il sistema oggetto della presente invenzione utilizza una nuova tipologia di sterzo e, nella scatola dello sterzo e a seconda della tipologia di veicolo (con collegamento meccanico o elettronico/elettrico) tra sterzo e scatola dello sterzo, una ruota dentata epicicloidale o un attuatore comandato da un elaboratore che serve sia per considerare entrambi gli input (aiuto e driver) sia per fare in modo che la sterzata finale sia armonica.
Per quanto riguarda lo sterzo: questo ha una conformazione diversa rispetto a quella attualmente in commercio. In particolare, sia il volante che l?aiuto che agisce sulla cremagliera dell?asse delle ruote, sono costituiti da due parti: una comandata dal driver, l?altra dai sensori di ostacoli (a infrarossi, a ultrasuoni, o radar o equivalenti) o qualsiasi altro task che si voglia svolgere.
- Il driver afferra lo sterzo che ? solidale a un piantone collegato in qualche modo all?asse delle ruote;
- I sensori sono invece collegati a un circuito elettrico che aziona o meno, a seconda della modalit? di guida, da un lato una sorta di ?raggiera? che ? libera di muoversi coassialmente e all??interno? dello sterzo a prescindere dai movimenti imposti sullo sterzo dal driver; dall?altro un ?aiuto? che agisce in qualche modo sull?asse delle ruote.
Lato sterzo, i sensori sono collegati a un servo e/o a un ingranaggio e/o a un motorino elettrico che fa ruotare la raggiera ?verso? l?oggetto (ad esempio, un ostacolo oppure la linea laterale per il mantenimento della corsia, oppure la linea virtuale di mezzeria della corsia perch? sia seguita dal veicolo) quando questo viene rilevato a una distanza (in valore assoluto) inferiore a un certo valore (che chiameremo valore di attivazione per esempio a 1,5 m o anche meno a seconda del task) o comunque quando da un calcolo di predizione attraverso un modello matematico del veicolo si vede che l?azione del driver da sola non basta per assolvere al task. Nel dettaglio, agli angoli della macchina (o in qualsiasi altra posizione a seconda del task), potrebbero essere posizionati dei sensori. Quando questi rilevano l?oggetto (in real time o in un tempo ?futuro? nel senso di predizione di una distanza ?futura? tra veicolo e oggetto) a una distanza in valore assoluto inferiore al valore di attivazione, viene alimentato un circuito elettrico che aziona la raggiera. Questa rotazione sar? ?opposta? a quella necessaria perch? ? stato dimostrato che istintivamente l?uomo tende ad opporsi a movimenti improvvisi, come precedentemente descritto.
Lato asse delle ruote, avviene una cosa analoga con i sensori che azionano un ?ausilio? che agisce sull?asse delle ruote. In questo caso, per ragioni di sicurezza, la rotazione imposta alla macchina attraverso l?asse delle ruote, sar? nella direzione che porta la macchina ad allontanarsi dall?oggetto (nel caso questo sia un ostacolo da evitare) o ad avvicinarsi all?oggetto (nel caso in cui questo sia un obiettivo da raggiungere).
Lato sterzo, dovuta alla rotazione non sincrona delle due parti dello sterzo (la raggiera si muover? rispetto allo sterzo impugnato dal driver), per sicurezza, verr? utilizzata una copertura dell??area? dello sterzo in plexiglas o materiale simile e anche per permettere al driver di vedere il display del cruscotto. Vedendo e/o sentendo a livello sensoriale (a seconda della modalit? di guida impostata) il movimento della raggiera, questa aiuter? indirettamente il driver ad eseguire il task (per esempio di evitare gli ostacoli o seguire una determinata strada o corsia).
Questi ed ulteriori scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un sistema di imbottigliamento secondo la rivendicazione indipendente allegata e le sottorivendicazioni.
Caratteristiche opzionali del sistema dell?invenzione sono contenute nelle allegate rivendicazioni dipendenti, che formano parte integrante della presente descrizione.
Quanto descritto ? dettagliato attraverso delle figure per capire meglio i vantaggi descritti e le caratteristiche dell?invenzione. Tali figure hanno scopo meramente illustrativo senza limitare in alcun modo la presente invenzione.
La Figura 1 presenta un diagramma a blocchi complessivo che mostra tutte insieme le varie modalit? dell?invenzione. A seconda della modalit? vengono considerati tutti o alcuni dei quattro path numerati.
La Figura 2 presenta una configurazione dell?invenzione che pu? essere applicata a vetture che hanno un collegamento elettronico/elettrico tra sterzo e scatola dello sterzo (versione Drive By Wire, DBW/videogames).
La Figura 3 presenta come pu? essere realizzato l?accoppiamento tra sterzo e raggiera (clutch) sia nella versione meccanica (vedi sotto) che in quella DBW dell?invenzione.
La Figura 4 presenta una configurazione dell?invenzione che pu? essere applicata a vetture che hanno un collegamento meccanico diretto tra sterzo e scatola dello sterzo (versione Meccanica).
La Figura 5 presenta com?? realizzato l?accoppiamento tra piantone dello sterzo e asse delle ruote (tramite treno epicicloidale) nella versione meccanica dell?invenzione.
Le modalit? di guida che si possono impostare sono 5:
A) AIUTO INDIRETTO (BASE): l?aiuto alla guida ? solo visivo, dovuto al fatto che il driver vede muovere, attraverso il plexiglas o materiale simile, la raggiera dello sterzo in funzione alla vicinanza dell?oggetto in uno dei due lati del veicolo, ma di fatto l?asse delle ruote ? comandato solo dal driver.
Anche se in questo caso si ha un solo feedback visivo, tale feedback pu? essere di aiuto al driver per assolvere al task. Nella Figura 1 saranno presenti solo i path 100 e 200 e la coppia CD esercitata dal driver ? la sola ad avere una azione, C, sull?asse delle ruote della macchina.
B) AIUTO SUBDOLO o NASCOSTO: nel ruotare, la raggiera, ? come se muovesse il ?punto neutro? dello sterzo e quindi la sterzata complessiva ? data dalla combinazione delle due sterzate: quella impostata dal driver e quella impostata dai sensori. Nella Figura 1 saranno presenti solo i path 100, 200 e 300 e le coppie che hanno una azione sull?asse delle ruote della macchina sono CD esercitata dal driver e CA esercitata dall?Aid (ossia dal sistema automatizzato costituito da sensori e da mezzi di attuazione automatica della movimentazione dello sterzo). La raggiera gira ma le ruote risentono solo di CD e CA.
C) AIUTO APPARENTE IMPULSIVO: i sensori danno un impulso alla raggiera che, in questo caso, viene per pochi istanti o secondi resa solidale allo sterzo e quindi il driver sentir? muovere lo sterzo dalla coppia CR. Ma questo movimento ? come se non venisse trasmesso all?asse delle ruote perch? all?asse viene trasmesso anche il movimento opposto (o comunque con valore assoluto di poco superiore) e quindi, di fatto, l?asse delle ruote ? comandato inizialmente sostanzialmente solo dal driver, e in seguito dal driver e dall?Aid (la raggiera continua a girare, ma le ruote risentono solo di CD e CA). Nella Figura 1 saranno presenti tutti i path 100, 200, 300 e 400 (il path 400 sta ad indicare che raggiera e sterzo sono solidali), per pochi istanti o secondi e, in seguito, i path 100, 200, 300. Quindi le coppie che hanno una azione sull?asse delle ruote della macchina, saranno inizialmente solo CD esercitata dal driver, CR esercitata dalla raggiera e CA esercitata dall?Aid (ma si noti che se CR e CA sono uguali in valore assoluto, di fatto, nei primi secondi l?asse delle ruote ? comandato inizialmente sostanzialmente solo da CD esercitata dal driver) e in seguito da CD e da CA.
D) AIUTO EVIDENTE e IMPULSIVO: i sensori danno un impulso e spostano contestualmente il punto neutro dello sterzo. In pratica raggiera e sterzo sono sempre solidali ma la coppia CA viene sommata sempre e quindi CR e CA, se sono uguali, si annullano e quindi, di fatto, l?asse delle ruote ? comandato solamente dalla coppia CD. Nella Figura 1 saranno presenti tutti i path 100, 200, 300 e 400, e quindi le coppie che hanno una azione sull?asse delle ruote della macchina sono CD esercitata dal driver, CR esercitata dalla raggiera e CA esercitata dall?Aid. Si noti che se CR e CA sono uguali in valore assoluto, di fatto, l?asse delle ruote ? comandato solo da CD.
E) NESSUN AIUTO: anche in presenza di oggetti nessun aiuto alla guida viene applicato, neppure quello visivo. La raggiera ? nella sua posizione neutra e, attraverso il plexiglas o materiale simile, il driver non la vede muovere, se non insieme allo sterzo; anche l?asse delle ruote ? comandato solo dal driver. Nella Figura 1 sar? presente solo il path 100 e quindi l?unica coppia C che ha una azione sull?asse delle ruote della macchina ? CD esercitata dal driver.
Si noti che l?entit? della coppia applicata sulla raggiera/asse delle ruote a partire dall?input ricevuto dai sensori, pu? essere variata proporzionalmente rispetto alla distanza dell?oggetto, per esempio, attraverso un potenziometro che produce una coppia maggiore quando minore ? la distanza dall?oggetto.
Inoltre, l?entit? della coppia applicata sulla raggiera/asse delle ruote a partire dall?input ricevuto dai sensori ? scalato o amplificato in base alla filosofia che si intende adottare rispetto percentuale di aiuto che si vuole fornire al driver. Il suggerimento ? quello di fare in modo che il driver dia la maggior parte dell?input necessario per assolvere al suo task o comunque che il driver non sia escluso del tutto.
Nella versione Drive By Wire (Figura 2), non ci sar? il collegamento meccanico tra piantone dello sterzo (1) e asse delle ruote (21). Baster? mettere un sensore di coppia (13) nel piantone (1) che legga il momento torcente esercitato dal driver e questo sar? convertito in movimento assiale dell?asse delle ruote attraverso una servovalvola o una elettrovalvola o comunque un attuatore (12).
Ovviamente in questo tipo di collegamento l?utilizzo del classico servosterzo non ? necessario e, anzi, si dovr? pensare a un force feedback artificiale per garantire al driver una certa consapevolezza durante la guida.
Verr? invece utilizzata una centralina o un elaboratore (11) per combinare opportunamente a seconda delle varie modalit? di guida la coppia torcente CD imposta dal driver sul piantone (1) con la coppia CA prodotta dall?aid (3) a partire dai sensori (9). In particolare, la centralina o l?elaboratore (11) avr? il compito di:
A) Considerare l?input del driver (13) come unico input della servovalvola (12) che azioner? l?asse delle ruote (21); contestualmente la raggiera (10) si muover? ma senza che il driver la senta; il driver non sente nessun feedback dei sensori (9) sullo sterzo (14),
E) Considerare l?input del driver (13) come unico input della servovalvola (12) che azioner? l?asse delle ruote; la raggiera (10) non si muover? se non insieme allo sterzo (14) azionato dal driver: un meccanismo simile a quello della frizione con anello sincronizzatore render? solidali le due parti (vd Figura 3); il driver non sente nessun feedback dei sensori (9) sullo sterzo (14);
B, C, D) Considerare l?input del driver (13) e l?input (3) dei sensori (9) come input della servovalvola (12) che azioner? l?asse delle ruote; e in pi?, nello specifico:
in B) contestualmente la raggiera (10) si muover?, ma senza che il driver la senta; il driver non sente nessun feedback dei sensori (9) sullo sterzo (14); in C) per pochi istanti o secondi viene attivato un circuito elettrico che attraverso un servo e/o un attuatore, spinge la Clutch (17) (vd Figura 3) fino a rendere solidali la raggiera (10) e lo sterzo (14) e quindi il driver sentir? muovere lo sterzo. La stessa cosa pu? essere realizzata attraverso per esempio un elettromagnete. Quindi in quei pochi istanti o secondi l?input della servovalvola (12) sar? solo quello del driver (13) attraverso il piantone (1) (2 e 3, che corrispondono rispettivamente a CR e CA, se sono uguali, si annullano perch? di verso opposto), poi quando il circuito elettrico verr? disattivato il servo e/o l?attuatore riporter? la Clutch (17) nella posizione iniziale (facendo di fatto disaccoppiare raggiera (10) e sterzo (14)), l?input della servovalvola (12) sar? costituito dalla somma tra l?input del driver (13) attraverso il piantone (1) e l?input (3) dei sensori (9) e contestualmente la raggiera (10) si muover? ma senza che il driver la senta; il driver sentir? per pochi istanti o secondi il feedback della raggiera (10) sullo sterzo (14) e poi nessun feedback dei sensori (9) sullo sterzo (14); in D) il circuito elettrico della Clutch (4) che aziona il dispositivo di frizione (17) (vd Figura 3 e Figura 2) ? sempre attivo e quindi, sommando la centralina/elaboratore (11) l?input del driver (13) e l?input (3) dei sensori (9), di fatto ? come se l?unico input fosse quello del driver (13) attraverso il piantone (1) (2 e 3, che corrispondono rispettivamente a CR e CA, se sono uguali, si annullano perch? di verso opposto). Un meccanismo simile a quello della frizione con anello sincronizzatore (16) o anche un elettromagnete render? solidali raggiera (10) e piantone dello sterzo (1); il driver sentir? per tutto il tempo il feedback dei sensori (9) sullo sterzo (14) quando questo sar? attivo.
Un blocco meccanico (23) va posizionato in modo tale che, anche quando raggiera (10) e piantone dello sterzo (1) vengono disaccoppiati, rimanga l?accoppiamento tra Clutch (17) e ingranaggio (24) del piantone dello sterzo (1).
Il circuito elettrico della Clutch (4) che aziona il dispositivo di frizione (17) (Figura 3 e Figura 2) non verr? mai alimentato quando le modalit? A e B sono selezionate.
Nella modalit? C (i primi istanti o secondi) e D viene inoltre alimentato il motorino elettrico (2) che aziona il pignone della raggiera (22) e quindi la raggiera (10) e il risultato ? che il movimento della raggiera viene sentito apticamente oltre che visto dal driver.
Questo tipo di versione (DBW) pu? essere applicata anche ai videogames utilizzando la stessa configurazione sterzo/raggiera e considerando ?virtuali? tutto il resto (il veicolo con un modello matematico, oggetti e distanze in real time e/o future). Anche in questo caso, quando sono soddisfatti dei criteri sulle distanze rilevate dai sensori virtuali e a seconda della modalit? di guida, si considera come input la coppia fornita dal driver (13) che viene aggiunta alla coppia prodotta dall?aid (2) e che fornisce come output una coppia virtuale che agisce sulla cremagliera virtuale dell?asse delle ruote.
Nella versione Meccanica (Figura 4), lo sterzo (14), la raggiera (10), e le coppie CR e CA prodotte dai sensori (sia sul punto (2) che sul punto (3)), sono invariati rispetto alla versione DBW. Nella versione meccanica, il pignone dello sterzo (15) ? collegato meccanicamente alla cremagliera dell?asse delle ruote (21) tramite un sistema di ruote dentate planetarie (8) (vedi dettaglio nella Figura 5). In particolare, il pignone dello sterzo (15) costituisce il Sun, ossia il punto attorno al quale ruotano gli ingranaggi satelliti, di un treno epicicloidale, l?aid (3) comanda l?anello (18) dello stesso. Sun (15) e anello (18) sono collegati tramite i planetari (19) che comandano un portatreno (20). Il portatreno (20) ? solidale al secondo pignone (7) che ? collegato alla cremagliera dell?asse delle ruote (21).
In questo caso, verr? utilizzato il classico servosterzo elettrico (6): una centralina (5) che prende in pasto gli input dei diversi sensori (9) (ad esempio la velocit? del veicolo, la coppia di sterzata (13), sensore dell?angolo e della velocit? di sterzata, numero di giri del motore, etc) e, accingendo alle varie curve caratteristiche memorizzate nel suo interno, rileva la coppia richiesta per la servoassistenza e attiva il motore servosterzo elettrico (6).
Ovviamente, nella Figura 4 la posizione del servosterzo (6) ? puramente indicativa; infatti esso pu? essere collocato anche in una posizione differente senza compromettere l?applicabilit? del presente brevetto. Stessa cosa vale nel caso in cui, all?interno della scatola dello sterzo, la trasmissione non avvenga tramite accoppiamento pignone/cremagliera bens? seguendo altri approcci (ad esempio, a ?vite senza fine? o a ?circolazione a sfere?): basta in tal caso sostituire l?accoppiamento pignone/cremagliera mostrato, con lo stesso tipo di accoppiamento desiderato.
Si noti inoltre che nella Figura 5 il motorino elettrico (3) attiva direttamente l?anello (18), mentre nella Figura 4 attiva una ruota dentata che ? solidale all?anello. Lo specifico accoppiamento esistente tra motorino elettrico (3) e anello (18), pu? essere fatto o direttamente o indirettamente (a seconda dello spazio a disposizione per alloggiare il motorino elettrico (3)) senza comunque compromettere l?applicabilit? del presente brevetto.
Stesso discorso vale per l?accoppiamento esistente tra motorino elettrico (2) e pignone della raggiera (22) e quindi raggiera (10), che pu? essere fatto o direttamente o indirettamente (ruota dentata solidale alla raggiera (10)), a seconda dello spazio a disposizione per alloggiare il motorino elettrico (2), senza comunque compromettere l?applicabilit? del presente brevetto.
Verr? descritto di seguito il funzionamento della modalit? B:
I sensori (9) descritti in precedenza, sono collegati, oltre che al pignone della raggiera (22) e quindi alla raggiera (10) (come si diceva in comune nelle due versioni DBW/Meccanica), anche a un secondo pignone che agisce indirettamente sulla cremagliera dell?asse delle ruote (21). In sostanza, quando per esempio l?ostacolo da evitare ? abbastanza vicino sulla sinistra della vettura, il motorino elettrico (3) far? ruotare il Ring (18) in senso orario. Il driver, nell?agire attraverso lo sterzo (14)/piantone (1), andr? a ruotare direttamente il Sun (15). Il risultato sar? una rotazione ?somma? imposta al portatreno (20) solidale al secondo pignone (7) che far? curvare la traiettoria dell?autovettura verso destra.
Lato sterzo, i sensori (9) azioneranno attraverso un motorino elettrico (2) il pignone della raggiera (22) e quindi la raggiera (10) nel verso opposto e quindi con una rotazione che farebbe andare la vettura verso l?ostacolo. Nel nostro esempio (l?ostacolo a sinistra), far? ruotare la raggiera in senso antiorario (la vettura ruoter? in senso orario se l?ostacolo ? rilevato dal sensore ad ultrasuoni di destra).
Si noti quindi che la rotazione della raggiera (10) e del Ring (18), a parit? di posizione dell?ostacolo/linea stradale, hanno un verso opposto.
In questa modalit?, il driver sentir? sullo sterzo il feedback dovuto sostanzialmente al servosterzo (6) che alleggerisce il suo sforzo, eventualmente sommato algebricamente alla coppia generata dal secondo pignone (7) dell?aid (3).
A) E? come B ma senza aid (3) (non alimentato in questa modalit?). In pratica ci sar? solamente un aiuto visivo e nessun intervento dell?aid (3) sulla cremagliera dell?asse delle ruote (21). Il questo caso, il driver sentir? sullo sterzo il feedback dovuto sostanzialmente al servosterzo (6) che alleggerisce il suo sforzo e nessun feedback aggiuntivo dovuto ai sensori (9), ma tale feedback, anche se solo visivo, possa essere di aiuto al driver per assolvere al task E) E? come A ma senza neppure l?aiuto visivo: il circuito della Clutch (4) che aziona il dispositivo di frizione (17) (vd Figura 3 e Figura 2) viene alimentato facendo accoppiare la raggiera (10) con lo sterzo (14) (prima di attivare il circuito elettrico della Clutch pu? essere dato un impulso elettrico per la formazione di un campo magnetico per fare allineare il punto neutro della raggiera con il punto neutro dello sterzo). L?input del driver (13) ? l?unico input (di interesse di questa invenzione) della centralina (5) del servosterzo (6) che azioner? l?asse delle ruote (21). Il questo caso, il driver sentir? sullo sterzo il feedback dovuto sostanzialmente al servosterzo che alleggerisce il suo sforzo e nessun feedback aggiuntivo dovuto ai sensori. In questo caso, neppure il circuito elettrico (2) ? alimentato.
C) In pi? rispetto alla modalit? B c?? il fatto che la raggiera (10), tramite per esempio un elettromagnete o la Clutch (17) di Figura 3, viene resa solidale allo sterzo (14) per qualche istante o secondo. Il driver, di conseguenza, se c?? un ostacolo che si avvicina sulla sinistra, sentir? lo sterzo che si muove verso l?ostacolo, ma di fatto, la ?stessa? rotazione ma nel verso opposto (di entit? almeno uguale) viene sommata a quella del driver, sulla cremagliera (21) della ruote. Quindi in quei pochi istanti o secondi l?input della centralina sar? solo quello del driver (13) (se CR e CA si annullano), poi quando il magnete/Clutch (17) viene disaccoppiato l?input della centralina sar? costituito dalla somma tra l?input del driver (13) e dell?input (3) dei sensori (9) e contestualmente la raggiera (10) continuer? a muoversi ma senza che il driver la senta apticamente. Perch? se CR e CA si annullino, si deve fare in modo che le rotazioni di raggiera (10) e secondo pignone (7) siano uguali per esempio scegliendo adeguatamente i diametri di pignone della raggiera (10) e pignone (7) o fornendo lato Ring una coppia maggiore. Il driver sentir? per pochi istanti o secondi il feedback della raggiera sullo sterzo e poi il feedback dovuto sostanzialmente al servosterzo (6) che alleggerisce il suo sforzo, eventualmente sommato alla coppia generata dal secondo pignone (7) dell?aid.
D) Finch? ? selezionata questa modalit?, l?accoppiamento tra raggiera (10) e sterzo (14) viene mantenuto e quindi valgono tutte le considerazioni che sono state fatte nel caso precedente, ossia come nei primi istanti o secondi della modalit? C qui sopra, in cui raggiera (10) e sterzo (14) sono solidali. Il questo caso, il driver sentir? per tutto il tempo in cui questa modalit? ? selezionata, il feedback della raggiera sullo sterzo, (l?input della centralina (5) sar? solo quello del driver (13), se CR e CA si annullano), oltre al feedback dovuto al servosterzo (6) che alleggerisce il suo sforzo.
Mentre nella versione DBW (e a maggior ragione nella versione per videogames) si ha tutta la comodit? di sommare attraverso la centralina/eleaboratore (11) le due coppie (CD e CA) se e quando si vuole (a seconda della modalit? di guida selezionata), nella versione meccanica c?? da considerare, nel caso di treno epicicloidale (8), che viene prodotto un output del portatreno (20) differente a seconda che il Ring (18) sia fermo o in movimento.
Infatti:
- se il Ring (18) ? fermo (o perch? il circuito elettrico (2) non ? alimentato: modalit? di guida A, E; o perch? l?oggetto ? a una distanza in valore assoluto superiore rispetto a quella impostata), il secondo pignone (7) del portatreno (20) avr? una rotazione pari a circa 1/3 rispetto a quella imposta dal driver attraverso il pignone Sun (15). In questo caso si potr? dare in input alla centralina (5) del servosterzo (6), lo stesso angolo/coppia di sterzata (13) imposta dal driver sul pignone (1) e il servosterzo (6) sar? comandato dalle stesse curve memorizzate.
- se il Ring ? in movimento (modalit? di guida B, C, D e l?oggetto ? a una distanza in valore assoluto inferiore rispetto a quella impostata), il pignone del portatreno (7) avr? una rotazione diversa rispetto al solo Sun (15) o al solo Ring (18). Anche in questo caso l?input della centralina (5) del servosterzo (6) avr? lo stesso angolo/coppia di sterzata (13) letta sul pignone dello sterzo (1) e imposta direttamente dal driver. Qualsiasi movimento aggiuntivo prodotto dai sensori (3), ? appunto un?aggiunta che pu? essere scalata come si vuole per farla sentire al driver in maniera pi? o meno decisa. Si noti che se il driver non interviene sullo sterzo (14), il Ring (18) far? comunque curvare la macchina ma meno e l?ostacolo potrebbe comunque non essere evitato. Si pu? pensare a un?azione di sicurezza del tipo che se (3) ? alimentato e quindi produce una coppia e il pignone (1) non si muove (ossia la coppia di sterzata (13) ? nulla), allora un allarme sonoro o voce dice per esempio ?curvare a destra/sinistra?. In questo caso (Ring in movimento), sia AlfaSun l?angolo di sterzata imposto dal driver e sia AlfaRing l?angolo di ?sterzata? prodotto dai sensori (9), avremo 6 possibilit?:
a) Angolo di rotazione del Sun (15) (AlfaSun) e angolo di rotazione del Ring (18) (AlfaRing) hanno lo stesso verso e AlfaSun=AlfaRing: il pignone del portatreno (7) si muover? dello stesso angolo; il servosterzo (6) sar? comandato dalle stesse curve memorizzate (dalla coppia di sterzata imposta dal driver (13), dal numero di giri del motore, dalla velocit? del veicolo, dall?angolo di sterzata del driver AlfaSun, dalla velocit? di sterzata imposta dal driver e dalle curve caratteristiche memorizzate nella centralina (5), la centralina (5) ricava la coppia per la servo assistenza (6) che sar? la coppia attiva sulla cremagliera dell?asse delle ruote);
b) Angolo di rotazione del Sun (15) e angolo di rotazione del Ring (18) hanno lo stesso verso e AlfaSun>AlfaRing: il pignone del portatreno (7) si muover? di un angolo > rispetto a quello che si avrebbe qualora il Ring fosse fermo; a parit? di sterzata imposta dal driver (13), dal numero di giri del motore, dalla velocit? del veicolo, dall?angolo di sterzata del driver AlfaSun, dalla velocit? di sterzata imposta dal driver e dalle curve caratteristiche memorizzate nella centralina, alla coppia della servo assistenza del caso precedente (a) verr? sommata anche la coppia del pignone (7) del portatreno (20) e quindi, la coppia attiva sulla cremagliera dell?asse delle ruote (21), risulter? maggiore rispetto al caso precedente (a) (esempio: ostacolo a sinistra, sterzata somma maggiore a destra);
c) Angolo di rotazione del Sun (15) e angolo di rotazione del Ring (18) hanno lo stesso verso e AlfaSun<AlfaRing (ostacolo pi? vicino rispetto al caso precedente): il pignone (7) del portatreno (20) si muover? di un angolo > rispetto al caso precedente (b) e la coppia attiva sulla cremagliera dell?asse delle ruote (21) risulter? maggiore rispetto al caso precedente (b) (esempio: ostacolo pi? vicino a sinistra, sterzata somma maggiore a destra);
d) Angolo di rotazione del Sun (15) e angolo di rotazione del Ring (18) hanno verso opposto e ?(AlfaSun)=AlfaRing (esempio: il driver sta sterzando a destra e c?? un ostacolo a destra): il pignone (7) del portatreno (20) non si muoverebbe ma lo fa per effetto del solo servosterzo (6) (la coppia attiva sulla cremagliera dell?asse delle ruote (21) ? la stessa del primo caso (a)).
e) Angolo di rotazione del Sun (15) e angolo di rotazione del Ring (18) hanno verso opposto e in valore assoluto AlfaSun>AlfaRing (esempio: il driver sta sterzando a destra e c?? un ostacolo a destra lontano): il pignone (7) del portatreno si muover? di un angolo < rispetto a quella che si avrebbe qualora il Ring (18) fosse fermo; a parit? di sterzata imposta dal driver (13), dal numero di giri del motore, dalla velocit? del veicolo, dall?angolo di sterzata del driver AlfaSun, dalla velocit? di sterzata imposta dal driver e dalle curve caratteristiche memorizzate nella centralina, alla coppia della servo assistenza, alla coppia della servo assistenza (6) del caso precedente (d) verr? sottratta la coppia del pignone (7) del portatreno (20) e quindi, la coppia attiva sulla cremagliera dell?asse delle ruote (21), risulter? minore rispetto al caso precedente (d) (esempio: ostacolo a destra, sterzata somma minore a destra); f) Angolo di rotazione del Sun (15) e angolo di rotazione del Ring (18) hanno verso opposto e AlfaSun<AlfaRing (esempio: ostacolo a destra pi? vicino rispetto al caso precedente): il pignone (7) del portatreno (20) si muover? di un angolo > rispetto al caso precedente e alla coppia della servo assistenza (6) del caso precedente (e) verr? sottratta una coppia del pignone (7) del portatreno (20) maggiore rispetto al caso precedente (e) e quindi, la coppia attiva sulla cremagliera dell?asse delle ruote (21), risulter? maggiore rispetto al caso precedente (e) (esempio: la sterzata totale a destra sar? minore rispetto al caso precedente (e)).
L?attivazione/disattivazione delle 5 modalit? di guida, pu? essere fatta attraverso dei tasti che fungeranno da interruttore chiudendo/aprendo i diversi circuiti che vengono alimentati o meno, a seconda della modalit? scelta:
- Nella versione Meccanica (Figura 1 e Figura 4): se viene selezionato il tasto E viene alimentata la Clutch ma solo nel senso che sterzo e raggiera sono resi solidali ma di fatto nessun circuito o path ? attivo (nella Figura 1 in pratica viene considerato solo il path (100)); se viene selezionato il tasto A, viene alimentato il solo circuito del path (200) (Figura 1)/aid (2) (Figura 4); se viene selezionato il tasto B viene alimentato il solo circuito del path (200) (Figura 1)/aid (2) (Figura 4) e del motorino elettrico dell?aid (3) del Ring (Figura 4)/path (300) (Figura 1); se viene selezionato il tasto D, vengono alimentati tutti i circuiti dei path (200), (300), (400) (Figura 1)/aid (2) e (3) e circuito della Clutch (4) (Figura 4); se viene selezionato il tasto C, vengono alimentati tutti i circuiti dei path tranne quello della Clutch (400) (Figura 1)/(4) (Figura 4) che verr? alimentato solo per pochi istanti o secondi.
- Nella versione DBW (Figura 1 e Figura 2): se viene selezionato il tasto E viene alimentata la Clutch ma solo nel senso che sterzo e raggiera sono solidali ma di fatto nessun circuito o path ? attivo (nella Figura 1 in pratica viene considerato solo il path (100)); se viene selezionato il tasto A, viene alimentato il solo circuito del visual feedback della raggiera del path (200) (Figura 1)/aid (2) (Figura 2); se viene selezionato il tasto B viene alimentato il solo circuito del path (200) (Figura 1)/aid (2) (Figura 2) e la centralina/elaboratore (11 in Figura 2) utilizza l?input del motorino elettrico dell?aid (3) (Figura 2)/path (300) (Figura 1); se viene selezionato il tasto D, vengono alimentati tutti i circuiti degli aid (2), (3) (la centralina utilizza l?input del motorino elettrico dell?aid (3)), (4) (Figura 2)/path (200), (300), (400) (Figura 1); se viene selezionato il tasto C, vengono alimentati tutti i circuiti tranne quello della Clutch (4) (Figura 2)/path (400) (Figura 1) che verr? alimentato solo per pochi secondi.
Si noti che in entrambe le versioni (inclusa quella dei videogames), (100) (Figura 1)/(1) (Figura 2) ? sempre attivo perch? il driver deve avere sempre un ruolo attivo. L?aid (3) (Figura 2 e Figura 4)/path (300) (Figura 1) deve solo aiutarlo a svolgere il task, senza escluderlo!
Inoltre, sempre in tutte le versioni, si potrebbe impiegare un modello matematico del veicolo e fare in modo che l?aiuto intervenga solo se attraverso alcuni calcoli risulta che l?azione del driver al tempo t da sola non basta a portare in un tempo t+1 il veicolo a una distanza maggiore rispetto al valore di attivazione (un determinato valore scelto a seconda del particolare task, combinato con una certa soglia di tolleranza per evitare problemi di instabilit? del sistema nel senso di oscillazioni intorno alla distanza target).
Claims (10)
1. Sistema di sterzatura comprendente un organo di sterzo (14), montato ruotabile, la cui rotazione ? volta a trasmettere primi segnali di comando ad una scatola dello sterzo, la quale scatola dello sterzo imposta l?angolazione della sterzatura delle ruote di un veicolo,
caratterizzato dal fatto che
l?organo di comando (14) comprende una raggiera (10) montata internamente a detto organo di comando (14) in maniera ruotabile rispetto a detto organo di comando (14),
essendo presente un sistema di sensori (9) volto a rilevare la distanza del veicolo da punti di riferimento, quali oggetti, strisce stradali o simili, il detto sistema di sensori essendo collegato alla detta raggiera (10) e alla detta scatola dello sterzo, il detto sistema di sensori (9) essendo configurato per generare secondi segnali di comando per impostare l?angolazione della sterzatura delle ruote di un veicolo,
comprendendo il detto sistema di sensori (9) mezzi di attivazione della rotazione della raggiera (10).
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui ? presente un dispositivo di frizione (17) configurato per rendere solidali l?organo di comando (14) la raggiera (10) in base alle modalit? di guida del veicolo.
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 e la rivendicazione 2, in cui ? previsto un dispositivo di selezione delle modalit? di guida, il quale dispositivo di selezione imposta le condizioni di funzionamento del sistema di sensori (9.
4. Sistema secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui il detto organo di comando (14) ? collegato alla scatola dello sterzo attraverso mezzi di trasmissione meccanica.
5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui i detti mezzi di trasmissione meccanica comprendono un treno epicicloidale (8) con un pignone dello sterzo (15), il quale pignone dello sterzo (15) viene attivato dalla coppia agente sull?organo di comando (14) e aziona a rotazione un anello dentato (18), che produce una coppia attraverso la rotazione di un secondo pignone (7) solidale con il portatreno (20) del treno epicicloidale (8) che fornisce come output una coppia che agisce sull?asse delle ruote (21) del veicolo.
6. Sistema secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni da 1 a 3, in cui il detto organo di comando (14) ? collegato alla scatola dello sterzo attraverso mezzi di trasmissione elettrica.
7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui i detti mezzi di trasmissione elettrica comprendono un sensore di coppia (13) nell?organo di comando (14) configurato per leggere il momento torcente esercitato sull?organo di comando (14), il quale momento torcente ? convertito in movimento assiale dell?asse delle ruote attraverso una elettrovalvola (12).
8. Sistema secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui la detta scatola dello sterzo comprende un sistema di generazione di un ambiente virtuale, in cui ? presente un veicolo virtuale comprendente il detto sistema di sensori (9).
9. Sistema secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui sono previsti mezzi di regolazione dell?entit? della coppia applicata sulla raggiera e/o sull?asse delle ruote a partire dai secondi segnali di comando, sulla base della distanza del veicolo dai detti punti di riferimento.
10. Metodo di comando di un veicolo, il quale metodo utilizza il sistema secondo una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 9,
caratterizzato dal fatto che sono previsti i seguenti passi:
a) rotazione dell?organo di comando in un determinato verso,
b) rilevazione della distanza del veicolo rispetto ad uno o pi? punti di riferimento,
c) rotazione della raggiera nel verso opposto al verso di rotazione dell?organo di comando necessario per assolvere un task e sulla base della distanza rilevata,
d) generazione di una coppia da trasmettere alla scatola dello sterzo sulla base della distanza rilevata e dello stesso verso della coppia necessaria per assolvere al task.
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