ITBO20070598A1

ITBO20070598A1 - Metodo di controllo dell'angolo di assetto di un veicolo a trazione posteriore durante la percorrenza di una curva

Info

Publication number: ITBO20070598A1
Application number: IT000598A
Authority: IT
Inventors: Martino Cavanna; Francesco Farachi
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-01
Also published as: US8463498B2; ATE502830T1; WO2009027801A1; US20110046849A1; EP2183137A1; EP2183137B1; DE602008005755D1

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo dell'angolo di assetto (in inglese "side slip angle")di un veicolo a trazione posteriore durante la percorrenza di una curva.

La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad una automobile sportiva ad alte prestazioni, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.

ARTE ANTERIORE

Una moderna automobile sportiva ad alte prestazioni presenta la trazione posteriore, in quanto tale soluzione è la più appagante in termini di prestazioni su strada e di piacere di guida.

Infatti, una automobile a trazione posteriore durante la percorrenza di una curva ha un comportamento sovrasterzante e quindi, provocando il pattinamento delle ruote posteriori motrici durante la percorrenza di un curva, permette di percorrere la curva stessa con un certo angolo di assetto (cioè con l'automobile ruotata verso 1'interno della curva) e con i pneumatici che scivolano verso l'esterno della curva. Tuttavia, percorrere una curva con le ruote posteriori motrici in pattinamento è una manovra particolarmente complessa, in quanto in questa condizione l'equilibrio dinamico dell'automobile è particolarmente instabile e può facilmente degenerare in un testa coda,· di conseguenza, tale manovra di guida che è molto spettacolare e molto apprezzata dai guidatori è riservata ai piloti professionisti o semiprofessionisti .

DE102004053785A1 descrive un sistema di controllo di un veicolo a trazione posteriore durante la percorrenza di una curva; il guidatore può preimpostare un certo grado di deriva del veicolo e durante la percorrenza di una curva il sistema di controllo agisce direttamente ed autonomamente dal guidatore per imprimere al veicolo 1'angolo di assetto desiderato. Tuttavia, il sistema di controllo proposto in DE102004053785A1 risulta poco pratico, poco appagante e potenzialmente pericoloso, in quanto non permette al guidatore di mantenere un controllo istantaneo sull'angolo di assetto del veicolo durante la percorrenza di un curva.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di controllo dell'angolo di assetto di un veicolo a trazione posteriore durante la percorrenza di una curva, il quale metodo di controllo sia privo degli inconvenienti sopra descritti, sia nel contempo di facile ed economica implementazione, e permétta anche ad un guidatore non particolarmente esperto di percorrere in sicurezza una curva con le ruote posteriori motrici in pattinamento.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo dell'angolo di assetto di un veicolo a trazione posteriore durante la percorrenza di una curva secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 illustra una vista schematica ed in pianta di una automobile a trazione posteriore implementante il metodo di controllo della presente invenzione;

• la figura 2 illustra una vista laterale schematica di un pedale dell'acceleratore dell'automobile della figura 1; e • le figure 3 e 4 illustrano due grafici relativi al controllo della coppia motrice e dell'angolo di assetto in funzione della posizione del pedale dell'acceleratore della figura 2.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una automobile provvista di due ruote 2 anteriori e di due ruote 3 posteriori motrici, che ricevono la coppia Tm motrice da un sistema 4 di motopropulsione .

Il sistema 4 di motopropulsione comprende un motore 5 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore ed è provvisto di un albero 6 motore, ed una trasmissione 7 servocomandata, la quale trasmette la coppia Tm motrice generata dal motore 5 a combustione interna verso le ruote 3 posteriori motrici e comprende una frizione 8 servocomandata alloggiata in una campana solidale al motore 5 a combustione interna.

La frizione 8 è interposta tra l'albero 6 motore ed un albero 9 di trasmissione terminante in un cambio 10 meccanico servocomandato, il quale è disposto in posizione posteriore ed è provvisto di un albero primario collegato all'albero 9 di trasmissione e di un albero secondario collegato ad un differenziale 11 da cui partono una coppia di semiassi 12 solidali alle ruota 3 posteriore motrici. L'automobile 1 comprende inoltre un impianto 13 frenante (schematicamente illustrato) comprendente quattro freni a disco, ciascuno dei quali è accoppiato ad una rispettiva ruota 2 o 3.

All'interno di un abitacolo dell'automobile 1 è presente un volante 14, il quale è atto ad imprimere un angolo di sterzatura alle ruote 2 anteriori mediante un sistema di sterzatura servoassistito, un comando del freno costituito da un pedale 15 del freno, il quale è atto a comandare l'impianto 13 frenante per generare una coppia di frenatura sulle ruote 2 e 3, ed un comando dell'acceleratore costituito da un pedale 16 dell'acceleratore, il quale è atto a regolare la coppia Ittimotrice generata dal motore 5 a combustione interna.

L'automobile 1 comprende inoltre una centralina 17 elettronica di controllo (illustrata schematicamente) , la quale controlla il sistema 4 di motopropulsione e quindi pilota il motore 5 a combustione interna e la trasmissione 7 servocomandata . La centralina 17 elettronica di controllo è collegata ad una serie di sensori 18, i quali sono distribuiti all'interno dell'automobile 1 e sono atti a rilevare in tempo reale rispettivi parametri dell'automobile 1, quali, ad esempio la velocità di avanzamento dell'automobile 1, l'angolo di sterzatura dell'automobile 1, la velocità di imbardata dell'automobile 1, l'accelerazione laterale dell'automobile 1, l'accelerazione longitudinale dell'automobile 1, la velocità di rotazione di ciascuna ruota 3 posteriore motrice, la posizione del pedale 16 dell'acceleratore, la posizione del pedale 15 del freno, la coppia Tm motrice generata dal motore 5 a combustione interna e l'angolo β di assetto dell'automobile 1, cioè l'angolo esistente tra la direzione di avanzamento dell'automobile 1 e l'asse longitudinale dell'automobile 1 stessa. Risulta chiaro che la centralina 17 elettronica di controllo può essere composta da più unità di elaborazione fisicamente separate e tra loro collegate, ad esempio, da un BUS dati; inoltre, per rilevare uno o più parametri dell'automobile 1 invece di un sensore 18 fisico può essere utilizzato un algoritmo stimatore implementato dalla centralina 17 di controllo stessa.

Normalmente, la centralina 17 elettronica di controllo rileva la posizione del pedale 16 dell'acceleratore che si sposta lungo una corsa predeterminata ed utilizza la posizione del pedale 16 dell'acceleratore per controllare direttamente la generazione della coppia Tm motrice in modo tale che la coppia Tm motrice generata sia funzione della posizione del pedale 16 dell'acceleratore, in altre parole, la centralina 17 elettronica di controllo determina la coppia Tm motrice desiderata in funzione della posizione del pedale 16 dell'acceleratore e quindi pilota il motore 5 a combustione interna per fare generare al motore 5 a combustione interna la coppia Tm motrice desiderata.

Durante la percorrenza di una curva {rilevabile ad esempio in funzione della posizione angolare dello sterzo 14), la centralina 17 elettronica di controllo utilizza in modo diverso la posizione del pedale 16 dell'acceleratore; in particolare, secondo quanto illustrato nella figura 2 durante la percorrenza di una curva la centralina 17 elettronica di controllo divide la corsa S del pedale 16 dell'acceleratore in una prima parte PI iniziale ed in una seconda parte P2 finale tra loro divise da un punto D di delimitazione. Come illustrato nella figura 3, quando il pedale 16 dell'acceleratore si trova nella prima parte PI iniziale della corsa S la centralina 17 elettronica di controllo utilizza la posizione del pedale 16 dell'acceleratore per controllare direttamente la generazione della coppia Tm motrice in modo tale che la coppia Tm motrice generata sia funzione della posizione del pedale 16 dell'acceleratore; invece, come illustrato nella figura 4 quando il pedale 16 dell'acceleratore si trova nella seconda parte P2 finale della corsa S la centralina 17 elettronica di controllo utilizza la posizione del pedale 16 dell'acceleratore per controllare direttamente un angolo β di assetto dell'automobile 1 durante la percorrenza della curva in modo tale che l'angolo β di assetto sia funzione della posizione del pedale 16 dell'acceleratore.

E' importante osservare che a titolo esemplificativo nelle figure 3 e 4 le leggi che legano la posizione del pedale 16 dell'acceleratore alla coppia Tm motrice (prima parte PI iniziale della corsa S) ed all'angolo β di assetto (seconda parte P2 finale della corsa S) sono lineari e direttamente proporzionali. Ovviamente, le leggi che legano la posizione del pedale 16 dell'acceleratore alla coppia Tm motrice ed all'angolo β di assetto potrebbero essere di qualsiasi tipo (ad esempio paraboliche,· inoltre, le leggi che legano la posizione del pedale 16 dell'acceleratore alla coppia Tm motrice ed all'angolo β di assetto potrebbero venire impostate dal guidatore in base alle proprie capacità di guida (ad esempio mediante un apposito commutatore) o potrebbero venire impostate automaticamente dalla centralina 17 elettronica di controllo in funzione ad esempio in base allo stato psico-fisico del guidatore .

Il punto D di delimitazione tra la prima parte PI e la seconda parte P2 della corsa S del pedale 16 dell'acceleratore è variabile ad ogni curva percorsa dal automobile 1; in altre parole, il punto D di delimitazione tra la prima parte Pi e la seconda parte P2 della corsa S del pedale 16 dell'acceleratore non è fisso e predeterminato, ma viene di volta in volta determinato durante la percorrenza di ciascun curva.

Per ciascuna curva percorsa dall'automobile 1 il punto D di delimitazione tra la prima parte PI e la seconda parte P2 della corsa S del pedale 16 dell'acceleratore coincide con il punto in corrispondenza del quale inizia a manifestarsi uno scorrimento (pattinamento) longitudinale delle ruote 3 posteriori motrici, o, in alternativa, coincide con il punto in corrispondenza del quale inizia a manifestarsi un angolo β di assetto significativo (cioè superiore ad un valore di soglia predefinito) della automobile 1. Da quanto sopra esposto risulta chiaro che non in tutte le curve che vengono percorse dall'automobile 1 viene rilevata la posizione del punto D di delimitazione tra la prima parte PI e la seconda parte P2 della corsa S del pedale 16 dell'acceleratore; infatti, la posizione del punto D di delimitazione viene determinata solo se il guidatore provoca uno scorrimento (pattinamento) longitudinale delle ruote 3 posteriori motrici e/o un angolo β di assetto significativo della automobile 1.

E' importante osservare che durante la percorrenza di una curva lo scorrimento (pattinamento) longitudinale delle ruote 3 posteriori motrici e l'angolo β di assetto della automobile 1 sono legati, infatti durante la percorrenza di una curva il manifestarsi di uno scorrimento (pattinamento) longitudinale delle ruote 3 posteriori motrici implica che l'automobile 1 abbia un certo angolo β di assetto non nullo.

La forza laterale generata dai pneumatici 2 e 3 dell'automobile 1 è inizialmente crescente con l'aumentare dell'angolo β di assetto (oltre un certo valore di angolo β di assetto la forza laterale generata dai pneumatici 2 e 3 dell'automobile 1 è decrescente con l'aumentare dell'angolo β di assetto) ed è sempre decrescente con 1 'aumentare dello scorrimento (pattinamento) longitudinale. Durante la percorrenza di una curva la forza laterale che i pneumatici 2 e 3 dell'automobile 1 devono generare è essenzialmente funzione del raggio di curvatura e della velocità di percorrenza; quindi, una stessa forza laterale dei pneumatici 2 e 3 può essere generata con scorrimento (pattinamento) longitudinale nullo ed angolo β di assetto nullo oppure può essere generata con uno scorrimento (pattinamento) longitudinale (relativamente) elevato e quindi un corrispondente angolo β di assetto (relativamente) elevato .

Secondo una preferita forma di attuazione, quando il pedale 16 dell'acceleratore si trova nella seconda parte P2 finale della propria corsa S la centralina 17 elettronica di controllo rileva la posizione del pedale 16 dell'acceleratore, determina un angolo β di assetto desiderato in funzione della posizione del pedale 16 dell'acceleratore lungo la seconda parte P2 finale della corsa S, e pilota la generazione della coppia Tm motrice per imprimere all'automobile 1 l'angolo β di assetto desiderato durante la percorrenza della curva. Ad esempio, la centralina 17 elettronica di controllo potrebbe determinare uno scorrimento longitudinale desiderato delle ruote 3 posteriori motrici in funzione dell'angolo β di assetto desiderato e quindi potrebbe pilotare la generazione della coppia Tm motrice per imprimere alle ruote 3 posteriori motrici lo scorrimento longitudinale desiderato durante la percorrenza della curva.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nella figura 4, la centralina 17 elettronica di controllo determina un angolo pmax di deriva massimo durante la percorrenza della curva per evitare la perdita di controllo del automobile 1 (ovviamente con un adeguato margine di sicurezza) e quindi fa corrispondere un angolo β di assetto nullo al punto iniziale della seconda parte P2 della corsa S del pedale 16 dell'acceleratore e fa corrisponderne l'angolo pniax di deriva massimo al punto finale della seconda parte P2 della corsa S del pedale 16 dell'acceleratore .

Secondo una preferita forma di attuazione, durante la percorrenza della curva con un angolo β di assetto non nullo la centralina 17 elettronica di controllo determina un angolo di sterzatura ottimo ed agisce sul volante 14 dell'automobile 1 per segnalare al guidatore la posizione dell'angolo di sterzatura ottimo. Tale segnalazione della posizione dell'angolo di sterzatura ottimo potrebbe avvenire facendo vibrare il volante 14 quando 1'angolo di sterzatura effettivo è (significativamente) diverso dall'angolo di sterzatura ottimo. In alternativa o in combinazione, tale segnalazione della posizione dell'angolo di sterzatura ottimo potrebbe avvenire modificando la curva di asservimento del sistema di sterzatura per creare un punto di minimo della forza richiesta per la rotazione del volante 14 in corrispondenza dell'angolo di sterzatura ottimo; in questo modo, il guidatore verrebbe naturalmente guidato verso l'angolo di sterzatura ottimo e dovrebbe esercitare un forza elevata per mantenere il volante 14 in una posizione significativamente diversa dall'angolo di sterzatura ottimo.

Nell'esempio di attuazione illustrato nei disegni allegati, il metodo di controllo dell'angolo di assetto è applicato ad una automobile (cioè un autoveicolo) provvista di quattro ruote in cui il comando dell'acceleratore è costituito da un pedale 16 dell'acceleratore; è importante sottolineare che secondo una diversa forma di attuazione il metodo di controllo dell'angolo di assetto potrebbe venire applicato ad una motocicletta (cioè un motoveicolo) provvista di due o tre ruote (tipicamente due ruote anteriori ed una ruota posteriore) in cui il comando dell'acceleratore è costituito da una manopola dell'acceleratore. Di conseguenza, in generale, il sopra descritto metodo di controllo dell'angolo di assetto è applicabile ad un qualsiasi tipo di veicolo a trazione posteriore e provvisto di un comando dell'acceleratore .

Il metodo di controllo sopra descritto presenta numerosi vantaggi, in quanto risulta di utilizzo semplice ed intuitivo per qualunque guidatore; infatti, il guidatore non deve fare altro che continuare ad agire sui comandi abituali (pedale 16 dell'acceleratore e volante 14) nel modo consueto per potere ottenere in sicurezza un angolo β di assetto non nullo. In altre parole, durante la percorrenza di una curva il guidatore deve solo continuare a premere il pedale 16 dell'acceleratore per fare in modo che si manifesti un angolo β di assetto e può regolare l'ampiezza dell'angolo β di assetto mediante il pedale 16 dell'acceleratore come avviene in una automobile 1 sportiva attuale priva di controllo della trazione; la differenza fondamentale rispetto ad una automobile 1 standard è che il pedale 16 dell'acceleratore non controlla più la generazione della coppia Tm motrice, ma controlla direttamente l'ampiezza dell'angolo β di assetto tra un valore nullo ed un valore massimo che garantisce ancora il controllo del automobile 1. Quindi anche se il guidatore affonda completamente il pedale 16 dell'acceleratore (cioè porta il pedale 16 dell'acceleratore a fine corsa), la centralina 17 elettronica di controllo mantiene l'cingolo β di assetto entro il valore massimo che garantisce ancora il controllo del automobile 1; la stessa manovra (affondamento del pedale 16 dell'acceleratore) in una automobile sportiva attuale priva di controllo della trazione porterebbe sicuramente alla perdita di controllo della automobile 1 e quindi alla sua uscita di strada in testacoda.

E' importante sottolineare che secondo il metodo di controllo sopra descritto il guidatore mantiene in ogni istante il pieno controllo della dinamica dell'automobile 1 potendo decidere di aumentare l'angolo β di assetto premendo ulteriormente sul pedale 16 dell'acceleratore o di diminuire/annullare l'angolo β di assetto rilasciando il pedale 16 dell'acceleratore. inoltre, tale pieno controllo viene ottenuto mediante comandi intuitivi e naturali (premere e rilasciare il pedale 16 dell'acceleratore) che vengono impartiti in modo istintivo senza necessità di un particolare addestramento.

Claims

R IV E N D I CA Z I ON I 1) Metodo di controllo dell'angolo (β) di assetto di un veicolo (1) a trazione posteriore durante la percorrenza di una curva; il metodo di controllo comprende le fasi di: rilevare la posizione di un comando (16) dell'acceleratore che si sposta lungo una corsa (S) predeterminata; ed utilizzare una prima parte (PI) iniziale della corsa (S) del comando (16) dell'acceleratore per controllare direttamente la generazione della coppia (Tm) motrice in modo tale che la coppia (Tm) motrice generata sia funzione della posizione del comando (16) dell'acceleratore; il metodo di controllo è caratterizzato dal fatto di comprendere la ulteriore fase di: utilizzare una seconda parte (P2) finale della corsa (S) del comando (16) dell'acceleratore per controllare direttamente un angolo (β) di assetto del veicolo (1) durante la percorrenza della curva in modo tale che l'angolo (β) di assetto sia funzione della posizione del comando (16) dell'acceleratore.
2) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui il punto (D) di delimitazione tra la prima parte (PI) e la seconda parte (P2) della corsa (S) del comando (16) dell'acceleratore è variabile ad ogni curva percorsa dal veicolo (1).
3) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 2, in cui per ciascuna curva percorsa dal veicolo (1) il punto (D) di delimitazione tra la prima parte (PI) e la seconda parte (P2) della corsa (S) del comando (16) dell'acceleratore coincide con il punto in corrispondenza del quale inizia a manifestarsi uno scorrimento longitudinale delle ruote (3) posteriori motrici .
4) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 2, in cui per ciascuna curva percorsa dal veicolo (1) il punto (D) di delimitazione tra la prima parte (PI) e la seconda parte (P2) della corsa (S) del comando (16) dell'acceleratore coincide con il punto in corrispondenza del quale inizia a manifestarsi un angolo (β) di assetto del veicolo (1).
5) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4 e comprendente le ulteriori fasi di: rilevare la posizione del comando (16) dell'acceleratore lungo la seconda parte (P2) finale della corsa (S); determinare un angolo (β) di assetto desiderato in funzione della posizione del comando (16) dell'acceleratore lungo la seconda parte (P2) finale della corsa (S) e pilotare la generazione della coppia (Tm) motrice per imprimere al veicolo (1) l'angolo (β) di assetto desiderato durante la percorrenza della curva.
6) Metodo secondo la rivendicazione 5 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare uno scorrimento longitudinale desiderato delle ruote (3) posteriori motrici in funzione dell'angolo (β) di assetto desiderato; e pilotare la generazione della coppia (Tm) motrice per imprimere alle ruote (3) posteriori motrici lo scorrimento longitudinale desiderato durante la percorrenza della curva.
7) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare un angolo (βΐΐΐηχ) di deriva massimo durante la percorrenza della curva per evitare la perdita di controllo del veicolo (1); fare corrispondere un angolo (β) di assetto nullo al punto iniziale della seconda parte (P2) della corsa (S) del comando (16) dell'acceleratore; e fare corrisponderne l'angolo (βιηηχ) di deriva massimo al punto finale della seconda parte (P2) della corsa (S) del comando (16) dell'acceleratore.
8) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7 e comprendente l'ulteriore fase di: determinare durante la percorrenza della curva con un angolo {{3) di assetto non nullo un angolo di stersatura ottimo; e agire su di un volante (14) del veicolo (1) per segnalare al guidatore la posizione dell'angolo di sterzatura ottimo.
9) Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui la fase di agire su di un volante (14) del veicolo (1) per segnalare al guidatore la posizione dell'angolo di sterzatura ottimo prevede di fare vibrare il volante (14) quando l'angolo di sterzatura effettivo è diverso dall'angolo di sterzatura ottimo.
10) Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui la fase di agire su di un volante (14) del veicolo (1) per segnalare al guidatore la posizione dell'angolo di sterzatura ottimo prevede di modificare la curva di asservimento del sistema di sterzatura per creare un punto di minimo della forza richiesta per la rotazione del volante (14) in corrispondenza dell'angolo di sterzatura ottimo.