ITMI20070068U1

ITMI20070068U1 - Sistema di controllo di sicurezza per un veicolo eletrico

Info

Publication number: ITMI20070068U1
Application number: IT000068U
Authority: IT
Inventors: Amihud Rabin
Original assignee: Sig Rabin Amihud
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2007-09-03
Also published as: CN101104385A; IL174061A0; US20070208483A1

Description

Descrizione del Modello di utilità dal titolo:

“Sistema di controllo di sicurezza per un veicolo elettrico”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Questo trovato si riferisce ad un sistema di controllo di sicurezza automatizzato per veicoli elettrici, in particolare a sistemi che controllano la velocità di un veicolo.

Il brevetto statunitense numero US 6,491,122 descrive uno scooter elettrico che ha un sistema di propulsione scambiabile in due modalità, una delle quali consente una velocità massima più elevata dell’altra. La modalità viene selezionata da un pulsante attivato dall’utente. Vengono fomiti un sensore di angolo di sterzata ed un interruttore ad inclinazione, che evitano che l’utente selezioni la modalità velocità elevata mentre sterza in maniera decisa o mentre scende lungo o attraversa un dossi ripidi. L’uscita del sensore di angolo di sterzata viene fornita ad un controllore, che può imporre al sistema di propulsione un limite sulla modalità a bassa velocità che diminuisce in maniera progressiva quando l’angolo di inclinazione aumenta. Lo scopo è di fornire una maggiore velocità per il veicolo quando viaggia su un terreno relativamente piatto e lungo una traiettoria relativamente rettilinea, senza creare un possibile funzionamento instabile durante la inclinazione, o su una superficie inclinata.

Il brevetto europeo numero EP 0321676 descrive un veicolo a propulsione elettrica progettato come scooter a tre ruote. Lo scooter presenta un rilevatore di posizione angolare sulle mote anteriori sterzanti, che misura la sua posizione relativa rispetto al telaio. Il segnale di uscita dal rilevatore di posizione angolare viene fornito ad un controllore di guida, in maniera tale che la velocità di guida venga ridotta quando l’angolo di sterzata aumenta.

Il brevetto statunitense numero US 6,615,937 descrive una sedia a rotelle motorizzata con ruote sinistra e destra guidate in maniera individuale,che vengono sterzate da una leva per immettere comandi di velocità e inclinazione. La sedia a rotelle è provvista di un sensore a retroazione di tasso di sterzata e di un movimento avanti/indietro, di un movimento laterale, e di sensori a retroazione accelerazione di moto verticale che sono integrati in un servosistema di controllo ad anello chiuso per controllare in maniera differenziata le ruote opposte. Una migliorata stabilità di moto della sedia a rotelle viene ottenuto attraverso la riduzione/eliminazione di un probabile scivolamento della sedia a rotelle e di un rovesciamento della sedia a rotelle durante il funzionamento della sedia a roteile.

In questa domanda, verranno utilizzati i seguenti termini:

Manovra (del veicolo) - una qualsiasi variazione nel moto rettilineo o circolare uniforme del veicolo;

Sistema di sterzata - sta a significare il cambio di direzione di moto dei veicolo. Il sistema di sterzata può essere controllato direttamente dall’ utente, o indirettamente tramite un controllore;

Parametro θ di sterzata - un parametro caratterizzante della condizione operativa (stato) del sistema di sterzata. Si considera che θ = 0 fornisce un moto lineare del veicolo. Il parametro θ può essere letteralmente l’angolo di inclinazione del manubrio dello scooter, o di una ruota sterzante, o di ruote anteriori di una automobile. Tuttavia, θ può essere inteso anche come una differenza fra le velocità angolari delle ruote sterzanti sinistra e destra, se esse sono alimentate e controllate in maniera indipendente.

Viene in questo modo fornito in confonnità di una realizzazione del trovato un metodo di controllare un veicolo motorizzato comprendente il monitoraggio di una caratteristica di movimento (come ma non limitandosi alla velocità) ed un criterio di stabilità di un veicolo, che rileva una variazione nella caratteristica di movimento del veicolo, e se il criterio di stabilità e la variazione nella caratteristica del movimento sono al di sopra dei rispettivi valori predefiniti, facendo in modo che una variazione nella velocità del veicolo (ad esempio, diminuendo una ampiezza della velocità dei veicolo e/o variando una direzione del veicolo) in maniera tale che il criterio di stabilità non sia più al di sopra del valore predefinito.

In conformità di una realizzazione del presente trovato, viene fornito un metodo per controllare un veicolo motorizzato sterzato da un utente umano, il veicolo comprendendo un sistema di propulsione elettrica controllato da un controllore computerizzato, ed un sistema di sterzata. L’utente fornisce un comando di velocità del veicolo al controllore computerizzato per raggiungere una velocità desiderata del veicolo, ed un comando di sterzata al sistema di sterzata. Il metodo include in maniera periodica misurazione e/o calcolo di valori di un insieme di variabili fisiche che includono almeno una variabile caratteristica di una manovra del veicolo e/o di una condizione esterna; memorizzando detti valori in maniera tale che un insieme di valori attuali ed almeno un insieme di valori passati della variabili fisiche siano disponibili; calcolando una condizione attesa di stabilità futura del veicolo utilizzando i valori attuali e passati, ed equazioni di moto in funzione del tempo per il veicolo; confrontando la condizione attesa ad un criterio di sicurezza predeterminato; e se viene soddisfatto il criterio di sicurezza, allora controllando la velocità del sistema di propulsione per raggiungere una velocità del veicolo in conformità del comando di velocità del veicolo; o se il criterio di sicurezza non viene soddisfatto, allora controllando la velocità del sistema di propulsione per raggiungere una velocità di sicurezza del veicolo in maniera tale che il criterio di sicurezza venga soddisfatto.

La velocità di s<i>curezza del veicolo può essere calcolata risolvendo al contrario le equazioni del moto utilizzando il criterio di sicurezza come una condizione.L’insieme di variabili fìsiche può includere la velocità del veicolo. La variabile fisica caratteristica di una manovra può essere l’ accelerazione laterale del veicolo e/o il tasso di inclinazione del veicolo. L’insieme di variabili può inoltre comprendere l’angolo di inclinazione laterale del terreno e/o l’angolo di pendenza in avanti del terreno. La velocità del veicolo può essere misurata e/o calcolata utilizzando uno o più dei seguenti:

- misurazione della corrente e/o tensione elettrica del sistema di propulsione;

- misurazione della velocità angolare di un motore utilizzato nel sistema di propulsione;

- misurazione della velocità angolare di una ruota del veicolo;

- misurazione della velocità del corpo del veicolo rispetto al terreno.

In una realizzazione, il metodo viene utilizzato con un sistema si sterzata meccanico con uno stato operativo caratterizzato da un parametro di sterzata (angolo) θ in cui il comando di sterzata è una variazione Δθ del parametro θ di sterzata imposto dall’utente in maniera indipendente dal controllore computerizzato. L’insieme di variabili può ulteriormente includere il parametro θ di sterzata la variazione Δθ imposta.

In un’altra realizzazione, il metodo viene utilizzato con un sistema di sterzata controllato da un controllore computerizzato, in cui il comando di sterzata è ima variazione Δθ scelta del parametro θ di sterzata, fornito al controllore da una opportuna interfaccia utente. L’insieme di variabili può ulteriormente includere il parametro θ di sterzata ed il comando di sterzata Δθ.

Se il criterio di sicurezza viene soddisfatto, il sistema di sterzata può essere controllato per eseguire il comando di sterzata. Se il criterio non viene soddisfatto, entrambi la velocità del sistema di propulsione ed il parametro θ di sterzata possono essere controllati per raggiungere una velocità dì sicurezza del veicolo ed un parametro di sterzata di sicurezza in modo che il criterio di sicurezza venga soddisfatto.

Il metodo può essere utilizzato con un sistema di propulsione che include ruote sinistra e destra del veicolo guidate in maniera indipendente ed un sistema di sterzata che include mezzi per un controllo individuale delle velocità angolari delle ruote sinistra e destra, il parametro θ di sterzata in questo caso si ottiene controllando le velocità angolari tramite il controllore computerizzato.

Alternativamente, i metodo può essere utilizzato con un sistema di sterzata che include un servomotore per curvare le ruote del veicolo motorizzato. In questo caso il parametro θ di sterzata (angolo) si ottiene controllando il servomotore tramite il controllore computerizzato.

In una qualsiasi realizzazione del metodo, quando il criterio di sicurezza non viene soddisfatto, e la velocità del sistema di propulsione viene controllata per raggiungere una velocità di sicurezza del veicolo ed un parametro di sicurezza di sterzata in maniera che il criterio di sicurezza venga soddisfatto, il controllo può imporre una condizione di decelerazione del veicolo sostanzialmente uniforme.

Il metodo può anche includere una fase iniziale di programmazione dei controllore computerizzato con dati caratterizzanti il veicolo e/o lutente come un corpo solido.

In conformità di un altro aspetto del presente trovato, viene previsto un sistema di controllo per controllare un veicolo motorizzato sterzato da un utente umano, il veicolo presentando un sistema di propulsione elettrica controllato da un controllore computerizzato, ed un sistema di sterzata. Il sistema di controllo può includere sensori per misurare in maniera periodica e/o mezzi per calcolare valori di un insieme di variabili fisiche che includono almeno una variabile caratteristica di una manovra del veicolo e/o una condizione esterna; mezzi di memoria per memorizzare i valori in modo che un insieme di valori attuali ed almeno un insieme di valori passati delle variabili fisiche siano disponibili' mezzi di computer per calcolare una condizione attesa di stabilità futura del veicolo utilizzando i valori attuali e passati e le equazioni di moto de! veicolo; mezzi di computer per confrontare la condizione attesa con un predeterminato criterio di sicurezza; e mezzi di controllo di sicurezza atti, se il criterio di sicurezza non viene soddisfatto, a generare un comando di velocità di sicurezza del veicolo e di trascurare il comando di velocità del veicolo in modo che il criterio di sicurezza venga soddisfatto.

Il sistema può includere sensori per misurare in maniera periodica e/o mezzi per calcolare valori attuali della velocità del veicolo. Questi sensori possono includere uno o piu dei seguenti: sensore di corrente e/o tensione elettrica per il sistema di propulsione; sensore di velocità angolare impegnato con un motore del sistema di propulsione; sensore di velocità angolare impegnato con una ruota del veicolo; sensore di velocità del veicolo rispetto al terreno. Il sistema può includere fra i sensori un accelerometro laterale o/e un sensore per misurare il tasso di inclinazione del veicolo. Il sistema può inoltre includere un sensore per misurare l’angolo di pendenza laterale del terreno e/o un sensore per misurare l’angolo di pendenza in avanti del terreno.

In una realizzazione, il sistema di controllo viene utilizzato con un sistema di sterzata meccanico caratterizzato da un parametro θ di sterzata (angolo), sistema di sterzata che è atto a variare l’angolo θ di sterzata tramite un comando di sterzata (variazione Δθ) imposto dall’utente direttamente ed in maniera indipendente dal controllore computerizzato. Il sistema di controllo può includere un sensore per misurare l’angolo θ di sterzata o la variazione θ.

In un altra realizzazione del sistema di controllo, il controllore computerizzato è atto a controllare il parametro θ di sterzata, ed il sistema di controllo presenta una adeguata interfaccia utente per immettere il comando di sterzata (variazione Δθ) nel controllore computerizzato. L’interfaccia può essere ad esempio una leva, un sensore di movimento della testa o un sensore per manubrio. I sensori possono includere un sensore per misurare il parametro θ di sterzata, in questa realizzazione, i mezzi di controllo di sicurezza possono essere atti, se il criterio di sicurezza non viene soddisfatto, a generare un comando combinato di velocità di sicurezza e di sterzata di sicurezza e a trascurare anche il comando di sterzata dellutente in maniera che il criterio di sicurezza venga soddisfatto.

In un caso, il sistema di propulsione può includere ruote sinistra e destra del veicolo guidata in maniera indipendente, mentre il sistema di sterzata include mezzi per un controllo individuale sulle velocità angolari delle ruote sinistra e destra. Il controllore computerizzato è atto a mantenere il parametro θ di sterzata controllando le velocità angolari.

In un altro caso, il sistema di sterzata può includere un servomotore per curvare le ruote del veicolo motorizzato. Il controllore computerizzato è allora atto a mantenere il parametro θ di sterzata (angolo) controllando il servomotore.

In tutte le realizzazioni, il sistema di controllo include mezzi per programmare il controllore computerizzato con dati caratterizzanti il veicolo e/o l’ utente umano come un corpo solido.

In una realizzazione del trovato, il sistema può indicare ad un conducente del veicolo se il criterio di stabilità e se la variazione nella caratteristica del movimento sono al di sopra dei rispettivi valori predefniti, in maniera che il conducente possa intraprendere una azione per stabilizzare il veicolo. Ad esempio, il sistema di controllo può inoltre comprendere mezzi di avvertimento per informare l’utente dei rilevamento di una condizione atesa critica e/o della non considerazione di un comando di velocità del veicolo o di sterzata, ad esempio, un segnale visivo, audio o di vibrazione. Il sistema di controllo può anche comprendere mezzi per il calcolo di un margine di sicurezza per la variazione del parametro θ di sterzata in funzione di valori attuali delle variabili fisiche che includono la velocità attuale del veicolo, ed un mezzo indicatore per informare l’utente di quel margine di sicurezza. Ad esempio, una serie di elementi scambiabili di emissione/riflessione della luce può essere adeguatamente disposta nel campo visivo dell’utente.

Condizioni in cui si potrebbe perdere la stabilità del veicolo dipendono da variabili come la velocità, l’inclinazione del terreno, ecc. Anche il tasso al quale si avvicina l’instabilità è sensibile a queste variabili.

Tentativi di evitare l’insorgere dell’ instabilità sono molto più efficaci quando il controllore sta utilizzando il metodo di previsione del presente trovato. Senza previsione delle condizioni future, il veicolo è svantaggiato in confronto ad un veicolo che utilizza il rilevatore controllato in una delle seguenti maniere:

- il veicolo perderà il controllo più spesso;

- il controllore utilizzerà margini di sicurezza per limitare la velocità (o l’angolo di inclinazione), facendo in modo che il veicolo sia lento.

Allo scopo di comprendere il trovato a di vedere quanto possa essere realizzato in pratica, verranno ora descrite delle realizzazioni, solamente come esempi non limitativi, con riferimento agli annessi disegni, in cui:

la fìg. 1 è un veicolo per golf a quattro ruote controllato secondo il metodo del presente trovato;

la fig. 2 è una illustrazione schematica del controllo di velocità/potenza del veicolo per golf in fìg. 1;

la fig. 3 è uno schema del flusso di dati in ingresso nel rilevatore controllato del presente trovato;

la fig. 4 è uno schema delle forze trasversali agenti sul veicolo per golf in fig. 1; la fig. 5 è uno scooter a tre ruote controllato dal metodo del presente trovato; la fig. 6 è una illustrazione schematica del controllo di velocità/potenza della sedia a rotelle elettrica in fìg. 7;

la fig. 7 è una sedia a rotelle elettrica controllata secondo il metodo del presente trovato;

la fìg. 8 è una illustrazione schematica del controllo di velocità/potenza della sedia a rotelle elettrica in fig. 7;

la fig. 9 è uno schema del flusso di dati in ingresso al rilevatore controllato della sedia a rotelle di fig. 7;

la fig. 10 è un’automobile elettrica con sterzata elettromeccanica controllata dal metodo del presente trovato;

la fig. 11 è una illustrazione schematica del controllo di velocità/potenza dell’automobile elettrica in fig. 10; e

la fig. 12 è uno schema delle accelerazioni trasversali agenti sul veicolo per golf di fig. 1.

Con riferimento alle fig. 1 e 2, viene mostrato un veicolo 10 a quattro ruote come esempio di veicolo a motore elettrico con sterzata meccanica. Il veicolo 10 ha una coppia di ruote posteriori 12 guidate da un motore 14 di azionamento (mostrato in fig.

2) ed una coppia di ruote 16 anteriori che possono essere sterzate manualmente tramite una ruota 18 per sterzata. Il motore 14 di azionamento guida le ruote 12 posteriori tramite un differenziale (non mostrato), per consentire alle ruote 12 di ruotare a differenti velocità sulle curve. Il motore 14 di azionamento può includere ingranaggi di riduzione o cose simili, per ridurre la velocità di rotazione del motore elettrico reale a quella delle ruote 12. il motore elettrico può essere un motore semplice, ad esempio, un motore a magneti permanenti a spazzole in corrente continua o un motore senza spazzole in corrente continua o alternata.

L’utente siede su un sedile 20 e sterza il veicolo 10 tramite la ruota 18 sterzante. Girando la ruota 18, l’utente direttamente ruota le ruote 16 anteriori. L’utente controlla la velocità del veicolo 10 tramite un pedale 22, che è in maniera imperniata montato sul piano del veicolo sotto l’albero della ruota sterzante. Il pedale 22 è dotato si un sensore 24, che rileva quanto a fondo si muove il pedale. Più il pedale 22 viene premuto verso il piano, maggiore è la velocità selezionata. Un segnale di velocità selezionata (comando di velocità del veicolo) generato dal sensore 24 viene trasmesso ad un controllore 36, che controlla il motore elettrico per raggiungere la velocità selezionata.

Con riferimento anche alla fig. 3, il controllore 26 è un servo controllore con capacità di calcolo in tempo reale. Il controllore 26 misura in maniera periodica la velocità del motore di azionamento rilevando la corrente e/o la tensione 27 del motore elettrico, o ricevendo segnali di indicazione della velocità da un sensore 28 di velocità angolare come un tachimetro, un encoder, ecc.

Il controllore 26 calcola la velocità del veicolo dalla velocità del motore di azionamento e dal noto rapporto di trasmissione. È anche possibile ottenere la velocità del veicolo rilevando la velocità angolare di altre parti in rotazione del veicolo come le ruote 12, ad esempio, e fornendo il segnale 29 al controllore 26. Il controllore 26 può usare la velocità calcolata del veicolo come retroazione per raggiungere la velocità del veicolo selezionata.

Il sistema di controllo del presente trovato può anche includere almeno un sensore reattivo ad una manovra del veicolo 10 sterzato meccanicamente, ad esempio, un sensore 32 di velocità angolare che misura il tasso di inclinazione del veicolo 10. Esso può avere ad esempio la struttura di un giroscopio.

Come accennato in precedenza, in una realizzazione del trovato, il sistema può indicare ad un conducente del veicolo se il criterio di stabilità e la variazione nella caratteristica del movimento sono al di sopra dei rispettivi valori predefniti, in maniera che il conducente possa intraprendere una azione per stabilizzare il veicolo. Ad esempio, il sistema di controllo può inoltre comprendere mezzi di avvertimento (che possono essere incorporati nel controllore 26, ad esempio) per informare l’utente del rilevamento di una condizione attesa critica e/o di ima non considerazione di un comando di velocità del veicolo o di sterzata del veicolo, ad esempio, un segnale visivo, audio o di vibrazione. In una realizzazione, il sistema di controllo del trovato può comprendere una costruzione molto semplice. Uno qualsiasi dei sensori descritti in precedenza o successivamente o una combinazione di essi, come sensori di velocità, accelerometri e cose simili, può essere utilizzato per rilevare se la velocità del veicolo o l’accelerazione (o altro parametro) sono considerati pericolosi o minacciosi per la stabilità del veicolo e del conducente. Questo sensore può essere in comunicazione operativa con i mezzi di avvertimento (ad esempio, il controllore 26) per presentare un avvertimento al conducente. Ad esempio, se il sensore rileva un parametro pericoloso o minaccioso per la stabilità del veicolo e del conducente, i mezzi di avvertimento possono emettere un forte avvertimento acustico (o un avvertimento visivo come luci lampeggianti). Il conducente può reagire in maniera istantanea all’avvertimento per rallentare e/o raddrizzare il veicolo, senza nessun bisogno per mezzi non umani (come il sistema di controllo) di rallentare il veicolo.

Condizioni in cui il veicolo può perdere il controllo possono insorgere in un periodo di tempo molto breve. Pertanto, il controllore campione in maniera periodica i sensori, in ripetuti brevi intervalli di tempo e calcola valori attesi delle variabili del moto come, ad esempio, velocità, velocità di inclinazione angolare, accelerazione laterale ecc. per un prossimo momento futuro, in questo modo “guardando in avanti” nel comportamento del veicolo.

I valori attesi si ottengono utilizzando valori attuali delle variabili del moto e le ultime informazioni sul tasso di variazione di queste variabili, utilizzando equazioni di moto del veicolo. Come esempio, il tasso ω di inclinazione può essere previsto:

ω2= ω1+ dω /dT (T2- T1)

In cui

ω1- velocità angolare misurata al tempo attuale Τ1;

ω2- velocità angolare attesa al tempo T2> T1;

dco/dT - valore attuale del tasso di variazione della velocità angolare.

Il tasso di variazione della velocità angolare può essere calcolato in numerose maniere al di fuori delle attuali e passate memorizzate misurazioni della velocità angolare. Ad esempio, possono essere utilizzate una estrapolazione lineare o una estrapolazione polinomiale o qualsiasi altra approssimazione matematica adeguata.

Una volta che il controllore ha calcolato i valori attesi delle variabile del moto, sono soliti calcolare le forze ed i momenti attesi che agiranno sul veicolo. Le forze ed i momenti attesi costituiscono una condizione attesa del veicolo che caratterizza il suo comportamento.

Il sistema di controllo presenta un criterio di stabilità che viene programmato nel controllore e viene utilizzato per una valutazione della condizione attesa. Se la condizione attesa non soddisfa il criterio di stabilità, ci si attende che il veicolo perda stabilità o almeno inizi a perdere la stabilità. Ad una tale condizione attesa ci si riferisce come ad una condizione critica. Se il controllore rileva una condizione attesa critica esso imporrà al motore una variazione di velocità per una ‘'velocità di sicurezza”, e di conseguenza una variazione della velocità del veicolo per una velocità di sicurezza del veicolo, trascurando il comando di velocità del veicolo impostato dall’utente. La velocità di sicurezza dei veicolo può essere calcolata dal controllore in tempo reale per l’attuale combinazione di variabili del moto o di altre condizioni date, ad esempio tramite risoluzione inversa delle equazioni dì moto. L’imposizione della velocità di sicurezza interromperà o farà retrocedere una situazione di non controllo.

Se le forze ed i momenti sono conformi ad una condizione attesa in cui il criterio di stabilità viene soddisfatto, il controllore imporrà al motore il comando di velocità del veicolo.

Come mostrato in flg. 4, il veicolo per golf di fig, 1 andrà fuori controllo o perderà stabilità (ribaltamento) quando il momento destabilizzante MDattorno alla ruota esterna è maggiore del momento di gravità stabilizzante MS-'

MD= (m V ω m g sin(α)) L2

MS= m g cos(α) L1/2

in cui

V - velocità del veicolo calcolata o misurata;

ω - velocità angolare del veicolo;

m - massa di veicolo e passeggero agente nel baricentro;

g - accelerazione di gravità;

a - angolo di pendenza laterale;

L1- ampiezza del passo; e

L2- altezza del baricentro su un terreno orizzontale.

Se l’angolo dì pendenza laterale non è disponibile, il precedente calcolo può essere eseguito assumendo α = 0 o pari ad un angolo trascurabile. In questa maniera, il risultato sarà meno accurato ma fornirà ancora una migliorata stabilità del veicolo. In questo modo il criterio dì stabilità in questo caso è MD≤ MSmentre la condizione attesa critica è MD> MS.

Un simile miglioramento della stabilità può essere ottenuto utilizzando il precedente metodo di “osservazione in avanti” con sensori di misurazione di altri parametri fisici. Tale sensore può essere ad esempio un accelerometro laterale. Una aumentata accelerazione laterale potrebbe indicare un incremento della forza centrifuga destabilizzante.

Viene mostrato un altro esempio a linee tratteggiate nelle fig. 2 e 3. Un sensore 30 può monitorare la posizione di sterzata delle ruote 16 anteriori misurando l’angolo θ di sterzata della ruota 18 sterzante o monitorando la posizione di alcune parti opportunamente posizionate del meccanismo di sterzata che è connesso alle ruote 16 anteriori.

Un angolo di sterzata incrementato causerà un tasso di inclinazione incrementato. Una reazione del veicolo funzione dell’angolo θ di sterzata o del suo incremento Δθ può essere precedentemente programmato nel controllore. Ad esempio, la reazione al tasso di inclinazione può essere programmato come una funzione ω = ω (Δθ, T, V). Il carattere e i coefficienti di tali funzioni possono essere determinati sperimentando il veicolo su un insieme di valori per angoli di sterzata e velocità ed una successiva analisi di regressione, tecnica nota per se nella tecnica.

Un ulteriore miglioramento della stabilità può essere raggiunto utilizzando ulteriori sensori di pendenza. Un angolo di pendenza laterale può essere misurato da un sensore dì pendenza laterale, e può anche essere misurato indirettamente utilizzando le letture del sensore del tasso di inclinazione e dell’ accelerometro laterale. Una accelerazione centrifuga calcolata dal tasso del sensore di inclinazione può essere confrontata con le letture dell’accelerometro laterale per rilevare la componente dell’accelerazione di gravità sull’accelerometro e perciò l’angolo di pendenza, L’angolo di pendenza laterale può anche essere misurato indirettamente utilizzando le letture degli accelerometri verticale e laterale.

Un simile metodo di “osservazione in avanti” di previsione del moto futuro può utilizzare informazioni di pendenza in avanti per prevedere una stabilità che diminuisce quando si decelera ad alti tassi su pendenze all’ingiù o si accelera ad alti tassi su pendenze all’insù. L’angolo di pendenza in avanti può essere misurato da un sensore di pendenza in avanti/all’ indietro, o può anche essere misurato indirettamente dalle letture degli accelerometri verticale e in avanti/all’indietro. Un angolo di pendenza in avanti può essere utilizzato per prevedere una stabilità che diminuisce quando si decelera ad alti tassi durante un’inclinazione.

Allora, il controllore può controllare la velocità del veicolo per raggiungere i tassi di accelerazione o decelerazione che garantiranno stabilità,

Il controllore del presente trovato può essere programmabile con dati necessari al calcolo delle equazioni di moto. I dati possono includere, senza limitazione:

dati caratterizzanti il veicolo così come prodotto, come peso (massa), momenti di inerzia, posizione del baricentro, ampiezza del passo, base delle ruote, diametro delle ruote, ecc.;

dati caratterizzanti l'utente e/o il carico utile, come il peso, ì momenti dì inerzia, la posizione del baricentro, ecc.; e

altri coefficienti (costanti) di varie funzioni descriventi il comportamento del veicolo e riguardanti la soluzione delle equazioni di moto,

Alternativamente, alcuni o tutti tali dati possono essere presentati al controllore in forma mediata e non variabile.

Il sistema del controllore descritto in precedenza può anche essere applicato ad altri veicoli elettrici con sterzata meccanica, includendo veicoli a tre ruote, come tutti i veicoli terrestri, go-kart, automobili per club, veicoli passeggeri, sistemi con motore di azionamento per carrello aggiuntivo elettrico tipo premi&tira, motore aggiuntivo anteriore o posteriore per sterzata manuale di sedie a rotelle, sistemi di guida per carrelli elettrici, montacarichi per camion a forche ad azionamento elettrico e montacarichi a forche manuali, auto elettriche per bambini, risciò elettrici a tre rote, veicoli elettrici urbani, ecc.

Con riferimento alle fig. 5 e 6, viene mostrato uno scooter 40 a tre ruote che utilizza il sistema di controllo del presente trovato. Una coppia di ruote 42 posteriori è azionata da un motore 14, ad una singola ruota 46 anteriore viene manualmente sterzata tramite un manubrio 48. Il motore 14 aziona le ruote 42 attraverso un differenziale (non mostrato), per consentire alle ruote di muoversi a differenti velocità sulle curve.

L’utente siede su un sedile 50 e sterza il veicolo 40 tramite manopole 44 sul manubrio 48. Ruotando il manubrio 48, l’utente ruota direttamente la ruota 46 anteriore. L'utente controlla la velocità tramite un braccio attuatore 52, che è in maniera imperniata montato sul manubrio 48 vicino alle manopole 44. Il braccio attuatore 52 attiva un sensore 54, che rileva in quale direzione, e quanto a fondo, il braccio attuatore viene spostato. Più il braccio attuatore 52 viene premuto verso le manopole 48, maggiore è la velocità selezionata. L’estremità della mano sinistra del braccio attuatore 52 viene premuta verso la manopola 44 adiacente per un movimento in avanti, e l’estremità della mano destra per un movimento al contrario. Questa disposizione può anche essere invertita o può essere utilizzato un acceleratore a singola estremità. La velocità selezionata dal braccio attuatore 52 viene trasferita al controllore 26,che controlla il motore 14,

Nel caso di un veicolo a tre ruote, l’asse di ribaltamento non è parallelo alla direzione del moto come in fig. 4. Ciò può essere preso in considerazione variando i coefficienti nella formula precedente. Inoltre, l’accelerazione in avanti avrà una componente nella stabilità laterale.

I veicoli elettrici che utilizzano il sistema di controllo del presente trovato possono anche essere azionati da un motore di azionamento delle ruote anteriori o di una singola ruota anteriore, come uno scooter a tre ruote in cui la ruota frontale viene azionata dal motore. In questo caso, entrambi l’ azionamento e la sterzata vengono applicati alla ruota anteriore.

Il sistema del controllore ed il metodo descritto in precedenza possono anche essere applicati ad altri tipi di veicoli elettrici in cui la sterzata non viene eseguita direttamente dall’utente ma indirettamente, tramite lo stesso sistema del controllore. Un comando di sterzata (inclinazione) può essere inviato dall’utente tramite unità di comando elettriche come una leva o una ruota sterzante la cui posizione viene misurata da un sensore o con altri mezzi.

Con riferimento alle fig. 7, 8 e 9, viene mostrato una sedia a rotelle 60 alimentata che include un telaio 62, un sedile 64, un gruppo 66 di ruota girevole liberamente imperniata e ruote 68, 70 di trazione guidate da propri azionamenti rispettivamente 72, 74 elettrici. Gli azionamenti sono controllati da un controllore 76 che implementa il metodo del presente trovato, e che hanno un dispositivo 78 di comando dell’operatore. Il dispositivo 78 di comando viene mostrato in forma di leva ma può essere, fra gli altri, un sensore di movimento della testa o un sensore di manubrio.

Il dispositivo 78 di comando dell’operatore consente all'operatore di selezionare comandi di velocità e di rotazione e di inviarli al controllore 76 attraverso un cavo elettrico o attraverso una trasmissione di dati senza cavi tipo radio, ultrasuoni, raggi infrarossi, ecc. Il dispositivo 78 di comando può anche essere un componente integrale del controllore 76. Come nei precedenti esempi, il sistema di controllo della sedia a rotelle può avere un sensore reattivo alle manovre, come ad esempio un sensore 32 di velocità angolare.

Il controllore 76 può controllare separatamente gli azionamenti 72 e 74 elettrici sinistro e destro per muovere ciascuna ruota 68, 70 separatamente in avanti, al contrario o fermarle. Controllando le ruote sinistra e destra per muovere ciascuna a differenti velocità o anche in una differente direzione, il controllore 76 può far muovere la sedia a roteile alimentata alla selezionata velocità in avanti o all,’ indietro ed al selezionato angolo di rotazione.

L’utente siede sul sedile 64 e fornisce comandi di velocità e di rotazione al controllore 76 tramite il dispositivo di comando 78.

Utilizzando i comandi di velocità e rotazione, oltre a misure e calcoli descritti in precedenza (ma ottenendo la velocità di ciascuna mota separatamente), il controllore 76 “osserva in avanti” per prevedere il comportamento del veicolo. Come sopra, se viene rilevata una condizione attesa critica, il controllore trascurerà i comandi dell’utente. Tuttavia, in questo caso il controllore 76 può imporre agli azionamenti elettrici non solo una “velocità di sicurezza” ma anche un “angolo di rotazione di sicurezza” (o velocità di rotazione). Questa possibilità di controllare entrambe la velocità lineare e l’angolo di rotazione può essere utilizzata per ottimizzare il controllo, ad esempio imponendo una ulteriore condizione come la decelerazione sostanzialmente uniforme,

Un altro tipo di veicoli elettrici con sterzata elettrica viene mostrato nelle fig. 10 ed 11. Una automobile 80 a quattro ruote è un esempio di veicolo a motore elettrico con sterzata elettromeccanica. L’automobile 80 ha una coppia di ruote posteriori 82 azionate da un motore 14 di azionamento (mostrato in flg, 11) ed una coppia di ruote anteriori 86 che possono essere sterzate elettricamente da un servo-azionamento 88. Una ruota 89 sterzante meccanica con un sensore 90 di angolo per ruota sterzante viene connesso ad un controllore 96 che implementa il metodo del presente trovato. In maniera simile ai veicolo nelle fig. I e 2, il veicolo 80 presenta un pedale 22 caricato a molla con un sensore 24 anche connesso ad un controllore 96, per un controllo di velocità.

Il controllore 96 controlla il servo-azionamento 88 ed il motore 14 di azionamento in conformità dell’angolo di sterzata selezionato e dei comandi di velocità selezionata fomiti dall’utente tramite sensori 90 e 24 rispettivamente. Il metodo del controllo di sicurezza viene implementato in maniera simile all’esempio della sedia a rotelle 60 alimentata.

In tutte te versioni del controllore, l’utente può essere informato della condizione critica atesa o della non considerazione del comando di velocità o di sterzata emettendo una luce di avvertimento, un segnale vocale o in un’altra maniera. Ciò consentirà all’utente di variare gli ingressi dei comandi per il controllore. Inoltre, un angolo di sterzata di sicurezza può essere calcolato in tempo reale ed operativamente indicato (ad esempio da una serie dì LED) all’utente, in funzione dell’attuale velocità del veicolo.

Sebbene è stata presentata una descrizione di specifiche realizzazioni, sì considera che varie modifiche potrebbero essere fatte senza uscire dall’ambito del presente trovato. Ad esempio, il sistema del presente trovato può essere semplificato perché lavori senza includere la velocità V lineare nelle variabili di controllo. Tale sistema può utilizzare solamente misurazioni di accelerazione laterale (in questo caso, l’accelerazione laterale è il criterio di stabilità o un fattore che determina il criterio di stabilità) e prevedono l’accelerazione laterale. Con riferimento alla fig. 12, una condizione critica attesa in un tale caso vi è quando il momento MDdestabilizzante sulla ruota esterna è maggiore del momento di gravità stabilizzante MS:

MD= m aLL2MS= m g cos(α)L1/2;

MD> MS

In cui

m - massa di veicolo e passeggero agente sul baricentro;

g - accelerazione di gravità;

aL- accelerazione laterale;

α - angolo di pendenza laterale;

L1- ampiezza passo;

L2- altezza del baricentro sul terreno orizzontale

Claims

RIVENDICAZIONI I<.>Apparecchio per controllare un sistema di propulsione elettrico di un veicolo motorizzato comprendente: un sensore per monitorare una caratteristica del movimento ed un criterio di stabilità di un veicolo; e un sensore per rilevare una variazione nella caratteristica del movimento dei veicolo; caratterizzato dal fato che un controllore computerizzato in comunicazione con detti sensori, in cui se il criterio di stabilità e la variazione della caratteristica del movimento sono al di sopra dei rispetivi valori predefiniti, detto controllore computerizzato causa una variazione nella velocità del veicolo in modo che il criterio di stabilità non sia più al di sopra dei valori predefiniti.
2. Apparecchio in conformità della rivendicazione 1, in cui deto controllore computerizzato è in funzione per diminuire una ampiezza della velocità del veicolo-
3. Apparecchio in conformità della rivendicazione 1, in cui detto controllore computerizzato è in funzione per variare una direzione del veicolo.
4. Apparecchio un conformità della rivendicazione I, in cui uno dei sensori fornisce un comando di velocità del veicolo a detto controllore computerizzato per raggiungere una desiderata velocità del veicolo.
5. Apparecchio in conformità della rivendicazione 3, comprendente inoltre un sistema di sterzata, ed in cui detto controllore computerizzato fornisce un comando di sterzata almeno indirettamente a deto sistema dì sterzata,
6. Apparecchio in conformità della rivendicazione 1, in cui detto controllore computerizzato in maniera periodica ottiene dati che sono caratteristici di almeno una manovra di detto veicolo ed una condizione esterna, memorizza detti dati in modo che un insieme di dati attuali ed almeno un insieme di dati passati siano disponibili, calcola una condizione attesa di stabilità futura di detto veicolo utilizzando detti dati attuati e dati passati precedentemente memorizzati, ed equazioni di moto dipendenti daltempo per detto veicolo, confronta detta condizione attesa al criterio di sicurezza predeterminato, e se il criterio dì sicurezza predeterminato non viene soddisfatto, causa una variazione nella velocità del veicolo in modo che il criterio di sicurezza predeterminato venga soddisfatto.
7. Apparecchio in conformità della rivendicazione 1, in cui la caratteristica di movimento comprende una velocità.
8. Apparecchio in conformità della rivendicazione \, in cui la caratteristica del movimento comprende una accelerazione laterale.
9. Apparecchio in conformità della rivendicazione 7, in cui la caratteristica del movimento comprende inoltre una accelerazione angolare.
10. Apparecchio in conformità della rivendicazione 6, in cui detti dati comprendono almeno un angolo di pendenza laterale di un terreno, un angolo di pendenza in avanti del terreno, una velocità dei veicolo ed un tasso di inclinazione del veicolo.
11. Apparecchio in conformità della rivendicazione 5, in cui detto sistema di sterzata è un sistema di sterzata meccanico con uno stato operativo caratterizzato da un parametro di sterzata θ in cui detto comando di sterzata è una variazione Δθ di detto parametro di sterzata θ.
12. Apparecchio per controllare un veicolo motorizzato comprendente: un sensore per monitorare una caratteristica del movimento ed un criterio di stabilità di un veicolo; e un sensore per rilevare una variazione nella caratteristica del movimento del veicolo; caraterizzato dal fato che un controllore computerizzato in comunicazione con detti sensori, in cui deto controllore computerizzato indica ad un conducente del veicolo se il criterio di stabilità e la variazione nella caratteristica del movimento sono al di sopra dei valori predefiniti, in modo che il conducente possa intraprendere una azione per stabilizzare il veicolo.
13, Apparecchio in conformità della rivendicazione 12, in cui detto controllore computerizzato fornisce almeno un segnale visivo, un segnale acustico ed un segnale di vibrazione al conducente,