MX2008010529A

MX2008010529A - Control de traccion con estabilidad acrecentada con acoplador de centro controlado electricamente.

Info

Publication number: MX2008010529A
Application number: MX2008010529A
Authority: MX
Inventors: John A Grogg; Damrongrit Piyabongkarn; Jae Y Lew; Qinghui Yuan
Original assignee: Eaton Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-10-21
Also published as: RU2436692C2; CA2642565A1; DE602007008533D1; EP1993867B1; JP2009526702A; BRPI0706813A2; CN101400541B; EP1993867A2; CA2642565C; RU2008136889A; KR20080097453A; ATE477953T1; AU2007216234A1; US7337053B2; CN101400541A; WO2007093888A3; AU2007216234B2; US20070192011A1; WO2007093888A2; PL1993867T3

Abstract

Un sistema de control para un vehículo teniendo primero y segundo ejes se proporciona el cual incluye un aparato de acoplamiento adaptado para distribuir torsión entre los primero y segundo ejes, y un controlador de tracción para controlar la operación del aparato de acoplamiento a partir del arranque del vehículo hasta una velocidad de vehículo predeterminada. El controlador de tracción se configura para vincular al aparato de acoplamiento en un primer estado de operación de vehículo de acuerdo con por lo menos un parámetro de operación de vehículo indicativo de una condición de baja tracción y para controlar adicionalmente la vinculación del aparato de acoplamiento en un segundo estado de operación de vehículo durante la condición de operación de baja tracción de acuerdo con una diferencia entre una tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo y una tasa de desviación alrededor del vertical objetivo predeterminada del vehículo.

Description

CONTROL DE TRACCIÓN CON ESTABILIDAD ACRECENTADA CON ACOPLADOR DE CENTRO CONTROLADO ELECTRICAMENTE Antecedentes de la Divulgación La presente invención se refiere a sistemas de control de vehículo que acrecientan la estabilidad de un vehículo. Sistemas de control de estabilidad de vehículo se están usando de manera incrementada en la industria automotriz y se están volviendo equipo estándar en muchos vehículos. Una mayoría de los sistemas de control de estabilidad de vehículo en el mercado son a base de frenos. Los sistemas de control de estabilidad a base de frenos usan hardware del Sistema de Frenado Anti -Bloqueo (ABS) para aplicar fuerzas de frenado de ruedas individuales para corregir dinámicas de desviación alrededor del eje vertical de vehículo. Aunque sistemas a base de frenos son aceptables en muchas situaciones, tienden a deteriorar el desempeño longitudinal del vehículo, especialmente durante la aceleración del vehículo. Breve Compendio de la Invención Un sistema de control para un vehículo teniendo primero y segundo ejes se proporciona el cual incluye un aparato de acoplamiento adaptado para distribuir torsión entre los primero y segundo ejes, y un controlador de tracción para controlar la operación del aparato de acoplamiento a partir del arranque del vehículo hasta una velocidad de vehículo predeterminada. El controlador de tracción se configura para vincular al aparato de acoplamiento en un primer estado de operación de vehículo de acuerdo con por lo menos un parámetro de operación de vehículo indicativo de una condición de operación de baja tracción y para controlar adicionalmente la vinculación del aparato de acoplamiento en un segundo estado de operación de vehículo durante la condición de operación de baja tracción de acuerdo con una diferencia entre una tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo y una tasa de desviación alrededor del eje vertical objetivo predeterminada del vehículo. Una forma de realización de la presente invención incluye un método de control de estabilidad activo usando un aparato de acoplamiento para acrecentar la dinámica lateral del vehículo mientras conserva el movimiento longitudinal . Otra forma de realización de la presente invención incluye un sistema de control que proporciona mejora a la estabilidad del control de tracción. El control de tracción de estabilidad acrecentada se evaluó bajo la condición de un arranque de vehículo de unión T acelerando a fondo. Los datos experimentales muestran una mejora en la estabilidad significativa en el modo de operación de control de tracción. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una ilustración esquemática de una configuración de tren de tracción de vehículo de tracción en las cuatro ruedas ejemplar. La figura 2 es un aparato de acoplamiento controlado electrónicamente para uso en un sistema de control de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La figura 3 ilustra la dinámica de un vehículo ejemplar empleando un aparato de acoplamiento de centro controlado electrónicamente y el efecto sobre el control de desviación alrededor del eje vertical del vehículo cuando se desvincula y vincula el aparato de acoplamiento de centro controlado electrónicamente . La figura 4 es una ilustración esquemática de un sistema de control de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. La figura 5 es una ilustración esquemática de una unidad de control electrónico de acuerdo con una forma de realización de la presente invención para uso en el sistema de control de la figura 4. Las figuras 6 y 7 ilustran gráficamente una comparación de desempeño para una maniobra de vuelta de vehículo acelerando a fondo sobre una superficie de baja fricción para un vehículo empleando un acoplador de centro. Las figuras 8 y 9 ilustran gráficamente una comparación de desempeño para una maniobra de vuelta acelerando a fondo sobre una superficie de baja fricción usando un vehículo que emplea un acoplador de centro.

Las figuras 10 y 11 ilustran gráficamente una comparación de desempeño para un arranque de vehículo de unión T acelerando a fondo usando un vehículo empleando un sistema de control de acuerdo con una forma de realización de la presente invención . Descripción Detallada Con referencia ahora a los dibujos, los cuales no pretenden limitar la invención, la figura 1 ilustra de manera esquemática una configuración de tren de tracción de vehículo de tracción en las cuatro ruedas ejemplar 20 incluyendo un motor colocado lateralmente 22. El motor 22 se enlaza a un par de ruedas frontales 24a, 24b a través del eje o trans-eje frontal 26 y a un par de ruedas traseras 28a, 28b a través del eje trasero 30. El eje frontal 26 es principalmente y directamente impulsado por el motor 22. El eje trasero 30 es impulsado indirectamente mediante una unidad de transferencia de energía (PTU) y un aparato de acoplamiento de centro o acoplador 32. El eje trasero 30 está enlazado mecánicamente al trans-eje frontal 26 a través de una o mas flechas de tracción o propulsoras. Un diferencial de patinado limitado controlado electrónicamente (ELSD) 34 se usa para empujar la torsión de la flecha propulsora trasera a las ruedas traseras 28a, 28b. Aunque la configuración de tren de tracción ilustrada en la figura 1 es una configuración de tracción frontal normalmente en la cual torsión se transmite al eje trasero 30 sobre demanda, la invención no pretende limitarse a la misma y puede incluir una configuración de tracción trasera normalmente . El acoplador de centro 32, tal como un acoplador de centro controlado electrónicamente fabricado por Eaton Corporation bajo el nombre HTC-I e ilustrado en la figura 2, se conecta a la flecha propulsora y se adapta para transmitir torsión a partir del trans-eje frontal 26 al eje trasero 30. El acoplador de centro de traba ejemplar 32 mostrado en la figura 2 es un acoplador de tracción en las cuatro ruedas controlado electrónicamente diseñado como un componente integrado del módulo de tracción de eje trasero de vehículo. El acoplador de centro 32 transfiere energía suavemente y rápidamente a partir de la flecha propulsora de vehículo a un engranaje de piñón hipoide del módulo de tracción trasero en respuesta a señales de entrada a partir de una unidad de control electrónico (ECU) . Con referencia a la figura 2, la transferencia de energía por un embrague de placas múltiples húmedo controlado de manera activa 40 dispuesto entre una flecha de acoplamiento 42, a la cual se une la flecha propulsora de vehículo, y un engranaje de piñón hipoide 44. La vinculación de embrague limita el patinado entre la flecha propulsora de vehículo y el engranaje de piñón hipoide 44, y al hacerlo, la torsión se transfiere a partir de la flecha propulsora al engranaje de piñón hipoide 44, la magnitud de la cual será menor que o igual a la torsión de embrague. Una bomba de aceite hidráulica a bordo de tipo gerotor 46 proporciona presión hidráulica para accionar un pistón de embrague 48 cuando la flecha de acoplamiento 42 está girando. Un múltiple hidráulico estacionario 50 incluye una entrada de aceite 52 a través de la cual la bomba 46 toma aceite a partir de un sumidero para descarga hacia un pasaje en comunicación directa con tanto el pistón 48 y por lo menos una válvula de regulación de presión operada por solenoide 54. Cuando la válvula 54 se desenergiza, aceite fluye libremente a través de la válvula y de regreso al sumidero, resultando en poco o nada de presión hidráulica contra el pistón de accionamiento de embrague 48. Cuando la válvula 54 se energiza, el flujo de aceite se restringe por la válvula creando presión hidráulica contra el pistón de accionamiento 48 para vincular al embrague 40 de acuerdo con un nivel proporcional a aquel de la presión hidráulica. Detalles adicionales respecto de la estructura y operación del acoplador de centro 32 se describen en la solicitud de patente US pendiente 11/167,474, la cual fue cedida al mismo cesionario de la presente invención y se incorpora en la presente por referencia en su totalidad. El acoplador de centro de traba 32 proporciona aplicación y remoción de torsión de acoplamiento rápido según se desea para tanto operaciones dinámicas de vehículo a base de control de torsión de línea de tracción (como es el foco de la presente invención) , y también para compatibilidad con muchos de los sistemas de intervención dinámica de vehículo a base de frenos actuales. Para soportar esta operación, el acoplador de centro 32 exhibe tiempos de vinculación y desvinculación de menos de alrededor de 50 milisegundos . En un modo de operación, la torsión se transmite a partir del trans-eje frontal 26 al eje trasero 30 si la velocidad de ruedas de eje frontal es mayor que la velocidad de ruedas de eje trasero y torsión de motor positiva está siendo entregada al tren de tracción (v.gr., el motor está siendo acelerado) . Durante la operación de vehículo, el acoplador de centro 32 se vincula o traba periódicamente para transferir torsión a partir del eje frontal 26 al eje trasero 30. Esta operación se lleva a cabo para mantener tracción del vehículo. Para control de tracción del vehículo, el grado al cual el acoplador de centro 32 se vincula puede ser con base en, sin limitación, la posición aceleración del vehículo y el grado de patinado de ruedas frontales (v.gr., mayor el patinado, mayor la vinculación) . Sin embargo, operar al acoplador de centro 32 durante un arranque de unión T (unión entre dos superficies de camino que hacen intersección en un ángulo recto) o durante una vuelta severa con el motor bajo aceleración pesada forza comportamiento de sobre-viraje en el vehículo o introduce ángulos de patinado grandes en las ruedas traseras del vehículo. La figura 3 ilustra la dinámica de un vehículo ejemplar que emplea un acoplador de centro y el efecto sobre el control de desviación alrededor del eje vertical de vehículo cuando se desvincula y vincula el acoplador de centro. De acuerdo con una forma de realización de la presente invención, un sistema de control 58 y método para controlar la vinculación de un acoplador de centro se proporciona para mantener la estabilidad en un vehículo mientras conserva la tracción. El sistema de control 58 y método de la presente invención modulan la vinculación de acoplador de centro con base en una diferencia entre una tasa de desviación alrededor del eje vertical deseada y la tasa de desviación alrededor del eje vertical del vehículo actual. Controlar de manera activa la vinculación del acoplador de centro, y de manera acorde la cantidad de torsión transmitida por el acoplador de centro, mitiga el comportamiento de sobre-viraje del vehículo que induce movimiento de desviación alrededor del eje vertical de vehículo no deseable. La presente invención controla al acoplador de centro durante el arranque y aceleración para conservar tanto la energía de línea de tracción y estabilidad de desviación alrededor del eje vertical. Como se muestra en la figura 4, el sistema de control incluye una unidad de control 60, tal como una unidad de control electrónico (ECU) a base de microprocesador que incluye un dispositivo de memoria que tiene almacenado en el mismo, por ejemplo, uno o mas mapas que contienen información de parámetros de operación de vehículo, y por lo menos un sensor de vehículo 62, tal como, sin limitación, un sensor de tasa de desviación alrededor del eje vertical, sensor de velocidad de ruedas, sensor de aceleración lateral y/o un sensor de ángulo de dirección. La unidad de control proporciona una señal de entrada al acoplador de centro 32 y el ELSD 34 para controlar vinculación y desvinculación de los dispositivos. Un método para controlar el ELSD 34 se divulga en la solicitud de patente US pendiente titulada "Stability-Enhanced Traction and Yaw Control using Electronically Controlled Limited-Slip Differential" , la cual fue cedida al mismo cesionario de la presente invención e incorporada en la presente por referencia en su totalidad. En una forma de realización de la invención mostrada en la figura 5, la unidad de control 60 incluye un controlador de tracción 64 para controlar la operación del acoplador de centro a partir del arranque de vehículo hasta una velocidad de vehículo predeterminada. El controlador de tracción 64 se configura para vincular el aparato de acoplamiento en un primer estado de operación de vehículo de acuerdo con por lo menos un parámetro de operación de vehículo, tal como velocidad de ruedas, indicativo de una condición de operación de baja tracción y para controlar adicionalmente la vinculación del aparato de acoplamiento en un segundo estado de operación de vehículo durante la condición de operación de baja tracción de acuerdo con una diferencia entre la tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo y una tasa de desviación alrededor del eje vertical objetivo predeterminada o deseada del vehículo. La unidad de control electrónico 60 puede incluir también un controlador de estabilidad 66 para controlar vinculación del aparato de acoplamiento en o encima de la velocidad de vehículo predeterminada. El controlador de tracción 64 y el controlador de estabilidad 66 pueden ser hardware provisto en comunicación con la unidad de control 60, hecho integral con la unidad de control 60, o formar un componente no de hardware (v.gr., software) de la unidad de control 60 u otro controlador de vehículo. Durante la operación de vehículo, la tasa de desviación alrededor del eje vertical actual es periódicamente o continuamente comparada con la tasa de desviación alrededor del eje vertical deseada. La tasa de desviación alrededor del eje vertical actual puede medirse usando un sensor de tasa de desviación alrededor del eje vertical o puede calcularse con base en información de parámetro de operación de vehículo recibida a partir de varios sensores de vehículo, como se conoce en la materia. La tasa de desviación alrededor del eje vertical deseada puede almacenarse en un mapa en la memoria de sistema de control o puede también calcularse con base en la información de parámetro de operación de vehículo recibida a partir de varios sensores de vehículo. La torsión de traba de acoplador de centro requerida para mantener estabilidad de vehículo y tracción puede determinarse de acuerdo con la siguiente ecuación: 1 ''max deadband±&r (r - r . ) t — T des nom max donde ides es la torsión de traba de acoplador de centro deseada, inom es la torsión de traba de acoplador de centro normal, Armax es la diferencia de tasa de desviación alrededor del eje vertical máxima predeterminada, r es la tasa de desviación alrededor del eje vertical actual, y rdes es la tasa de desviación alrededor del eje vertical predeterminada objetivo o deseada, y deadhand es una función de umbral para la diferencia permitida de tasa de desviación alrededor del eje vertical, Arthreshold . La unidad de control 60 entonces convierte el valor de torsión de traba deseado en una señal de entrada, la cual se comunica con el acoplador de centro 32 para control. Durante la operación del vehículo, si el vehículo está experimentando sobre-viraje excesivo (ver, v.gr., figura 3), la torsión de traba del acoplador de centro se reduce en proporción al grado de sobre-viraje del vehículo. Para simular el desempeño del sistema de control propuesto con la configuración de tren de tracción ejemplar mostrada en la figura 1, un modelo de vehículo completo empleando un acoplador de centro y un ELSD se desarrolló usando software CarSim. Una maniobra de vuelta simulada se llevó a cabo primero para validar el efecto de vincular el acoplador de centro 32 y el ELSD 34 sobre la dinámica de desviación alrededor del eje vertical de vehículo. Las figuras 6 y 7 ilustran de manera gráfica una comparación de desempeño para una maniobra de vuelta acelerando a fondo en una superficie de baja fricción (v.gr., µ=0.2) . Como se muestra en la figura 6, trabar al acoplador de centro 32 durante una maniobra de vuelta acelerando a fondo induce menos sub-viraje. Por contraste, trabar el ELSD de eje trasero tiene poco o ningún efecto sobre la dinámica del vehículo sobre una superficie de baja fricción. Las figuras 8 y 9 ilustran de manera gráfica una comparación de desempeño para una maniobra de encendido acelerando a fondo en una superficie de baja fricción (v.gr., µ=0.2) usando un vehículo de prueba que emplea un acoplador de centro de acuerdo con la presente invención. Como se muestra en la figura 8, vincular al acoplador de centro 32 durante una maniobra de encendido acelerando a fondo de nuevo induce menos sub-viraje comparado con una maniobra similar con el acoplador de centro desvinculado . Las figuras 10 y 11 ilustran de manera gráfica una comparación de desempeño para arranque de vehículo de unión T acelerando a fondo usando un vehículo de prueba que emplea un sistema de control de acuerdo con la presente invención y un vehículo de prueba sin control de tracción de estabilidad acrecentada. Como se muestra en la figura 10, controlar de manera activa la vinculación del acoplador de centro durante lanzamiento de vehículo usando el control de tracción de estabilidad acrecentada (SE TC) de acuerdo con una forma de realización de la invención induce significativamente menos sub-viraje comparado con una maniobra similar en la cual el acoplador de centro no se controla de manera activa. También se apreciará con referencia a las figuras 10 y 11 que un vehículo sin control de tracción con estabilidad acrecentada puede exhibir demasiada reducción en el sub-viraje. En modos de operación tanto de estabilidad controlada y sin estabilidad controlada, algún grado de torsión se transfiere a partir del eje frontal 26 al eje trasero 30 por el acoplador de centro 32. A diferencia de sistemas de control de estabilidad a base de ABS que disipan energía del vehículo, con ello degradando el desempeño y la eficiencia del vehículo, el sistema de control y método de acuerdo con la presente invención mantienen estabilidad de vehículo mientras que conservan tracción de vehículo. La invención ha sido descrita en mayor detalle en la especificación anterior, y se cree que varias alteraciones y modificaciones de la invención se volverán aparentes a los técnicos en la materia a partir de la lectura y entendimiento de la especificación. Se pretende que todas tales alteraciones y modificaciones se incluyan en la invención, en tanto que vuelven dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVI DICACIONES 1. Un sistema de control para un vehículo teniendo primero y segundo ejes, que comprende: un aparato de acoplamiento adaptado para distribuir torsión entre los primero y segundo ejes; un controlador de tracción para controlar la operación del aparato de acoplamiento a partir de arranque del vehículo hasta una velocidad de vehículo predeterminada, el controlador de tracción configurado para vincular al aparato de acoplamiento en un primer estado de operación de vehículo de acuerdo con por lo menos un parámetro de operación de vehículo indicativo de una condición de operación de baja tracción y para controla además la vinculación del aparato de acoplamiento en un segundo estado de operación de vehículo durante la condición de operación de baja tracción de acuerdo con una diferencia entre una tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo y una tasa de desviación alrededor del eje vertical predeterminada objetivo del vehículo.
2. El sistema de control de la reivindicación 1, donde el controlador de tracción se configura para modular vinculación del aparato de acoplamiento durante la condición de operación de baja tracción de acuerdo con una diferencia entre la tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo y la tasa de desviación alrededor del eje vertical predeterminada objetivo del vehículo.
3. El sistema de control de la reivindicación 1, donde el controlador de tracción 65 se configura para vincular al aparato de acoplamiento de acuerdo con una señal de torsión aplicada de acoplamiento deseada que se basa en una señal de torsión aplicada de acoplamiento normal modificada.
4. El sistema de control de la reivindicación 3, done la señal de torsión aplicada de acoplamiento deseada es igual al la señal de torsión aplicada de acoplamiento normal multiplicada por un modificador, el modificador incluyendo en su numerador la diferencia entre una diferencia de tasas de desviación alrededor del eje vertical predeterminada máxima y la multiplicación de una zona neutra y la diferencia entre la tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo y la tasa de desviación alrededor del eje vertical predeterminada objetivo del vehículo, y el modificador incluyendo en su denominador la diferencia de tasas de desviación alrededor del eje vertical predeterminada máxima .
5. El sistema de control de la reivindicación 1, donde en el primer estado de operación de vehículo, la tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo es menor que o sustancialmente igual a la tasa de desviación alrededor del eje vertical predeterminada objetivo del vehículo, en el segundo estado de operación de vehículo, la tasa de desviación alrededor del eje vertical actual del vehículo es mayor que la tasa de desviación alrededor del eje vertical predeterminada objetivo del vehículo
6. El sistema de control de la reivindicación 1, incluyendo además un controlador de estabilidad 66 para controlar vinculación del aparato de acoplamiento en o por encima de la velocidad de vehículo predeterminada.