ES2242337T3 - Procedimiento para la regulacion de la dinamica transversal de un vehiculo con la direccion en el eje delantero. - Google Patents
Procedimiento para la regulacion de la dinamica transversal de un vehiculo con la direccion en el eje delantero.Info
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Abstract
La regulación de las dinámicas transversales de un vehículo de motor con dirección en las ruedas delanteras implica el uso de un modelo de vehículo lineal que representa una característica de demanda dinámica para obtener valores de demanda de la tasa de oscilación. El procedimiento implica la regulación de las dinámicas transversales dependiendo de las desviaciones de los valores actuales de la tasa de oscilación de los valores de demanda generados continuamente y del seguimiento del valor actual efectuado regulando los ángulos de dirección de las ruedas y/o las fuerzas de frenado. Se usa un modelo de vehículo lineal que representa una característica de demanda dinámica para obtener un primer valor de la tasa de oscilación correspondiente a la demanda de dirección del conductor aplicada operando un elemento de control, por ejemplo, el volante de dirección. Otro valor de demanda se determina asumiendo que el ángulo de desvío en la región de las ruedas traseras no directrices no excede un valor límite. El valor más pequeño se usa para controlar la tasa de oscilación.
Description
Procedimiento para la regulación de la dinámica
transversal de un vehículo con la dirección en el eje delantero.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la regulación de la dinámica transversal de un
vehículo con la dirección en el eje delantero y con las otras
características determinantes, que se indican en el preámbulo de la
reivindicación de patente 1).
En un procedimiento de esta clase, el cual es
conocido a través de la Patente Alemana Núm. DE 42 26 746, es así
que los ángulos de dirección de las ruedas delanteras del vehículo
son determinados en función de la situación de la conducción,
siendo esta determinación efectuada por tener en consideración
tanto la velocidad de guiñada \dot{\psi} del vehículo como
asimismo el ángulo de flotación \beta. Adicionalmente a una
influencia en la dinámica transversal del vehículo por el ajuste
del ángulo de dirección, también puede ser efectuada una
intervención de frenado en las individuales ruedas del vehículo.
Según el conocido procedimiento, para una determinación de las
magnitudes variables del ángulo de dirección de la rueda y/o de la
fuerza de frenado son empleados tanto el comportamiento de guiñada
del vehículo como asimismo el ángulo de flotación.
En este conocido procedimiento debe ser
considerado como un inconveniente el hecho de que, debido a una
limitación permanente del ángulo de flotación - y, por
consiguiente, también del ángulo de marcha oblicua - en numerosas
situaciones de la conducción no puede ser aprovechada la máxima
fuerza de guía lateral de las ruedas traseras del vehículo, por lo
cual se presentan unas desviaciones de la curva de vía del vehículo
con respecto a la curva teórica, que corresponde al deseo del
conductor, incluso al no existir aún ninguna tendencia del vehículo
a derrapar y al poder ser admitida una limitada deriva del
vehículo, es decir, un ángulo de marcha oblicuo relativamente
elevado en el eje trasero.
Además, a través de la Patente Alemana Núm. 43 25
413 A1 es conocido un procedimiento para la determinación del
ángulo de flotación y que, en función de este ángulo, la dinámica
transversal del vehículo ha de ser influenciada, a través de una
intervención en la dirección y en los frenos, de tal manera que un
derrapamiento del vehículo pueda ser ampliamente impedido; sin
embargo, se ha puesto de manifiesto que una regulación de la
dinámica transversal solamente en función del ángulo de flotación
no es suficiente para evitar, en todas las situaciones
estadísticamente significantes, un tal derrapamiento del
vehículo.
Por consiguiente, la presente invención tiene el
objeto de proporcionar un procedimiento de la clase mencionada al
principio, el cual pueda impedir, con una gran fiabilidad, un
derrapamiento del vehículo, sin perjuicio de una amplia libertad en
cuanto a la manifestación de las reacciones del vehículo a la
realización del deseo del conductor con respecto a un seguimiento
de la vía por parte del vehículo.
De acuerdo con la presente invención, este objeto
se consigue - partiendo de los procedimientos tomados como base e
incorporados en el preámbulo de la reivindicación de patente 1) -
por medio de las características indicadas en esta última, en
cuanto a la idea básica, así como por unas convenientes formas y
variantes de realización de esta idea, conforme a las
características indicadas en las reivindicaciones secundarias 2)
hasta 6).
Según el procedimiento es así que, por el
procesamiento de unas variables - que representan el estado de
movimiento del vehículo, en especial el ángulo de dirección
\delta, que es establecido por el conductor, así como la
velocidad longitudinal v_{x} del vehículo - a través de un modelo
de vehículo linealizado, queda determinado un primer valor teórico
\dot{\psi}_{soll \ (teórico)} (\delta, v_{x}) para la
velocidad de guiñada \dot{\psi}, el que corresponde al deseo del
conductor con respecto al desplazamiento del vehículo por la vía,
el cual es activado mediante el accionamiento de un órgano de
control (volante de dirección, barra de mando u otro elemento
similar); además, y bajo la condición secundaria de que el ángulo
de flotación \beta_{h} dentro de la zona de las ruedas traseras
no dirigidas del vehículo no ha de sobrepasar un limitado valor, es
determinado otro valor teórico \dot{\psi}_{soll}
(\beta_{h}; \alpha_{h}), y aquel valor de los dos valores
teóricos, el cual es el valor más pequeño, es transmitido a un
regulador de velocidad de guiñada \dot{\psi} del dispositivo de
regulación como la entrada de valor teórico, de tal modo que la
regulación de la velocidad de guiñada - que está en función del
ángulo de flotación y del ángulo de marcha oblicua - tan sólo se
puede hacer efectiva si en el vehículo se presenta la tendencia de
un derrapamiento, la que puede ser detectada por el hecho de que se
producen unos valores reales "antifísicamente" elevados de la
velocidad de guiñada, con al mismo tiempo unos valores demasiado
reducidos de la aceleración transversal del vehículo. Durante el
tiempo restante, es decir, al no existir una tendencia al
derrapamiento, la regulación de la dinámica transversal puede ser
efectuada, por medio de la emisión de los valores teóricos
\dot{\psi} del modelo de vehículo, en principio con cualquier
característica, correspondiente al deseado comportamiento de
conducción del vehículo como, por ejemplo, de un comportamiento de
conducción "ligeramente" supervisado o subvirado o bien de
tipo neutral.
A la manera de la formación de valores teóricos,
la que está prevista según la reivindicación 2) - para el modo de
regulación del dispositivo regulador, el cual limita el ángulo de
flotación, corresponde, en una preferida forma de realización del
procedimiento según la reivindicación 3), prácticamente un
desacoplamiento de la dinámica del ángulo de flotación por el eje
trasero de la dinámica del ángulo de flotación por el eje delantero
y esto, en cualquier caso, si el momento de inercia J_{z} del
vehículo por su eje vertical corresponde, en una buena
aproximación, al valor de J_{z} = m . l_{v} . l_{h}, y se
consigue - de una manera que puede ser implementada de una forma
sencilla - un modo de regulación, que impide un derrapamiento del
vehículo.
El valor límite del ángulo de flotación y del
ángulo de marcha oblicua - el que no debe ser sobrepasado en el
modo de regulación que ha de impedir un derrapamiento - puede ser
establecido como un valor fijo y, en este caso, el mismo es
determinado convenientemente igual a aquel valor con el cual es
proporcionada la mayor capacidad de transmisión posible de la
fuerza de guía lateral de las ruedas traseras del vehículo.
Para sobre todo tener en consideración el estado
de la vía de conducción o carretera también puede ser conveniente
determinar el valor límite del ángulo de flotación en base a unos
valores estimados \hat{v}_{x} y \hat{\mu} de la velocidad del
vehículo así como en base a v_{x} y al coeficiente del arrastre
de fuerza \mu.
Para la determinación del valor real del ángulo
de flotación \beta_{h}, el cual es necesario para la
regulación, son apropiados unos valores de estimación,
\hat{v}_{y} y \hat{v}_{x}, de la velocidad transversal
v_{y} del vehículo y de la velocidad longitudinal v_{x} del
mismo, los cuales pueden ser obtenidos como las emisiones de un
filtro Kalman - tal como esto es conocido a través de la Patente
Alemana Núm. DE 43 25 413 A1 - así como los valores de medición de
la velocidad de guiñada del vehículo.
A continuación, el procedimiento de la presente
invención está explicado con más detalles a través de la
descripción del funcionamiento de un dispositivo de regulación de
la dinámica transversal de un vehículo, el cual está representado
en los planos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra un simplificado esquema de
bloques de un dispositivo para la regulación de la dinámica
transversal de un vehículo de carretera, con la dirección por el
eje delantero; dispositivo éste que trabaja según el procedimiento
de la presente invención;
La Figura 2 indica la representación de un modelo
de vehículo de una sola vía a efectos de una simplificada
explicación del comportamiento del mismo en relación con la
dinámica transversal; mientras que
La Figura 3 muestra un diagrama para la
explicación cualitativa del establecimiento de los valores teóricos
para el modo de limitación del ángulo de flotación del dispositivo
de regulación según la Figura 1.
La finalidad del dispositivo de regulación - que
en la Figura 1 está indicado, en su conjunto, por la referencia 10
- de la velocidad de guiñada (\dot{\psi}) de un vehículo de
carretera 11, que en la Figura 2 está representado por un modelo de
una sola vía, consiste en impedir un derrapamiento del vehículo
durante el viaje por una curva.
El dispositivo de regulación 10 está diseñado de
tal manera que, a través de una regulación de la velocidad de
guiñada \dot{\psi} - que puede ser medida constantemente mediante
un sensor de velocidad de guiñada 12 - también pueda ser
conseguida una limitación del ángulo de marcha oblicua
\alpha_{h} que, durante el viaje por una curva, se presenta en
las ruedas no dirigidas del vehículo; limitación ésta que ha de
ser efectuada a un valor que sea compatible con la estabilidad
dinámica del vehículo 11.
Según este tipo de regulación, se concede
prácticamente prioridad a la estabilidad dinámica del vehículo - es
decir, supresión de un derrapamiento - frente a la más amplia
adaptación posible del movimiento del vehículo al deseo del
conductor, y esto con la consecuencia de que el vehículo, al estar
activada la regulación, ya no sigue "fielmente" al deseo del
conductor - el cual es activado por el mismo por medio de un
elemento de control que, por regla general, está realizado en forma
del volante de dirección - sino el vehículo solamente se aproxima a
este deseo pero permanece, en cambio, dinámicamente estable y, por
consiguiente, puede ser dominado por el conductor prácticamente en
la misma manera ya acostumbrada.
A efectos de la explicación, para el vehículo 11
es supuesto aquí que el mismo disponga de una dirección por el eje
delantero y que las ruedas traseras del vehículo no estén
dirigidas.
Es supuesto, además, que el vehículo 11 esté
equipado con un sistema de dirección de control eléctrico de tipo
SbW (Steer by Wire o dirección por cable), según el cual para las
dos ruedas delanteras dirigibles del vehículo 11 - de las cuales en
el modelo de una sola vía según la Figura 2 está representada
solamente una rueda delantera 13 - están previstos unos órganos de
ajuste del ángulo de dirección, los cuales están asignados
individualmente y los que aquí no han sido indicados; órganos de
ajuste éstos que pueden ser activados eléctricamente y por medio de
los cuales pueden ser regulados - en función de las señales del
valor teórico del ángulo de dirección, procedentes de un regulador
de velocidad de guiñada 14 del dispositivo de regulación 10 - los
ángulos de dirección, \delta_{vl} y \delta_{vr}, de la
rueda delantera izquierda y de la rueda delantera derecha,
respectivamente, del vehículo 11. Como elementos de ajuste de una
unidad de control de la dinámica transversal del vehículo 11 - la
que ha sido indicada, en su conjunto, por la referencia 16 y por
medio de la cual es regulada la velocidad de guiñada \dot{\psi}
del vehículo 11 - también son aprovechados los frenos de rueda del
vehículo, los cuales no están indicados aquí y los que, controlados
mediante señales de salida del valor teórico del regulador de
velocidad de guiñada \dot{\psi} 14, pueden ser activados de forma
automática, individualmente o en su conjunto, para el desarrollo de
unas definidas fuerzas de frenado de las ruedas, por lo cual los
mismos también pueden ser empleados para influir en el
comportamiento de guiñada del vehículo.
En función de la situación de la conducción, el
ajuste de la velocidad de guiñada \dot{\psi} es efectuado o por
medio de la activación de solamente los órganos de ajuste del
ángulo de dirección o bien a través de una activación combinada de
los órganos de ajuste del ángulo de dirección y de uno o de varios
frenos de rueda del vehículo y, bajo unas determinadas condiciones
"extremas", el ajuste también puede ser llevado a efecto
solamente por la activación de uno o de varios frenos de rueda del
vehículo 11.
Para la generación de unas señales de valor
teórico de la velocidad de guiñada \dot{\psi}, las cuales pueden
ser transmitidas hacia la entrada de señales de valor teórico 17
del regulador \dot{\psi} 14, se ha previsto un modelo lineal de
referencia del vehículo 18, que está implementado a través de un
calculador electrónico; este modelo puede representar cualquier
vehículo "deseado", y el mismo determina - en base a los datos
de entrada del ángulo de dirección, los cuales representan el deseo
del conductor, y en base a unos parámetros específicos del modelo,
los que dan por resultado una función más realista de la
transmisión, así como en base a unos valores estimados o medidos de
la velocidad longitudinal del vehículo - los valores teóricos de
la velocidad de guiñada \dot{\psi}_{soll} (\delta, v_{x}),
de cuya comparación con el valor medido de la velocidad de guiñada
el regulador \dot{\psi} 14 produce las señales de activación para
los órganos de ajuste del ángulo de dirección y/o para los
elementos actuadores de la unidad de control 16 de la dinámica
transversal.
El dispositivo de regulación 16 de la velocidad
de guiñada \dot{\psi} comprende, además, un regulador del ángulo
de flotación (\beta_{h}) y del ángulo de marcha oblicua
(\alpha_{h}), el cual está indicado, en su conjunto, por la
referencia 19 y cuya finalidad consiste en limitar - al presentar
el vehículo una tendencia al derrapamiento - el ángulo de flotación
\beta_{h} dentro de la zona de las ruedas traseras 21, que no
son direccionales, a un valor compatible con una estabilidad
dinámica en el sentido de una conducción exenta de derrapamiento;
en este caso, al trabajar el dispositivo de regulación 10 en este
modo de funcionamiento, a una limitación del ángulo de flotación
\beta_{h} o del ángulo de marcha oblicua \alpha_{h} es
concedida la prioridad con respecto a una variación en la velocidad
de guiñada mediante un aumento en el ángulo de marcha oblicua
\alpha_{h} de las dirigidas ruedas delanteras 13 del
vehículo.
Para explicar la concepción de este regulador 19
del ángulo de flotación, se quisiera entrar, en primer lugar, con
más detalles - por medio del modelo linealizado del vehículo de una
sola vía según la Figura 2 - en las ecuaciones de movimiento del
vehículo 11, las cuales describen el comportamiento de guiñada del
mismo; ecuaciones éstas que se constituyen de las siguientes
ecuaciones diferenciales:
(1),J_{z}
\cdot \ddot{\psi} = S_{v} \cdot l_{v} - l_{h} \cdot
S_{h}
que se produce por la exigencia de
un equilibrio en los momentos o pares de fuerza por el eje vertical
22, que pasa por el centro de gravedad (SP); así
como
(2),m \cdot
\dot{v}_{y} = S_{v} + S_{h} - m \cdot v_{x} \cdot
\dot{\psi}
que se produce por la exigencia de
un equilibrio en las fuerzas transversales en el
vehículo.
En el sistema de coordenadas - fijo para el
vehículo y supuesto para las ecuaciones de movimiento (1) y (2), en
el que con "x" se indica la dirección longitudinal del
vehículo, mientras que "y" representa la dirección
transversal, en ángulo recto a la primera - el ángulo de flotación
\beta_{SP} por el centro de gravedad del vehículo queda
determinado por la relación linealizada
\beta_{SP} = -
\frac{v_{y}}{v_{x}}
Con una correspondiente consideración
linealizada, para el ángulo de flotación \beta_{sh} en un punto
situado por detrás del centro de gravedad - es decir, en un punto
que se encuentra entre el centro de gravedad y el eje trasero o
bien más allá de éste último, guardando con respecto al centro de
gravedad SP la distancia l_{sh} - ha de ser aplicada la
relación
\beta_{sh} = -
\frac{v_{y}}{v_{x}} + \frac{\dot{\psi} \cdot
l_{sh}}{v_{x}}
y, por consiguiente, para el ángulo
de flotación \beta_{h} por el eje trasero - en el que el ángulo
de flotación según el modelo de una sola vía de la Figura 2 es
igual al ángulo de marcha oblicua \alpha_{h} - debe ser
aplicada la
relación
\beta_{h} = -
\frac{v_{y}}{v_{x}} + \frac{\dot{\psi} \cdot
l_{h}}{v_{x}}
en la que l_{h} representa la
distancia del eje trasero en relación con el centro de gravedad del
vehículo.
Por una diferenciación temporal de esta relación,
y bajo la condición de que sea constante la velocidad longitudinal
v_{x} del vehículo, es deducida la relación
(3)\dot{\beta}_{h} = -
\frac{\dot{v}_{y}}{v_{x}} + \frac{\ddot{\psi} \cdot
l_{h}}{v_{x}}
De ello resulta - con \dot{v}_{y} de la
relación (2) y con \ddot{\psi} de la relación (1) - para la
variación temporal \dot{\beta}_{h} del ángulo de flotación en
el eje trasero la siguiente relación:
(4).\dot{\beta}_{h} = S_{v}
\left[\frac{l_{v} \cdot l_{h}}{v_{x} \cdot J_{z}} - \frac{l}{m
\cdot v_{x}}\right] - S_{h} \left[\frac{l^{2}_{h}}{v_{x} \cdot
J_{z}} + \frac{l}{m \cdot v_{x}}\right] +
\dot{\psi}
Bajo la condición de que el momento de inercia
J_{z} del vehículo 11 por su eje vertical 22 corresponda a la
relación
J_{z} \cong m
\cdot l_{v} \cdot
l_{h}
que, por ejemplo, en los vehículos
automóviles de turismo y en la mayoría de los casos, es aplicada
con una muy buena aproximación o puede ser cumplida fácilmente - se
deduce de la relación (4) para la variación en el ángulo de
flotación \dot{\beta}_{h} la
relación
(5).\dot{\beta}_{h} = \dot{\psi}
- \frac{S_{h} \cdot (l_{v} + l_{h})}{l_{v} \cdot m \cdot v_{x}} =
\dot{\psi} - \frac{S_{h} \cdot L}{l_{v} \cdot m \cdot
v_{x}}
De esta relación puede ser apreciado, que
para
\dot{\psi} =
\frac{S_{h} \cdot L}{l_{v} \cdot m \cdot
v_{x}}
desaparece la variación temporal
\dot{\alpha}_{h} o \dot{\beta}_{h} del ángulo de flotación
\beta_{h} en las ruedas traseras 21 y del ángulo de marcha
oblicua \alpha_{h}, que es idéntico al mismo
(\dot{\alpha}_{h} = 0), es decir, el ángulo de flotación y el
ángulo de marcha oblicua se vuelven
constantes.
A efectos de una regulación de limitación del
ángulo de marcha oblicua \alpha_{h} a través de la regulación
de la velocidad de guiñada \dot{\psi}, esto es aprovechado de tal
manera que el regulador 19 del ángulo de flotación genere unos
valores \dot{\psi}_{soll}(\alpha_{h}) para la
regulación de la velocidad de guiñada \dot{\psi} según el enfoque
de regulación:
(6)\dot{\psi}_{soll}(\alpha_{h})
= \frac{L \cdot S_{n}(\alpha_{h})}{l_{v} \cdot m \cdot v_{x}} -
\lambda (\alpha_{h} -
\alpha_{hsoll})
estos valores teóricos pueden ser
transmitidos a la entrada de valores teóricos 17 del regulador 14
de la velocidad de guiñada \dot{\psi}; en este caso, \lambda
representa un factor de refuerzo que puede ser elegido
libremente.
El trayecto de regulación - que está representado
por el conjunto del dispositivo de regulación 10 de la velocidad
de guiñada \dot{\psi} - tiene una estructura de cascada, con la
velocidad de guiñada \dot{\psi} como la variable de ajuste; en
este caso, a través del enfoque de regulación según la relación (6)
es conseguida una linealización del movimiento transversal,
conforme a la relación
\dot{\alpha}_{h} = -
\lambda(\alpha_{b} -
\alpha_{hsoll})
que se deduce directamente de una
comparación entre las relaciones (5) y (6) para el supuesto de que
\dot{\psi} =
\dot{\psi}_{soll}(\alpha_{h}).
Las fuerzas laterales - que se presentan en las
relaciones (1), (2), (4) así como (5) y (6) - están tenidas en
consideración, en el modelo linealizado de una sola vía del
vehículo 11, por las relaciones
(8)S_{v} =
\frac{l_{h} \cdot m \cdot a_{y} + J_{z} \cdot \ddot{\psi}}{l_{v} +
l_{h}}
y
(9)S_{h} =
\frac{l_{v} \cdot m \cdot a_{y} - J_{z} \cdot \ddot{\psi}}{l_{v} +
l_{h}}
Las fuerzas laterales según las relaciones (8) y
(9) corresponden a unas fuerzas laterales de "neumáticos" que,
en función del ángulo de marcha oblicua \alpha_{v,h,} pueden ser
expresadas por una relación de la forma
(10)S_{v,h} =
C_{v,h} \cdot
\alpha_{v,h}
en la que con C_{v,h} se indican
unas rigideces de marcha oblicua, características de los
neumáticos.
De la curva de desarrollo de la Figura 3 - la
cual representa una forma típica de la dependencia de las fuerzas
laterales de un ángulo de marcha oblicua - puede ser deducido
directamente que, por un incremento en el ángulo, un aumento de las
fuerzas laterales es posible solamente hasta un valor máximo
\alpha_{máx} del ángulo de marcha oblicua.
Por consiguiente, el regulador 19 del ángulo de
marcha oblicua o bien del ángulo de flotación está diseñado en tal
sentido, que el ángulo de marcha oblicua \alpha_{h} no pueda
sobrepasar un valor \alpha_{hbegr}, y el mismo toma este valor
como el valor teórico para una regulación según la relación
(6).
El valor \alpha_{hbegr \ (\text{límite})}
puede estar fijado previamente, por ejemplo, con un valor alrededor
de 10 grados, lo que corresponde aproximadamente al valor
\alpha_{hmáx}, que marca el límite superior del ángulo de
marcha oblicua hasta el cual es posible - mediante un incremento en
el ángulo de dirección o en el ángulo de marcha oblicua - efectuar
un aumento de las fuerzas laterales, o bien, y tal como esto en la
Figura 1 está representado de forma esquematizada por un transmisor
de valor límite 24, este valor puede ser determinado previamente de
forma variable, y la salida de este transmisor es aportada - como
entrada de valor teórico - a un generador 26 de velocidad de guiñada
\dot{\psi}_{soll} (\alpha_{h}), que genera las emisiones
de valor \dot{\psi}_{soll} para el regulador 14 de la velocidad
de guiñada \dot{\psi}, las cuales facilitan - a través de la
regulación \dot{\psi} - la regulación de los ángulos de marcha
oblicua.
Una manera conveniente para establecer el valor
límite \alpha_{hbegr} consiste en el hecho de que este valor
límite es formado según la relación
(11)\alpha_{hbegr} = a_{h \ máx}
\cdot \mu +
\alpha_{h0}
en la que a_{hmáx} y
\alpha_{h0} representan unos parámetros constantes, mientras
que \mu representa el coeficiente de arrastre de fuerza, que es
aplicado en la respectiva situación de marcha por una curva;
coeficiente éste que puede variar mucho en función de la naturaleza
de la vía de conducción y de las condiciones meteorológicas. Una
selección más conveniente de los parámetros fijos a_{hmáx} y
\alpha_{h0} en relación con el valor límite superior del ángulo
de marcha oblicua consiste en el hecho de elegir - al tener la
relación \alpha_{hmáx}/\alpha_{h0} un valor de q (q < 1)
- para el parámetro a_{hmáx} el valor de (q -
1)\alpha_{h0} de tal manera que, con una típica magnitud
máxima del coeficiente de arrastre de fuerza \mu alrededor de 1,
se presente el valor \alpha_{hmáx} como el valor teórico para
la regulación del ángulo de marcha
oblicua.
La fuerza lateral S_{h}(\alpha_{h})
- necesaria para la generación de los valores \dot{\psi}_{soll}
son según la relación (6), los cuales son apropiados para una
limitación de los ángulos de marcha oblicua - queda facilitada,
conforme a la relación (9), por unos valores medidos o estimados de
la aceleración transversal a_{y} y de la aceleración del ángulo
de guiñada \dot{\psi}; a este efecto, es supuesto que la masa m
del vehículo, la distancia l_{v} del centro de gravedad SP con
respecto al eje delantero, la distancia entre ejes L = l_{v} +
l_{h} y el momento de inercia de guiñada J_{z} sean constantes
como unas magnitudes específicas del vehículo.
La velocidad longitudinal v_{x} del vehículo es
determinada en base a los valores medidos del número de
revoluciones \omega_{i} de las ruedas del vehículo y como un
valor estimado.
El valor real \alpha_{h} del ángulo de marcha
oblicua por el eje trasero es determinado - según la relación
linealizada
\alpha_{h} = -
\frac{v_{y}}{v_{x}} + \frac{\dot{\psi} \cdot
l_{h}}{v_{x}}
por medio de unos valores estimados
de la velocidad longitudinal v_{x} del vehículo y de la velocidad
transversal v_{y} del mismo así como con los valores medidos
\dot{\psi} de la velocidad de guiñada. Un transmisor de valores
estimados 27, que es apropiado para esta tarea y el cual general -
por un procesamiento de los valores de medición para la velocidad
de guiñada \dot{\psi}, para la aceleración de guiñada
\ddot{\psi}, para la aceleración transversal \alpha_{y} del
vehículo, para la aceleración longitudinal \alpha_{x} del
vehículo, para los números de revoluciones de las ruedas
\omega_{i} y para los ángulos de dirección \delta_{v} - los
valores estimados, \hat{v}_{x} y \hat{v}_{y}, que han de
ser procesados por el regulador de velocidad de guiñada
\dot{\psi}14 y por el regulador \alpha_{h} 26,
respectivamente, como también genera el mismo un valor estimado
\hat{\mu} para el coeficiente de arrastre de fuerza; valores
éstos que, como entradas, son pasados el transmisor de valor límite
26; dado el caso, el transmisor de valores estimados 27 también
puede generar una salida de a_{y} para el regulador de
\alpha_{h}, y este transmisor puede estar realizado al estilo
de un filtro Kalman, tal como esto está explicado con más detalles,
por ejemplo, en la Patente Alemana Núm. DE 43 25 413 A1 - a la que
aquí se hace expresamente referencia - a efectos de la
determinación del ángulo de flotación de un
vehículo.
Los valores estimados \hat{\mu}ç del
coeficiente de arrastre de fuerza pueden ser determinados por el
hecho de que las magnitudes de las fuerzas laterales según las
relaciones (8) y (9) son divididas por las respectivas fuerzas
normales F_{z}, existentes en el eje delantero y en el eje
trasero, las cuales pueden ser estimadas, a su vez, del peso del
vehículo y de la distribución de la carga axial o de la carga por
rueda. Un valor estimado \hat{v}_{y} de la velocidad
transversal puede ser obtenido a través de una integración de la
aceleración transversal a_{y} durante el lapso de tiempo
\Deltat, que transcurre al iniciarse el viaje por una curva y
hasta que la aceleración transversal a_{y} haya vuelto a ser
constante otra vez.
Con el fin de que el modo de regulación -
previsto para la limitación del ángulo de marcha oblicua
\alpha_{h} a través de una limitación de la velocidad de
guiñada \dot{\psi} y el que, bajo unas condiciones extremas,
puede conducir a una significativa desviación de la vía de
movimiento del vehículo en relación con el deseo del conductor -
sea solamente efectivo al existir una tendencia del vehículo al
derrapamiento, resulta que según el concepto de regulación
implementado por el dispositivo de regulación 10, está previsto que
el mencionado modo de regulación sea elegido solamente en aquellos
casos, en los que el valor \dot{\psi}_{soll} (\alpha_{h}),
determinado por la regulación del ángulo de marcha oblicua según la
relación (5), sea más pequeño que el valor \dot{\psi} (\delta,
v_{x}), emitido por el modelo de referencia del vehículo 18, el
cual queda determinado en función del ángulo de dirección \delta
y del valor estimado \hat{v}_{x} de la velocidad longitudinal,
como unas magnitudes variables.
Por consiguiente, está previsto un dispositivo de
conmutación 28, que aporta las emisiones de los valores teóricos
del modelo de referencia del vehículo 18 y las emisiones de valores
teóricos del regulador \alpha_{h} 19 - de acuerdo con la
mencionada estrategia de conmutación de que para la regulación de
la velocidad de guiñada \dot{\psi} tiene que ser tomado el
respectivo valor más pequeño de los dos valores teóricos - de forma
alternativa a la entrada de valores teóricos 17 del regulador 14 de
la velocidad de guiñada \dot{\psi}.
Debido a ello se consigue que el vehículo - en el
mayor número de unas situaciones estadísticamente significativas
de un viaje por una curva - sea controlado principalmente a través
de una intervención en la dirección, por lo que el vehículo también
se comporta, en la máxima manera posible, conforme al deseo del
conductor, y que la regulación de la limitación del ángulo de
marcha oblicua y del ángulo de flotación - la cual conduce a una
desviación de la vía de movimiento del vehículo con respecto al
deseo del conductor - pueda ser efectiva solamente en unas
situaciones, extremas y "peligrosas", de necesidad.
Claims (6)
1. Procedimiento para la regulación de la
dinámica transversal de un vehículo con la dirección en el eje
delantero, según el cual la regulación es llevada a efecto en
función de unas desviaciones de los valores reales medidos de la
velocidad de guiñada con respecto a unos valores teóricos de la
misma, los cuales son generados de forma continua, y en el cual el
seguimiento de los valores reales es conseguido por medio de un
ajuste en los ángulos de dirección de ruedas (\delta_{i}) y/o a
través del ajuste de las fuerzas de frenado (P_{i}) de las ruedas;
en este caso, por medio de un modelo lineal del vehículo, que
representa el comportamiento dinámico deseado del vehículo, es
determinado un primer valor teórico \dot{\psi}_{soll} (\delta,
v_{x}) para la velocidad de guiñada \dot{\psi}, el que
corresponde al deseo del conductor con respecto al desplazamiento
del vehículo por la vía, el cual es iniciado por el accionamiento de
un órgano de mando (volante de dirección, barra de mando);
procedimiento éste que está caracterizado porque, bajo la
condición secundaria de que el ángulo de flotación \beta_{h}
dentro de la zona de las ruedas traseras no dirigidas del vehículo
y/o el ángulo de marcha oblicua \alpha_{h}, que se presenta en
las ruedas traseras no dirigidas del vehículo, no han de sobrepasar
un limitado valor, es determinado otro valor teórico
\dot{\psi}_{soll} (\beta); como asimismo está
caracterizado porque es empleado aquel valor de los dos
valores teóricos, el que es más pequeño según las magnitudes, como
el valor teórico de la velocidad de guiñada, el cual es decisivo
para la regulación.
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1)
y caracterizado porque el adicional valor teórico
\dot{\psi}_{soll}(\beta) es formado según la
relación
\dot{\psi}_{soll}(\beta) =
\frac{K \cdot a_{ysh}}{v_{x}} - \lambda \cdot (\beta_{sh} -
\beta_{sh \
máx})
en la que \beta_{sh} representa
el ángulo de flotación en un punto que, dentro de la zona trasera
del vehículo, está situado a una distancia significativa del centro
de gravedad; a_{ysn} representa la aceleración transversal en este
punto; K representa una constante específica del vehículo; mientras
que \lambda representa un factor de refuerzo, que puede ser
elegido
libremente.
3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2)
y caracterizado porque, para el caso de que el momento de
inercia de guiñada J_{z} quede formado, con una buena
aproximación, por la relación
J_{z} = l_{h}
\cdot l_{v} \cdot
m
en la que m representa la masa del
vehículo; l_{v}, representa la distancia del centro de gravedad
del vehículo con respecto al eje delantero; mientras que l_{h}
representa la distancia del centro de gravedad del vehículo con
respecto al eje trasero - el adicional valor teórico, necesario para
la regulación de la limitación de la velocidad de guiñada, es
determinado según la
relación
\dot{\psi}_{soll}(\alpha_{h}) =
\frac{L \cdot S_{h}(\alpha_{h})}{l_{v} \cdot V_{x} \cdot m} -
\lambda \cdot (\alpha_{h} - \alpha_{h \
máx})
en la que L representa la distancia
entre los ejes del vehículo, mientras que
S_{h}(\alpha_{h}) representa la fuerza lateral que por
el eje trasero del vehículo se produce durante el viaje por una
curva.
4. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1) hasta 3) y caracterizado porque el valor
límite del ángulo de flotación \beta_{máx} y/o el valor límite
del ángulo de marcha oblicua \alpha_{máx} están previamente
establecidos de forma fija, preferentemente con un valor alrededor
de 10 grados.
5. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1) hasta 4) y caracterizado porque el valor
límite del ángulo de flotación \beta_{máx} y/o el valor límite
del ángulo de marcha oblicua \alpha_{máx} son determinados
teniendo en consideración unos valores estimados - \hat{v}_{x}
así como \hat{\mu} - de la velocidad longitudinal v_{x} del
vehículo y del coeficiente de arrastre de fuerza \mu.
6. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1) hasta 3) y caracterizado porque el valor
real del ángulo de flotación \beta_{h} es determinado en base a
unos valores estimados - \hat{v}_{y} y \hat{v}_{z} - de la
velocidad transversal (v_{y}) del vehículo y de la velocidad
longitudinal (v_{x}) del mismo.
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