BRPI0706922A2

BRPI0706922A2 - sistema de controle veicular

Info

Publication number: BRPI0706922A2
Application number: BRPI0706922-7A
Authority: BR
Inventors: Jae Y Lew; John A Grogg; Damrongrit Piyabongkarn; Robert J Kyle
Original assignee: Eaton Corp
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2011-04-12
Also published as: CN101395025A; CN101395025B; ATE507996T1; AU2007210853A1; CA2641897A1; WO2007088467A3; AU2007210853B2; WO2007088467A2; RU2008135703A; EP1979189B1; ES2362238T3; PL1979189T3; RU2449909C2; US7801657B2; KR20080092981A; EP1979189A2; MX2008009971A; JP5246500B2; DE602007014323D1; CA2641897C

Abstract

SISTEMA DE CONTROLE VEICULAR, Provê-se um sistema de controle veicular (50) tendo uma primeira roda (28) e uma segunda roda (30) e incluindo um aparelho diferencial (22) adaptado para distribuir torque entre a primeira roda (28) e a segunda roda (30) e um controlador de tração (52) para controlar a operação do aparelho diferencial (22) desde a partida do veículo até uma pré-determinada velocidade do mesmo. O controlador de tração (52) sendo configurado para engatar o aparelho diferencial (22) em um primeiro estado de operação de acordo com pelo menos um parâmetro de operação de veículo indicativo de uma condição de operação de baixa tração, e para controlar o engate do aparelho diferencial (22) em um segundo estado de operação de veículo durante a condição de operação de baixa tração de acordo com uma diferença entre uma pré- determinada razão de guinada desejada de veículo e a razão de guinada efetiva de veículo. O sistema de controle (50) também inclui um controlador de estabilidade (54) para controlar o engate do aparelho diferencial (22) em uma pré-determinada velocidade de veículo ou acima da mesma.

Description

"SISTEMA DE CONTROLE VEICULAR".

Histórico da Invenção

A presente invenção se relaciona a um sistema e métodode controle de estabilidade de veículos usandodiferenciais de deslizamento limitado para melhorara dinâmica lateral do veículo, enquanto preserva omovimento longitudinal do mesmo.

O sistema de freio antitravamento ABS se tornou parteintegrante dos modernos carros de passeio e inclusivesendo usado para melhorar a tração e estabilidade destes.Sistemas de controle de tração típicos que atuam sobre osfreios, no entanto, têm a desvantagem de dissipar umacerta quantidade de energia, grosseiramente igual àquelaconsumida pela roda de tração. Por exemplo, quandoo veículo tenta acelerar ou subir uma superfície deatrito diferenciado (split-μ) , freqüentemente perde suaenergia no sistema de freios dissipando a mesmaquantidade de energia enviada para roda de tração, quefreqüentemente é insuficiente para mover o veículo,tal como em uma subida de montanha.

Para superar esta limitação, um controle de tração usandodiferenciais de deslizamento limitado eletronicamentecontrolado (ELSDs) pode ser aplicado às rodas motrizes,de modo que o veículo se mantenha em movimentolongitudinal transmitindo mais torque à roda com maistração. Diferenciais totalmente bloqueados provêema melhor tração longitudinal possível, mas em superfíciesescorregadias ou com atrito diferenciado (split-μ),a dinâmica lateral do veículo pode se degradar eo veículo sair da trajetória desejada. De fato, o efeitoesterçante provocado pelo torque deve ser controlado paraevitar um desvio de trajetória indesejável e uma eventualdegradação da dinâmica lateral do veículo.

Em velocidades relativamente altas, sistemas de controlede estabilidade de guinada podem ser usados para impedirque o veículo perca o controle. A maior parte dossistemas de controle de estabilidade disponíveis nomercado se baseia no freio. Sistemas de controle deestabilidade por freio usam um hardware ABS para atuarsobre as rodas individualmente para corrigir a dinâmicade guinada. No entanto, os sistemas por freio sãolimitados pelo fato de o desempenho de velocidade doveículo se deteriorar e conflitar com a ação do condutor.Para superar a limitação do controle de estabilidadepor freio, um controle de estabilidade ativo pordistribuição de torque seria vantajoso em aceleraçãopróxima ao limite de estabilidade do veículo.

Nas últimas duas décadas constatou-se um significativocrescimento de sistemas de tração nas 4 rodas em veículosde passeio. A tecnologia de diferencial de deslizamentocontrolado (LSD) já vem sendo usada em muitos modelosem produção. Os ELSDs vêm sendo amplamente usados nomercado automobilístico, e são conhecidos pela suacapacidade de prover amortecimento de guinada aosveículos em adição a um superior desempenho de tração.Sumário da Invenção

Provê-se um sistema de controle veicular tendo umaprimeira roda e uma segunda roda e incluindo um aparelhodiferencial para dividir o torque entre a primeira ea segunda roda, e um controlador de tração para controlara operação do aparelho1 diferencial desde a partida atéuma certa velocidade do veículo. 0 controlador de traçãoé configurado para engatar o aparelho diferencial em umprimeiro estado de operação, de acordo com pelo menos umparâmetro de operação de veículo indicando uma condiçãode baixa tração, e engatar o aparelho diferencial em umsegundo estado de operação durante a condição de baixatração de acordo com uma diferença entre uma razão deguinada efetiva do veículo e uma pré-determinada razão deguinada desejada de veíçulo. 0 sistema de controle tambéminclui um controlador de estabilidade para controlar oengate do aparelho diferencial em uma pré-determinadavelocidade de veículo, ou acima desta.Uma configuração da presente invenção inclui um método decontrole de estabilidade ativo usando ELSDs para melhorara dinâmica lateral do veiculo, enquanto preserva seumovimento lateral. Em outra configuração, a invençãoinclui um sistema de controle que provê uma melhoria parao controle de tração. 0 controle de tração deestabilidade melhorada foi avaliado na condição departida em linha reta em aceleração máxima em umasuperfície de asfalto/gelo de atrito diferenciado(split-μ). Os dados obtidos mostraram uma estabilidademuito melhor, no modo de operação de controle de tração.

Descrição Resumida dos Desenhos

A figura 1 é uma configuração de trem de força de umveículo exemplar com um diferencial de deslizamentolimitado eletronicamente controlado;

A figura 2 é uma vista em corte transversal de umdiferencial de deslizamento limitado eletronicamentecontrolado de exemplo;

A figura 3 é um gráfico mostrando o tempo de resposta dodiferencial de deslizamento limitado eletronicamentecontrolado exemplar mostrado na figura 2;

A figura 4 é um modelo dinâmico de um eixo incluindo umdiferencial de deslizamento limitado eletronicamentecontrolado;

A figura 5 é um modelo dinâmico de uma embreagem dediferencial de deslizamento limitado eletronicamentecontrolado;

A figura 6 é um diagrama esquemático de um sistema decontrole, de acordo com uma configuração da presenteinvenção;

A figura 7 é um gráfico mostrando o efeito de umdiferencial de deslizamento limitado eletronicamentecontrolado sobre as rodas traseiras de um eixo doveículo;

A figura 8 é um gráfico de uma razão de guinada de umveículo para uma manobra de mudança de faixa dupla em umveículo tendo um sistema de controle de acordo com umaconfiguração da presente invenção;A figura 9 é um gráfico mostrando o torque de embreagemde um diferencial de deslizamento limitadoeletronicamente controlado que corresponde ao gráfico dafigura 8;

A figura 10 é uma imagem editada de um trecho de animaçãode um veículo correspondente ao gráfico da figura 8;

As figuras 11 a 13 ilustram resultados de teste,em formato gráfico, do desempenho de um veículo durantea partida usando um sistema de controle de acordo com umaconfiguração da presente invenção;

As figuras 14 a 22 ilustram resultados de testes,em formato gráfico, do desempenho de um veículo duranteuma manobra de slalom relativamente em alta velocidadeusando um sistema de controle de acordo com umaconfiguração da presente invenção; e

As figuras 23 e 24 ilustram resultados de teste,em formato gráfico, do desempenho de um veículoem manobra senoidal ("sine-steer") de Ioop aberto em umasuperfície de neve compactada, usando um sistema decontrole de acordo com uma configuração da invenção.

Descrição Detalhada

A presente invenção será descrita a seguir.Em primeiro lugar, é provida uma configuração de trem deforça de um veículo usando um diferencial de deslizamentolimitado eletronicamente controlado; em segundo lugar,é analisada a modelagem de um diferencial de deslizamentolimitado; em terceiro lugar, é descrito o sistema decontrole de estabilidade para ambos, controle de tração econtrole de guinada; e finalmente, a simulação eos resultados experimentais demonstram a efetividade dosistema em controlar a estabilidade do veículo na partidae em alta velocidade.

Referindo-se agora à figura 1, onde se mostra umaconfiguração de trem de força 20 proposta, mas de modonão-limitante. O trem de força 20 inclui um diferencialde deslizamento eletronicamente controlado (ELSD) 22a e22b, instalado em pelo menos um de eixo dianteiro 24 eeixo traseiro 26. 0 ELSD 22 pode ser usado para dividiro torque entre a roda esquerda 28 e a roda direita 30.Em uma configuração, a quantidade de torque distribuídaentre as rodas 2 8 e 3 0 pelo ELSD 22 é determinada peloengate de uma embreagem (não mostrada) , como bemconhecido na técnica, que pode ser implementado por querum sistema eletromagnético ou hidráulico, por exemplo.ELSDs exemplares para um trem de força 2 0 estão descritosno pedido de patente pendente U.S. 11/ 167.474 e patenteN0 7.051.857, depositadas para o depositante da invençãoe incorporadas nesta em sua totalidade por referência.Como mostrado na figura 2, e como descrito acima, um ELSDusado no eixo dianteiro 24 e no eixo traseiro 2 5 provesua funcionalidade de deslizamento limitado através deuma embreagem de fricção muiti-disco ativamentecontrolada 3 0 disposta entre uma primeira engrenagemcônica 32 e um alojamento de diferencial 34. 0 engate daembreagem 3 0 limita o deslizamento entre a engrenagemlateral 32 e o alojamento do diferencial 34, e com istolimita o deslizamento no par de eixos (não mostrado)conectados às rodas 28 e 30. A função de limitar odeslizamento resulta em produzir um torque dividido entreos eixos de saída, com magnitude menor ou igual ao torqueda embreagem. Aspectos exemplares, tal como nível detorque de bloqueio relativamente alto, capacidadetérmica, durabilidade, e operação sem ruído caracterizameste projeto de embreagem.1 0 movimento rotacional entre oalojamento do diferencialj34 e o alojamento secundário 38opera uma bomba 40, que, desloca óleo a partir de umdepósito no eixo para uma passagem de descarga que secomunica diretamente com um pistão atuador de embreagem euma válvula reguladora atuada por solenóide 44. Com aválvula 44 desenergizada, I o óleo flui livremente atravésda válvula 44 produzindo j:uma pequena pressão hidráulica(ou mesmo nenhuma) contra|o pistão atuador de embreagem.Com a válvula 44 energizacia, o fluxo de óleo é restritopela válvula 44 provendouma pressão hidráulica contrao pistão atuador 42 para engatar a embreagem 3 0 de acordocom um nível proporcional àquele da pressão hidráulica.A otimização do sistema hidráulico é um componente deprojeto essencial de um ELSD e o cerne desta otimizaçãoreside no controle de passagem e em um projeto de bombaapropriado. A bomba gerotor 4 0 no ELSD exemplar da figura2 opera com alto grau de eficiência hidráulica comorequerido para um excelente controle de tração a baixavelocidade (abaixo de 32 km/hora), conquanto nãodesnecessariamente penalizando a eficiência mecânica emvelocidades mais altas (acima de 113 km/hora). Mediçõesde economia de combustível em velocidades de cruzeiro emrodovias em um veículo de teste com o ELSD descrito nãorevelaram uma redução mensurável de economia decombustível. Similarmente, testes em bancada dodiferencial exemplar da figura 2, apresentaram uma perdade potência de cerca de 0,11 kW a cerca de 113 km/hora,em virtude das perdas mecânicas que ocorrem na bomba 40.A despeito da construção mecânica de qualquer ELSD 22,o tempo de resposta de embreagem deve ser suficiente paragarantir a efetividade do sinal de controle deestabilidade. O projeto ELSD da figura 2 requer umacorrente mínima para prover um rápido desenvolvimento detorque, por exemplo, 2000 Nm com uma corrente de 2,67 A(32W), particularmente em relação a outros sistemas queusam atuadores baseados em motores eletromagnéticos ouelétricos. A aplicação/ remoção relativamente rápida dadivisão de torque diferencial é requerida para operaçãodinâmica do veículo baseado no controle de torque do tremde força (como descrito) e também para a compatibilidadecom os vários sistemas de intervenção dinâmica de veículopor freio. A figura 3 ilustra um gráfico da aplicação/remoção de divisão de torque em degrau realizada peloELSD exemplar descrito. Como ilustrado, os tempos deengate e desengate são menores que 50 ms para um veículoa cerca de 64 km/hora.

Referindo-se às figuras 4 e 5, um modelo dinâmico de ELSDserá descrito para avaliar um sistema de controleveicular. O modelo é baseado nas propriedades dinâmicasda embreagem e focaliza as condições de embreagembloqueada/ desbloqueada (ou deslizante), incluindo ascondições para transitar o engate de embreagem entreos estados desbloqueado/ bloqueado.

Um ELSD geralmente tem os mesmos componentes que umdiferencial aberto, exceto para uma embreagem queproporcione uma trajetória adicional para transferênciade torque. Com referência à figura 4, T±n é o torquetransferido para o eixo traseiro e Tdiff o torquetransferido através das engrenagens do diferencial, eTcr o torque transferido através da embreagem. Sendo queTcr não é necessariamente igual ao nível de torque deembreagem aplicado pela unidade eletrônica de controle(ECU) do veículo ou algum outro tipo de controlador,dependendo dos estados bloqueado, desbloqueado, oudeslizante. Assumindo que a eficiência de transmissãode torque seja 100%, a relação entre o diferencial doeixo árvore e o diferencial é 1, e o diferencialapresentando pouca ou nenhuma inércia, então:

<formula>formula see original document page 8</formula>

Uma vez que o torque transferido através das engrenagensdo diferencial Tdiff seja igualmente distribuído paraos semi-eixos direito e esquerdo, o torque líquido parainércia traseira-esquerda e inércia traseira-direitapode ser expresso como:

<formula>formula see original document page 8</formula>

Referindo-se à figura 5, a embreagem pode ser modeladacomo um elemento torsional mola-amortecedor, de acordocom a equação:<formula>formula see original document page 9</formula>

onde:c é ο coeficiente de amortecimento da embreagem;k, o coeficiente de mola da embreagem; eAw= Wdiff-Wly a diferença de velocidade entre o diferenciale o semi-eixo esquerdo.

Ademais, a embreagem pode ser adicionalmente modeladano estado bloqueado. Tcr_max representando o torque deembreagem aplicado aos discos de embreagem e controladopelo controlador. No entanto, dependendo do estadobloqueado, o torque de embreagem efetivo transferidonão precisa ser igual ao nível de torque de embreagemaplicado. Na verdade, o torque de embreagem transferidopode ser limitado por Tcr_max, como segue:

<formula>formula see original document page 9</formula>

As condições de bloqueio de um diferencial dedeslizamento limitado são modeladas como segue.

A transição do estado bloqueado para o estadodesbloqueado/ deslizamento ocorre quando:

<formula>formula see original document page 9</formula>

A modelagem para esta condição pode ser derivadadas equações (2) e (3):

<formula>formula see original document page 9</formula>

A transição do estado desbloqueado/ deslizante parao estado bloqueado ocorre quando:

<formula>formula see original document page 9</formula>

Este modelo representa a situação onde o torque deembreagem aplicado é maior que a diferença de torqueentre os discos de embreagem e, por conseguinte, descrevea dinâmica de bloqueamento da embreagem.Das equações (1) e (4) , TdIff é calculado como:

<formula>formula see original document page 10</formula>

então,

<formula>formula see original document page 33</formula>

Com as derivadas das equações acima, resulta:

<formula>formula see original document page 33</formula>

onde,

<formula>formula see original document page 33</formula>

As equações dinâmicas do semi-eixo esquerdo e do semi-eixo direito derivam de:

<formula>formula see original document page 33</formula>

Adicionalmente, de acordo com os princípios físicos deum diferencial, a velocidade do-diferencial é determinadacomo segue:

<formula>formula see original document page 33</formula>

Substituindo as equações (13) e (14) em ((15), resulta:

<formula>formula see original document page 33</formula>Notando que

<formula>formula see original document page 11</formula>

Utilizando as condições de transição dadas acima,a dinâmica dos dispositivos divisores de torque pode serimplementada em um software de simulação, tal comoMatlab/Simulink. A modelagem de tempo discreto de ambosdispositivos sendo mostrada resumidamente a seguir:Passando do estado bloqueado para o estado desbloqueado/deslizante, então:

<formula>formula see original document page 11</formula>

Passando do estado desbloqueado/ deslizante para o estadobloqueado, então:

<formula>formula see original document page 11</formula>

Conquanto a distribuição de torque através do ELSD possaser usada para alterar as forças trativas nas rodas,conseqüentemente, a resposta de guinada dinâmica doveículo também se altera. A aplicação (ou engate)da embreagem 30 pode ser ajustada para modularo comportamento dinâmico de guinada do veículo desejadopara uma específica condição de condução.

Referindo-se à figura 6, será descrito um sistema decontrole veicular 50 incluindo um método para melhorara estabilidade usando a divisão de torque de umaconfiguração da presente invenção. Em uma configuração,o sistema de controle 50 inclui dois controladoresprimários: um controlador de tração para melhorara estabilidade 52 e um controlador de amortecimentode guinada 54. Um controlador supervisor 56 pode serusado para selecionar as ações de controle de acordo comum ou mais parâmetros de operação, tal como velocidade,como determinada por dados recebidos a partir de um oumais sensores 58. Em velocidades relativamente baixas,aplica-se um algoritmo de controle de tração deestabilidade melhorada para melhorar a estabilidadedo veículo, conquanto ativado o controle de tração.Em velocidades relativamente altas, desliga-se o controlede tração para melhorar estabilidade, e somentepermanecendo ativado o controle de amortecimento deguinada. 0 controle de tração 52 e o controlador deamortecimento de guinada 54 podem ser providos emcomunicação ou contidos em uma unidade de controleseparada, tal como em uma unidade eletrônica de controle(ECU) integrada no ECU do veículo ou em um componentenão-hardware (tal como, software) do ECU ou de outrocontrolador do veículo.

Sistemas de controle de tração com diferenciaisativamente controlados e tptalmente bloqueáveis provêema maior aceleração longitudinal possível, mas degradama dinâmica lateral do veículo em condições de atritodiferenciado (split-μ). Em particular, conquanto umsistema de controle de tração controlado pelo diferencialseja capaz de controlar a ' embreagem de diferencial emtempo real com base em uma retro-informação dedeslizamento de roda (patinagem), provoca instabilidadede guinada por sobre-aplicação da embreagem.

Um sistema de controle de estabilidade veicular de acordocom uma configuração da piresente invenção supera estalimitação através de um controlador de controle de traçãopara prover uma maior 'estabilidade em adição aocontrolador de tração atjavo normal. No controladorde tração para melhor estabilidade 52, se determinase a razão de guinada efetiva excede uma pré-determinadarazão de guinada desejada para o veículo, como segue:

<formula>formula see original document page 13</formula>

onde:

r é a razão de guinada efetiva; erdes e a razão de guinada desejada:

V

<formula>formula see original document page 13</formula>

onde:

Vx é a velocidade longitudinal do veículo;Δ, o ângulo de esterçamento;10 L, a bitola do veículo; eKus, o gradiente de subesterço.Sempre que a razão de guinada efetiva de veículo excedeuma pré-determinada razão de guinada desejada de veículo,a embreagem de diferencial desengata proporcionalmente15 à diferença entre a razão de guinada efetiva de veículo ea razão de guinada desejada de veículo, permitindoao condutor trazer o veículo de volta para a trajetóriadesejada. O controle de tração de estabilidade melhoradaé implementado modificando o torque aplicado pelodiferencial normal ou original, como segue:

<formula>formula see original document page 13</formula>

onde:u é o torque aplicado pelo diferencial;Utraction, o sinal de controle de tração original;deadband (faixa morta) ê a função limite para a diferençade razão de guinada, que pode ser ajustada com basena habilidade do condutor sobre o veículo; esat, uma função de saturação estabelecida em [-a, +a];ea, um valor de faixa de erro (parâmetro de projeto).Adicionalmente à melhorar a estabilidade em uma operaçãode baixa tração em linha reta, o sistema de controle deestabilidade veicular também contribui para melhorara estabilidade do veículo em curvas. Quando a função decontrole de tração de estabilidade aumentadaé completada, o ELSD ainda pode ser usado para dividiro torque do eixo entre as rodas direita e esquerda.Se o torque de embreagem de diferencial for aplicado como veículo em uma curva, o dispositivo apenas transfereo torque da roda externa para a roda interna, gerandoum momento de guinada em direção oposta à curva, o queaumenta a tendência de subesterço do veículo, qualfenômeno pode ser explicado com as equações (19) e (20) .A velocidade da roda externa normalmente é maior quea velocidade da roda interna, quando o veículo estiverfazendo uma curva. A embreagem diferencial então tentaigualar as velocidades das rodas, externa e interna.A velocidade e aceleração da roda externa devem serreduzidas junto com o torque, e vice-versa, enquantoo torque na roda interna deve aumentar. Então; aestratégia de controle se baseia no fato de a ação debloquear o ELSD induz um comportamento subesterçanteao veículo.

O controlador de amortecimento de guinada 54 bloqueiaos diferenciais e aumenta o amortecimento de guinada,quando a razão de guinada efetiva de veículo for maiorque uma pré-determinada razão de guinada desejada deveículo. Como descrito, a razão de guinada desejada deveículo pode ser determinada com base na velocidade eno ângulo de esterçamento do veículo. A razão de guinadaefetiva de veículo então pode ser comparada à razão deguinada desejada de veículo em tempo real. Se a razão deguinada efetiva de veículo for menor que a razão deguinada desejada de veículo, os diferenciais não serãoengatados, uma vez que quando se aumenta o torque debloqueio nos diferenciais dianteiro e traseiro, tambémaumenta o amortecimento de guinada, daí reduzindo a razãode guinada. A comparação de razão de guinada pode não serativada quando a aceleração lateral for menor que 0,03 g,e a variação entre as razões de guinada efetiva edesejada menor que 3%. O torque de diferencial a seraplicado pelo controlador de amortecimento de guinada 54pode ser determinado de acordo com a equação a seguir:

<formula>formula see original document page 15</formula>

onde:

u é o torque de diferencial aplicado;

deadband (faixa morta), uma função limite para diferençade razão de guinada que é ajustável com base nasensitividade do sistema de controle;

Kp e Kir respectivamente o ganho proporcional e o ganhointegral; e

pos uma função de valor positivo.

O controlador de amortecimento de guinada 54 engatao ELSD sempre que a razão de guinada demasiada excederem uma condição de μ constante. A operação do controladorde amortecimento de guinada 54 está descrita em detalhesno pedido de patente co-pendente U.S. entitulada"Minimizing Dynamic Rollover Propensity with ElectronicLimited Slip Differentials", incorporada em suatotalidade por referência nesta.

Um modelo dinâmico do sistema de controle 50 foi geradoem um ambiente Matlab/Simulink. Um modelo de veículocompleto desenvolvido por CarSim foi usado e modificadopara incluir os ELSDs exemplares descritos nesta, de modoa realizar uma co-simulação. A figura 7 mostraa validação do modelo desenvolvido. Quando um elevadotorque de embreagem foi aplicado durante uma curva,as velocidades das rodas esquerda e direita se tornaramsubstancialmente similares durante o engate.

Para avaliar o desempenho do sistema de controle 50proposto operando sob controle do controlador deamortecimento de guinada 54, uma manobra padronizadade mudança de faixa dupla foi simulada para validaros efeitos do controle de guinada propostos na dinâmicado veículo. Esta manobra foi realizada para avaliar odesempenho de amortecimento de guinada no modo traçãotraseira. As condições foram estabelecidas para100 km/hora em pista escorregadia (μ 0,6).

A figura 8 ilustra uma comparação de um veículo com/semum controle de amortecimento de guinada. 0 veículo comcontrole de amortecimento de guinada tem um desempenhosuperior em relação àquele sem o mesmo, que eventualmentese mostra instável. A figura 9 indica os níveis de torquede embreagem correspondentes usados para controlar osdispositivos divisores de torque. A embreagem ELSD sendoativada somente em sobre-esterço. Finalmente, a figura 10mostra a imagem de um trecho de animação em CarSim.

0 teste foi conduzido em um Ford F150 modificado e comdiferenciais EGerodisc™ da Eaton Corporation, nos eixosdianteiro/traseiro, e um Chevrolet Silverado com umdiferencial EGerodiscII™ da Eaton Corporation no eixotraseiro. Para obter os resultados, os veículos foraminstrumentados para registrar os parâmetros relevantes.

Um MicroAutoBox da dSPACE foi usado para desenvolver umcontrolador em tempo real, provendo um ambiente · deprototipagem rápida em Matlab/Simulink. 0 controlador foiprojetado como uma unidade no veículo, muito similar auma ECU, e o tempo de amostragem foi 10 ms. 0 softwareControlDesk da dSPACE foi usado para administrar,monitorar, e registrar os dados· experimentais, através deum modo de interface gráfica de usuário (GUI).

Um sistema de navegação em tempo real RT 3 0 00 da OxfordTechnical Solutions também foi usado no testeum sistema de navegação completo inercial de seis eixoscom GPS combinado. As saídas, do GPS foram conectadasao MicroAutoBox pela comunicação CAN do veículo(0,5 Mbits/s de "baud-rate"). Os sensores usados no testede estabilidade incluíram sensores de velocidadenas rodas, um sensor de ângulo1 de esterçamento, e sinaisRT 3000 (velocidade do veículo, X global, Y Global,aceleração lateral, aceleração longitudinal, e ângulode deslizamento de carroceria, e razão de guinada).

0 teste de controle de tração de estabilidade aumentadafoi conduzido na partida de um veículo em aceleraçãomáxima em linha reta em uma superfície seca e coberta comgelo com deslizamento diferenciado (split-^m). 0 ângulode esterçamento da roda dianteira foi colocado em zerodurante o teste (loop aberto), e o erro de guinadana função deadband na equação (23) em ± 0,5 grau/segundo.

0 valor de faixa de erro a foi colocado em0,5 grau/ segundo. Como mostrado nas figuras 11 a 13,os dados experimentais demonstraram uma significativamelhoria na estabilidade do veículo na partida no modocontrole de tração normal. Com o controle de tração deestabilidade aumentada, a dinâmica de guinada de veículose mostrou estável, mantendo o veículo substancialmentena direção reta. A guinada mínima desejada foi conseguidacom um limite deadband baixo, mas o veículo partindomais lentamente. O deadband, no entanto, pode serajustado de acordo com a habilidade do condutor.

Acima de uma certa velocidade, determinada por sensores,tal como sensores de velocidade nas rodas, o controladorde amortecimento de guinada é ativado. A manobra deslalom, em particular, cria uma situação instável parao veículo. Um comportamento sobre-esterçante pode serobservado nas manobras de slalom em uma superfície debaixo μ. Por conseguinte, escolheu-se a manobra de slalompara avaliar o controle de guinada ativa. No percursoforam usados sete cones em linha reta separados 100 pésentre si em uma superfície de neve compactada.

Um condutor então levou o veículo até cerca de 50 km/horaantes de entrar no slalom.

Referindo-se às figuras 14 a 24, os resultadosexperimentais mostraram que o controle ativo dediferencial melhora a dinâmica do veículo duranteo slalom. No entanto, se o veículo não for levado até seulimite, é difícil distinguir a diferença entre ossistemas com/ sem controle de guinada como mostradona figura 14. Deve ser notado que a habilidade docondutor é significante para o desempenho, quandoo veículo não chega ao seu limite.

As figuras 14 a 22 ilustram os resultados de teste paramanobra slalom, quando o limite do veículo foi alcançadocom/ sem controle de velocidade constante usandoo controlador de amortecimento de guinada 54. 0 veiculocom controlador de amortecimento de guinada 54 mantevesua direção de acordo com a razão de guinada desejada,enquanto o veículo sem o controlador de amortecimento deguinada se desestabilizou e saiu da pista. Uma comparaçãoda velocidade longitudinal do veículo também é mostradanas figuras 16 e 20. O veículo sem o controlador deamortecimento de guinada 54 apresentou um desempenho develocidade adverso devido a efeito girante (spin). Usandoo controlador de amortecimento de guinada 54,o diferencial foi engatado, quando um comportamentosobre-esterçante foi detectado para prover umamortecimento de guinada, permitindo ao condutor mantermais facilmente a trajetória desejada do veículo.

Referindo-se às figuras 23 e 24, foi realizada umamanobra com esterçamento senoidal (sine-steer) de Ioopaberto em uma superfície de neve compactada para avaliaras características de manobrabilidade usando ocontrolador de amortecimento de guinada 54. Um condutorconduziu o veículo com um ângulo de esterçamento senoidalem cerca de 0,5 Hz com um controle de velocidadeconstante. Os resultados experimentais ilustradosnas figuras 23 e 24 demonstraram um comportamentosubesterçante a maior parte !do tempo, exceto a partir daúltima curva intermediária ]oara a curva de saída, quandoo controlador de amortecimento de guinada 54 corrigiuo comportamento sobre-esterçante.

A presente invenção foi descrita em detalhes ao longo daespecificação, mas deve ser acrescentado que váriasalterações e modificações poderão ser previstas eimaginadas por aqueles habilitados na técnica a partir daleitura e do pleno entendimento da mesma. Ademais,pretende-se que todas tais alterações e modificaçõesestejam incluídas na presente invenção, desde quecontidas no escopo das reivindicações que se seguem.

Claims

1.- Sistema de controle veicular, tendo uma primeiraroda (2 8) e uma segunda roda (30), caracterizado pelofato de compreender:um aparelho diferencial (22) adaptado paradistribuir o torque entre a primeira roda (28) ea segunda roda (28);um controlador de tração de estabilidade melhorada(52) para controlar a operação do aparelho diferencial(22) desde a partida do veículo até uma pré-determinadavelocidade do veiculo, o controlador de tração (52) sendoconfigurado para engatar o aparelho diferencial (22)em um primeiro estado de operação de veículo de acordocom pelo menos um parâmetro de operação de veículo queindica uma condição de operação de baixa tração eem seguida para controlar o engate do aparelhodiferencial (22) em um segundo estado de operação duranteuma condição de operação de baixa tração de acordo comuma diferença entre uma pré-determinada razão de guinadade veículo e a efetiva razão de guinada de veículo; eum controlador de estabilidade (54) para controlaro engate do aparelho diferencial (22) em uma pré-determinada velocidade de veículo ou acima da mesma.

2.- Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o controlador de tração (52)ser configurado para modular o engate do aparelhodiferencial (22) durante a condição de operação de baixatração de acordo com uma diferença entre a razão deguinada efetiva de veículo e a pré-determinada razãode guinada de veículo.

3.- Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o .controlador de tração (52)ser configurado para engatar o aparelho diferencial (22)de acordo com um sinal de torque desejado aplicado pordiferencial baseado no sinal de torque originalmodificado aplicado por diferencial.

4.- Sistema, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de o sinal de torque desejadoaplicado por diferencial ser igual ao sinal de torqueoriginal aplicado por diferencial multiplicado por ummodificador, qual modificador inclui em seu numeradora diferença entre um valor de faixa de erro ea multiplicação de uma função de saturação, uma deadband(banda morta) e a diferença entre a razão de guinada deveículo prevista e uma pré-determinada razão de guinadade veículo desejada, e o modificador incluindo em seudenominador o valor de faixa de erro.

5.- Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de no primeiro estado de operaçãode veículo, a razão de guinada efetiva de veículo sermenor ou substancialmente igual a uma pré-determinadarazão de guinada desejada de veículo, e de no segundoestado de operação de veículo, a razão de guinada efetivade veículo ser maior que a pré-determinada razão deguinada desejada de veículo.