Un método para estimar la presión neumática de un neumático en una rueda de un vehículo,

que comprende:

recibir como un dato de entrada de una primera señal de sensor de estado del vehículo (1) procedente de un sensor de dicho vehículo, representando dicha señal de sensor un estado del vehículo dependiente de la presión neumática de dicho neumático;

calcular un valor (7) dependiente de la presión de neumático por medio de un filtro adaptativo (4) que está basado en un primer modelo predeterminado del estado del vehículo dependiente de la presión de neumático;

calcular una estimación (5) de primeros valores de parámetros de dicho filtro adaptativo dependiente de dicha primera señal de sensor de estado del vehículo y del desfase de dicha señal de sensor;

caracterizado por las etapas de:

calcular un valor de indicación (10) de presión de neumático dependiente de dichos primeros valores de parámetros (5) del modelo dependiente de la presión de neumático y de un segundo modelo predeterminado dependiente de presión de neumático (8) del estado del vehículo

Estimación de presión de neumático.

Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a un sistema para estimar la presión de neumático de un vehículo dotado de ruedas provistas con neumáticos, y más específicamente a la detección y estimación de parámetros físicos dependientes de la presión de neumático.

Antecedentes

En el diseño de coches y otros vehículos se presta hoy en día una gran atención a los aspectos de seguridad. Uno de tales aspectos de gran importancia es el relativo a la presión de neumáticos en las ruedas debido al hecho de que un pinchazo repentino puede provocar fácilmente un accidente. Además, en áreas con gran riesgo de ser asaltado en la carretera, una detención involuntaria en conexión con un cambio de ruedas lleva aparejada un aumento en el riesgo personal para conductores y pasajeros. Otro aspecto más relacionado con la economía de conducción está basado en el hecho de que un neumático con una presión de aire baja se desgasta más rápidamente que un neumático correctamente inflado. Una indicación de la presión de aire del neumático es por lo tanto un medio para evitar tales costes innecesarios.

El estado de la técnica

Existen métodos de medición directa de la presión de neumático en el estado de la técnica anterior, pero requieren un equipo comparativamente caro integrado en el neumático. Tradicionalmente, los métodos que miden indirectamente la presión de neumático se basa bien en un análisis de frecuencias o en un análisis de radios de neumático. El análisis de frecuencias se puede realizar bien mediante computación del espectro de frecuencias utilizando, por ejemplo, una transformada rápida de Fourier (FFT), o por estimación de los parámetros del modelo en un modelo lineal del neumático. Habitualmente, el neumático se modela como un resorte amortiguado y los parámetros del modelo estimados se relacionan con la frecuencia de resonancia, que a su vez depende de la presión del neumático.

Un sistema de presión de neumático basado en un análisis de radios de ruedas se divulga por ejemplo en el documento de patente US 5.922.949, de Nakajima. Como la velocidad angular aumenta cuando el radio de la rueda disminuye, esto es, cuando disminuye la presión del neumático, la presión de neumático relativa se estima comparando la velocidad angular con la velocidad del vehículo. Sin embargo, el radio de la rueda se ve afectado asimismo por el desgaste y deterioro y depende de los estados de conducción, tales como frenado y giro. El análisis de radios de la rueda funciona generalmente bien en buenas condiciones, pero es menos preciso en caso de deslizamiento de las ruedas. No se puede obtener un valor estimado de la presión de cada neumático individual propiamente mediante esta tecnología del estado de la técnica anterior ya que sólo se investigan diferencias entre los radios de diferentes ruedas. Las desventajas de métodos basados en el análisis de radios de ruedas son, por ejemplo, una falta de robustez con relación a los diferentes estilos de conducción y pérdida de funcionalidad durante situaciones de baja fricción o µ dividido, esto es, cuando existe una fricción diferente para neumáticos diferentes. Una desventaja adicional es que la totalidad el algoritmo falla en casos de mal funcionamiento de uno de los sensores de velocidad de la rueda. Además, caídas de presión simultáneas en los neumáticos pueden permanecer no detectadas en ciertos casos debido a la naturaleza comparativa de los métodos de análisis de radios de ruedas.

Sistemas de presión de neumático basados en análisis de frecuencias se divulgan, por ejemplo, en los documentos de patente nº EP 0700798, EP 0925960 y US 5.753.809.

En el documento EP 0700798, el análisis de frecuencias se realiza utilizando una transformada rápida de Fourier (FFT) sobre los componentes de alta frecuencia extraídos. El resultado es una frecuencia de resonancia que se compara con una frecuencia de referencia predefinida.

En el documento EP 0925960, la señal de velocidad de ruedas se filtra utilizando un filtro de paso de banda para conseguir una señal de velocidad de rueda que corresponda a los picos de resonancia primero o segundo, dependiendo de la velocidad de la rueda. En esta pieza del estado de la técnica anterior, se utiliza un modelo temporal discreto de segundo orden para el análisis de frecuencias en lugar de la transformada rápida de Fourier. El modelo temporal discreto incluye dos parámetros desconocidos que se identifican mediante el método de mínimos cuadrados. La frecuencia de resonancia se calcula a continuación a partir de los dos parámetros anteriormente mencionados y puede ser relacionada posteriormente con la presión de neumático.

La patente norteamericana US 5.723.809, de Ogusu et al., divulga un método que estima la presión de neumático utilizando un modelo de predicción lineal de segundo orden para la velocidad de giro de la rueda del vehículo y la vibración del neumático utilizando parámetros identificados a partir de los valores de velocidad de giro de cada rueda tratada individualmente. A partir de los parámetros identificados se encuentra una frecuencia de resonancia, y se estima la presión de neumático a partir de una relación lineal entre la presión y la frecuencia de resonancia. Este método disminuye la complejidad de computación en comparación con el método que utiliza la transformada rápida de Fourier, ya que se necesita menos procesamiento aritmético. Una memoria de baja capacidad es satisfactoria y el método puede ser implementado en un sistema de bajo coste. Esta pieza de estado de la técnica anterior está dirigida a un sistema de estimación de presión de neumático y divulga el uso de un sensor de velocidad de rueda situado en cada rueda. Las señales del sensor se recogen y combinan en un procesador de señal, que saca una señal de indicación de presión de neumático para cada rueda. Este sistema está confinado a producir una señal de presión de neumático dentro de los límites de precisión de los sensores de velocidad de rueda.

Las desventajas encontradas en los métodos estimación de presión de neumático del estado de la técnica anterior basados en análisis de frecuencias son una correlación relativamente débil con la presión y una sensibilidad a diversas fuentes de vibración, por ejemplo dependientes de la velocidad del vehículo.

La patente de EE.UU. nº 5.629.478, de Nakajima et al., divulga un método y un dispositivo para detectar una caída de presión de neumático en los neumáticos del vehículo. Este estado de la técnica anterior concierne específicamente al problema de corregir la influencia sobre la detección de caída de presión de diferentes factores de interferencia, tales como velocidad, radio de giro, aceleración delantera/trasera y aceleración lateral. La corrección se lleva a cabo sustituyendo, en el cálculo de la caída de presión, un valor de velocidad, un valor de aceleración delantera/trasera, un valor de aceleración lateral y un valor de radio de giro del vehículo por una expresión polinómica para determinar un valor de corrección. La expresión polinómica se selecciona específicamente de modo tal que se ejerza una influencia del radio de giro en todos los términos. Este método de evaluación de caída de presión hace uso así de una pluralidad de parámetros de presión de neumático que dependen todos ellos del análisis de radios de ruedas, o expresado de modo diferente, de un análisis de radio de rodadura. Sin embargo, las propiedades compensatorias parecen ser limitadas.

En resumen, métodos efectivos de estimación de presión de neumático deberían compensar un número de fenómenos diferentes, tales como giro, aceleración, par de tracción y fricción, que pueden provocar una diferencia de radio de rueda virtual o experimentada. Todos los métodos del estado de la técnica anterior parecen ser insuficientes en el manejo de altas velocidades, esto es, situaciones en las que el par de tracción es grande.

Debe notarse que la palabra neumático se refiere en general a una pieza gruesa de goma o material similar ajustada sobre las ruedas de vehículos a ruedas. La goma se rellena usualmente con un gas, siendo el más común aire comprimido. Este texto aplica a todo tipo de neumáticos, aunque los ejemplos se refieren en su mayoría a neumáticos de goma rellenos de aire.

El documento DE-A-4409846 divulga, de acuerdo con los preámbulos respectivos de las reivindicaciones independientes 1, 20 y 22, un aparato de detección de velocidad para un cuerpo giratorio...

1. Un método para estimar la presión neumática de un neumático en una rueda de un vehículo, que comprende:

recibir como un dato de entrada de una primera señal de sensor de estado del vehículo (1) procedente de un sensor de dicho vehículo, representando dicha señal de sensor un estado del vehículo dependiente de la presión neumática de dicho neumático;

calcular un valor (7) dependiente de la presión de neumático por medio de un filtro adaptativo (4) que está basado en un primer modelo predeterminado del estado del vehículo dependiente de la presión de neumático;

calcular una estimación (5) de primeros valores de parámetros de dicho filtro adaptativo dependiente de dicha primera señal de sensor de estado del vehículo y del desfase de dicha señal de sensor;

caracterizado por las etapas de:

calcular un valor de indicación (10) de presión de neumático dependiente de dichos primeros valores de parámetros (5) del modelo dependiente de la presión de neumático y de un segundo modelo predeterminado dependiente de presión de neumático (8) del estado del vehículo.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

recibir dicha primera señal de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?) de dicha rueda;

calcular un primer valor de indicación de la presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático del espectro de frecuencias de vibraciones en el neumático de dicha rueda (131), dependiente de dicha señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?);

calcular un segundo valor de indicación de la presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de dinámicas longitudinales (144) que comprende un análisis de radio de rodadura y dependiente de dicha primera señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?);

evaluar dichos valores de indicación de presión de neumático primero y segundo;

calcular un valor de indicación de presión de neumático resultante dependiente de dichos valores de indicación de presión de neumático primero y segundo.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

recibir dicha primera señal de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?) de dicha rueda y una segunda señal de estado del vehículo que representa el movimiento lateral (?) de dicho vehículo;

calcular un primer valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático del espectro de frecuencias de vibraciones (3328) en el neumático de dicha rueda, representando dicha primera señal de sensor de estado del vehículo la velocidad angular de rueda (?);

calcular un segundo valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de dinámicas laterales del vehículo (3310) dependiente de la primera señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular (?) de dicha rueda y de la segunda señal de sensor de estado del vehículo que representa el movimiento lateral (?) de dicho vehículo;

evaluar dichos valores de indicación de presión de neumático primero y segundo;

calcular un valor de indicación de presión de neumático resultante dependiente de dichos valores de indicación de presión de neumático primero y segundo.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

recibir dicha primera señal de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (m) de dicha rueda y una segunda señal de estado del vehículo que representa el movimiento lateral (dot{?}) de dicho vehículo;

calcular un primer valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de dinámicas longitudinales (2602) que comprende un análisis de radio de rodadura y dependiente de dicha primera señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?);

calcular un segundo valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de dinámicas laterales del vehículo (2601) que depende de la primera señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular (?) de dicha rueda y de la segunda señal de sensor de estado del vehículo que representa el movimiento lateral de dicho vehículo;

evaluar dichos valores indicación de presión de neumático primero y segundo;

calcular un valor de indicación de presión de neumático resultante dependiente de dichos valores de indicación de presión de neumático primero y segundo.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

recibir dicha primera señal de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?) de dicha rueda y una segunda señal de estado del vehículo que representa el movimiento lateral (dot{?}) de dicho vehículo;

calcular dicho primer valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático del espectro de frecuencias de vibraciones (3328) en el neumático de dicha rueda dependiente de dicha primera señal de sensor de estado de vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?);

calcular un segundo valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de dinámicas longitudinales (3312) que comprende un análisis de radio de rodadura y que depende de dicha señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?);

calcular un tercer valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de dinámicas laterales de vehículo (3310) que depende de la primera señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular (?) de dicha rueda y de la segunda señal de sensor de estado del vehículo que representa el movimiento lateral (?) de dicho vehículo;

evaluar dichos valores de indicación de presión de neumático primero, segundo y tercero;

calcular un valor de indicación de presión de neumático resultante dependiente de dichos valores indicación de presión de neumático primero, segundo y tercero.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de

recibir dicha primera señal de estado del vehículo que representa la velocidad angular de rueda (?) de dicha rueda y una segunda señal de estado del vehículo que representa el movimiento lateral (?) de dicho vehículo;

calcular dicho primer valor de indicación de presión de neumático basado en un modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de dinámicas laterales de vehículo (1902) que depende de la primera señal de sensor de estado del vehículo que representa la velocidad angular (?) de dicha rueda y de la segunda señal de sensor de estado del vehículo que representa el movimiento lateral (?) de dicho vehículo.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 3-6, en el que dicha señal de sensor de estado del vehículo que representa el movimiento lateral es una señal que indica la guiñada (?) de dicho vehículo.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 3-6, en el que dicha señal de sensor de estado del vehículo que representa el movimiento lateral es una señal que indica la aceleración lateral (ay) de dicho vehículo.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

integrar, en un filtro adaptativo, parámetros relativos a dinámicas laterales y parámetros relativos a fenómenos de radio de rodadura;

estimar los valores de dichos parámetros integrados que dependen de dicha primera señal de estado del vehículo de un sensor de velocidad angular de rueda y de una segunda señal de estado del vehículo de un sensor de indicación de movimiento lateral;

calcular una señal de indicación de movimiento lateral mejorada que depende de dichos valores de parámetros integrados.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

integrar, en dicho filtro adaptativo, parámetros relativos a dinámicas laterales y parámetros relativos a dinámicas longitudinales de dicho vehículo;

estimar los valores de dichos parámetros integrados que dependen de una señal indicación de movimiento lateral y de una señal de indicación de fricción de carretera derivada de una señal de velocidad angular de rueda, una señal de par motor y una señal de indicación de marcha;

calcular una señal de indicación de presión de neumático mejorada para un neumático identificado, y posiblemente asimismo una indicación de confianza, que depende de dichos valores de parámetros integrados.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el filtro adaptativo de dicho modelo predeterminado es un algoritmo de mínimos cuadrados recursivos.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el filtro adaptativo de dicho modelo predeterminado es un filtro Kalman que representa un algoritmo de modelo de espacio de estados.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la etapa de pre-procesar una señal de estado del vehículo en forma de una señal de velocidad angular de rueda derivada de un sensor de rueda dentada con respecto a corrección de errores de rueda dentada.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además la etapa de interpolar datos no equidistantes en dicha señal de velocidad angular de rueda corregida.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la etapa de reducir la frecuencia de muestreo de una señal de sensor muestreada remuestreando y filtrando por paso de banda las señales de sensor de entrada en unas bandas de frecuencia primera y segunda, y modulando dichas bandas de frecuencia primera y segunda con señales de modulación que dependen de la frecuencia menor de cada banda de frecuencia.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

integrar, en un filtro adaptativo, parámetros relativos a grupos diferentes de parámetros de estado del vehículo;

estimar los valores de dichos parámetros integrados que dependen de señales de sensor que representan entidades relativas a dichos grupos de parámetros de estado del vehículo;

calcular una señal de indicación de presión de neumático que depende de dichos valores de parámetros integrados, y posiblemente asimismo

calcular señales de indicación secundarias derivadas de los valores de dichos parámetros integrados.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

calcular una primera estimación de un valor de presión de aire en neumático dependiente de dicho primer valor de indicación de presión de neumático y una función de mapeo predeterminada o tabla de mapeo.

18. Un producto de programa de ordenador para estimar la presión neumática de un neumático en una rueda de un vehículo, que comprende un código de programa adaptado para dirigir un sistema de procesamiento de datos de un ordenador digital, código de programa de ordenador que comprende conjuntos de instrucciones adaptadas para:

recibir en unos medios de procesamiento de datos una entrada de datos de una primera señal de sensor de estado del vehículo (1) de un sensor de dicho vehículo, representando dicha señal de sensor un estado del vehículo que depende de la presión neumática de dicho neumático;

calcular un valor dependiente de la presión de neumático (7) por medio de un filtro adaptativo (4) que se basa en un primer modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático del estado del vehículo;

calcular una estimación (5) de primeros valores de parámetros de dicho filtro adaptativo que dependen de dicha señal de sensor de estado del vehículo y del desfase para dicha señal de sensor;

caracterizado por conjuntos de instrucciones adaptados para:

calcular, dependiendo de dichos valores de parámetros (5) del modelo dependiente de la presión de neumático y de un segundo modelo (8) predeterminado dependiente de la presión de neumático del estado del vehículo, un valor de indicación de presión de neumático (11) que es dependiente de la presión neumática de neumático e indicativo de la misma;

generar una señal indicación de presión de neumático (14) que depende de dicho valor de indicación de presión de neumático.

19. El producto de programa de ordenador de acuerdo con la reivindicación anterior, que comprende además unas instrucciones de código de programa adaptadas para dirigir dicho sistema de procesamiento de datos para realizar las etapas y funciones de cualquiera de las reivindicaciones 2-17.

20. Un aparato para estimar la presión neumática de un neumático en una rueda de un vehículo, que comprende:

un interfaz de entrada adaptado para recibir en unos medios de procesamiento de datos una entrada de datos de una señal (1) de sensor de estado del vehículo de un sensor de dicho vehículo, representando dicha señal de sensor un estado del vehículo dependiente de la presión neumática de dicho neumático;

un aparato de procesamiento de datos adaptado para:

calcular un valor (7) dependiente de la presión de neumático por medio de un filtro adaptativo (4) que está basado en un primer modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático de estado del vehículo;

calcular una estimación de primeros valores de parámetros (5) de dicho filtro adaptativo que dependen de dicha primera señal de sensor de estado del vehículo y del desfase de dicha señal de sensor;

caracterizado porque dicho aparato de procesamiento de datos está adaptado para:

calcular, dependiendo de dichos primeros valores de parámetros (5) del modelo dependiente de la presión de neumático y de un segundo modelo predeterminado dependiente de la presión de neumático (8) del estado del vehículo, un valor de indicación de presión de neumático (11) que es dependiente de la presión neumática de neumático e indicativo de la misma;

generar una señal de indicación de presión de neumático (14) que depende de dicho valor de indicación de presión de neumático.

21. El aparato de acuerdo con la reivindicación anterior, que comprende además componentes funcionales adaptados para realizar las etapas y funciones de cualquiera de las reivindicaciones 2-17.