BR112013003124B1 - método para segurança do torque de assistência suprido por um motor de assistência elétrico em um sistema de direção hidráulica de veículo motor - Google Patents

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Abstract

MÉTODO PARA SEGURANÇA DO TORQUE DE ASSISTÊNCIA SUPRIDO POR UM MOTOR DE ASSISTÊNCIA ELÉTRICO EM UM SISTEMA DE DIREÇÃO HIDRÁULICA DE VEÍCULO MOTOR. A invenção refere-se a um método para segurança do torque de assistência (15) suprido por um motor de assistência elétrico (8) em um sistema de direção hidráulica de veículo motor, o método de segurança sendo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: estimativa da força na cremalheira de sistema de direção a partir do torque exercido pelo condutor no volante de direção (2), a partir do torque de assistência (15), e opcionalmente a partir de outros parâmetros, tais como a velocidade do motor de assistência elétrico; comparação de um torque de assistência alvo com uma variação de assistência autorizada, definida em relação à força de cremalheira estimada (17) a qualquer momento, e no caso em que o torque de assistência alvo é mantido acima dos limites predefinidos para uma duração predefinida, correção e opcionalmente interrupção da direção hidráulica.

Description

A presente invenção geralmente refere-se a sistemas de direção hidráulica para veículos motores, sistemas em que um motor elétrico provê um torque de assistência para facilitar as ações exercidas pelo condutor no volante de direção do veículo em questão.
Mais particularmente, essa invenção refere-se a um método que obtém a segurança do torque de assistência suprida pelo motor de assistência elétrico, ao verificar que aquele torque está dentro de uma dada variação de assistência.
Figura 1 remete os principais elementos compondo um sistema de direção hidráulica.
Um sistema de direção, por um lado, compreende uma parte mecânica compreendendo um volante de direção 2 conectado de modo rotativo a uma coluna de direção 3, a partir da qual a extremidade que está distante do volante de direção 2 sustenta um pinhão de direção engatado a uma cremalheira 4, montado de modo deslizante em a caixa de câmbio de direção 5.
As duas extremidades opostas da cremalheira 4 estão respectivamente conectadas, por bielas 6 e 7, aos volantes dirigidos direito e esquerdo (não mostrados) do veículo motor em questão.
Para assistir a força manual exercida pelo condutor do veículo no volante de direção 2, o sistema de direção compreende um motor de assistência elétrico 8 com duas direções de rotação, a haste de saída da qual está acoplado à coluna de direção 3 por um câmbio de redução 9 em particular com uma rosca helicoidal e roda tangente, de modo a transmitir um torque de motor (possivelmente também um torque resistivo) para a referida coluna de direção 3.
O motor de assistência elétrico 8 é acionado por um computador de bordo eletrônico 10, que recebe e processa vários sinais a partir dos sensores.
Em uma modalidade típica, o computador eletrônico 10 recebe um sinal elétrico a partir de um sensor 11 do ângulo do volante de direção 2, que representa o ângulo de direção instantâneo do veículo motor em questão, e aquele computador 10 também recebe um sinal a partir de um sensor de torque 12 posicionado na coluna de direção 3, e, desse modo, medindo o torque exercido pelo condutor no volante de direção 2.
No exemplo ilustrado, um sensor 13 é também provido para a posição instantânea do motor de assistência elétrico 8.
A partir disso, várias informações, e possivelmente parâmetros fora do sistema de direção, tais como a velocidade do veículo, o computador eletrônico 10 aciona o motor de assistência elétrico 8, enquanto define um torque ou força de assistência a qualquer momento, que pode amplificar ou, do contrário, deslocar a força aplicada pelo condutor no volante de direção 2, de acordo com as leis ou algoritmos de assistência predefinidos.
A maioria da assistência é provida com base na informação a partir do sensor de torque 12, e por meio de algoritmos definindo um torque de assistência “alvo” para o motor elétrico 8.
Como exemplos desse estado da técnica, faz-se referência a documentos de patente WO 2006/045910 A1 e WO 2007/031619 A1 (no nome do requerente).
Sob as condições atuais, um sistema de direção hidráulica elétrica (EPS) assim acionado pode levar a fenômenos de sobre-assistência, ou seja, assistência excessiva, que arrisca a levar à “auto-direção,” ou inversamente, à “sub-assistência,” ou até mesmo “contra-assistência.”
A presente invenção tem por objetivo evitar essas desvantagens, e, portanto, evitar situações indesejáveis de sobre-assistência com auto-direção, e também sub-assistência pelo sistema de direção hidráulica elétrica.
Para esse fim, a invenção refere-se essencialmente a um método para segurança do torque de assistência suprida por um motor de assistência elétrico em um sistema de direção hidráulica de veículo motor, o método de segurança consistindo em estimar a force na cremalheira de sistema de direção a partir do torque exercido pelo condutor no volante de direção, a partir do torque de assistência, e opcionalmente a partir de outros parâmetros, tais como a velocidade do motor de assistência elétrico; comparar um torque de assistência “alvo” com uma variação de assistência autorizada, definido em relação à força de cremalheira estimada a qualquer momento, e no caso do torque de assistência alvo ser mantido acima dos limites predefinidos para uma duração predefinida, corrigir e opcionalmente interromper a direção hidráulica.
Em particular, a presente invenção provê uma variação anormal autorizada para operar em modo de sobre-assistência, para o qual o torque de assistência alvo está acima de um primeiro torque limite de assistência autorizado da dada variação de assistência, aquele limiar de assistência sendo definido em relação à força de cremalheira estimada, e uma variação anormal autorizada para operação em modo de sub-assistência, para o qual o torque de assistência alvo está abaixo de um segundo dado limiar de torque de assistência, aquele limiar de assistência sendo definido em relação à força de cremalheira estimada, uma variação anormal autorizada para a operação em modo de contra-assistência, a persistência do torque de assistência alvo nessas variações ao longo da duração predefinida causando uma ação corretiva na assistência de direção hidráulica.
Em particular, quando o torque de assistência alvo é maior que o primeiro dado torque de assistência, por um período de tempo predefinido, que indica a sobre-assistência, a assistência suprida será primeiramente limitada, então possivelmente interrompida, de modo a evitar um fenômeno de auto-direção indesejável.
Inversamente, quando o torque de assistência alvo é menor que o segundo dado torque de assistência, por um período de tempo predefinido, que indica a sub-assistência, a assistência suprida será aumentada, de modo a obter a assistência do tipo de segurança mínima, limitando o fenômeno de sub- assistência.
Em particular, quando o torque de assistência alvo está situado na variação de operação de contra-assistência anormal, durante um período de tempo predefinido, a assistência suprida será decrescida, então, possivelmente interrompida.
O período de autorização predefinido para suprir assistência, em particular a variação de operação de sobre-assistência autorizada, não é necessariamente constante; vantajosamente, esse período predefinido é variável, em particular decrescente como uma função do valor do desvio entre o torque de assistência alvo e o limiar de assistência definido em relação à força de cremalheira estimada.
A invenção será melhor compreendida utilizando a seguinte descrição, em referência à figura diagramática em anexo ilustrando, como um exemplo, uma modalidade desse método para segurança do torque de assistência.
A Figura 1 (já mencionada) é uma visualização lateral em perspectiva diagramática de um sistema de direção hidráulica capaz de implementar o método de acordo com a invenção.
A Figura 2 ilustra o algoritmo utilizado para estimar a força de cremalheira.
A Figura 3 mostra uma comparação da força de cremalheira medida e a força de cremalheira estimada de acordo com o ângulo de direção.
A Figura 4 ilustra modalidades exemplares do método de acordo com a invenção.
A Figura 5 mostra uma curva descrevendo o tempo de operação em sobre- assistência autorizado.
A Figura 6 mostra as várias variações mostradas pelo método de acordo com a invenção.
A primeira etapa do método de acordo com a invenção consiste em estimar a força aplicada na cremalheira do sistema de direção.
Para esse fim, o volante de direção torque 14 trazido a uma força de cremalheira e medido pelo sensor de torque 12 é adicionado ao torque de assistência 15 do motor elétrico 8 trazido à cremalheira.
Essa força de cremalheira é então filtrada para obter a estimativa 16 da força de cremalheira em um dado momento.
Conforme ilustrado na figura 3, essa estimativa 16 é muito próxima à força de cremalheira realmente medida 17 independentemente da posição angular do volante de direção 2.
O algoritmo ilustrado na figura 2 tem por objetivo definir as fronteiras mínima e máxima do torque de assistência alvo.
Para esse fim, o algoritmo define uma primeira faixa autorizada 18, mostrada na figura 6, em que o torque de assistência alvo é maior que a força de cremalheira, desse modo, definindo uma variação de sobre-assistência autorizada, e uma segunda variação autorizada 19, também mostrada na figura 6, em que o torque de assistência alvo (eixo Y na figura 6) está abaixo da força de cremalheira, desse modo, definindo uma variação de sub-assistência autorizada.
O algoritmo utilizado no método de acordo com a invenção define assim três curvas mostradas na figura 4.
Uma primeira curva 20 define o torque de assistência de acordo com a força de cremalheira. Ou seja, se o torque de assistência realmente suprido pelo sistema está naquela curva, esta deslocará de modo preciso a força de cremalheira.
Uma segunda curva 21 para as forças de cremalheira na direção angular positiva do volante de direção 2 é paralela à primeira curva 20, mas deslocada no exemplo mostrado na figura 4 por +3N.
Essa segunda curva 21 define o limite superior de uma variação funcional 23 além do qual a força de assistência alvo é maior que a força de cremalheira.
Uma terceira curva 22 ainda para as forças de cremalheira na direção angular positiva do volante de direção 2 é paralela à primeira curva 20, mas deslocada no exemplo mostrado na figura 4 por -3N a -9N.
Essa Terceira curva 22 define o limite inferior da variação funcional 23 abaixo do qual a força de assistência alvo é menor que a força de cremalheira.
A lógica é a mesma para uma força de cremalheira na direção angular negativa do volante de direção 2 (simetria central das curvas).
Para uma força de cremalheira na direção positiva do volante de direção 2, quando o torque de assistência alvo está abaixo do mínimo definido pela terceira curva 22 (ponto A), a assistência alvo realmente aplicada será aumentada, de modo a suprir uma assistência de segurança mínima (ponto A’) limitando o fenômeno de sub-assistência.
O mesmo é verdadeiro quando o torque de assistência alvo está acima do máximo definido pela segunda curva (ponto B): a assistência alvo realmente aplicada será primeiramente limitada, de modo a limitar a sobre-assistência (ponto B’), então, em segundo lugar, cortada, de modo a evitar um fenômeno de auto- direção.
Conforme ilustrado na figura 5, a duração antes do corte da assistência depende do desvio entre o torque de assistência alvo e o torque realmente aplicado.
Nessa figura, a curva é composta de três segmentos retos com diferentes inclinações.
Assim, para um desvio de torque compreendido entre 25N e 40N, a duração autorizada antes do corte da assistência será menor que 5 ms. Para desvios de torque compreendidos entre 15N e 25N, esse período será compreendido entre 5 ms e 10 ms, e para desvios de torque compreendidos entre ON e 15N, esse período será compreendido entre 10 ms e 40 ms.
O período autorizado é proporcional ao desvio de torque nessas três regiões da curva.
Assim, quanto maior o desvio de torque, mais rapidamente a assistência é cortada, o que assegura o torque de assistência do motor elétrico 8.
A Figura 6 traz em conjunto as várias curvas e variações definidas acima com uma curva 21 limitando a região funcional 23 situada levemente inferior às forças de cremalheira positivas, e levemente superior às forças de cremalheira negativas, que a curva 20 em que o torque de assistência desloca de modo preciso a força de cremalheira.
Naquele caso, o limite superior do torque de assistência 15 é alcançado rapidamente, que retorna o controle da direção das rodas apenas à rotação do volante de direção 2 pelo condutor.
Essa figura também mostra variações 24 em que o torque de assistência é resistente e opõem-se à rotação do volante de direção 2 pelo condutor.
Algumas das curvas 22 definindo os limite de sub-assistência nas direções de força de cremalheira positiva e negativa se projetam para dentro dessas 5 variações 24, desse modo ampliando a variação funcional 23 dentro das referidas variações 24.
Assim, para pequenos movimentos do volante de direção 2, o motor de assistência elétrico 8 se oporão àquele movimento levemente, que possibilita a retenção do volante de direção 2 para maior conforto ao condutor.
Embora a invenção tenha sido descrita em relação a exemplos particulares de modalidades, não está obviamente de forma alguma limitada aos mesmos e englobam todos os equivalentes técnicos dos meios descritos.

Claims (6)

1. Método para segurança do torque de assistência (15) suprido por um motor de assistência elétrico (8) em um sistema de direção hidráulica de veículo motor, o método de segurança sendo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - estimativa da força na cremalheira de sistema de direção a partir do torque exercido pelo condutor no volante de direção (2), a partir do torque de assistência (15), e opcionalmente a partir de outros parâmetros, tais como a velocidade do motor de assistência elétrico, - comparação de um torque de assistência “alvo” com uma variação de assistência autorizada, definida em relação à força de cremalheira estimada (17) a qualquer momento, e - no caso em que o torque de assistência alvo é mantido acima dos limites predefinidos para uma duração predefinida, correção e opcionalmente interrupção da direção hidráulica.
2. Método para segurança do torque de assistência (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma variação anormal autorizada para operação em modo de sobre-assistência (18), para o qual o torque de assistência alvo está acima de um primeiro torque limite de assistência autorizado da dada variação de assistência (21), aquele limiar de assistência sendo definido em relação à força de cremalheira estimada (17), e uma variação anormal autorizada para operação em modo de sub-assistência (19), para o qual o torque de assistência alvo está abaixo de um segundo dado limiar de torque de assistência (22), aquele limiar de assistência sendo definido em relação à força de cremalheira estimada (17), uma variação anormal autorizada para operação em modo de contra-assistência (24), a persistência do torque de assistência alvo nessas variações ao longo da duração predefinida causando uma ação corretiva na assistência de direção hidráulica.
3. Método para segurança do torque de assistência (15), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o torque de assistência alvo é maior que o primeiro dado torque de assistência (21), durante um período de tempo predefinido, que indica a sobre-assistência, a assistência suprida será primeiramente limitada, então, possivelmente interrompida, de modo a evitar um fenômeno de auto-direção indesejável.
4. Método para segurança do torque de assistência (15), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 3, caracterizado pelo fato de que, quando o torque de assistência alvo é menor que o segundo dado torque de assistência (22), durante um período de tempo predefinido, que indica a sub- assistência, a assistência suprida será aumentada, de modo a obter a assistência do tipo de segurança mínima, limitando o fenômeno de sub-assistência.
5. Método para segurança do torque de assistência (15), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que, quando o torque de assistência alvo está situado na variação de operação de contra-assistência anormal (24), durante um período de tempo predefinido, a assistência suprida será decrescida, então, possivelmente interrompida.
6. Método para segurança do torque de assistência (15), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o período predefinido é variável, em particular decrescendo como uma função do valor do desvio entre o torque de assistência alvo e o limiar de assistência definido em relação à força de cremalheira estimada (17).
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