BR112014011286B1

BR112014011286B1 - Sistema de transmissão de direção automotiva

Info

Publication number: BR112014011286B1
Application number: BR112014011286-0A
Authority: BR
Inventors: Dean Schneider; Alexander Serkh; Thomas A. Lovin
Original assignee: The Gates Corporation
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2021-09-21
Also published as: BR112014011286A2; CN104159714A; RU2566095C1; EP2776220B1; WO2013070404A3; CA2855018C; MX2014005644A; KR101568953B1; JP2015502285A; JP5894676B2; KR20140105743A; WO2013070404A2; CN104159714B; EP2776220A2; US8312959B1; CA2855018A1

Abstract

sistema de transmissão de direção automotiva. sistema de transmissão de direção automotiva compreendendo um alojamento, uma haste de entrada jornalizada ao alojamento, um motor conectado ao alojamento e acoplado a haste de entrada, uma haste de saída jornalizada ao alojamento, a haste de entrada e a haste de saída acopladas por um primeiro par de dentes de roda tendo uma primeira correia treinada entres os mesmos e tendo uma primeira razão, a primeira correia e o primeiro par de dentes de roda compreendendo uma configuração helicoidal dentada, a haste de entrada e a haste de saída acopladas por um segundo par de dentes de roda tendo uma segunda correia treinada entre os mesmos e tendo uma segunda razão e a haste de entrada e a haste de saída acopladas por um terceiro par de dentes de roda tendo uma terceira correia treinada entre os mesmos e tendo uma terceira razão.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]A invenção diz respeito ao sistema de transmissão e direção automotiva, e mais particularmente a um sistema de transmissão e direção automotiva compreendendo um eixo de entrada e um eixo de saída acoplado por um primeiro par de rodas dentadas, tendo uma relação e o terceiro par de rodas dentadas tendo uma relação.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002]Sistemas de direção assistida eletro hidráulica (EPAS) estão presentes desde os anos 60. Direção assistida eletro hidráulica têm tradicionalmente dominado o mercado. Sistemas hidráulicos tem alta perda de energia parasitaria quando a bomba hidráulica está bombeando, porém, a eletro hidráulica não é necessária. Tentativas precoces de eliminar estas perdas parasitárias envolveram o alojamento de um motor elétrico a bomba e somente dirigindo a bomba quando necessário.

[003]Sistemas de direção assistida eletro hidráulica usam um motor elétrico para dirigir uma bomba hidráulica a alimentar um sistema de direção hidráulica. Estes sistemas são um passo intermediário dado pela indústria e o uso dos mesmos tem grandes chances de desvanecer com o aumento no uso do EPAS. Sistemas EPAS autorizam a realização de ruídos reduzidos, uso de energia reduzido, recursos de segurança ativa, e ajustabilidade para cumprir requisitos de condições de direção. No entanto, o uso destes sistemas permaneceu limitado até que as exigências recentes do C.A.F.E se tornaram mais difíceis de serem cumpridas. Sistemas de EPAS eliminam as perdas parasitárias encontradas tipicamente em sistemas de direção assistida eletro hidráulica. Fabricantes do sistema tais como Nexteet fazem reivindicações de 6% na melhoria de economia de combustível.

[004]Por exemplo, uma dificuldade que retardou a implementação dos sistemas EPAS estava cumprindo as exigências com um motor elétrico de 12 volts. Re- centemente sistemas tem sido desenvolvidos para resolver este problema com sucesso. Além disso, todos os sistemas EPAS exigem um módulo de controle para sentir a entrada do condutor e controlar o motor elétrico para providenciar a assistência desejada. O módulo de controle mede o torque da força de entrada do condutor e usa isso para determinar a quantidade de assistência exigida. Assistência por ser modificada para cumprir com as necessidades do condutor, dependendo das condições de direção. O sistema pode ter até um “sentido” modificável disponível ao condutor.

[005]Apesar de o principal objetivo para EPAS automotivo ser melhoria na economia de combustível, EPAS possui benefícios adicionais. O sistema pode disponibilizar a direção assistida mesmo que o motor não esteja ligado. O mesmo também permite que o uso de sistemas de estacionamento paralelo automáticos disponíveis nos dias atuais.

[006]Há dois tipos principais de sistemas EPAS; assistência de coluna e assistência de cremalheira. Sistemas EPAS de assistência de cremalheira possuem um motor elétrico que é conectado à cremalheira de direção. O motor elétrico da assistência ao movimento da cremalheira, geralmente através da condução de um mecanismo de parafuso de chumbo. Sistemas EPAS de Assistência de coluna possuem um motor elétrico conectado a coluna de direção. O motor elétrico da assistência ao movimento do eixo da coluna geralmente através de um tipo de arranjo de roda den-tada sem-fim. Uma vantagem destes tipos de sistema é que o motor elétrico pode ser posicionado no compartimento do passageiro disponibilizando espaço debaixo do capô. Isto também mantem quaisquer componentes elétricos sensíveis fora do ambiente áspero debaixo do capô.

[007]Sistemas de assistência de colunas sem-fim são usados geralmente em carros pequenos, onde as exigências de força de assistência são mais baixas do que seria necessário em um veículo grande e pesado. Estes sistemas são limitados pela velocidade do volante e a relação da unidade sem-fim. O volante em sua velocidade mais alta gira relativamente devagar a aproximadamente 60 rpm. Com uma velocidade de 60 rpm do volante e uma relação de unidade sem-fim de 15:1. A velocidade máxima do motor elétrico seria de somente 900 rpm. Unidades sem-fim são limitadas as relações abaixo de 20:1 porque relações acima disso não podem ser revertidas.

[008]O sistema de direção deve ser capaz de ser operado sem força, isto exige que a unidade sem-fim seja capaz de operar com a roda dentada, guiando a unidade (revertida). Tendo uma velocidade de motor baixa e relação limitada de unidade sem-fim causa a necessidade de um motor de torque alto. Mesmo com um motor de torque alto estes tipos de sistemas não foram feitos com sucesso em veículos pesados. Veículos pequenos são leves e exigem menos força de direção assim permitindo o uso destes sistemas. Colunas de direção sem-fim que dão assistência aos sistemas EPAS são os sistemas de custo mais baixo e também os levam a veículos menores de custo mais baixo.

[009]Sistemas de direção com assistências de direção sem-fim limitadas em sua eficiência. Sistemas EPAS devem ser desenvolvidos para operar quando não há força disponível. Devido à natureza da tendência das unidades sem-fim a travar durante a reversão quando relações excedem aproximadamente 20:1, sistemas EPAS de unidades sem-fim não são maiores que aproximadamente 85% e mais próximos a 65% durante condições revertidas.

[010]Nos dias atuais não há sistemas EPAS de assistência de coluna co- mumente disponíveis que usem qualquer coisa que não seja uma unidade sem-fim para facilitar a assistência. Estes sistemas de coluna são incapazes de providenciar assistência suficiente para veículos pesados.

[011]Representante da arte é a patente americana n° 7,887,446 que divulga um aparelho de transmissão de correia-helicoidal-dentada. Um recuo “D” é aumen- tado seletivamente em um aparelho de transmissão de sistema com correia- helicoidal-dentada que transmite a força de direção mesclando entre uma correia helicoidal dentada e uma polia helicoidal dentada, que é, um ângulo de hélice dente “θ” é ajustado em um raio de -0.2^1Wx0/pt<0.75, com “Pt” sendo um passo do dente, “θ” um ângulo de hélice dente, e W a largura da correia. O recuo “D” entre a correia helicoidalmente dentada e a polia helicoidalmente dentada é ajustada para ser 1.6%-3% do passo do dente “Pt”.

[012]O que é necessário é uma transmissão do sistema de direção automotiva compreendendo um eixo de entrada e um eixo de saída acoplados por um primeiro par de rodas dentadas tendo uma relação, um segundo par de rodas dentadas tendo uma relação e o terceiro par de rodas dentadas tendo uma relação. A presente invenção cumpre com esta necessidade.

RESUMO DA INVENÇÃO

[013]O aspecto inicial da invenção é providenciar um sistema de transmissão de direção automotiva compreendendo um eixo de entrada e um eixo de saída acoplado por um primeiro par de rodas dentadas tendo uma relação, um segundo par de rodas dentadas tendo uma relação e o terceiro par de rodas dentadas tendo uma relação.

[014]Outros aspectos da invenção serão apontados ou feitos óbvios pela seguinte descrição da invenção e figuras acompanhantes.

[015]A invenção compreende uma transmissão de sistema de direção automotiva compreendendo um alojamento, um eixo de entrada articulado ao alojamento, ao eixo de entrada e ao eixo de saída acoplado por um primeiro par de rodas dentadas tendo uma primeira correia treinada entre os mesmos e tendo uma primeira relação, a primeira correia e o primeiro par de rodas dentadas compreendendo uma configuração de dente helicoidal, o eixo de entrada e o eixo de saída acoplado por um segundo par de rodas dentadas tendo uma segunda correia treinada entre os mesmo e tendo uma segunda relação, e o eixo de entrada e o eixo de saída acoplado pelo terceiro par de rodas dentadas tendo uma terceira correia treinada entre os mesmos e tendo uma terceira relação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[016]As figuras acompanhantes, que são incorporadas e formam uma parte da especificação, ilustram formas de realização preferidas da presente invenção, e junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

[017]Figura 1 é uma vista de corte transversal da transmissão inventiva.

[018]Figura 2 é uma vista perspectiva da transmissão inventiva.

[019]Figura 3 é uma vista explodida da transmissão inventiva.

[020]Figura 4 é um gráfico da eficiência da transmissão como redutor de velocidade.

[021]Figura 5 é um gráfico da eficiência da transmissão como multiplicador de velocidade.

[022]Figura 6 é uma vista perspectiva de uma arte anterior de um sistema de cremalheira de assistência de força elétrica.

[023]Figura 7 é um detalhe da figura 6.

[024]Figura 8 é uma esquemática de um sistema de direção.

[025]Figura 9 mostra esquematicamente um arranjo de uma correia helicoidalmente dentada sem-fim instalada em uma polia helicoidalmente dentada, que é vista de uma parte traseira da correia.

[026]Figura 10 é uma vista esquemática ampliada mostrando as relações entre os traçados de dentes da polia helicoidalmente dentada e os traçados de dentes da correia helicoidalmente dentada engatada a isso.

[027]Figura 11 ilustra perfis de meio dente da correia e da polia.

[028]Figura 12 ilustra um ângulo do dente helicoidal aplicado a correia sem- fim.

[029]Figura 13 ilustra a correia helicoidalmente-dentada.

[030]Figura 14 mostra uma forma de perfil de dente compressível.

[031]Figura 15 é um detalhe do arranjo de correia

[032]Figura 16 é uma vista perspectiva da transmissão inventiva em um sistema de direção.

[033]Figura 17A é uma vista explodida da forma de realização alternada.

[034]Figura17B e 17C são detalhes da figura 17A.

[035]Figura 18 uma vista de corte transversal da forma de realização alternada.

[036]Figura 19A é uma vista perspectiva do eixo excêntrico 3000.

[037]Figura 19B é uma vista de corte transversal do eixo excêntrico 3000.

[038]Figura 20 é uma vista perspectiva exterior da forma de realização alternativa.

[039]Figura 21 é uma vista de corte transversal da forma de realização alternada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERIDA

[040]Figura 1 é uma vista de corte transversal da transmissão inventiva. A transmissão inventiva 1000 compreende alojamento 100. Contido no alojamento há um eixo de entrada 200. O eixo de entrada é acoplado a um motor elétrico 201. O motor elétrico é anexado a alojamento a uma montagem de motor 101.

[041]O eixo de entrada 200 é articulado ao alojamento por um primeiro rolamento 201 e um segundo rolamento 202.

[042] A roda dentada 206 é fixada por pressão no eixo 200. A roda dentada 206 compreende uma superfície dentada 207 para engatar uma correia dentada 400.

[043]Uma roda dentada intermediária 203 é articulada ao eixo 200 por um rolamento 208 e um rolamento de agulha 205. Roda dentada 203 gira livremente no rolamento 200. Roda dentada intermediria 203 está conectada a roda dentada 204, em outras palavras são uma unidade única. A roda dentada intermediária 203 compreende uma superfície dentada 209, e roda dentada 204 compreende uma superfície dentada 210, cada um para engatar a uma correia dentada. O diâmetro da superfície dentada 209 é maior do que o diâmetro da superfície dentada 210. O diâmetro da roda dentada 206 é menor do que o diâmetro da roda dentada 204. Claro, qualquer combinação de diâmetros é possível para alcançar a relação desejada.

[044]Um eixo de saída 300 é articulado a alojamento por um primeiro rolamento 301 e um segundo rolamento 302.

[045]Roda dentada 306 é articulada ao eixo de saída 300 por um rolamento 308 e um rolamento de agulha 305. Roda dentada 306 compreende uma superfície dentada 307 para engatar uma correia dentada. Roda dentada 306 está conectada a roda dentada 309 que também compreende uma superfície para engatar uma correia dentada. O diâmetro da roda dentada 306 é maior do que o diâmetro da roda dentada 309. O diâmetro da roda dentada 306 é menor do que o diâmetro da roda dentada 303. Claro, qualquer combinação de diâmetros é possível a fim de alcançar a relação desejada para cada par de rodas dentadas.

[046]A roda dentada 303 é fixada por pressão no eixo 300. A roda dentada 303 compreende uma superfície dentada 310 para engatar uma correia dentada.

[047]Uma correia dentada 400 é dirigida entre o primeiro par de rodas dentadas, a saber, roda dentada 206 e roda dentada 306. A relação entre roda dentada 306 e 206 é 3,4 : 1. A correia dentada 400 compreende uma correia helicoidal que é mais amplamente descrita em outro ponto desta especificação.

[048]Uma correia dentada 500 é dirigida entre o segundo par de rodas dentadas, a saber, roda dentada 203 e roda dentada 309. A relação entre roda dentada 203 e 309 é de 3.0:1. Uma correia dentada 600 é dirigida entre o terceiro par de rodas dentadas, a saber, roda dentada 204 e roda dentada 303. A relação entre roda dentada 303 e 204 é de 3.0:1. Correia dentada 500 e correia dentada 600 não compreendem uma correia helicoidal como no caso da correia dentada 400.

[049]As dimensões dadas neste relatório descritivo são apenas exemplos e não pretendem limitar o escopo da transmissão da invenção.

[050]Correia Helicoidal.

[051]A correia helicoidal 400 e as rodas dentadas helicoidais 206, 306 são descritas a seguir. Figura 9 esquematicamente mostra um arranjo de uma correia helicoidalmente-dentada sem-fim instalada em uma polia helicoidalmente-dentada, que é vista de uma parte traseira da correia. Como descrita na figura, a correia heli- coidalmente-dentada 400 é arrastada em volta de um par de polias helicoidalmente- dentadas 206 e 306 que são rotativos sobre eixos geométricos respectivos “L1” e “L2”. Por exemplo, a polia helicoidalmente-dentada 306 é uma polia de direção e a força rotacional da polia helicoidalmente-dentada 306 é transmitida a polia dirigida 206 via correia helicoidalmente-dentada 400. Na figura 9, a correia helicoidalmente- dentada 400 descrita por uma linha solida indica um arranjo da correia helicoidal- mente-dentada imediatamente após a instalação da correia. Por outro lado, uma linha fantasma indicada por um número de referencia 400’ representa uma posição da correia helicoidalmente-dentada 400 depois do aparelho de transmissão de direção da correia de direção é impulsionado.

[052]Imediatamente após a correia helicoidalmente-dentada 400 ser instalada nas polias helicoidalmente-dentadas 206 e 306 (antes do aparelho de transmissão de correia de direção ser impulsionado), traçados de dente da correia helicoi- dalmente-denada coincidem com traçados de dente das polias helicoidalmente- dentadas 206 e 306, para que a direção longitudinal da correia helicoidalmente- dentada 400 seja feita substancialmente perpendicular aos eixos geométricos rotaci- onais “L1” e “L2” das polias helicoidalmente-dentadas 206 e 306. Porém, quando as polias helicoidalmente-dentadas 306 ou a polia de direção é impulsionada e a carga recai sobre a correia helicoidalmente-dentada 400, a correia helicoidalmente- dentada 400 desliza pelos traçados de dentes, assim ocorre o impulso. A saber, quando o aparelho de transmissão da correia de direção é impulsionado, a correia helicoidalmente-dentada 400 desliza sobre a polia helicoidalmente-dentada 206 na direção “A” ao longo do eixo geométrico rotacional “L1”, e desliza sobre a polia heli- coidalmente-dentada 306 na direção B, que é oposta a direção “A”, ao longo do eixo geométrico rotacional “L2” como mostrado na figura 9. Assim, a correia helicoidal- mente-dentada 400, representada pela linha solida, é movida a posição 10 que é representada pela linha fantasma. Este tipo de impulso é proeminente quando o aparelho de transmissão da correia de direção é operado sob carga pesada ou em uma rotação de alta velocidade.

[053]Figura 10 é uma vista ampliada esquemática mostrando as relações entre os traçados de dente da polia helicoidalmente-dentada 306 e aos traçados de dente da correia helicoidalmente-dentada 400 engatada a isso, após a operação do aparelho de transmissão de correia de direção tenha sido iniciada ou após o impulso tenha ocorrido. Como mostrado na figura, um traçado de dente 411 da correia heli- coidalmente-dentada 400 é inclinada contra o traçado de dente 31 da polia helicoi- dalmente-dentada 306 a quantidade de ângulos onde a correia é inclinada pelo deslize, para que o traçado de dente 411 escorregue para fora do traçado de dente 31. Quando um espaço é induzido entre o traçado de dente da polia helicoidalmente- dentada 306, contato inadequado é gerado entre a polia e a correia. Por exemplo, um ombro (uma peça conectando um flanco funcionando e um cilindro de ponta de dente) da polia entra em contato com um flanco de acoplamento da correia, ou com o similar. Tal engate inadequado gera ruídos e vibração. Note que, como visto na figura 9, os mesmos fenômenos são induzidos na polia helicoidalmente-dentada 206.

[054]Para resolver tais problemas, recuo entre a correia e a polia é seletiva- mente ampliado em uma primeira forma de realização da presente invenção, para prevenir contato inadequado entre os dentes da polia e os dentes da correia e reduzir ruídos e vibração. Com referência a FIG. 11, a definição de recuo na presente forma de realização será explicada.

[055]Figura 11 ilustra perfis de meio dente da correia e da polia. Uma curva solida “P1” descreve o perfil de dente da polia e uma curva quebrada “P2” descreve o perfil do dente da correia. Uma linha reta "B” uma linha listrada-pontilhada, é a linha de base em um terreno inferior da correia, para que uma altura de dente “H” seja definida pela altura da linha de base B a ponta do dente da correia. Além disso, é um arco “C”, que é também indicado pela linha listrada-pontilhada, é um arco que passa por um ponto que é distante da linha de base “B” pela metade da distância da altura do dente “H” (1/2H), e seu centro coincide com o centro da polia. A saber, o diâmetro do arco “C” é equivalente a um valor onde a altura de dente “H” é subtraída do diâmetro externo da polia. O recuo entre a correia e a polia é definido pela distância “D” entre o dente da polia e o dente da correia em uma posição ao longo do arco “C” (a distância entre a interseção da curva “P1” e o arco “C”, e a interseção da curva “P2” e o arco “C”).

[056]Depois disso, com referência a figura 12, um angulo do dente helicoidal aplicado a correia sem-fim da primeira forma de realização será explicado. Figura 12 é faz parte do desenvolvimento esquemático da correia helocidalmente-dentada 400, que é aplicada a primeira forma de realização. Os traçados de dente da correia heli- coidalmente-dentada 400 são representadas pelas linhas solidas inclinadas que repousam na direção lateral da correia. Aqui, os passos dos dentes da correia são denotados por “Pt” e a largura é denotada por “W”. Além disso, quando denotando um ângulo (ângulo de hélice dente) entre a linha na direção lateral da correia (ou a linha perpendicular da direção longitudinal da correia) e o traçado de dente como “θ”, um espaço “d” entre o final do primeiro engate de dente e o início do segundo engate de dente próximo são representados por d=Pt-Wx0, usando o passo “Pt”, a largura da correia “W”, e o ângulo de hélice dente “θ”. Na primeira forma de realização, o ângulo de hélice dente “θ” é ajustado para satisfazer.-0,^;d/Pt=1-Wxθ/Pt^0,75

[057]E um aparelho de transmissão convencional de correia helicoidalmente- dentada, apesar do recuo “D” ser ajustado para aproximadamente 1.5% com respeito ao passo do dente “Pt”, o recuo “D” do aparelho de transmissão da correia helicoidalmente dentada da primeira forma de realização, é ajustado em um raio de 1.6% para 3% (D/Pt x 100) do passo do dente “Pt”.

[058]A saber, no aparelho de transmissão da primeira correia helicoidalmen- te-dentada da primeira forma de realização, um contato inadequado entre o dente da polia e a correia é prevenido, mesmo quando impulso é induzido na correia quando uma carga pesada é posicionada na correia durante operação, por ajuste de recuo “D” amplo (recuo amplo), tal como em 1.6% a 3% do passo do dente “Pt”. Mais além, isto é particularmente efetivo para os ângulos de hélice dente “θ” que satisfazem - 0,2id/Pt=1-Wxθ/Pt<0,75. A saber em um raio amplo de ângulos de hélices dente “θ” (até mesmo para um ângulo pequeno que não seja muito efetivo para um perfil de dente compressível), o ruído e a vibração podem ser reduzidos. Como descrito acima, de acordo com a primeira forma de realização, ruído e vibração são efetivamente reduzidos para o aparelho de transmissão da correia helicoidalmente-dentada que é impulsionada sob carga pesada ou em uma rotação de alta velocidade.

[059]Em seguida, com referência a figura 13 e a figura 14, um aparelho de transmissão da correia de direção de uma segunda forma de realização da presente invenção será explicada. A figura 13 faz parte de um desenvolvimento esquemático da correia helicoidalmente-dentada 400m que é aplicada a segunda forma de realização. Os traçados de dente da correia helicoidalmente-dentada 400 são representados pelas linhas solidas inclinadas que repousam na direção lateral da correia. Além disso, a Figura 14 mostra uma forma de perfil de dente compressível aplicada na segunda forma de realização.

[060]Na correia de transmissão da correia de direção da segunda forma de realização, o ângulo de hélice dente “θ” é ajustada a um ângulo de d/Pt=1-Wtan θ/Pt<0. A saber, como mostrado na figura 13 um valor de “d” é “θ” ou negativo, para que o engate do segundo dente vizinho comece antes do final do engate do primeiro dente (ou simultaneamente com o final do engate).

[061]Na figura 14, uma curva “p3” indicada por uma linha solida, representa o perfil do dente das polias helicoidalmente-dentadas 206 e 306 da segunda forma de realização, e uma curva “p4” indicada por uma linha quebrada representa o perfil do dente da correia helicoidalmente-dentada 400 da segunda forma de realização. Além disso, uma linha listrada-pontilhada “B” representa a linha de base da correia quando a correia está instalada. Uma profundidade de sulco “Dp”, uma profundidade da linha da base “B” para o cilindro da raiz do dente da polia, é menor que a altura do dente “H” da correia por “h”. Portanto, quando a correia helicoidalmente-dentada 400 é arrastada sobre as polias helicoidalmente-dentadas 206 e 306, e tensão é dada, os dentes da correia são pressionados contra o cilindro da raiz do dente da polia e comprimidos. Assim, precisão de posicionamento de cada um dos dentes da correia aos sulcos da polia são melhorados, para que um erro cumulativo entre os dentes da correia e os dentes da polia seja reduzido, e o contato inadequado entre os dentes da correia e os dentes da polia seja prevenido. Note que, na segunda forma de realização, a compressibilidade (h/H x 100) da correia helicoidalmente-dentada seja ajustada entre 1.5% e 5%.

[062]Como descrito acima, de acordo com a segunda forma de realização, ruídos e vibração são efetivamente reduzidos a partir do aparelho de transmissão da correia helicoidalmente-dentada onde o ângulo de hélice dente “θ” está dentro do raio de d/Pt=1-W θ /Pt<0, e onde o aparelho seja conduzido sob carga pesada ou em alta velocidade de rotação, prevenindo o contato inadequado entre os dentes da correia e os dentes da polia. Note que, o aparelho de transmissão da correia helicoi- dalmente-dentada é particularmente efetivo em torno de uma frequência de ressonância de vão.

[063]A razão de direção é a razão do número de graus do movimento do volante por um grau do movimento da roda dianteira. Uma razão de direção de 20:1 exige 20 graus de movimento de volante para mover as rodas dianteiras em um grau. A maioria dos sistemas de direção por força possuem razões entre 12:1 e 24:1. razões de 12:1 são para carros esportivos. Uma picape grande pode ter um raio próximo dos 24:1.

[064]O sistema inventivo consiste de uma série de correias arranjadas em dois eixos geométricos comuns, a saber, os eixos de entrada e saída. O sistema inventivo providencia um raio de multiplicação de torque de 30.6:1 do motor elétrico o eixo de saída 300. Isto é realizado através de três estágios de 3,4 : 1, 3:1 e 3:1.

[065]O estágio inicial mais próximo do motor elétrico 201 é configurado para o raio 3,4 : 1. Rodas dentadas de primeiro estágio 206 e 306 utilizam rodas dentadas helicoidais e uma correia helicoidal para minimizar ruídos nesta correia de alta velocidade. Os próximos dois estágios de roda dentada utilizam uma correia dentada com passo de 5mm. As combinações de dentes de roda dentada escolhidas permitem que o projeto mantenha a mesma distância de centro para os dois projetos de passo.

[066]Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma arte anterior de um sistema de cremalheira assistido por força elétrica. O sistema compreende tipicamente uma coluna de direção (S) e uma cremalheira (R). Um volante é conectado a coluna de direção pelo qual uma entrada de direção é recebida para conduzir um veículo. A cremalheira é também conhecido na arte como um sistema de direção “cremalheira e pinhão”.

[067]Cremalheira e pinhão são comumente definidos pelo número de polegadas de curso da cremalheira por revolução do pinhão. A proporção exata de cre- malheira requerida é dependente da geometria de direção. Proporções de direção de 24:1 e 12:01 podem ter uma relação de cremalheira de 1.57:1 e 2.62:1, respectivamente. A proporção de uma cremalheira e pinhão pode ser variada através da cremalheira. Isto é conseguido através da alteração do perfil dos dentes da crema- lheira ao longo da cremalheira. Isto altera o raio de contato com o pinhão. Alterar o raio de contato altera a quantidade de curso da cremalheira por volta do pinhão. Este raio modificação é limitada a um máximo de 15% em toda a cremalheira.

[068]A figura 7 é um detalhe da figura 6. O sistema de arte anterior de direção eletro hidráulica assistida compreende uma correia (B) impulsionada por um motor elétrico (M). A correia é dirigida entre duas rodas dentadas (S1) e (S2) e impulsiona uma cremalheira de dente de engrenagens sem-fim (WG). Enquanto um impulsionador gira o volante um módulo de controle (não mostrado) recebe um sinal que então energiza o motor (M) para assim impulsionar a correia. Enquanto a correia gira, a roda dentada (S2) impulsiona a cremalheira de engrenagem sem-fim. Enquanto a correia gira, a roda dentada (S2) impulsiona a cremalheira de engrenagem sem-fim axialmente para mover as rodas do veículo para conduzir.

[069]A força necessária para conduzir as rodas dianteiras de um veículo é um máximo quando o veículo não está em movimento. Um veículo mais pesado exige mais força para ser conduzido também. O seguinte é um exemplo de cálculo da força exigida para conduzir as rodas da frente de um veículo parado.

[070]É necessário descrever um termo de geometria assim como aplicado a sistemas de condução. O comprimento mínimo raio efetivo de braço (A) é a distância efetiva mais curta do centro de giro (B) a barra de direção (C). Geralmente isto é tirado quando as rodas estão completamente viradas. A compensação do pino mestre (D) é a distância da linha central da roda (E) ao centro de giro (B). Largura de pneu (F) é a largura do remendo do contato entre o pneu e a superfície da estrada.

[071]Para o propósito de ilustrar a invenção, a seguinte informação é dada:Peso do veículo 900kg GsLargura de pneu 200mm BFricção; Pneu a estrada 0.8 μRaio efetivo min. De braço de direção 0.1m rCompensação de pino mestre 100mm e

[072]O torque M exigido para conduzir as rodas pode ser calculado usando aseguinte formula:

[073]Se um indivíduo assumir o deslocamento angular total da roda em 85graus e leva 2 segundos para girar o volante de trava a trava, o requerimento de for-ça pode ser calculado como a seguir:Deslocamento angular de roda 85 degTempo para girar de trava a trava 2 seg.

[074]Depois a velocidade angular de roda s durante o giro:

[075]Força requerida sem qualquer perda de sistema:

[076]Se for assumido que o sistema de direção do veículo tenha uma eficiência de 60%, e a engrenagem sem-fim tenha uma eficiência de 80%, o requerimen- to de força é:

[077]Por outro lado, o sistema inventivo usa três estágios de correia. Figura 4 é um gráfico da eficiência da transmissão como redutor de velocidade. Figura 5 é um gráfico se a eficiência da transmissão como multiplicador de velocidade. Usando esta informação como substituto para determinar a eficiência do sistema proposto, é esperado que o sistema inventivo tenha eficiências consistentemente acima de 95%.

Operação, Modo de Assistência Elétrica de Motor

[078]Em operação, um motorista irá girar o volante que está conectado ao eixo 300. Um sistema típico de veículo irá incluir um módulo de controle para sentir entrada de impulsão e controlar o motor elétrico 201 para providenciar a desejada assistência através da transmissão 1000. Por exemplo, o módulo de controle mede torque de entrada de impulsão e usa isto para determinar a quantidade de assistência requerida do motor elétrico 201. Assistência pode ser modificada para cumprir com as necessidades do motorista dependendo das condições de direção.

[079]Quando a assistência está sendo exigida pelo módulo de controle ou ECU, o motor elétrico energizado irá aplicar torque ao eixo 200, isto por vez providencia torque a roda dentada 206. Durante a operação ao eixo de entrada 200 pode girar a até 1800 RPM. Isto resulta em uma velocidade rotacional do eixo de saída de aproximadamente 60 RPM dada redução através da transmissão de 30.6:1, que representa um limite superior típico. Uso da correia helicoidal 400 e rodas dentadas 206, 306 significativamente quieto a operação de velocidade relativamente alta das correias. Correias retas dentadas, tais como correia 500 e correia 600, podem produzir um ruído ou ganir quando operados em velocidades altas. O projeto de dentes helicoidais permite um entrosamento mais gradual entre os dentes da correia e o sulcos das rodas dentadas durante a operação.

[080]A velocidade do eixo não é um fator significativo para a correia 500 e correia 600 desde que estes operem na velocidade máxima de 1800/3.4=529 RPM (correia 400) e 529/3.0=176 RPM (correia 500) e 176/3.0=56 RPM (correia 600).

[081]Correia dentada 400 transmite a força da roda dentada 206 para a roda dentada 306, que por vez aplica um torque a roda dentada 309. Roda dentada impulsiona a roda dentada 303 através da correia 600.

[082]Consequentemente, o fluxo de torque durante modo de assistência é do motor elétrico 201 para o eixo 200 para a roda dentada 309 para a correia 500 para a roda dentada 203 para a roda dentada 204 para a correia 600 para a roda dentada 303 para o eixo 300.

Operação, Sem Modo de Assistência

[083]Quando a assistência não elétrica é requerida pelo módulo de controle, uma entrada impulsora irá aplicar um torque ao eixo 300. Apesar do eixo 300 girar, desde do motor elétrico 201 é dezenergizado ela irá girar livremente e o sistema irá operar sem motor elétrico presente.

[084]Figura 2 é uma vista em perspectiva da transmissão inventiva. O motor elétrico 201 é montado a alojamento 100. Habitação 100 reveste as e as correias para protege-los de detritos.

[085]Figura 3 é uma vista explodida da transmissão inventiva. O sistema inventivo é relativamente compacto. Os três estágios de correia são contidos em uma único alojamento 100. A alojamento é suficientemente compacta para permitir a instalação em um sistema de direção automotiva. Dependendo de requerimentos de torque, a largura de cada correia pode ser aumentada ou diminuída também.

[086]O sistema inventivo é completamente escalável. Baseado nos cálculos de pequenos esforços de direção do sistema automotivo, o sistema de impulso sem- fim providencia aproximadamente 80% do torque necessário para conduzir um veí- culo parado. Sistemas sem-fim existentes providenciam aproximadamente 30 Nm de assistência.Para providenciar o mesmo nível de assistência de torque tais como os sistemas sem-fim existentes, as larguras de correias podem ser afuniladas para otimizar suas larguras de projeto e o requerimento de torque de motor pode ser reduzido para dar conta da vantagem mecânica adicional do raio 30.6:1 para a transmissão inventiva. É esperado que a transmissão inventiva possa providenciar até apro-ximadamente 150 Nm de assistência.

[087]As correias também podem ser feitas mais largar para providenciarem maior assistência para aplicações tais como caminhões pesados e ônibus. Estima-se que uma picape requeira aproximadamente 90 Nm para girar as rodas em um veículo parado que traduz para aproximadamente 70Nm de assistência requerida.

[088]Figura 15 é um detalhe do arranjo de correias. Uma correia dentada 400 é dirigida entre o primeiro par de rodas dentadas, a saber, roda dentada 206 e roda dentada 306. Uma correia dentada 500 é dirigida entre o segundo par de rodas dentadas, a saber, roda dentada 203 e roda dentada 309. Uma correia dentada 600 é dirigida entre o terceiro par de rodas dentadas, a saber, roda dentada 204 e roda dentada 303.

[089]Figura 16 é uma vista em perspectiva da transmissão inventiva em um sistema de direção. Uma coluna de direção (S) é conectada a ponta do eixo 300. A outra ponta do eixo 300 é conectada a uma porção de entrada de uma cremalheira de direção (R). Cremalheira de direção (R) é conhecida na arte e é tipicamente incluso em um sistema conhecido como sistema de direção “cremalheira e pinhão”. Coluna de direção (S) é tipicamente conectada ao volante pelo qual o motorista conduz o veículo.

[090]Figura 17 é uma vista explodida e uma forma de realização alternada. Nesta forma de realização alternada o aparelho inventivo é configurado para que as rodas dentadas impulsoras estejam em centros comuns, mas cada eixo geométrico de montagem de roda dentada seja ajustável a fim de tencionar cada correia apropriadamente. Isto é realizado pela montagem de cada roda dentada em eixos com compensação, ou diâmetros, excêntricos. Tensão de correia apropriada é importante para prevenir o rateamento (pulo de dente) e de outro modo maximizar a vida útil da correia.

[091]Em particular, o primeiro eixo excêntrico 2000 e o segundo eixo excêntrico 3000 são configurados cada para que os diâmetros de montagem de eixo estejam em um eixo geométrico comum com um diâmetro de montagem de roda dentada intermediário que tenha um segundo eixo geométrico o qual é compensado porem paralelo ao eixo geométrico do eixo de montagem. O segundo eixo excêntrico 3000 é configurado para que o calibre 3001 esteja em um eixo geométrico comum, isto é coaxial com o eixo 303. O calibre permite que o eixo de saída 303 passe através do segundo eixo excêntrico 3000. Eixo de saída 303 é acoplado ao eixo de direção do veículo.

[092]Com referência a figura 17, o eixo excêntrico 2000 é acoplado ao motor 201. Eixo excêntrico 2000 é articulado ao eixo excêntrico 2000 por um rolamento 208 e por um rolamento 250.

[093]Eixo excêntrico 3000 compreende um calibre 3001. Eixo de saída 300 é engatada dentro do calibre 3001. Roda dentada 306 é articulada ao eixo excêntrico 3000 por um rolamento 308 e rolamento de agulha 251. Eixo excêntrico 3000 engata de forma deslizante a alojamento 100 para que o eixo excêntrico 3000 possa ser girada durante o ajuste de tensão de correia.

[094]Um disco de trava 280 engata o eixo excêntrico 3000 através de um orifício de disco de trava 284. Disco de trava 280 é presa a alojamento 100 usando prendedores 281. Disco de trava 280 é usado como um membro de ajuste a ajuste de rotativamente ajustar e fixar a posição do eixo excêntrico 3000 em relação a alojamento 100 para assim ajustar a tensão da correia.

[095]Um disco de trava 290 engata o eixo excêntrico 2000 através de um orifício de disco de trava 294. Disco de trava 290 é preso a alojamento 100 usando prendedores 291. Disco de trava 290 é usado como um membro de ajuste a ajuste de rotativamente ajustar e fixar a posição do eixo excêntrico 2000 em relação a alojamento 100 para assim ajustar a tensão da correia.

[096]O ajuste da tensão de cada correia é conquistado através da rotação de cada eixo excêntrico 2000, 3000 para desse modo ajustar a tensão em cada correia individualmente. A posição de cada eixo 2000, 3000 é então fixada pelo uso de cada disco de trava 290, 280 respectivamente para manter a tensão. A tensão apropriada para cada correia pode ser determinada por meios conhecidos, tais como, análise de frequência ou deflexão de amplitude. Correia 400 deve ser tensionada primeiro, seguida pela correia intermediaria 500 e depois a correia 600 montada na roda dentada do motor 207. Alojamento 100 pode ser providenciada com orifícios de acesso para permitir a medição de tensão. Motor 201 é montado a alojamento 100 para que tal possa ser movido para ajustar a distância central de cada roda dentada 207 para tencionar a correia 600 apropriadamente.

[097]Fixação da posição ajustada de cada eixo excêntrico é conquistada através do uso de cada disco de trava 208, 209 e prendedores 281, 291, pinos tipicamente. Cada disco de trava 280, 290 é configurado para que tal gire com seu respectivo eixo excêntrico. Cada disco de trava tem fendas radiais 282,292 e a montagem de pinos mestre de montagem 110 são tais quais que não importa a posição rotacional do disco de trava sempre haverá dois orifícios de pino (mestres) expostos e disponíveis para uso.

[098]Para fixar a posição rotacional de eixo, a tensão de correia é ajustada e depois os pinos são impulsionados através das fendas radiais em cada disco de trava para dentro dos pinos mestres de montagem.

[099]Figuras 17B e 17C são detalhes da figura 17A.

[0100]Figura 18 é uma vista em corte transversal da forma de realização alternada. Eixo 102 do motor 100 é alinhado com o eixo excêntrico 2000, porém, eles não estão mecanicamente ligados, por isso, eixo de motor 102 gira independentemente do eixo excêntrico 2000. Porção de engate de ferramenta 2005 é disposta em uma ponta do eixo 2000 e é usada para engatar uma ferramenta (não mostrada) por meio de que o eixo 2000 seja girado.

[0101]Cada uma das rodas dentadas 203 e 306 é articulada aos seus respectivos eixos excêntricos e então cada um gira em torno de seu respectivo eixo excêntrico 2000, 3000. Cada eixo excêntrico 2000, 3000 não gira durante a operação do aparelho. Ao invés disso cada eixo excêntrico é rotativo somente durante a instalação e para o propósito de ajuste de tensão de correia. Cada eixo excêntrico é então travado em seu lugar pelo seu respectivo disco de trava 290, 280.

[0102]Roda dentada 207 é fixada por pressão no eixo do motor. Roda dentada 303 é fixada por pressão no eixo de saída 300. Eixo de saída 300 é rotativo em uma manga de rolamento 310.

[0103]Figura 19A é uma vista em perspectiva do eixo excêntrico 3000. Diâmetros de eixos de montagem 3002, 3003 engatam alojamento 100. Rolamento 308 e 305 são montados ao diâmetro de montagem da roda dentada 3004. Porção de engate de ferramenta 3005 é disposta na ponta do eixo 3000 é girada.

[0104]Figura 19B é uma vista em corte transversal do eixo excêntrico 3000. Os diâmetros de montagem de eixo 3002,3003 são centrados sobre um eixo geométrico A-A. O diâmetro de montagem da roda dentada 3004 é centrado sobre um eixo geométrico B-B a uma distância predeterminada.

[0105]Figura 20 é uma vista em perspectiva exterior da forma de realização alternativa. Disco de trava 290 é preso a alojamento 100 usando prendedores 291. Cada prendedor (pino) é impulsionado através de uma fenda radial 292 para dentro de um mestre respectivo 110. Eixo excêntrico 2000 engata o disco de trava 290 em uma porção 2005. Plugues 299 orifícios de cobertura 299A que permitem o acesso as correias através do alojamento 100.

[0106]Motor 201 é montado para montar 101 por prendedores 1011. Cada prendedor 1011 engata uma fenda 1010 na montagem 101. Fendas 1010 permitem que a posição do motor 201 seja movida conforme a tensão da correia seja ajustada e fixada.

[0107]Figura 21 é uma vista em corte transversal de uma forma de realização alternada. Nesta forma de realização de correia dentada 400, correia dentada 500 e correia dentada 600 são substituídas com correia multi estriada 4000, correia multi estriada 5000 e correia multi estriada 6000 respectivamente. Em uma correia multi estriada, estrias múltiplas se estendem nas infinitas direções da correia. A superfícies de engate da correia correspondente nas rodas dentadas são também mo-dificadas para acomodar as correias multi estriadas.

[0108]A superfície dentada da roda dentada 303 é substituída com uma superfície multi estriada 3030. A superfície dentada da roda dentada 203 é substituída por uma superfície multi estriada 2030. A superfície dentada da roda dentada 306 é substituída por uma superfície multi estriada 3060. A superfície dentada da roda dentada 204 é substituída por uma superfície multi estriada 2040. A superfície dentada da roda dentada 309 é substituída pela superfície multi estriada 3090, e uma correia multi estriada 6000 dirigida entre polias multi estriadas 2040 e 3030.

[0109]A fim de acomodar um raio amplo de aplicações, o seguinte exemplo de combinações de correia pode ser usado na transmissão inventiva. Estes exemplos de combinação não são intencionados a limitar as várias combinações disponíveis para o uso com esta transmissão. Cada número se refere a uma correia como descrito nesta especificação.

[0110]Configuração de Combinação de Correia por número de correia.

[0111]Cada correia é arrastada na roda dentada respectiva ou combinação de polia multi estriada como descrita aqui, a saber, cada correia é dirigida entre as rodas dentadas ou polias notadas:Correia Rodas dentadas

[0112]Favor notar que apesar do ajuste estar disponível como parte da forma de realização descrita na figura 21, em uma forma de realização alternativa nenhum ajuste excêntrico é requerido para os eixos. Ao invés disso, a primeira, segunda e terceira correia multi estriada pode ser esticada longitudinalmente em uma quantidade pequena para permitir que cada uma seja dirigida sobre as rodas dentadas apropriadas. Correias multi estriadas que podem ser esticadas longitudinalmente são denominadas de correias de “baixo módulo” e são conhecidas na arte.

[0113]Embora formas da invenção tenham sido descritas aqui, é obvio para os versados na técnica que variações podem ser feitas na construção e relação de partes sem se afastar do espírito e escopo da invenção aqui descrita.

Claims

1. Transmissão de sistema de direção automotiva (1000), compreendendo:um alojamento (100);um eixo de entrada (200) articulado ao alojamento (100);um eixo de saída (300) articulado ao alojamento (100);uma coluna de direção (S) acoplada ao eixo de saída (300);o eixo de saída (300) sendo acoplado a uma cremalheira de direção (R);um motor elétrico (201) conectado ao alojamento (100) e acoplado ao eixode entrada (200);o eixo de entrada (200) e o eixo de saída (300) sendo acoplados por umaprimeira correia (400);o eixo de entrada (200) e o eixo de saída (300) sendo acoplados por umasegunda correia (500); eo eixo de entrada (200) e o eixo de saída (300) sendo acoplados por umaterceira correia (600);CARACTERIZADA pelo fato de que:a coluna de direção (S) é acoplada a uma extremidade do eixo de saída(300) e a outra extremidade do eixo de saída (300) é acoplada a cremalheira de direção (R);o eixo de entrada (200) e eixo de saída (300) são acoplados por um primeiropar de rodas dentadas (206, 306) tendo a primeira correia (400) dirigida entre asmesmas e tendo uma primeira razão;o eixo de entrada (200) e o eixo de saída (300) são acoplados por um segundo par de rodas dentadas (203, 209) tendo a segunda correia (500) dirigida entreas mesmas e tendo uma segunda razão; eo eixo de entrada (200) e o eixo de saída (300) são acoplados por um terceiro par de rodas dentadas (204, 203) tendo a terceira correia (600) dirigida entre asmesmas e tendo uma terceira razão;em que as primeira, segunda e terceira correias (400, 500, 600) são dispostas em dois eixos geométricos comuns, definidos pelos eixos de entrada e saída(200, 300).

2. Transmissão de sistema de direção automotiva (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira correia (400) e o primeiro par de rodas dentadas (206, 306) compreendem uma configuração de dente helicoidal.

3. Transmissão de sistema de direção automotiva (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a segunda correia (500) e a terceira correia (600) são dentadas.

4. Transmissão de sistema de direção automotiva (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira razão é de 3,4 : 1.

5. Transmissão de sistema de direção automotiva (1000), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a segunda razão é de 3 : 1.

6. Transmissão de sistema de direção automotiva (1000), de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a terceira razão é de 3 : 1.

7. Transmissão de sistema de direção automotiva (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o motor elétrico compreende um motor de 12 V CC.