BR112020013896A2 - sistema de direção assistida por comando eletrônico que usam acionadores transparentes através do uso de torque local e/ou circuitos de controle de força - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um sistema de direção assistida por comando eletrônico (1) compreendendo um mecanismo de nível inferior (10) que inclui um servo motor (11) e uma roda direcional (12) e um mecanismo de nível superior (20) que inclui um volante (22) e um motor auxiliar (21), com o mecanismo de nível inferior (10) controlado em circuito fechado, com força zero, por um circuito local inferior (30) que compreende um ramo de feedback (32) que mede ou estima uma força real a jusante (F10_actual) a jusante do servo motor (11) e a montante do ponto de contato (12C) entre a roda (12) e o solo (2), para tornar o servo motor (11) transparente, enquanto o mecanismo de nível superior (20) é controlado em circuito fechado, com torque zero, por um circuito local superior (40) compreendendo um ramo de feedback (42) que mede ou estima um torque real do motorista (T20_actual) entre o motor auxiliar (21) e o volante (22) para tornar o motor auxiliar (21) transparente, com os circuitos locais inferior (30) e superior (40) controlados por um único controlador global (50).

Description

SISTEMA DE DIREÇÃO ASSISTIDA POR COMANDO ELETRÔNICO QUE USAM ACIONADORES TRANSPARENTES ATRAVÉS DO USO DE TORQUE LOCAL E/OU CIRCUITOS DE CONTROLE DE FORÇA

[0001] A presente invenção refere-se ao campo geral de sistemas de direção assistida para veículos.

[0002] Mais particularmente, refere-se aos chamados sistemas de direção assistida “por comando eletrônico” que são livres de qualquer transmissão mecânica entre, por um lado, um mecanismo de nível superior que compreende um volante e, por outro lado, um mecanismo de nível inferior que compreende um motor de assistência e que atua mecanicamente nas rodas direcionais do veículo, de modo a modificar a orientação da guinada (isto é, o ângulo de direção) das referidas rodas.

[0003] Esses sistemas de direção por comando eletrônico, são conhecidos por garantir um servo controle na posição do mecanismo de nível inferior, medindo a posição angular do volante e, em seguida, definindo e transmitindo um ponto de ajuste correspondente por meio de uma ligação elétrica para o motor de assistência que aciona o referido mecanismo de nível inferior e, portanto, as rodas direcionais, até a posição desejada.

[0004] Para garantir feedback ao volante, de modo a permitir que o motorista perceba as reações induzidas no mecanismo de nível inferior pelas manobras de direção e pelo contato das rodas com a estrada, um segundo motor projetado para acionar rotativamente o volante é fornecido no mecanismo de nível superior.

[0005] No entanto, os sistemas de direção assistida conhecidos e, particularmente, os sistemas de direção por comando eletrônico, tendem a apresentar algumas desvantagens.

[0006] Em primeiro lugar, alguns fenômenos mecânicos relacionados, particularmente, à massa inercial do mecanismo de nível inferior ou do mecanismo de nível superior, ou ainda aos atritos internos no referido mecanismo de nível inferior ou no referido mecanismo de nível superior,

podem fazer com que o motorista sinta um peso durante as manobras.

[0007] Portanto, a presença da direção assistida pode tornar a direção tátil relativamente artificial e, particularmente, pode não transmitir fielmente ao motorista algumas informações táteis, chamadas de “sensação da estrada”, que informam intuitivamente o motorista sobre o estado do contato entre as rodas e o solo e, particularmente, a natureza do revestimento da estrada (betume, cascalho...) e o grau de aderência das rodas ao solo.

[0008] A sensação pode ser particularmente artificial no caso de um sistema de "direção por comando eletrônico", quando não há ligação mecânica entre o volante e as rodas.

[0009] Consequentemente, os objetos atribuídos à invenção visam superar as desvantagens mencionadas acima e fornecer um novo sistema de direção assistida, particularmente, um novo sistema de direção de direção por comando eletrônico, que combina uma grande leveza de manobra com uma sensação precisa das condições de direção.

[0010] Os objetos atribuídos à invenção são obtidos por meio de um sistema de direção assistida compreendendo um primeiro mecanismo, chamado de "mecanismo de nível inferior", que compreende um motor de assistência, bem como uma roda direcional na qual o motor de assistência atua para orientar a guinada da referida roda direcional, o referido mecanismo de nível inferior define assim uma cadeia cinemática de nível inferior que se estende do motor de assistência até uma porção da roda direcional, chamada “porção de contato”, destinada a entrar em contato com o solo, de modo que as forças e os movimentos originários do motor de assistência são transmitidos à roda direcional através e ao longo da referida cadeia cinemática de acionamento, o referido sistema de direção assistida também compreende um segundo mecanismo, chamado "mecanismo de nível superior", que compreende um volante e que é livre de qualquer acoplamento mecânico com o mecanismo de nível inferior, de modo a formar uma cadeia cinemática de nível superior separada da cadeia cinemática de acionamento ou acoplada mecanicamente ao mecanismo de nível inferior através de um membro de acoplamento, de modo a formar, do volante até o referido membro de acoplamento, uma cadeia cinemática de nível superior auxiliar que forma uma bifurcação em relação à cadeia cinemática de acionamento, sendo o sistema de direção assistida caracterizado pelo fato de que a força do mecanismo de nível inferior é servo controlada por um circuito fechado, chamado “circuito local inferior”, que compreende um ramo de entrada, chamado “ramo de entrada do circuito inferior”, que permite definir um ponto de ajuste de força de entrada, chamado “ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior”, um ramo de feedback, chamado “ramo de feedback do circuito inferior”, que mede ou estima, em um ponto de referência chamado “ponto de referência do circuito inferior”, localizado na cadeia cinemática de acionamento e fora da cadeia cinemática de controle, a jusante de o motor de assistência e a montante da porção de contato da roda direcional, uma força chamada "força real a jusante", que é representativa, no referido ponto de referência, da força transmitida entre o motor de assistência e a roda direcional pelo acionamento da cadeia cinemática, e em que o referido ramo de feedback do circuito inferior, aplica a referida força real a jusante em feedback no ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior, para formar um ponto de ajuste de acionamento do circuito inferior que é aplicado ao motor de assistência, para que a força real a jusante em feedback siga automaticamente o ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior.

[0011] Vantajosamente, o uso de um circuito local de servo controle e, mais particularmente, de um circuito local inferior, que é adaptado a servo controle em um circuito fechado e de maneira independente do mecanismo de nível inferior e que inclui um ramo de feedback capaz de capturar informações, neste caso, uma estimativa de força ou, de preferência, uma medição de força, em um ponto de referência distante do acionador, neste documento em um ponto de referência distante do motor de assistência e,

portanto, o mais próximo do contato entre a roda e o solo, ao considerar a cadeia cinemática de nível inferior de montante a jusante, permite tornar transparente o acionador do mecanismo em questão; neste documento, o motor de assistência que aciona o mecanismo de nível inferior e, geralmente, permite tornar o referido mecanismo transparente.

[0012] Neste documento, transparência refere-se à capacidade de um sistema, mais especificamente a capacidade do mecanismo de nível inferior acionado pelo motor de assistência, de começar a se mover, quando o referido sistema é servo controlado com força zero (ou, respectivamente, com torque zero), assim que uma força externa (ou, respectivamente, um torque externo), mesmo com uma magnitude muito baixa, for aplicada ao referido sistema, assim o referido sistema será "eliminado", sem opor qualquer resistência substancial, pela ação da referida força externa (respectivamente pela ação do referido torque externo).

[0013] Vantajosamente, esse sistema transparente pode, portanto, ser manobrado de maneira responsiva e sem criar uma sensação de peso.

[0014] Particularmente, fenômenos como os fenômenos de inércia ou os fenômenos de atrito (seco e/ou viscoso) que provavelmente afetam a manobra do mecanismo, mas que são "presos no circuito", ou seja, que intervêm em uma porção da cadeia de acionamento que pertence ao circuito fechado de servo controle, e que neste documento é compreendida entre o motor de assistência (incluído) e o ponto de referência no qual o ramo de feedback coleta as informações de força, tem sua influência, na prática, dividida pelo total ganho do circuito, que inclui, particularmente, o ganho do ramo de feedback e para o qual é possível selecionar um valor muito alto.

[0015] Assim, os referidos fenômenos de inércia e de atrito internos ao mecanismo são automaticamente compensados e, portanto, não impedem a manobra do referido mecanismo.

[0016] Do mesmo modo, as cargas externas, exercidas, particularmente pela estrada, no volante, são percebidas minuciosamente pelo mecanismo de nível inferior, que melhora a restituição das “sensações da estrada” para o motorista.

[0017] Além disso, a implementação de um servo controle de força (ou, quando apropriado, de um servo controle de torque) confere vantajosamente alta sensibilidade, precisão e capacidade de resposta ao mecanismo de nível inferior e, mais geralmente, ao sistema de direção assistida, para que conforme um servo controle de força monitora e atua sobre as forças, ou seja, sobre as causas dos movimentos, e não sobre as posições, que são a consequência desses movimentos.

[0018] Além disso, o servo controle de força proposto permite capturar e retransmitir fielmente ao sistema de direção assistida e, em particular, transmitir ao volante todas as variações de força, incluindo as variações rápidas que podem atingir uma frequência de 20 Hz, 25 Hz, 30 Hz e até mesmo mais que 30 Hz, como, por exemplo, as variações das forças externas exercidas pelo solo na roda, como as variações resultantes da circulação do veículo em um revestimento áspero tipo cascalho.

[0019] Portanto, esse teor rico em frequência do sinal de força real a jusante obtido e usado pelo sistema de direção permite restituir ao motorista uma sensação da estrada particularmente minuciosa e precisa que, particularmente, permite ao motorista obter uma boa percepção da natureza do revestimento da estrada.

[0020] Por fim, o arranjo fornecido pela invenção é vantajosamente adequado para o gerenciamento de um sistema de direção do tipo direção por comando eletrônico, dentro do qual, como será detalhado mais adiante, a invenção permite realizar separadamente, por um lado, um servo controle independente da força do mecanismo de nível inferior, por meio de um circuito local inferior e, por outro lado, um servo controle independente do torque do mecanismo de nível superior (e, portanto, do volante), por meio de um circuito local superior diferente do circuito local inferior, e completando esta arquitetura com um controlador global capaz de criar um acoplamento entre os referidos circuitos locais, gerando dois componentes de ponto de ajuste de entrada, respectivamente um componente de ponto de ajuste de força e um componente de ponto de ajuste de torque, respectivamente destinados ao circuito local inferior e ao circuito local superior.

[0021] Assim, a invenção permite a criação de um sistema de direção de direção por comando eletrônico, no qual o mecanismo de nível superior (e, portanto, o volante) e o mecanismo de nível inferior que aciona as rodas direcionais reagem de maneira transparente, o que confere leveza e precisão às manobras, proporcionando uma excelente sensação de direção, bem como uma sensação muito boa da interação de contato que existe entre a roda e o solo (sensação da estrada).

[0022] Outros objetos, recursos e vantagens da invenção aparecerão em mais detalhes na leitura da descrição a seguir, bem como na utilização dos desenhos anexos, fornecidos com fins ilustrativos e não limitativos, dentre os quais:

[0023] A Figura 1 ilustra, de acordo com uma vista esquemática, o princípio da transparência de um mecanismo pilotado por um circuito local servo controlado com força zero (ou, de maneira equivalente, com torque zero).

[0024] A Figura 2 ilustra, de acordo com uma vista esquemática, a resposta em força (ou em torque) e, portanto, em aceleração, bem como as respostas em velocidade de deslocamento e posição, do mecanismo transparente da Figura 1.

[0025] A Figura 3 ilustra, de acordo com uma vista esquemática, um exemplo de um sistema de direção assistida de acordo com a invenção.

[0026] A presente invenção se refere ao sistema de direção assistida

1.

[0027] O referido sistema de direção assistida 1 é destinado a um veículo, particularmente um veículo motorizado, preferencialmente um veículo motorizado com rodas compreendendo pelo menos uma roda direcional 12, que preferencialmente também pode ser uma roda motriz.

[0028] De uma maneira particularmente preferencial, a referida roda direcional 12 é uma roda dianteira do veículo.

[0029] Como mostrado na Figura 3, o referido sistema de direção assistida 1 compreende um primeiro mecanismo, chamado "mecanismo de nível inferior" 10, que compreende um motor de assistência 11, bem como uma roda direcional 12 (e mais preferencialmente duas rodas direcionais 12, neste caso uma roda direcional esquerda 12L e uma roda direcional direita 12R) na qual o motor de assistência 11 atua para orientar a guinada da referida roda direcional 12.

[0030] Assim, o referido mecanismo de nível inferior 10 permite conferir um ângulo de direção A12 desejado à roda direcional 12.

[0031] Nesse caso, preferencialmente, o mecanismo de nível inferior forma um mecanismo de potência, destinado a gerar forças que são mais altas que as forças manuais exercidas pelo motorista.

[0032] Preferencialmente, o motor de assistência 11 é um motor elétrico, por exemplo, um motor sem escova.

[0033] Preferencialmente, consiste em um motor rotativo.

[0034] O mecanismo de nível inferior 10 define uma cadeia cinemática de nível inferior L10 que se estende do motor de assistência 11 até uma porção 12C da roda direcional, chamada "porção de contato", 12C, que tem a finalidade de entrar em contato com o solo 2, de modo que as forças e os movimentos originários do motor de assistência 11 são transmitidos à roda direcional 12 por meio e ao longo da referida cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0035] Como exemplo preferencial, o mecanismo de nível inferior 10 e, mais particularmente, a cadeia cinemática de nível inferior L10, pode incluir uma cremalheira 13 que é acionada pelo motor de assistência 11 e pelo menos uma extremidade 13L, 13R da mesma está acoplada a uma barra de direção 14 que, por sua vez, transmite as forças e deslocamentos para a roda direcional 12.

[0036] Preferencialmente, a cremalheira 13 é montada e guiada em translação de acordo com seu eixo longitudinal dentro de um revestimento de direção 3 fixado no veículo.

[0037] O motor de assistência 11 pode engatar na referida cremalheira 13 por meio de um redutor 15 (ou qualquer outro membro de acoplamento mecânico adequado), por exemplo, um redutor de engrenagem 15 ou um redutor de fuso de esferas 15.

[0038] Preferencialmente, a barra roscada de direção 14 liga a cremalheira 13 a uma articulação de direção 16, orientável a guinada, a qual, por sua vez, carrega a roda direcional 12.

[0039] De acordo com uma possível modalidade, a cadeia cinemática de nível inferior L10 pode compreender, de montante a jusante, e como ilustrado na Figura 3: o motor de assistência 11, um redutor 15 (ou qualquer outro membro de acoplamento mecânico adequado), a cremalheira 13 (ou pelo menos a porção da cremalheira 13 compreendida entre o redutor 15 e a barra roscada 14), uma barra roscada de direção 14, a articulação de direção correspondente 16, depois a roda 12 (pelo menos a borda da roda 12) carregada pela referida articulação de direção 16.

[0040] Convencionalmente, a cadeia cinemática de nível inferior L10 é considerada em uma direção ascendente, orientada de montante para jusante, quando se afasta do acionador, neste documento o motor de assistência 11, ao longo da referida cadeia cinemática de nível inferior L10, para aproximar-se do efetor que interage com o ambiente externo do mecanismo 10 considerado, ou seja, neste documento, para aproximar-se da porção de contato 12C da roda direcional 12.

[0041] Assim, o motor de assistência 11 forma preferencialmente a extremidade a montante da cadeia cinemática de nível inferior L10, e a porção de contato 12C da roda 12 forma a extremidade a jusante da referida cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0042] Alternativamente, sem se afastar do escopo da invenção, obviamente é possível considerar uma cadeia cinemática de nível inferior L10 mais curta, por exemplo, na qual um motor de assistência 11 poderia atuar diretamente na articulação de direção 16, possivelmente por meio de um redutor 15, mas sem passar por uma cremalheira 13 e, preferencialmente, sem passar por uma cremalheira 13 nem por uma barra roscada de direção

14.

[0043] De acordo com essa variante, um determinado motor de assistência 11 pode controlar, individual e diretamente, a orientação de guinada de uma única roda direcional 12, através da articulação de direção

16.

[0044] Ainda de acordo com essa variante, mas que compreenderia (pelo menos) duas rodas direcionais 12, tipicamente duas rodas direcionais dianteiras, é possível associar um motor de assistência 11 diferente a cada uma das referidas rodas direcionais 12, ou seja, ao fornecer dois motores de assistência 11 diferentes, cada um controlaria individualmente a orientação de guinada da roda direcional 12 em questão.

[0045] No entanto, para conveniência da descrição, será feita referência, preferencialmente, a um sistema de direção assistida 1 no qual o mecanismo de nível inferior 10 compreende uma cremalheira 13, que permite acionar duas barras roscadas de direção 14 conectadas respectivamente a cada uma das extremidades 13L, 13R da referida cremalheira e cada uma associada a uma articulação de direção 16 e a uma roda 12.

[0046] Como mostrado na Figura 3, o sistema de direção assistida 1 também compreende um segundo mecanismo, chamado “mecanismo de nível superior”, 20.

[0047] Este mecanismo de nível superior 20 compreende um volante

22.

[0048] O volante 22 permite que o motorista pilote o sistema de direção assistida 1 e controle o ângulo de direção A12 desejado.

[0049] O volante 22 também permite ao motorista sentir no toque as reações do sistema de direção assistida 1 e, assim, deduzir intuitivamente informações ("sensação da estrada") sobre o ambiente do veículo e, mais particularmente, informações sobre a natureza do solo 2 sobre o qual o veículo circula e em relação à condição de aderência das rodas 12 ao solo

2.

[0050] Obviamente, por conveniência, é feita referência a um "volante" 22, tendo em mente que é possível usar, para os mesmos fins, qualquer dispositivo de manobra adequado, que não um volante, como, por exemplo, um joystick.

[0051] Neste documento, preferencialmente, o mecanismo de nível superior 20 corresponde, portanto, a um mecanismo de controle (diferente do mecanismo de nível inferior que forma o mecanismo de potência).

[0052] De acordo com uma possível implementação, o mecanismo de nível superior 20 pode estar livre de qualquer acoplamento mecânico com o mecanismo de nível inferior 10, de modo a formar uma cadeia cinemática de nível superior L20 que é separada da cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0053] A este respeito, de uma maneira particularmente preferencial, o sistema de direção assistida 1 forma um sistema de direção assistida configurado para “direção por comando eletrônico”, que é livre de qualquer acoplamento mecânico entre o mecanismo de nível superior 20 e o mecanismo de nível inferior 10.

[0054] Nesse sistema de direção por comando eletrônico, o volante 22 não engata no mecanismo de nível inferior 20.

[0055] A conexão entre o volante 22 e as rodas 12 e, mais geralmente, a conexão funcional entre o mecanismo de nível superior 20 e o mecanismo de nível inferior 10, ou seja, a conexão que permite correlacionar a posição do volante 22 bem como as sensações táteis restituídas através do referido volante 22 com a posição real das rodas 12 (posição do mecanismo de nível inferior 10) e com as forças que são exercidas nas referidas rodas 12 e no mecanismo de nível inferior 10, é portanto, alcançada (exclusivamente) de maneira virtual, por sinais elétricos.

[0056] Alternativamente, o mecanismo de nível superior 20 pode, ao contrário, ser mecanicamente acoplado ao mecanismo de nível inferior 10 por meio de um elemento de acoplamento 4, de modo a formar, a partir do volante 22 até o referido elemento de acoplamento 4, uma cadeia cinemática de nível superior auxiliar L20 que forma uma bifurcação L20B em relação à cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0057] Por exemplo, o membro de acoplamento 4 pode estar na forma de um pinhão 4 que se encaixa na cremalheira 13 e que é fixado a uma coluna de direção 5 acionada pelo volante 22.

[0058] De acordo com uma modalidade possível, pode-se considerar o uso de um dispositivo de embreagem 6 que seletivamente permite o acoplamento mecânico ou a separação mecânica do mecanismo de nível inferior 10 de/para o mecanismo de nível superior 20, de modo que seja possível escolher configurar o sistema de direção assistida 1 tanto na direção por comando eletrônico (com o dispositivo 6 em um estado desembreado) quanto com acoplamento mecânico (com o dispositivo 6 em um estado embreado).

[0059] Particularmente, é possível prever um sistema de direção assistida 1 disposto de modo a operar normalmente em direção por comando eletrônico, mas, no entanto, tendo, como dispositivo de backup, um membro de acoplamento 4 disposto de modo a conectar mecanicamente o mecanismo de nível superior 20 novamente ao mecanismo de nível inferior 10 e, mais particularmente, para conectar o volante 22 novamente à coluna de direção 5 e (especialmente) à cremalheira 13, no caso de falha da operação de direção por comando eletrônico.

[0060] Por outro lado, como indicado acima, é possível fornecer um sistema de direção assistida por comando eletrônico 1 "puro", completamente livre de qualquer membro de acoplamento 4 (e de qualquer coluna de direção 5 engatada na cremalheira 13).

[0061] De acordo com a invenção, a força do mecanismo de nível inferior 10 é servo controlada por um circuito fechado, chamado "circuito local inferior" 30.

[0062] Para facilitar a descrição, é possível fazer referência ao conjunto formado pelo mecanismo de nível inferior 10 e pelo circuito local inferior 30 pilotando-o como "subsistema de nível inferior".

[0063] Vantajosamente, a seleção de um servo controle de força, ou, de maneira equivalente, de torque, permite regular o acionamento do mecanismo de nível inferior 10 visando o estado de tensão desejado no ponto de referência P10 do referido mecanismo de nível inferior 10, ou seja, visando uma magnitude da força transmitida através da cadeia cinemática de nível inferior L10 no referido ponto de referência P10.

[0064] Esse servo controle de força permite detectar e gerenciar as forças que são exercidas no mecanismo de nível inferior 10 e, mais particularmente, as forças externas que resultam das reações do solo 2 contra as rodas 12 e que são transmitidas por meio do referido mecanismo de nível inferior 10 ao longo da cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0065] Conforme indicado acima, por ter o servo controle baseado nas forças, ou seja, nas causas, que podem ser imediatamente percebidas em tempo real, dos movimentos do mecanismo de nível inferior 10, e não dos deslocamentos (variações de posições), que são as consequências da aplicação das forças e que só podem ser percebidas posteriormente, com um atraso necessário para a conclusão de um movimento com amplitude suficiente, um servo controle com reações particularmente rápidas e precisas é vantajosamente obtido.

[0066] Além disso, esse tipo de servo controle permite tornar o acionador do mecanismo de nível inferior 10 transparente, ou seja, o motor de assistência 11 e, mais geralmente, o mecanismo de nível inferior 10, como será detalhado mais adiante.

[0067] O circuito local inferior 30 compreende um ramo de entrada, chamado “ramo de entrada do circuito inferior”, 31 que permite definir um ponto de ajuste de força de entrada, chamado “ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior” F10_set.

[0068] O referido circuito local inferior 30 também compreende um ramo de feedback, chamado “ramo de feedback do circuito inferior” 32, que mede ou estima, em um ponto de referência, chamado “ponto de referência do circuito inferior”, P10, uma força chamada “força real a jusante” F10_actual.

[0069] A força real a jusante F10_actual é representativa, no referido ponto de referência P10, da força que é transmitida entre o motor de assistência 11 e a roda direcional 12 (ou vice-versa, da força que é transmitida da roda 12 em direção ao motor de assistência 11) através da cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0070] Na prática, essa força real a jusante F10_actual corresponde à força que é fornecida, no tempo considerado, pelo mecanismo de nível inferior 10 para compensar (e, particularmente, equilibrar, em uma situação em que um determinado ângulo de direção A12 é mantido, e mesmo para superar, em uma situação em que o ângulo de direção A12 é modificado) a força de resistência, denominada “força externa” F_ext, exercida pelo ambiente do veículo e, particularmente, pelo solo 2, no referido mecanismo de nível inferior 10.

[0071] Na prática, a referida força externa F_ext é causada essencialmente pelo contato entre a porção de contato 12C da roda 12 e o solo 2, ou pelo contato da referida roda 12 com um obstáculo presente no ambiente da roda 12.

[0072] Tipicamente, a força real a jusante F10_actual pode corresponder à força de tração, ou, respectivamente, à força de compressão, que é exercida pela barra roscada de direção 14 em questão na extremidade 13L, 13R da cremalheira à qual a barra roscada de direção 14 está conectada.

[0073] Preferencialmente, a força real a jusante F10_actual é medida, por meio de um sensor de força adequado 17 colocado no ponto de referência do circuito inferior P10.

[0074] Por exemplo, o referido sensor de força 17 pode compreender um extensômetro, ou então um sensor óptico de fotoelasticimetria.

[0075] Preferencialmente, como ilustrado na Figura 3, é possível usar dois sensores de força 17L, 17R, a saber, um primeiro sensor de força esquerdo 17L, permitindo medir a força exercida pela barra roscada de direção esquerda 14L (conectada à roda direcional esquerda 12L) na extremidade esquerda 13L da cremalheira 13 e um segundo sensor de força direito 17R, permitindo medir a força que é exercida pela barra roscada de direção direita 14R (conectada à roda direcional direita 12R) na extremidade direita oposta 13R da cremalheira 13.

[0076] Em tal configuração, a força real a jusante F10_actual pode vantajosamente ser determinada, com uma melhor precisão, por meio de uma unidade de cálculo de força real a jusante 70, a partir das duas medições realizadas simultaneamente em cada um dos dois sensores de força 17L, 17R.

[0077] Por exemplo, a força real a jusante F10_actual pode ser considerada como a soma ou a diferença (dependendo do sinal da informação capturada) do valor da força F10_actual_L medida pelo sensor de força esquerdo 17L e do valor da força F10_actual_R medida pelo sensor de força direito 17R.

[0078] Deve-se notar que as forças F10_actual_L esquerda e F10_actual_R direita devem ter sinais opostos, porque uma das barras roscadas (a barra roscada esquerda 14L quando o sistema de direção assistida 1 é virado para a esquerda) trabalha em compressão, enquanto a outra barra roscada (a barra roscada direita, durante viragem à esquerda) trabalha em tensão.

[0079] De acordo com uma variante de implementação da invenção, é possível usar, em vez de uma medição da força real a jusante F10_actual realizada por um sensor de força 17, uma estimativa da referida força real a jusante F10_actual, fornecida por um algoritmo adequado, projetado de modo a fornecer uma estimativa realista da referida força real a jusante no ponto de referência P10 considerado.

[0080] Tal algoritmo permite estimar, virtualmente, a força no ponto de referência do circuito inferior P10, a partir de dados que não sejam uma medição de força que teria sido feita no referido ponto de referência 10. Se apropriado, o sistema de direção assistida 1 pode, portanto, estar livre de qualquer sensor de força 17 no ponto de referência do circuito inferior P10.

[0081] Por exemplo, se o ponto de referência do circuito inferior P10 usado estiver localizado na extremidade 13L da cremalheira 13 e/ou no nível da barra roscada de direção 14, é possível usar, para esse fim, um “algoritmo para estimativa de força nas barras roscadas de direção” como o descrito no pedido de patente WO-2016/005671 depositado pelo Requerente.

[0082] Sendo assim, uma medição física através do uso de um sensor de força 17 ou vários sensores de força 17 (preferencialmente dois sensores de força 17L, 17R, um sensor em cada lado da cremalheira 13), pode ser preferível ao invés de uma estimativa virtual através de um algoritmo, a fim de obter melhores desempenhos do sistema de acordo com a invenção.

[0083] Além disso, se a força real a jusante P10_actual é medida por meio de um sensor 17 ou avaliada por meio de um algoritmo adequado, o ponto de referência do circuito inferior P10 está localizado na cadeia cinemática de nível inferior L10 e fora da cadeia cinemática de nível superior L20, a jusante do motor de assistência 11 e a montante da porção de contato 12C da roda direcional 12.

[0084] De fato, o ponto de referência P10 deve ser selecionado de modo que a força real a jusante P10_set avaliada nele seja realmente representativa da força que é aplicada à roda 12 através da cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0085] Na prática, para obter uma estimativa realista da referida força, bem como melhorar a transparência do mecanismo de nível inferior 10, é preferível colocar o ponto de referência do circuito inferior P10 o mais a jusante possível ao longo da cadeia cinemática de nível inferior L10, o mais distante do acionador (o motor de assistência 11) e o mais próximo da roda 12, e mais particularmente o mais próximo da área de contato 12C, ou seja, o mais próximo da área, neste documento a área terminal (a jusante) da cadeia cinemática de nível inferior L10, em que o ambiente externo do veículo exerce uma força externa F_ext contra o mecanismo de nível inferior 10.

[0086] Assim, é possível incluir no circuito local inferior 30, para servir como o ramo efetor que executa um ponto de ajuste de força, uma porção da cadeia cinemática de nível inferior L10 que seja o mais longa possível.

[0087] Nesse caso, a porção da cadeia cinemática de nível inferior L10 que é assim integrada ao circuito local inferior 30, ou seja, é “presa no circuito”, se estende do motor de assistência 11, que forma um ponto de entrada a montante em cujo nível é possível ajustar e aplicar ao acionador (o motor de assistência 11) um ponto de ajuste de força F10_set, F10_mot, até o ponto de referência a jusante P10 que forma um ponto de saída do circuito localizado a jusante do motor de assistência e de uma porção dos membros efetores (particularmente da cremalheira 13) que são acionados pelo referido motor de assistência 11.

[0088] No nível do ponto de referência P10, o efeito real produzido na barra roscada 14 e na roda 12 é monitorado através da execução do ponto de ajuste de força F10_set, F10_mot pelo motor de assistência 11.

[0089] Mais geralmente, no nível do ponto de referência P10, o efeito produzido pelas ações combinadas do acionador (o motor de assistência 11) e do ambiente do sistema 1 sobre os elementos da cadeia cinemática de nível inferior L10 que são externos ao circuito local inferior 30, como estão localizados a jusante do ponto de referência P10, além da porção da cadeia cinemática de nível inferior L10 que está incluída no circuito local inferior 30, é monitorado.

[0090] Preferencialmente, e particularmente se a cadeia cinemática de nível inferior L10 passar através de um membro intermediário entre o motor de assistência 11 e a articulação de direção 16, por exemplo, através de uma cremalheira 13, o ponto de referência do circuito inferior P10 e, mais particularmente, o sensor de força 17 usado pelo ramo de feedback 32, é diferente e fisicamente remoto, de um possível sensor de torque que seria integrado ao eixo do motor de assistência 11.

[0091] Similarmente, o ponto de referência do circuito inferior P10, e mais particularmente o sensor de força 17 usado pelo ramo de feedback 32, é diferente e fisicamente distante de um possível sensor de torque do volante 27 que seria associado ao volante 22, em um coluna de direção carregando o referido volante, e que seria especificamente destinado a medir o torque T_driver exercido pelo motorista no volante 22.

[0092] De acordo com a invenção, o ramo de feedback do circuito inferior 32 aplica a força real a jusante F10_actual em feedback no ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior F10_set, de modo a formar um ponto de ajuste de acionamento do circuito inferior F10_mot, que é aplicado ao motor de assistência 11, de modo que a força real de feedback a jusante F10_actual segue automaticamente o ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior F10_set.

[0093] Assim, com referência à Figura 3, temos preferencialmente: F10_mot = F10_set − F10_actual os sinais + (positivo) e - (negativo) neste documento são selecionados apenas por convenção para indicar o efeito corretivo do ramo de feedback

32.

[0094] Como ilustrado na Figura 3, um controlador local do circuito inferior 33 converte o ponto de ajuste de acionamento do circuito inferior F10_mot em um ponto de ajuste de corrente aplicado ao motor de assistência

11.

[0095] Preferencialmente, o controlador local do circuito inferior 33 utiliza, para esse fim, uma lei ou um mapa que também pode depender de parâmetros relacionados ao veículo, tais como a velocidade longitudinal, a aceleração lateral, a velocidade de guinada do referido veículo, etc.

[0096] A referida lei ou mapa também pode depender de parâmetros específicos para o sistema de direção assistida 1 e, em particular, parâmetros específicos para o subsistema de nível inferior 10, 30, como, por exemplo, a velocidade de rotação do motor de assistência 11, o torque gerado pelo motor de assistência 11, as massas inerciais de todos ou parte dos componentes do mecanismo de nível inferior 10, etc.

[0097] Esses parâmetros (relacionados ao veículo e/ou ao sistema de direção assistida) são indicados como “dados” nas entradas em questão do sistema de direção assistida 1 representado na Figura 3.

[0098] Por exemplo, os referidos parâmetros “dados” podem ser disponibilizados ao sistema de direção assistida 1, através da rede de computadores de bordo, por outro sistema de bordo do veículo, como, por exemplo, um programa eletrônico de estabilidade (ESP) ou um sistema antibloqueio de freios (ABS).

[0099] Preferencialmente, e de acordo com um recurso que pode constituir uma invenção por si só, ao considerar um sistema de direção assistida 1 compreendendo um circuito local inferior fechado 30, o circuito local inferior 30 compreende um sub-ramo 31A do ramo de entrada do circuito inferior 31, sub-ramo 31A que introduz uma referência de entrada do circuito inferior F10_ref que representa um ponto de ajuste de força de entrada com um valor zero, de modo a poder servo controlar o circuito local inferior 30 com força zero: F10_ref = 0

[0100] Esta referência de entrada F10_ref com um valor zero, preferencialmente constante, permite conferir uma alta transparência ao mecanismo de nível inferior 10 e, mais particularmente, à porção da cadeia cinemática de nível inferior L10 que fica presa no circuito local inferior 30.

[0101] De fato, quando o mecanismo de nível inferior 10 está inicialmente em um estado de equilíbrio, e a força externa F_ext que atua na roda 12 e, mais geralmente, que atua na porção da cadeia cinemática de nível inferior L10 que não está incluída no circuito local inferior 30 é modificado, por exemplo, porque a roda 12 bate em um obstáculo presente no solo 2, a modificação da referida força externa F_ext causa uma modificação, no ponto de referência P10, do valor da força real a jusante F10_actual, que consequentemente se afasta do ponto de ajuste de força de entrada F10_set em vigor no tempo considerado.

[0102] O motor de assistência 11, regulado automaticamente, de maneira independente, pelo circuito local inferior 30, corrige instantaneamente sua ação, graças ao ramo de feedback 32 que modifica o ponto de ajuste de acionamento F10_mot refletindo a modificação da força real a jusante F10_actual, de forma que o referido motor de assistência 11, e mais geralmente a porção do mecanismo de nível inferior 10 compreendida no circuito local inferior 30, se afaste, sem opor qualquer resistência, pela ação da força externa F_ext, a fim de absorver a variação da magnitude da referida força externa F_exet, e desse modo causar um retorno da força real a jusante F10_actual ao valor do ponto de ajuste de força de entrada F10_set desejado.

[0103] Vantajosamente, na ausência de outro componente de ponto de ajuste de força (diferente de zero) na entrada 31 do circuito inferior 30, a referência de entrada do circuito inferior F_ref, neste documento com um valor zero, é aplicada por padrão.

[0104] Nesse caso, o motor de assistência 31 é, portanto, servo controlado, de modo a manter a força real a jusante F10_actual em um valor zero ou substancialmente zero.

[0105] Assim, quando uma força externa F_ext tende a causar o surgimento de uma força real a jusante diferente de zero, o ramo de feedback 32 detecta e transmite imediatamente essa variação da força real a jusante F10_actual, a fim de gerar um ponto de ajuste de acionamento F_mot que, quando aplicado ao motor de assistência 11, permite que este atue no mecanismo de nível inferior 10, de modo a absorver o efeito da força externa F_ext, a fim de trazer de volta a zero a força real a jusante F10_actual.

[0106] Na prática, o motor de assistência 11 reage, portanto, para não se opor a qualquer resistência às variações da força externa F_ext, mas, pelo contrário, para acompanhar as variações da força externa F_ext, a fim de evitar o surgimento de tensões, e neste caso, a fim de evitar o surgimento ou a manutenção de uma força real a jusante F10_actual diferente de zero.

[0107] Portanto, o mecanismo de nível inferior 10 começa espontaneamente a se mover na direção desejada pela força externa F_ext, assim que uma força externa F_ext, por menor que seja, é aplicada a ele.

[0108] Um princípio semelhante se aplica quando, além da referência de entrada F10_ref, com um valor zero, o ponto de ajuste de entrada do circuito inferior F10_set também leva em consideração, por meio de um segundo sub-ramo 31B do ramo de entrada 31, um componente do ponto de ajuste de força, chamado “componente dinâmico do ponto de ajuste de força do circuito inferior”, F10_dyn que normalmente permite refletir a intenção de manobra do motorista e, mais particularmente, a ação do motorista no volante 22.

[0109] Novamente, neste documento, quando ocorre uma variação da força externa F_ext, que afasta temporariamente a força real a jusante F10_actual do valor do ponto de ajuste de força de entrada F10_set, que é igual, em equilíbrio, ao componente dinâmico F10_dyn (que pode ser constante no tempo considerado), então o ramo de feedback 32 permite modificar o ponto de ajuste de acionamento F10_mot, de modo que o motor de assistência 11 afaste o mecanismo de nível inferior 10, e faça com que a força real a jusante F10_actual volte ao valor do componente dinâmico

F10_dyn.

[0110] Assim, o referido motor de assistência 11 não se opõe a qualquer resistência ao deslocamento do mecanismo de nível inferior 10 que seja necessária e suficiente para absorver a variação da força externa F_ext, o que permite, portanto, manter a diferença entre a força real a jusante F10_actual e o ponto de ajuste de força de entrada F10_set, ou seja, entre a força real a jusante F10_actual e o componente dinâmico do ponto de ajuste de força F10_dyn, com um valor substancialmente zero.

[0111] Em qualquer caso, o circuito local inferior 30 é servo controlado com força zero, portanto, permite corrigir em tempo real, com uma alta capacidade de resposta, a ação do motor de assistência 11, de modo que o referido motor de assistência 11 não opere quase nenhuma resistência aos deslocamentos do mecanismo de nível inferior 10 induzido pelas variações da força externa F_ext e, portanto, promove a liberação do referido mecanismo de nível inferior 10 pelo efeito das variações da força externa F_ext.

[0112] Essa autorregulação confere alta transparência ao mecanismo de nível inferior 10, o que, em particular, permite que o referido mecanismo de nível inferior 10 reaja a todas as variações da força externa F_ext e, portanto, seja sensível e restitua de maneira bastante perceptível e identificável, a interação entre as rodas 12 e o solo, que caracteriza a “sensação da estrada”.

[0113] Essa mesma autorregulação com força zero também permite ao motorista manobrar o sistema de direção assistida 1 sem nenhum esforço e, particularmente, sem ser perturbado pela inércia do mecanismo de nível inferior ou pelos atritos internos que surgem na porção do mecanismo de nível inferior 10 incluída no circuito local inferior 30.

[0114] Por conveniência da representação, os atritos e, particularmente, os atritos secos (atrito de Coulomb) F_dry, T_dry e os atritos viscosos F_visc, T_visc (proporcionais à velocidade de deslocamento do mecanismo 10 considerado e, mais particularmente, proporcional à velocidade de deslocamento da cremalheira 13), são simbolizados por uma sapata de fricção nas Figuras 1 e 3.

[0115] Deve-se notar que, de acordo com uma variante, pode ser possível definir a referência de entrada do circuito inferior F10_ref em um valor de desvio diferente de zero, de modo a introduzir um efeito corretivo no ponto de ajuste de entrada do circuito inferior F10_set.

[0116] Para uma melhor compreensão da invenção, o conceito de "transparência" será descrito em mais detalhes, com referência às Figuras 1 e 2.

[0117] De acordo com a invenção, o referido conceito de transparência ilustrado nas Figuras 1 e 2 genéricas é vantajosamente aplicado (ou aplicável) ao mecanismo de nível inferior 10 acionado pelo motor de assistência 11, ou ao mecanismo de nível superior 20, ou, preferencialmente, para cada um desses dois mecanismos 10, 20.

[0118] Por conveniência, será feita referência aos elementos constituintes dos referidos mecanismos 10, 20.

[0119] A Figura 1 esquematiza um mecanismo 10, 2, acionado por um acionador, simbolizado por um motor 11, 21.

[0120] O referido mecanismo 10, 20 é servo controlado por um circuito fechado, chamado “circuito local”, 30, 40.

[0121] O servo controle é realizado na força (identificada pela letra “F”) ou, de maneira equivalente, no torque (identificado pela letra “T”).

[0122] Para este fim, o circuito local 30, 40 compreende um ramo de entrada 31, 41, para definir um ponto de ajuste de entrada (ponto de ajuste de força ou, respectivamente, ponto de ajuste de torque), bem como um ramo de feedback 32, 42.

[0123] O ramo de entrada 31, 41, neste documento, permite definir uma referência de entrada F10_ref, T20_ref, representativa de uma força zero (respectivamente de um torque zero), para um servo controle com força zero (respectivamente com torque zero).

[0124] O ramo de feedback 32, 42 avalia (por exemplo, por meio de um algoritmo apropriado), ou mede, preferencialmente, por exemplo, por meio de um sensor de força 17adequado (respectivamente um sensor de torque 27), a força real F10_actual (respectivamente o torque real T20_actual), no ponto de referência P10, P20 do mecanismo 10, 20.

[0125] O ganho que é aplicado pelo sensor de força 17 (respectivamente o sensor de torque 27), ou pelo algoritmo de avaliação, é denominado “K”.

[0126] O ponto de referência P10, P20 está localizado a jusante do acionador (motor) 11, 21 ao longo da cadeia cinemática L10, L20 que liga o referido acionador 11, 21 a um efetor 12, 22, neste documento tipicamente uma roda direcional 12 ou um volante 22.

[0127] O efetor 12, 22 forma uma interface (terminal) do mecanismo 10, 20 com o ambiente externo do referido mecanismo 10, 20, através desta interface o ambiente externo, neste documento tipicamente o solo 2 ou, respectivamente, o motorista do veículo, pode exercer uma força externa F_ext, respectivamente um torque externo T_ext, no referido mecanismo 10, 20, contra o acionador (motor) 11, 21.

[0128] A massa, ou, de maneira equivalente, o momento de inércia, da porção do mecanismo 10, 20 que está compreendida no circuito local 30, 40, ou seja, da porção a montante da cadeia cinemática L10, L20 que se estende do acionador (motor) 11, 21 até o ponto de referência P10, P20, é denominado J1.

[0129] A massa, ou, de maneira equivalente, o momento de inércia da porção (restante) do mecanismo 10, 20 que está localizada fora do circuito local 30, 40, ou seja, a porção a jusante da cadeia cinemática L10, L20 que se estende do ponto de referência P10, P20 até a interface (terminal) do mecanismo 10, 20 com o ambiente externo e, mais particularmente, até a área de contato com o efetor 12, 22 e o ambiente externo (solo 2,

respectivamente o motorista), é denominado J2.

[0130] O ganho geral do circuito local 30, 40 é denominado GA.

[0131] Para simplificar, o referido ganho geral GA é representado neste documento na forma de uma função de transferência única colocada no ramo de feedback 32, 42.

[0132] A posição angular, a velocidade angular e a aceleração angular do efetor 12, 22, neste documento mais particularmente do volante 22, quando o movimento do efetor 12, 22 se refere a um movimento rotacional ̇ e 𝜃𝐽2 são respectivamente denominados 𝜃𝐽2 , 𝜃𝐽2 ̈ .

[0133] Similarmente, referindo-se a um movimento de translação, a posição linear, a velocidade linear e a aceleração linear do efetor 12, 22 serão respectivamente indicadas 𝑋𝐽2, 𝑋̇𝐽2 e 𝑋̈𝐽2.

[0134] Deve-se ressaltar que, no caso em que o mecanismo de nível inferior 10 inclui uma cremalheira 13, a posição, a velocidade e a aceleração da cremalheira 13 podem ser vantajosamente consideradas, particularmente considerando a rigidez (relativa) da cremalheira 13 e da porção da cadeia cinemática L10 que liga a referida cremalheira 13 à articulação de direção 16, como representativas da posição, da velocidade e da aceleração da porção a jusante do mecanismo de nível inferior 10, que inclui a barra roscada 14, a articulação de direção 16 e a roda 12.

[0135] A força, respectivamente, o torque, do atrito viscoso (proporcional à velocidade de deslocamento do membro mecânico considerado) que é exercida na porção (a montante) do mecanismo 10, 20 que é compreendido no circuito local 30, 40, é denominado F_visc, respectivamente T_visc.

[0136] A força, respectivamente o torque, do atrito seco que é exercida na porção (a montante) do mecanismo 10, 20, que está compreendida no circuito local 30, 40, é denominada F_dry, respectivamente T_dry.

[0137] Consideramos que R1 = T_visc + T_sec “s” representa a variável de Laplace.

[0138] Com referência ao diagrama da Figura 1, obtemos a seguinte expressão: 𝑅1 . (𝐽1⁄𝑅 . 𝑠 + 1) . 𝜃𝐽2 . 𝑠 (1 + 𝐺𝐴 ) 1 𝑇𝐸𝑥𝑡 = 𝐽2. 𝜃𝐽2 . 𝑠² + 𝐽1 𝑅1 ( . 𝑠² + . 𝑠 + 1) 𝐾(1 + 𝐺𝐴 ) 𝐾(1 + 𝐺𝐴 )

[0139] Se um ganho geral suficientemente alto GA, ou um ganho geral que se aproxima do infinito, for selecionado, é possível simplificar a expressão acima e, assim, obter, em uma primeira aproximação: 𝐺𝐴 ⇒∞ ⇒∞ 𝐺𝐴 ̈ ⇒ 𝜃𝐽2 = 𝑇𝐸𝑥𝑡 = 𝐽2. 𝜃𝐽2 𝑇𝐸𝑥𝑡 𝐽2. 𝑠²

[0140] Assim, a reação do mecanismo 10, 20 à aplicação de uma força externa F_ext, T_ext e, mais particularmente, o deslocamento da porção (a jusante) do mecanismo 10, 20 localizado fora do circuito local 30, 40, depende apenas da inércia J2 da referida porção a jusante externa ao circuito local 30, 40.

[0141] A porção a montante do mecanismo 10, 20, que se estende do acionador (motor) 11, 21 até o ponto de referência P10, P20 e, portanto, torna-se transparente, pois não opõe nenhuma resistência ao movimento contra as variações da força externa F_ext, T_ext.

[0142] Vantajosamente, como ilustrado na Figura 2, a transparência permite que o mecanismo 10, 20 reaja imediatamente, por um deslocamento espontâneo, à aplicação de uma força externa F_ext, T_ext.

[0143] Particularmente, um incremento da força externa F_ext, T_ext se traduzirá, sem demora, em um incremento da aceleração, diretamente proporcional (de acordo com o inverso multiplicativo da massa inercial J2) ao incremento da força externa F_ext, T_ext.

[0144] Consequentemente, uma rampa de velocidade e uma curva quadrática de modificação de posição serão obtidas, também sem qualquer atraso.

[0145] Além disso, a simplificação da fórmula apresentada acima permite eliminar a expressão R1 da equação, ou seja, compensar automaticamente os efeitos dos atritos F_dry, T_dry, F_visc, T_visc internos à porção do mecanismo 10, 20 incluída no circuito local 30, 40 e, portanto, tornam os referidos atritos imperceptíveis.

[0146] Ao considerar a aplicação deste princípio de transparência ao circuito local inferior 30 e ao mecanismo de nível inferior 10 acionado pelo motor de assistência 11, obtemos: 𝐹𝐸𝑥𝑡 𝐹𝐸𝑥𝑡 𝑋̈𝑟𝑎𝑐𝑘 = ⇒ 𝑋𝑟𝑎𝑐𝑘 = 𝐽𝑟𝑜𝑑 𝐽𝑟𝑜𝑑 . 𝑠²

[0147] Onde: X_rack refere-se à posição da cremalheira 13 (neste documento, a posição linear na translação ao longo do revestimento de direção 3); J_rod representa a massa inercial da porção do mecanismo de nível inferior 10 localizada a jusante do ponto de referência P10 e, mais particularmente, a massa inercial da porção do mecanismo de nível inferior 10 que está localizada a jusante do sensor de força 17. Tipicamente, J_rod pode assim, representar a massa inercial do subconjunto formado pela barra roscada 14, a articulação de direção 16 e a roda 12. Similarmente, ao considerar a aplicação da transparência a um circuito local superior 40 que servo controla o torque, através de um circuito fechado, um mecanismo de nível superior 20 que compreende, além do volante 22, um motor auxiliar 21 dispostos de modo a acionar o mecanismo de nível superior 20, a fim de restituir ao volante 22 as forças que são representativas das reações do mecanismo de nível inferior, obtemos: 𝑇𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 𝑇𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 𝜃̈𝑆𝑊 = ⇒ 𝜃𝑆𝑊 = 𝐽𝑆𝑊 𝐽𝑆𝑊 . 𝑠²

[0148] Onde: 𝜃𝑆𝑊 refere-se à posição angular do volante 22; T_driver refere-se ao torque externo T_ext que é exercido pelo motorista no volante 22; JSW refere-se ao momento de inércia da porção do mecanismo de nível superior 20 que está localizado a jusante do ponto de referência P20 e que compreende, neste caso, o volante 22 e, quando apropriado, uma porção da coluna de direção na qual o referido volante 22 está montado.

[0149] Deve-se notar também que quanto menor a massa inercial J2 da porção a jusante do mecanismo 10, 20 que não está compreendida no circuito local 30, 40, menor será a resistência do mecanismo 10, 20 ao movimento, e, portanto, melhor será a reação do mecanismo 10, 20 à aplicação de uma força externa F_ext, T_ext, ou seja, quanto maior for a sensibilidade do mecanismo 10, 20, e portanto, melhor será a capacidade do sistema 1 de restituir uma sensação da estrada melhor.

[0150] Para minimizar a referida massa inercial J2, procuraremos, como já mencionado acima, incluir a maior porção possível do mecanismo 10, 20 no circuito local 30, 40 e, portanto, colocar o ponto de referência P10, P20 do ramo de feedback 32, 42 o mais a jusante possível da cadeia cinemática L10, L20 correspondente, a fim de incluir a porção mais longa possível da referida cadeia cinemática L10, L20 no circuito local 30, 40.

[0151] Portanto, procuraremos um posicionamento adequado do ponto de referência P10, P20 e, mais particularmente, do sensor de força e/ou torque 17, 27, a jusante do motor 11, 21.

[0152] No caso do mecanismo de nível inferior 10, procuraremos, assim, colocar o ponto de referência do circuito inferior P10 a jusante do motor de assistência 11 e, de preferência, se o referido mecanismo 10 incluir um membro 4 para acoplar à cadeia cinemática de nível superior L20, L20B, a jusante do referido membro de acoplamento 4 (a jusante da bifurcação entre a cadeia cinemática de nível inferior e a cadeia cinemática de nível superior), o mais próxima da área de contato 12C entre a roda 12 e o solo 2, ao longo da cadeia cinemática de nível inferior L10.

[0153] Assim, se, preferencialmente, a cadeia cinemática de nível inferior L10 compreende uma cremalheira 13 acionada pelo motor de assistência 11 e pelo menos uma extremidade 13L, 13R da qual está acoplada a uma barra roscada de direção 14 que, por sua vez, transmite as forças e os deslocamentos à roda direcional 12, em seguida, o ponto de referência do circuito inferior P10, no qual a força real a jusante F10_actual é medida ou estimada, está preferencialmente localizado a jusante da cremalheira 13 na direção da referida roda direcional 12, por exemplo na junção entre a extremidade 13L da cremalheira e a barra roscada de direção 14, na barra roscada de direção 14 ou a jusante da barra roscada de direção

14.

[0154] Como indicado acima, o referido ponto de referência do circuito inferior P10 corresponde, se um algoritmo que permite uma estimativa virtual for selecionado, no ponto do nível em que o referido algoritmo estima a força real a jusante F10_actual.

[0155] Se a referida força for fisicamente medida por meio de um sensor de força 17, então o referido ponto de referência P10 corresponde à localização física do referido sensor de força 17.

[0156] Aliás, se o mecanismo de nível inferior 10 incluir uma cremalheira 13 e/ou uma (ou várias) barra(s) roscada(s) (14) ou não, se a cadeia cinemática de nível inferior L10 compreender uma articulação de direção 16 que carrega a roda direcional 12, então o ponto de referência do circuito inferior P10 no qual a força real a jusante F10_actual é medida ou estimada, pode vantajosamente estar localizado na referida articulação de direção 16.

[0157] A articulação de direção 16 materializa o eixo de orientação, neste documento o eixo de guinada, da referida roda direcional 12, de acordo com o qual o ângulo de direção da referida roda 12 pode ser modificado.

[0158] De acordo com outra possibilidade, é possível considerar colocar o ponto de referência do circuito inferior P10 na própria roda 12, por exemplo, no aro da roda e, mesmo no nível do pneu da referida roda 12, o mais próximo da banda de rodagem do referido pneu e, portanto, o mais próximo da área de contato 12C com o solo 2.

[0159] De acordo com uma característica preferencial que pode constituir uma invenção por si só, e particularmente, se o mecanismo de nível inferior 10 for servo controlado por um circuito fechado local inferior 30, conforme descrito acima ou não, o mecanismo de nível superior 20 compreende um motor auxiliar 21, além do volante 22.

[0160] O referido motor auxiliar 21 é diferente do motor de assistência 11 do mecanismo de nível inferior 10.

[0161] Particularmente, essa separação permite criar um circuito de servo controle 40 que é específico para o mecanismo de nível superior 20, diferente do circuito local inferior 30 e, quando apropriado, criar um sistema de direção "por comando eletrônico".

[0162] Preferencialmente, como ilustrado na Figura 3, o mecanismo de nível superior 20 pode ter o torque servo controlado por um circuito fechado, chamado "circuito local superior" 40.

[0163] Para facilitar a descrição, é possível fazer referência ao conjunto formado pelo mecanismo de nível superior 2 e pelo circuito local inferior 40 pilotando-o como "subsistema de nível superior".

[0164] Como indicado acima, particularmente com referência ao circuito local inferior 30, um servo controle de torque (como um servo controle de força) permite conferir capacidade de resposta e transparência ao mecanismo de nível superior 20.

[0165] Assim, o volante 22 será leve para manobrar, uma vez que não irá opor quase nenhuma resistência intrínseca “parasítica” ao torque externo Text=T_driver exercido pelo motorista (particularmente nenhuma resistência relacionada ao atrito T_visc, T_dry interno do mecanismo de nível 20 ou à massa inercial adequada do referido mecanismo de nível superior 20), sendo capaz ao mesmo tempo de transmitir de maneira minuciosa e precisa as sensações da estrada ao motorista.

[0166] O circuito local superior 40 compreende um ramo de entrada, chamado “ramo de entrada do circuito superior”, 41 que permite definir um ponto de ajuste de torque de entrada, chamado “ponto de ajuste de torque de entrada do circuito superior”, T20_set.

[0167] O referido circuito local superior 40 também compreende um ramo de feedback, chamado “ramo de feedback do circuito superior”, 42 que mede ou estima, em um ponto de referência, chamado “ponto de referência do circuito superior”, P20 localizado entre o motor auxiliar 21 e o volante 22 (e mais particularmente a jusante do motor auxiliar 21 e a montante do volante 22), um torque, chamado “torque real do motorista”, T20_actual que é representativo, no referido ponto de referência P20, do torque T_driver exercido pelo motorista, através do volante 22, no mecanismo de nível superior 20.

[0168] Na prática, é possível considerar que T20_actual = T_driver e que T_driver é diferente de zero, por exemplo, quando o motorista atua ativamente no volante para alcançar ou manter um ângulo de direção desejado, ou então T_driver é zero, normalmente quando o veículo se desloca em linha reta.

[0169] Preferencialmente, o ponto de referência do circuito superior P20 está localizado nas imediações do volante 22, por exemplo, em uma porção da coluna de direção que carrega o referido volante 22.

[0170] Neste documento, novamente é possível considerar o uso de um algoritmo de estimativa de torque no volante para estimar virtualmente o torque real do motorista T20_actual, a partir de outros parâmetros.

[0171] No entanto, preferencialmente, o torque real do motorista T20_actual será medido por um sensor de torque adequado 27, por exemplo, um sensor eletromagnético de torque que mede as deformações de uma barra de torção colocada na coluna de direção.

[0172] A localização do referido sensor de torque 27 corresponderá fisicamente ao ponto de referência do circuito superior P20.

[0173] Deve-se destacar que o ponto de referência do circuito superior P20 é diferente do ponto de referência do circuito inferior P10 e que, quando apropriado, o sensor de força 17 usado no circuito local inferior 30 é, portanto, diferente e remoto do sensor de torque 27 usado no circuito local superior

40.

[0174] De modo mais geral, o circuito local superior 40 e o circuito local inferior 30 são assim bem separados, de modo a serem capazes de operar independentemente um do outro e, particularmente, a fim de serem capazes de servo controlar, cada um por si mesmo, seu respectivo acionador (motor) 11, 21 de maneira independente.

[0175] Vantajosamente, depois de ter estimado ou medido o torque real do motorista T20_actual, o ramo de feedback do circuito superior 42 aplica o referido torque real do motorista T20_actual em feedback do ponto de ajuste de força de entrada do circuito superior T20_set, de modo a formar um ponto de ajuste de acionamento do circuito superior T20_mot que é aplicado ao motor auxiliar 21, de modo que o torque real do motorista T20_actual (e, portanto, o torque do motorista T_driver) siga automaticamente o ponto de ajuste de torque de entrada do circuito superior T20_set.

[0176] Deve-se destacar que as características, a operação e as vantagens do circuito local superior 40 podem ser vantajosamente deduzidas mutatis mutandis daquelas descritas com referência ao circuito local inferior

30.

[0177] De fato, encontramos no circuito local superior 40 funções e vantagens semelhantes às do circuito local inferior 30.

[0178] Assim, com referência à Figura 3, temos preferencialmente: T20_mot = T20_set − T20_actual os sinais + (positivo) e - (negativo) neste documento são selecionados apenas por convenção para indicar o efeito corretivo do ramo de feedback

42.

[0179] Como ilustrado na Figura 3, um controlador local do circuito superior 43, preferencialmente diferente do controlador local do circuito inferior 33, converte o ponto de ajuste de acionamento do circuito superior T20_mot em um ponto de ajuste de corrente aplicado ao motor auxiliar 21.

[0180] Preferencialmente, o controlador local do circuito superior 43 usa, para esse fim, uma lei ou um mapa que também pode depender de parâmetros “dados” relacionados ao veículo, como velocidade longitudinal, aceleração lateral, velocidade de guinada, etc. e/ou parâmetros de “dados” específicos para o sistema de direção assistida 1 e, mais particularmente, parâmetros específicos para o subsistema de nível superior 20, 40, como a velocidade de rotação do motor auxiliar 21, o torque gerado pelo referido motor auxiliar 21, a massa inercial de todos ou parte dos componentes do mecanismo de nível superior 20, etc.

[0181] Preferencialmente, o circuito local superior 40 compreende um sub-ramo 41A do ramo de entrada do circuito superior 41, que introduz uma referência de entrada do circuito superior T20_ref que representa um ponto de ajuste de torque de entrada com um valor zero, de modo a poder servo controlar o circuito local superior com torque zero.

[0182] Portanto, neste documento temos: T20_ref = 0.

[0183] Como indicado anteriormente com referência ao mecanismo de nível inferior 10 que proporcionava um servo controle com força zero, o servo controle com torque zero do mecanismo de nível superior 20 permite tornar transparente o referido mecanismo de nível superior 20 e melhorar sua capacidade de resposta e sensibilidade.

[0184] Neste documento, novamente o servo controle com torque zero permite que o mecanismo de nível superior 20 não oponha nenhuma resistência parasítica à manobra do volante 22 pelo motorista, restabelecendo fielmente no referido volante 22 as reações da estrada e do mecanismo de nível inferior 10.

[0185] Deve-se destacar que uma arquitetura do sistema de direção assistida 1 compreendendo, por um lado, um circuito local inferior 30 destinado a servo controlar o mecanismo de nível inferior 10 atuando mecanicamente na orientação das rodas e, por outro lado, um circuito local superior 40 separado, destinado a servo controlar o mecanismo de nível superior 20, que permite ao motorista pilotar e sentir as manobras do veículo, é particularmente adaptado a um sistema de direção por comando eletrônico

1.

[0186] Preferencialmente, como mostrado na Figura 3, o sistema de direção assistida 1 compreende um controlador, chamado “controlador global” 50, que gera separadamente, de acordo com parâmetros representativos da condição do mecanismo de nível superior 20 e da condição do mecanismo de nível inferior 10, por um lado, um componente dinâmico do ponto de ajuste de força do circuito inferior F10_fyn, aplicado ao circuito local inferior 30 e, por outro lado, um componente dinâmico do ponto de ajuste de torque do circuito superior T20_dyn, aplicado ao circuito local superior 40.

[0187] Os componentes dinâmicos do ponto de ajuste de força F10_dyn, respectivamente do ponto de ajuste de torque T20_dyn, são ajustados em tempo real para adaptar as reações do sistema de direção assistida 1 às condições de vida útil do veículo no tempo considerado e às ações (controles) do motorista no referido tempo considerado e, portanto, gerencia a assistência à direção de acordo com leis de assistência predeterminadas, que podem, por exemplo, ser armazenadas em gráficos no controlador global 50.

[0188] No caso de um sistema de direção assistida por comando eletrônico 1, o controlador global garante vantajosamente o acoplamento virtual, por sinais elétricos, entre o circuito local superior 40 associado ao mecanismo de nível superior 20 e o circuito local inferior 30 associado ao mecanismo de nível inferior 10.

[0189] Entre os parâmetros (específicos do sistema de direção assistida 1) representativos da condição do mecanismo de nível superior 20 e utilizados pelo controlador global 50, é possível considerar,

particularmente, a posição angular 𝜃22 do volante 22 e/ou a velocidade angular 𝜃̇22 do referido volante.

[0190] Entre os parâmetros (específicos do sistema de direção assistida 1) representativos da condição do mecanismo de nível inferior 10 e utilizados pelo controlador global 50, é possível considerar, particularmente, a posição angular 𝜃11 do eixo do motor de assistência 11, e/ou a velocidade angular 𝜃̇11 do referido motor de assistência.

[0191] Adicionalmente, o controlador global 50 também pode considerar parâmetros de “dados” relacionados ao veículo (e externos ao sistema de direção assistida 1), como a velocidade longitudinal, a aceleração lateral, a velocidade de guinada, etc.

[0192] Por exemplo, o controlador global 50 pode determinar um ponto de ajuste básico T_basic de todos ou parte desses diferentes parâmetros.

[0193] Como um exemplo (não limitante), o controlador global 50 pode determinar um ponto de ajuste básico T_basic usando uma lei de cálculo que, na prática, corresponde a uma barra de torção virtual: 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑖𝑐 = 𝑘1 ∗ ∆𝜃 + 𝑘2 ∗ ∆𝜃̇

[0194] Onde: ∆𝜃 = 𝜃22 − 𝜃11 k1 é um ganho homogêneo com uma rigidez elástica (de torção), ∆𝜃̇ = 𝜃̇22 − 𝜃̇11 k2 é um ganho homogêneo com uma viscosidade, de modo que o primeiro termo 𝑘1 ∗ ∆𝜃 corresponda a um componente de torque de deformação elástica por torção, enquanto o segundo termo 𝑘2 ∗ ∆𝜃̇ corresponde ao componente do torque de dissipação.

[0195] No entanto, independentemente da lei usada para calcular o ponto de ajuste básico T_basic, o referido ponto de ajuste básico T_basic é preferencialmente convertido, respectivamente, por um primeiro subcontrolador 51 e por um segundo subcontrolador 52, respectivamente, no componente dinâmico de ponto de ajuste de força do circuito inferior F10_dyn e no componente dinâmico de ponto de ajuste de torque do circuito superior T20_dyn.

[0196] Assim, o controlador global 50 forma um núcleo comum que se ramifica no nível dos subcontroladores 51, 52, de modo a distribuir os pontos de ajuste dinâmicos F10_dyn, T20_dyn para cada um dos circuitos locais superior 40 e inferior 30.

[0197] Portanto, resumidamente, o sistema de direção assistida 1 e, mais particularmente, o sistema de direção por comando eletrônico 1, preferencialmente tem uma arquitetura que compreende dois circuitos locais (fechados) 30, 40 (a saber, um servo controle de força do circuito local inferior 30 dedicado ao mecanismo de nível inferior 10 que aciona as rodas 12 e um servo controle de torque do circuito local superior 40 dedicado ao mecanismo de nível superior 20 que atua no volante 22), com os referidos circuitos locais 30, 40 acoplados um ao outro, e controlados, pelo (mesmo) controlador global 50 (que define os pontos de ajuste dinâmicos de torque T20_dyn e força F10_dyn aplicáveis, respectivamente, por cada um desses circuitos locais 30, 40).

[0198] Vantajosamente, o sistema de direção assistida 1 de acordo com a invenção permite, particularmente, criar uma direção por comando eletrônico associando, por meio do (preferencialmente apenas por meio do) controlador global 50, um subsistema inferior 10, 30 e um subsistema superior 20, 40 diferentes um do outro e cada um capaz de se regular em esforço (respectivamente em torque), independentemente um do outro.

[0199] Mais particularmente, a invenção refere-se a um sistema de direção assistida por direção por comando eletrônico 1 compreendendo um mecanismo de nível inferior 10 que compreende um motor de assistência 11, bem como uma roda direcional 12, e um mecanismo de nível superior 20 que compreende um volante 22 bem como um motor auxiliar 21, o mecanismo de nível inferior 10 sendo servo controlado no circuito fechado, com força zero, por um circuito local inferior 30 compreendendo um ramo de feedback 32 que mede ou estima uma força real a jusante F10_actual a jusante do motor de assistência 11 e a montante do contato 12C da roda 12 com o solo 2, de modo a tornar o motor de assistência 11 transparente, enquanto o mecanismo de nível superior 20 é servo controlado em circuito fechado, com torque zero, por um circuito local superior 40 compreendendo um ramo de feedback 42 que mede ou estima um torque real do motorista T20_actual entre o motor auxiliar 21 e o volante 22, de modo a tornar transparente o motor auxiliar 21, com os circuitos locais inferior 30 e superior 40 preferencialmente controlados pelo mesmo controlador global 50.

[0200] Preferencialmente, como mencionado acima, cada componente dinâmico de torque T20_dyn e força F10_dyn completa, por meio de um segundo sub-ramo de entrada 31B, 41B do circuito local 30, 40 em questão, a referência de entrada F10_ref, T20_ref fornecida pelo primeiro sub-ramo 31A, 41A (diferente do segundo sub-ramo de entrada 31B, 41B).

[0201] Assim, é possível levar em consideração tanto a referência zero F10_ref, T20_ref, que permite um servo controle com força/torque zero, quanto o componente dinâmico F10_dyn, T20_dyn, que reflete a pilotagem ativa do sistema de direção 1 (seja pelo motorista ou por um sistema de pilotagem automática que fornece assistência à direção).

[0202] Assim, preferencialmente, o ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior F10_set resulta da soma algébrica da referência de entrada do circuito inferior F10_ref, que é representativa de uma força zero, e do componente dinâmico de ponto de ajuste de força do circuito inferior F10_dyn que é originário do controlador global 50, 51.

[0203] Preferencialmente, como ilustrado na Figura 3, o ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior F10_set resulta da soma algébrica da referência de entrada do circuito inferior F10_ref, que é representativa de uma força zero e do componente dinâmico de ponto de ajuste de força do circuito inferior F10_dyn que é originário do controlador global 50, 51.

[0204] Para este fim, é possível combinar o primeiro sub-ramo de entrada 31A e o segundo sub-ramo de entrada 31B por meio de um bloco de junção (summer).

[0205] De preferência, o referido bloco de junção (summer) também pode receber o valor de força real a jusante F10_actual originário do ramo de feedback 32, e que será subtraído (de acordo com a convenção de sinal usada) do ponto de ajuste de força de entrada F10_set, de modo a formar o ponto de ajuste de acionamento do circuito inferior F10_mot.

[0206] Deve-se notar que, na ausência de um componente dinâmico de ponto de ajuste de força do circuito inferior F10_dyn, ou se o referido componente dinâmico F10_dyn for zero, o circuito local inferior 30 servo controla o mecanismo de nível inferior 10 para o valor de referência de entrada F10_ref, neste documento preferencialmente F10_ref = 0.

[0207] Alternativa ou complementarmente ao modo de cálculo mencionado acima, do ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior F10_set, do ponto de ajuste de torque de entrada do circuito superior T20_set resulta preferencialmente da combinação da referência de entrada do circuito superior T20_ref, que é representativa de um torque zero e do componente dinâmico do ponto de ajuste de torque do circuito superior T20_dyn que é originário do controlador global 50, 52.

[0208] Mais preferencialmente, o ponto de ajuste de torque de entrada do circuito superior T20_set resulta da soma algébrica da referência de entrada do circuito superior T20_ref, que é representativa de um torque zero, e do componente dinâmico do ponto de ajuste de torque do circuito superior T20_dyn, que é originário do controlador global 50, 52.

[0209] Similarmente ao que foi descrito novamente com relação ao circuito local inferior 30, neste documento, no nível do circuito local superior 40, é possível usar uma junção (summer) para unir os dois sub-ramos de entrada 41A, 41B e o circuito de feedback 42.

[0210] De acordo com uma possibilidade preferencial da invenção, a força real a jusante F10_medida ou estimada no ponto de referência do circuito inferior P10 também é usada, fora do circuito local inferior 30, por meio de uma função chamada "alimentação de avanço" 60, como um componente para determinar o ponto de ajuste de força de entrada do circuito superior T20_set e/ou, de maneira equivalente, como um componente para determinar ou ajustar o ponto de ajuste de acionamento do circuito superior T20_mot destinado a ser aplicado ao motor auxiliar 21.

[0211] Esta função de "alimentação de avanço" 60 é diferente do circuito de feedback do circuito inferior 32 e do circuito de feedback do circuito superior 42, e é representada por uma linha pontilhada na Figura 3.

[0212] Vantajosamente, essa função de alimentação de avanço 60 permite transmitir diretamente do mecanismo de nível inferior 10 até o circuito local superior 40 e, mais particularmente, até o motor auxiliar 21, as sensações da estrada causadas por variações da força externa F_ext que é exercida nas rodas 12 e no mecanismo de nível inferior 10, e que são sentidos no nível do ponto de referência do circuito inferior P10 e, mais particularmente, que são percebidos pelo sensor de força 17.

[0213] A “sensação da estrada”, restituída pelas reações do motor auxiliar 21 pelo efeito do ajuste do ponto de ajuste causado pela função de “alimentação de avanço” 60, pode assim ser melhorada.

[0214] De acordo com uma possível aplicação, a função de alimentação de avanço 60 pode ser configurada para não deixar passar uma faixa de frequência predeterminada, a fim de acentuar a sensação das reações incluídas dentro dessa faixa de frequência.

[0215] Para este fim, por exemplo, é possível usar um filtro passa- banda com um ganho de amplificação na referida faixa de frequência.

[0216] Assim, presumindo que consideraríamos que o conjunto formado pelo mecanismo de nível superior 20, o circuito local superior 40, o mecanismo de nível inferior 10 e o circuito local inferior 30 não possuem intrinsecamente desempenhos dinâmicos suficientes para restituir, de forma totalmente satisfatória, dentro de uma determinada faixa de frequência, as interações entre a roda 12 e o solo 2, seria possível usar a função de alimentação de avanço 60 para amplificar, dentro dessa faixa de frequência, os sinais gerados pelas interações entre a roda 12 e o solo, a fim de melhorar a sensação no volante.

[0217] Assim, a função de alimentação de avanço 60 permite definir a sensação da estrada ainda mais minuciosamente.

[0218] De acordo com outra aplicação possível, alternativa ou complementarmente à anterior, é possível usar uma função de alimentação de avanço 60 configurada para atenuar ou cancelar seletivamente a sensação de frequências dentro de uma determinada faixa de frequência.

[0219] Para este fim, é possível injetar, graças à função de alimentação de avanço 60, um sinal cuja frequência é idêntica à frequência do sinal percebido que será neutralizado, mas que na fase de oposição (deslocada a 180 graus) em relação ao referido sinal percebido.

[0220] Como exemplo, é assim possível limitar os efeitos sentidos de um fenômeno de desequilíbrio relacionado a um defeito de balanceamento de uma roda 12.

[0221] Em qualquer caso, a função de alimentação de avanço 60 oferecerá, portanto, a possibilidade de um ajuste minucioso adicional.

[0222] Sendo assim, caso o conjunto formado pelo mecanismo de nível superior 20, o circuito local superior 40, o mecanismo de nível inferior 10 e o circuito local inferior 30 tenha dinâmica suficientemente alta, não é necessário recorrer à função de alimentação de avanço 60.

[0223] Adicionalmente, a força real a jusante F10_actual é preferencialmente medida, no ponto de referência do circuito inferior P10, com uma largura de banda que se estende (a partir de 0 Hz) pelo menos até 20 Hz, pelo menos até 25 Hz, pelo menos até 30 Hz, e até mesmo além de 30 Hz.

[0224] Assim, o sensor de força 17 produzirá um sinal útil com um teor de frequência muito rico, que conterá assim muitas informações, particularmente precisas, sobre as variações da força externa F_ext e, portanto, sobre o estado da interação entre o solo 2 e a roda 12.

[0225] Obviamente, o ramo 32 de feedback do circuito inferior será capaz de transmitir o referido sinal com uma largura de banda que seja pelo menos igual, para não perder informações de frequência.

[0226] Vantajosamente, uma ampla largura de banda confere uma alta sensibilidade tátil ao sistema de direção assistida 1, na medida em que, independentemente da frequência, mesmo se a mesma for alta, perturbações e variações da força externa F_ext causadas pela ação do revestimento da estrada (o solo 2) no pneu (e, portanto, na roda 12 e no mecanismo de nível inferior 10), os referidos distúrbios e variações são imediatamente perceptíveis como tal e retransmitidos para o volante (pelo controle global 50 e/ou pela função de alimentação de avanço 60, depois pelo circuito local superior 40 e pelo mecanismo de nível superior 20), que proporciona ao motorista uma sensação muito minuciosa da estrada; e que, em contraste, particularmente com o que acontece no caso de um servo controle na posição que filtraria os distúrbios para manter uma posição de direção estável.

[0227] Obviamente, todos os controladores 50, 51, 52, 33, 43 e, mais geralmente, as estruturas de servo controle dos circuitos locais 30, 40, podem ser implementados por quaisquer calculadoras eletrônicas e/ou de computador adequadas.

[0228] Adicionalmente, a invenção abrange, como tal, um veículo, particularmente um veículo a motor, equipado com um sistema de direção assistida 1, como descrito acima.

[0229] A propósito, a invenção não se limita apenas às variantes mencionadas acima, os versados na técnica são particularmente capazes de isolar ou combinar livremente qualquer um dos recursos descritos acima, ou substituí-los por equivalentes.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de direção assistida (1) caracterizado pelo fato de que compreende um primeiro mecanismo, chamado "mecanismo de nível inferior", (10) que compreende um motor de assistência (11) e uma roda direcional (12) no qual o motor de assistência (11) atua para orientar a guinada da referida roda direcional, o referido mecanismo de nível inferior (10) definindo assim uma cadeia cinemática de nível inferior (L10) que se estende do motor de assistência (11) até uma porção da roda direcional, chamada “porção de contato” (12C), destinada a entrar em contato com o solo (2), de modo que as forças e os movimentos originários do motor de assistência (11) sejam transmitidos à roda direcional (12) por meio e ao longo da referida cadeia cinemática de nível inferior (L10), o referido sistema de direção assistida (1) também compreende um segundo mecanismo, chamado “mecanismo de nível superior” (20), que compreende um volante (22) e que está isento de qualquer acoplamento mecânico com o mecanismo de nível inferior (10), de modo a formar uma cadeia cinemática de nível superior (L20) separada da cadeia cinemática de nível inferior (L10), ou acoplada mecanicamente ao mecanismo de nível inferior (10) por meio de um membro de acoplamento (4), de modo a formar, a partir do volante (22) até o referido membro de acoplamento, uma cadeia cinemática de nível superior auxiliar (L20) que forma uma bifurcação (L20B) em relação à cadeia cinemática de nível inferior (L10), o sistema de direção assistida (1) sendo caracterizado pelo fato de que o mecanismo de nível inferior (10) tem a força servo controlada por um circuito fechado, chamado “circuito local inferior”, (30) que compreende um ramo de entrada, chamado “ramo de entrada do circuito inferior”, (31) que permite definir um ponto de ajuste de força de entrada, chamado “ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior”, (F10_set), um ramo de feedback, chamado “ramo de feedback do circuito inferior” (32), que mede ou estima, em um ponto de referência, chamado “ponto de referência do circuito inferior” (P10) localizado na cadeia cinemática de nível inferior (L10) e fora da cadeia cinemática de nível superior (L20), a jusante do motor de assistência (11) e a montante da porção de contato (12C) da roda direcional (12), uma força chamada “força real a jusante”, (F10_actual), que é representativa, no referido ponto de referência (P10), da força transmitida entre o motor de assistência (11) e a roda direcional (12) pela cadeia cinemática de nível inferior (L10), e em que o referido ramo de feedback do circuito inferior (32), em seguida, aplica a referida força real a jusante (F10_actual) em feedback no ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior (F10_set), para formar um ponto de ajuste de acionamento do circuito inferior (F10_mot), que é aplicada ao motor de assistência (11), para que a força real de feedback a jusante (F10_actual) siga automaticamente o ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior (F10_set).

2. Sistema de direção assistida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito local inferior (30) compreende um sub-ramo (31A) do ramo de entrada do circuito inferior (31) que introduz uma referência de entrada do circuito inferior (F10_ref) que representa um ponto de ajuste de força de entrada com um valor zero, de modo a poder servo controlar o circuito local inferior (30) com força zero.

3. Sistema de direção assistida, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a cadeia cinemática de nível inferior (L10) compreende uma cremalheira (13) acionada pelo motor de assistência (11) e pelo menos uma extremidade (13L) da mesma está acoplada a uma barra roscada de direção (14) que, por sua vez, transmite as forças e os deslocamentos para a roda direcional (12) e em que o ponto de referência do circuito inferior (P10), no qual a força real a jusante (F10_actual) é medida ou estimada, está localizado a jusante da cremalheira (13) na direção da referida roda direcional (12), por exemplo, na junção entre a extremidade da cremalheira (13F) e a barra roscada de direção (14), na barra roscada de direção (14) ou a jusante da barra roscada de direção (14).

4. Sistema de direção assistida, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a cadeia cinemática de nível inferior (L10) compreende uma articulação de direção (16) que carrega o volante (12) e que materializa o eixo de orientação da referida roda direcional e em que o ponto de referência do circuito inferior (P10), no qual a força real a jusante (F10_actual) é medida ou estimada, está localizado na referida articulação de direção (16).

5. Sistema de direção assistida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que forma um sistema de direção assistida configurado com "direção por comando eletrônico", isento de qualquer acoplamento mecânico entre o mecanismo de nível superior (20) e o mecanismo de nível inferior (10).

6. Sistema de direção assistida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de nível superior (20) compreende, além do volante (22), um motor auxiliar (21) que é diferente do motor de assistência (11) do mecanismo de nível inferior (10) e em que o referido mecanismo de nível superior (20) tem torque servo controlado por um circuito fechado, chamado "circuito local superior" (40), que compreende um ramo de entrada, chamado “ramo de entrada do circuito superior”, (41), que permite definir um ponto de ajuste de torque de entrada, chamado “ponto de ajuste de torque de entrada do circuito superior”, (T20_set), bem como um ramo de feedback, chamado “ramo de feedback do circuito superior” (42), que mede ou que estima, em um ponto de referência, chamado “ponto de referência do circuito superior” (P20) localizado entre o motor auxiliar (21) e o volante (22), um torque chamado “torque real do motorista” (T20_actual) que é representativo, no referido ponto de referência, do torque (T_driver) exercido pelo motorista, por meio do volante (22), no mecanismo de nível superior (20), e em que o referido ramo de feedback do circuito superior (42), em seguida, aplica o referido torque real do motorista (T20_actual) em feedback no ponto de ajuste de força de entrada do circuito superior (T20_set), de modo a formar um ponto de ajuste de acionamento do circuito superior (T20_mot) que é aplicado ao motor auxiliar (21) para que o torque real do motorista (T20_actual) siga automaticamente o ponto de ajuste de torque de entrada do circuito superior (T20_set).

7. Sistema de direção assistida, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o circuito local superior (40) compreende um sub-ramo (41A) do ramo de entrada do circuito superior que introduz uma referência de entrada do circuito superior (T20_ref) que representa um ponto de ajuste de torque de entrada com um valor zero, de modo a poder servo controlar o circuito local superior (40) com torque zero.

8. Sistema de direção assistida, de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que compreende um controlador, chamado “controlador global” (50), que gera separadamente, de acordo com parâmetros representativos da condição do mecanismo de nível superior (20) e da condição do mecanismo de nível inferior (10), por um lado, um componente dinâmico do ponto de ajuste de força do circuito inferior (F10_dyn), aplicado ao circuito local inferior (30) e, por outro lado, um componente dinâmico do ponto de ajuste de torque do circuito superior (T20_dyn), aplicado ao circuito local superior (40).

9. Sistema de direção assistida, de acordo com a reivindicação 2 e reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ponto de ajuste de força de entrada do circuito inferior (F10_set) resulta da combinação e, preferencialmente, resulta da soma algébrica, da referência de entrada do circuito inferior (F10_ref), que é representativa de uma força zero e do componente dinâmico do ponto de ajuste de força do circuito inferior (F10_dyn) que é originário do controlador global (50).

10. Sistema de direção assistida, de acordo com as reivindicações 7 e 8, caracterizado pelo fato de que o ponto de ajuste de torque de entrada do circuito superior (T20_set) resulta da combinação e, preferencialmente, da soma algébrica da referência de entrada do circuito superior (T20_ref), que é representativa de um torque zero e do componente dinâmico do ponto de ajuste de torque do circuito superior (T20_dyn) originário do controlador global (50).

11. Sistema de direção assistida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizado pelo fato de que a força real a jusante (F10_actual) medida ou estimada no ponto de referência do circuito inferior (P10) também é usada, fora do circuito local inferior (30), por meio de uma função, denominada “alimentação de avanço”, (60) como componente para determinar o ponto de ajuste de força de entrada do circuito superior (T20_set) ou como um componente para determinar ou ajustar o ponto de ajuste de acionamento do circuito superior (T20_mot) destinado a ser aplicado ao motor auxiliar (21).

12. Sistema de direção assistida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a força real a jusante (F10_actual) é medida, no ponto de referência do circuito inferior (P10), com uma largura de banda que se estende pelo menos até 20 Hz, pelo menos até 25 Hz, pelo menos até 30 Hz e até mesmo além de 30 Hz.