BRPI0317302B1 - tensor ativo - Google Patents

Abstract

"tensor ativo". um tensor automático possuindo uma célula de carga para detectar e controlar uma tensão de correia de transmissão de energia. o tensor compreende um parafuso dianteiro acionado por um motor elétrico para configurar a posição do braço de alavanca/roldana e dessa forma uma carga de correia. o tensor também compreende uma célula de carga engatada com um parafuso dianteiro do tensor para detectar uma carga de correia. o motor do tensor é um circuito controlado utilizando um sinal de célula de carga. o controlador compara uma carga de correia detectada da célula de carga com um valor de carga de correia predeterminado para identificar uma carga de correia desejada e dessa forma configurar uma posição do braço de alavanca do tensor correspondendo à dita carga de correia desejada. o tensor pode ser controlado também por uma condição operacional do motor.

Description

"TENSOR ATIVO" Campo da Invenção A invenção refere-se a um tensor, mais particularmente, a um tensor automático que controla uma tensão de correia de acordo com um sinal de célula de carga, ou condição de operação de motor.

Fundamentos da Invenção Os motores de veículo incluem, entre outras coisas, acessórios que são acionados pelo motor. Os acessórios podem incluir uma bomba de direcionamento de energia, um compressor de condicionamento de ar, alternador e assim por diante. Cada um desses acessórios possui uma polia que é conectada por uma correia ou correias a um virabrequim de motor. Os acessórios são acionados pela correia ou correias à medida que o virabrequim gira. A fim de ter uma operação eficiente, é necessário que a correia seja colocada sob uma quantidade determinada de prá-carga ou tensão. Isso pode ser realizado utilizando-se métodos conhecidos. Um eixo móvel em um dos acessórios pode ser ajustado mecanicamente para tensionar uma correia. Outro método inclui o uso de um tensor de correia.

Um tensor de correia compreende uma mola que imprime uma força sobre um braço de alavanca. 0 braço de alavanca compreende tipicamente uma polia articulada ao mesmo. A polia está em contato com uma correia. Um elemento de orientação tal como uma mola no tensor é utilizado para imprimir e manter uma carga de correia. A carga de correia é uma função da geometria do tensor além de a taxa de mola da mola do tensor.

Os atuadores têm sido utilizados para controlar uma posição do tensor, e dessa forma, uma tensão na correia. Por exemplo, os mesmos são utilizados para ajustar uma diferença de fase entre um acionador e a polia acionada. 0 sinal de controle é derivado da fase rotativa relativa de uma polia de acionador em comparação com uma polia acionada.

Representando a técnica encontra-se a patente U.S. No. 5.733.214 (1998) de Shiki et al. que descreve um sistema para o ajuste da tensão de uma correia de transmissão sem fim em um motor de combustão interna compreendendo um sistema de controle para ajustar uma tensão a ser aplicada a partir de um tensor para uma correia sem fim com base em um ângulo de fase entre um acionador e uma polia acionada. 0 que é necessário é um tensor automático controlado por uma carga de correia detectada por uma célula de carga. 0 que é necessário é um tensor automático que responda a uma condição operacional do motor para controlar uma tensão de correia. A presente invenção corresponde a essas necessidades.

Sumário da Invenção 0 aspecto primário da invenção é fornecer um tensor automático controlado por uma carga de correia detectada por uma célula de carga.

Outro aspecto da invenção é fornecer um tensor automático que responda a uma condição de operação do motor para controlar uma tensão de correia.

Outros aspectos da invenção serão destacados ou tornados aparentes pela descrição a seguir da invenção e dos desenhos em anexo.

Um tensor automático possuindo uma célula de carga para a detecção e o controle de uma tensão de correia de transmissão de energia. 0 tensor compreende um parafuso dianteiro acionado por um motor elétrico para configurar uma posição de braço de alavanca/polia e dessa forma uma carga de correia. 0 tensor também compreende uma célula de carga engatada com um parafuso dianteiro do tensor para detecção de uma carga de correia. 0 motor tensor é um circuito controlado utilizando um sinal de célula de carga. 0 controlador compara uma carga de correia detectada da célula de carga com um valor de carga de correia predeterminada para i-dentificar uma carga de correia desejada e dessa forma configurar uma posição de braço de alavanca de tensor correspondente à dita carga de correia desejada. 0 tensor também pode ser controlado por uma condição operacional do motor.

Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 é uma vista em perspectiva do tensor em um sistema de acionamento de correia; A Figura 2 é uma vista em seção transversal do tensor; A Figura 3 é uma vista em perspectiva dianteira do tensor em um sistema de acionamento de correia; A Figura 4 é uma vista em perspectiva traseira do tensor; A Figura 5 e uma vista da caixa de engrenagem,· A Figura 6 é um diagrama esquemático da unidade de controle do tensor; A Figura 7 é ura diagrama lógico para controlar uma tensão na correia; A Figura 8 é um diagrama lógico para os processos de controle de realimentação e PWM; A Figura 9 é um diagrama lógico para computar a força do pistão; A Figura 10 é um diagrama lógico para a zona morta; A Figura 11 é um diagrama lógico para o antienro- lamento; A Figura 12 é um diagrama lógico para a conversão de sinais; A Figura 13 é um diagrama lógico para a hierarquia I; A Figura 14 é um diagrama lógico para a hierarquia dtl; A Figura 15 é um diagrama lógico para os mecanismos de diagnóstico e recuperação; A Figura 16a é um diagrama lógico para a entrada do termistor; A Figura 16b ê um diagrama lógico para o cálculo do realimentação da corrente do atuador; A Figura 16c é um diagrama lógico para a calibra-gem da célula de carga; A Figura 16d é um diagrama lógico para o cálculo da velocidade do motor; A Figura 16e é um diagrama lógico para o controle automático/manual do PWM; A Figura I6f é um diagrama lógico para HBRIDGE1; A Figura 17 é uma vista lateral de uma correia dentada de referência.

Descrição da Invenção A Figura 1 é uma vista em perspectiva do tensor em um sistema de acionamento de correia. A invenção fornece a capacidade de variar uma força aplicada por um tensor de correia para uma correia de transmissão de energia de acordo com as exigência variáveis do motor durante a operação do motor. 0 controle ativo em tempo real de uma posição do braço do tensor permite que uma tensão ideal seja aplicada a uma correia durante todo o tempo, em oposição a uma disposição da técnica anterior que imprime uma força predeterminada com base na posição do elemento de orientação do tensor e na i exigência de tensão de correia. 0 tensor inventivo e o sistema também incluem o amortecimento controlado de forma eletrônica. Mais particularmente, o amortecimento de uma resposta dinâmica do tensor das forças dinâmicas aplicadas ao tensor durante as condi-i ções operacionais do motor pelo comportamento dinâmico do acionador. Um parâmetro de amortecimento pode ser determinado como sendo infinito, isso é, o controlador do tensor calcula uma tensão necessária para uma condição operacional específica. Aplica, então, a tensão adequada â correia através ' de uma polia e não responde (move) às variações de tensão dinâmica (alta frequência) que então ocorrem durante a operação na correia.

No caso dos parâmetros de amortecimento inferiores à infinidade, as tensões dinâmicas podem ser reduzidas pela alteração de uma freqüência de ressonância de sistema de correia pela aplicação de ajustes de tensão de correia contínuos. Os ajustes de tensão contínuos permitem que a correia seja operada em uma tensão média mais baixa que aumenta diretamente a vida útil da correia. Isso também se aplica não apenas à correia mas também a outros componentes no sistema, como os suportes, por exemplo.

Outra vantagem do tensor inclui níveis de ruído significativamente reduzidos visto que não é necessário se comprometer entre os níveis de tensão exigidos para diferentes condições de motor, por exemplo, operação em alta velocidade e inatividade. Uma configuração ideal é especificada pelo controlador para cada condição operacional. Uma tensão de correia baixa é determinada na inatividade quando as demandas na correia estão no mínimo, e uma tensão de correia mais alta é determinada para a operação do motor acima de uma velocidade predeterminada, por exençlo, de 2000 RPM ou para períodos de alta aceleração ou desaceleração de correia. O tensor compreende um atuador com base em um conceito de parafuso dianteiro. Uma extremidade de um parafuso dianteiro está em contato com um braço de alavanca de tensor, que é conectado de forma articulada a uma base, por exemplo, um motor. Uma polia montada de forma excêntrica é articulada para uma extremidade do braço de alavanca. A polia é suportada na correia e através desse contato uma tensão de correia é criada. 0 parafuso dianteiro é movido axialmente, mais particularmente, guando o parafuso dianteiro é girado por um trem de engrenagem através de uma porca ou colar de extensão rosqueada, o parafuso dianteiro se movendo em uma direção axial. 0 movimento axial do parafuso dianteiro move o braço de alavanca, alterando, assim, uma tensão em uma correia. Uma porta ou colar estendido e engatado de forma rosqueada ao parafuso dianteiro é impedido de girar por um encaixe de extremidade sextavada dentro de um acessório sex-tavado fêmea em uma cobertura de extremidade de tensor. A porta ou colar estendido é localizado por um a-cessório sextavado fêmea na tampa de extremidade de tensor e por um orifício na extremidade oposta. Isso permite que a porca estendida e, portanto, o parafuso dianteiro, flutuem ao longo de seu eixo geométrico. A parte sextavada da porta estendida é apoiada sobre uma arruela de espalhamento de carga e por sua vez em um espaçador, e finalmente no dispositivo de sensor de carga, ou célula de carga. 0 dispositivo de sensor de carga compreende uma célula de carga toroidal ou em forma de "rosquinha" com uma abertura central através da qual o parafuso dianteiro se estende de forma coaxial. 0 espaçador pode ser feito a partir de diferentes materiais para fornecer diferentes graus de amortecimento como necessário, por exemplo, elastoméricos, plásticos ou metálicos.

Uma força de acionamento de parafuso dianteiro é fornecida por um motor atuador compreendendo um motor elétrico de corrente direta de 12 V conhecido da técnica, que é vantajosamente dimensionado para conectar um sistema elétrico do motor. 0 motor também pode compreender 42V ou outra voltagem similar como for mais vantajoso para um sistema e-létrico do motor em particular. Motores ilustrativos são fabricados pela Johnson Motor e Igarashi, apesar de outros motores adequados serem prontamente disponíveis no mercado também. A força de acionamento é transmitida do atuador para o parafuso dianteiro por uma transmissão de engrenagem de redução. A célula de carga mede uma carga axial no parafuso dianteiro a partir do braço de alavanca. Os dados de carga axial, e a geometria conhecida do braço da alavanca e da polia do tensor, são utilizados para calcular ou determinar uma tensão na correia.

Mais particularmente, com referência à Figura 1, o tensor 1000 compreende a caixa de marca 100, o atuador 200, a célula de carga 300, o conjunto de parafuso dianteiro 400, a polia 500 e o braço de alavanca 600. A caixa de marcha 100 compreende uma transmissão de redução compreendendo engrenagens 101, 102, 103, 104 e 105. As engrenagens 101 a 105 são ilustrativas e não devem limitar o número de engrenagens que podem ser utilizadas na caixa de marcha. Obviamente, qualquer número de engrenagens pode ser utilizado para se alcançar uma redução de engrenagem desejada. O atuador 200 é conectado à engrenagem 101. 0 parafuso dianteiro 401 é conectado à engrenagem 105. A redução de engrenagem realizada pela caixa de marcha 100 está na faixa de 100 para 1. O parafuso dianteiro 401 é um elemento que imprime força e se estende coaxialmente através do orifício central de uma célula de carga de formato toroidal 300. O eixo do parafuso dianteiro 402 é engatado de forma rosqueada com a porca ou colar estendido 403. À medida que o parafuso dianteiro 401 é girado pela ação da engrenagem 105, o parafuso dianteiro 401 move axialmente ao longo de seu braço móvel de eixo geométrico principal 600 em qualquer uma das direções M+ e M-. Isso, por sua vez, aumenta a tensão de correia que aumenta ou diminui uma força sobre o colar 402. Por sua vez, o colar 402 é suportado na célula de carga 300. A célula de carga 300, um sensor de carga, gera e envia um sinal de célula de carga para o controlador, como descrito de forma mais abrangente aqui. 0 sinal de célula de carga indica a carga da correia e dessa forma a tensão na correia. A célula de carga 300 pode, alternativamente, compreender uma célula de carga tipo "botão" que recebe uma carga diretamente do eixo dianteiro 401 suportado diretamente sobre a célula de carga. Alternativamente, a célula de carga 300 pode compreender um material piezoelétrico tal como um elemento de quartzo ou cerâmica que produza uma voltagem quando submetido a uma tensão ou compressão. 0 braço de alavanca 600 articula em torno de um ponto de articulação 501 (ver Figura 2). O parafuso dianteiro 401 é engatado com o braço de alavanca 600. O movimento do braço de alavanca 500 na direção M+ faz com que uma tensão na correia aumente, aumentando, assim, uma força impressa â célula de carga 300 pelo parafuso dianteiro 401. O movimento do braço de alavanca 600 na direção M- faz com que a tensão da correia diminua, diminuindo, assim, uma força impressa à célula de carga 300 pelo parafuso dianteiro 401. A Figura 2 é uma vista transversal do tensor. 0 parafuso dianteiro 401 compreende uma parte rosqueada 403 que engata uma parte de orifício interno rosqueada 404 da porca ou do colar 402. 0 colar 402 é suportado sobre a célula de carga 300. Como descrito anteriormente, um movimento do eixo 401 em uma direção M+ faz com que o colar 402 aumente uma força impressa a uma correia e, portanto, à célula de carga 300. A polia inativa 700 serve para estabilizar adicionalmente a operação da correia.

Uma distância (al) é uma distância do ponto de contato do parafuso dianteiro com o braço de alavanca até o ponto de articulação 501 na direção da força do parafuso dianteiro. Uma distância (a2) é uma distância do ponto de contato do parafuso dianteiro com o braço de alavanca até o ponto de articulação 501 perpendicular à direção de força do parafuso dianteiro. Isso compreende as variáveis da relação geométrica que determinam a vantagem mecânica em particular realizada por uma determinada configuração de tensor. A Figura 3 é uma vista em perspectiva dianteira do tensor em um sistema de acionamento de correia. O tensor 1000 é ilustrado em uma parte de um sistema de acionamento de correia ilustrativo. Uma parte da correia B é ilustrada em seqüência em torno de uma polia 500, a polia 700 além de outras polias no sistema (não ilustradas). Outras polias no sistema podem compreender, mas não estão limitadas a, polias conectadas a um compressor de condicionamento de ar, uma bomba de direcionamento de energia, uma bomba de injeção de combustível, uma bomba de óleo, um alternador ou gera-dor/motor de partida e assim por diante. A Figura 4 é uma vista em perspectiva traseira do tensor. 0 braço de alavanca 600 é ilustrado. O parafuso dianteiro 401 engata o braço de alavanca 600. A polia 500 é articulada no braço de alavanca 600. A Figura 5 é uma vista da caixa de marcha. Um trem de engrenagem compreendendo as engrenagens 101, 102, 103, 104 e 105 é ilustrado com uma tampa de caixa de marcha removida. A engrenagem 101 é conectada a um eixo de acionamento de atuador. Os comutadores de limite 800 e 801 são utilizados para controlar a operação do atuador 200, que, por sua vez, limita uma faixa de percurso total do parafuso dianteiro 401. A engrenagem 105 move axialmente ao longo da engrenagem 104 à medida que o parafuso dianteiro 401 se move axialmente. 0 engate do comutador de limite 800, 801 pela engrenagem de parafuso dianteiro 105 em qualquer extremidade da faixa de percurso fará com que o atuador 200 pare, evitando, assim, uma condição de sobrecarga que danificaria o trem de engrenagem, o atuador ou a correia. A fim de se reduzir o tamanho físico ou geral do tensor, alternativamente, a engrenagem 101 do trem de engrenagem pode compreender uma disposição de engrenagem hipoidal. Isso é, a engrenagem 101 compreende uma engrenagem hipoidal, conhecida da técnica, onde o eixo de acionamento 200a do a-tuador 200 aciona uma periferia externa da engrenagem 101. Isso também pode resultar em uma redução do número de engrenagens utilizadas no trem de engrenagem. A operação do tensor e, dessa forma, a posição são controladas por um sistema de controle eletrônico. 0 sistema compreende um controlador possuindo um processador que controla uma posição do parafuso dianteiro do tensor e dessa forma uma tensão de correia. 0 controlador recebe e opera de acordo com várias entradas. 0 controlador também mapeia uma carga de correia de tensor otimizada na característica de posição do parafuso dianteiro contra qualquer parâmetro registrado. A característica de posicionamento é computada de acordo com uma relação ou selecionada ou consultada a partir de um mapa na memória do controlador. Os parâmetros registrados são combinados, novamente, por consulta ou por computação, para fornecer um valor resultante de controle específico que, por sua vez, controla uma força do parafuso dianteiro, configurando, assim, uma tensão desejada para a correia. Uma memória também é fornecida para armazenar dados coletados a partir dos sensores de sistema.

Uma força de parafuso dianteiro, e dessa forma uma tensão de correia, é controlada por um circuito de realimen-tação de força de parafuso dianteiro, realizado através da célula de carga. Outras variáveis de controle podem incluir velocidade de motor, carga ou posição de aceleração, razão de engrenagem de transmissão de motor, refrigeração de motor e/ou temperaturas de óleo, velocidade de estrada, e sinal de ruído de correia. Essa lista de variáveis é ilustrativa e pode não incluir todas as possíveis variáveis que podem ser utilizadas para se controlar o tensor. Esse protocolo de controle também pode ser realizado com um termo de controle prévio ou alimentação de avanço onde uma força de parafuso dianteiro predeterminada é registrada no sistema.

As variáveis também podem ser manipuladas, por e-xemplo, o primeiro diferencial da velocidade do motor para fornecer a aceleração do motor. 0 primeiro diferencial do movimento de aceleração fornecerá uma taxa de mudança de uma posição de acelerador de motor como um indicador da demanda do motorista, além de exigir uma mudança na tensão de correia. A aceleração e desaceleração altas do motor, por exemplo, 10.000 RPM/segundo também podem exigir mudanças rápidas na tensão de correia.

Um sistema de diagnóstico de tensor pode ser combinado com o tensor ativo. Um sistema de diagnóstico de tensor pode funcionar de várias formas diferentes. Por exemplo, um sensor de temperatura é utilizado para manter um histórico completo de tempo e temperatura para o ambiente de correia. 0 histórico é armazenado em uma memória do controlador. A informação é acessada para fins de comparação com um período equivalente a uma temperatura fixa utilizando-se a relação Arhennius. Isso é então comparado com uma vida útil pré-definida da correia em determinados níveis, incluindo, por exemplo, níveis de alerta e "urgência". Isso cobre muitos dos efeitos que podem surgir do envelhecimento da borracha, incluindo, mas não limitados a, rachaduras posteriores, endurecimento do composto, rachaduras na jaqueta, e deterioração do cordão. Um aviso é enviado para uma interface de usuário conhecida da técnica (por exemplo, um monitor CRT ou LCD) pelo sistema no caso de um valor limite predeterminado ser excedido.

Um uso adicional do sensor de temperatura é monitorar o número de ciclos de partidas de frio extremo aos quais o sistema, e a correia, são expostos. Isso permite a identificação de fadiga de cordão adicional surgindo de tais condições operacionais extremas. A informação é registrada como danos cumulativos adicionais no modelo. A informação também é utilizada para determinar a extensão à qual uma partida a frio em uma temperatura particular é mais prejudicial após o envelhecimento por temperatura do que em uma correia nova. Isso, por sua vez, é utilizado para prever melhor o envelhecimento da correia e a falha final da correia.

Um diagnóstico de tensor também funciona com base na medição do módulo de correia (ou no módulo de correia a-parente). 0 controlador de tensor passa através de um ciclo de diagnóstico em pontos adequados no ciclo de operação de motor - mais preferivelmente em cada desligamento do motor. 0 processo compreende o ciclo do tensor através de duas condições específicas antes de o tensor passar para uma condição ide interrupção de motor predeterminada. As condições fornecem medições de carga (L) e posição (P) - Ll, PI & L2, P2. As mesmas permitem que um módulo elástico para cada fio de correia em cada lado do tensor seja computado. 0 módulo é comparado com um valor de referência armazenado em uma memória do controlador no momento em que a correia foi especificada originalmente, e com um valor médio além das primeiras 10 ou 20 partidas depois que a correia foi encaixada, e então com uma média das 10 ou 20 partidas mais recentes. A comparação do módulo permite uma verificação i-nicial que uma correia do módulo direito foi encaixada, seguida pelo estabelecimento de uma determinação razoável do módulo atual dentro de uma faixa predeterminada para essa correia em particular. Por exemplo, o controlador pode coletar informação para 10 ciclos de iniciar/parar depois da substituição da correia. Um módulo elástico de correia inicial é então calculado utilizando-se a informação coletada. 0 módulo elástico inicial é então armazenado em uma memória do controlador. Esse módulo elástico inicial é então a base para a estimativa de fadiga criando-se uma tendência do desgaste do módulo elástico através da vida operacional da correia. Isso permite que o ajuste das tensões no ponto de configuração considere o módulo de correia real em qualquer ponto durante a vida útil da correia. A verificação do módulo elástico contra uma média de um número determinado de ciclos recentes permite a identificação de um módulo elástico em desenvolvimento através de um comprimento curto da correia - talvez como resultado do aperto ou de danos decorrentes de um corpo estranho intercalado entre a correia e uma polia. Esses problemas se manifestam em termos de um módulo decrescente. A taxa de mudança da diminuição do módulo seria utilizada para prever a vida útil restante da correia.

As condições de medição Ll/Pl e L2/P2 podem ser definidas pela especificação das cargas e medição das posições ou vice-versa. A especificação das posições predetermi- nadas apresenta a vantagem de permitir que os comutadores de limite 800, 801 sejam utilizados, ao invés de um sensor de posição de faixa total. Isso diminui a complexidade do sistema. A posição também pode ser determinada pelo acionamento do atuador com um ciclo de serviço fixo por uma duração fixa com base em um conhecimento prévio do tempo para se alcançar uma posição determinada (Pl). A carga (Ll) é então determinada. O atuador é então acionado com um ciclo de serviço fixo por uma segunda duração com base no conhecimento do tempo que se leva para alcançar a segunda posição (P2). A segunda carga (L2) é então determinada. A forma de se calcular o módulo de correia é prontamente conhecida da técnica.

Os valores de módulo elástico permitem uma detecção cumulativa de determinados modos de falha da correia, incluindo fadiga de cordão, desgaste de borda e rachadura de raiz (tanto nas bordas dianteiras quanto traseiras da correia se as polias em ambos os lados do tensor possuírem sulcos) . Como mencionado anteriormente, a detecção de estreitamento e outros danos físicos localizados também seriam detectados.

Adicionalmente, um dente de referência identificável, ver Figura 18, pode ser colocado na correia. Utilizando-se um dente de referência um módulo elástico de correia em torno de todo o comprimento da correia pode ser mapeado. Essa informação é útil visto que um módulo elástico de correia no caso de um cordão de tensão enrolado em espiral não é um valor constante ao longo de todo o comprimento da correia. A determinação de um valor de módulo elástico para uma parte particular da correia aperfeiçoa era muito a precisão das medições de fadiga do cordão. Apresenta, também, a vantagem de criar uma representação precisa de todo o módulo elástico de correia visto que toda a correia ê amostrada, ao invés de se basear em um número arbitrário de medições distribuídas por uma correia.

Outra vantagem do sistema é baseada na conexão da unidade de controle do tensor com um sistema de gerenciamento de motor. A conexão com o sistema de gerenciamento de motor permite um número de ciclos de correia cumulativos a serem contatos de acordo com cada momento em que o dente de referência passa por um sensor. Adicionalmente, a tensão a-pliçada à correia e a temperatura operacional para cada ciclo podem ser detectadas e armazenadas. Isso fornece ainda mais informação para a determinação de uma condição de fadiga do cordão de correia.

Outra vantagem é a eliminação de um intervalo de mudança de correia especificado. Atualmente, os intervalos de mudança de correia são arbitrários e conservadores, de forma que a maioria das correias são mudadas muito tempo antes de precisarem ser. 0 uso do sistema inventivo resultará em um aumento maior da vida meda da correia visto que um intervalo, de mudança de correia será determinado pelas medições reais ao invés de uma estimativa conservadora. A confiabilidade adicionalmente aperfeiçoada será realizada à medida que uma falha incipiente for detectada antes da falha real ocorrer, independentemente do tempo real de operação. A Figura 6 é um diagrama esquemático do módulo de controle do tensor. 0 módulo de controle (A) recebe várias entradas e gera várias saídas (sinais de controle) para o tensor. Entradas ilustrativas são 1) a força agindo no para-i fuso dianteiro do atuador como medida pela célula de carga (B), 2) a temperatura do motor medida pelo termistor (C), 3) a velocidade do motor (D), 4) a sincronização do sinal de relógio (E), 5) a realimentação de corrente de motor elétrico do atuador (F), 6) o final do passo na direção 1 do comu- i tador de limite 800 (0), 7) o final do passo na direção 2 do comutador de limite 801 (H) . As saídas do sistema de controle são o sinal de modulação de largura de pulso (definido no valor e sinal ou direção) para um acionador de ponte H. No caso de um acionador de ponte H a corrente pode ser positiva ! e negativa fornecendo, assim, uma direção de movimento dupla do atuador 400. O sistema é energizado pela conexão com o sistema elétrico de 12 V do veículo (J). O controle de tensão de correia é baseado no controle de realimentação de um sinal de célula de carga. Uma i tensão de correia é calculada a partir de uma força no parafuso dianteiro, e dessa forma, na célula de carga, por meio de uma relação trigonométrica com base no ângulo de enrola-mento de correia e geometria típica do braço de alavan-ca/polia de tensionamento. i Mais particularmente: T = força de correia Θ = ângulo de enrolamento de correia em torno da polia.

Fp = força agindo no cubo da polia. F = força agindo no parafuso do atuador. al = distância entre a força de aplicação de parafuso dianteiro para a articulação de polia na direção da força. a2 = distância da força de aplicação do parafuso dianteiro para a articulação de polia perpendicular à direção da força.

Uma força agindo no parafuso é: F = FP*(al/a2) e FP=2*T*sen(0/2) Para fins desse cálculo é considerado que o passo do parafuso dianteiro seja suficientemente pequeno de forma a não afetar de forma significativa as distâncias al e a2 e o ângulo de enrolamento Θ.

Por exemplo: Θ = 86,45 al = 10 mm. a2 = 45,5 mm. O sistema de controle de tensão utiliza dois modos para se calcular o valor da força do parafuso dianteiro utilizada como um circuito de controle de referência. Um desses modos computa uma força de parafuso dianteiro alvo com base em uma tensão de correia alvo. Alternativamente, a força de parafuso dianteiro alvo pode ser obtida a partir de um mapa de consulta como uma função da velocidade do motor.

Utilizando-se o modo de tensão de correia alvo, uma força de parafuso dianteiro pode ser calculada utilizando-se a fórmula: F=2*T*sen(0/2)*(al/a2) Onde: al e a2 são notados como anteriormente T = valor corrigido da tensão de correia Θ = ângulo de enrolamento da correia.

Uma vez que a força do parafuso dianteiro desejada é determinada, o controlador sinaliza o atuador para operar em uma primeira ou segunda direção, movendo assim o parafuso dianteiro para aumentar ou diminui a força do parafuso dianteiro e dessa forma uma tensão de correia. Um sinal da célula de carga é comparado continuamente com a força do parafuso dianteiro alvo. Quando a força do parafuso dianteiro alvo é alcançada, o controlador para o atuador do parafuso dianteiro. Se um comutador de limite for ativado, o controlador interromperá a operação do atuador mediante o recebimento do sinal de comutação limite. A Figura 7 é um diagrama lógico para controlar uma tensão de correia. As variáveis belt_wrap_angle, alj?ulley_center e al_tension são valores escalonados registrados com base no sistema de correia particular no qual o tensor é utilizado. 0 parâmetro map_sine_belt_angle é obtido a partir de uma tabela de consulta armazenada na memória do sistema.

Uma força de parafuso dianteiro alvo é controlada por meio de um controlador proporcional, integral e derivado (PID) com uma funcionalidade antienrolamento. A implementação do antienrolamento fornece, como parâmetros calibrados, o ganho proporcional, integral, derivado e de antienrolamento. A Figura 8 é um diagrama lógico para os processos de controle de realimentação e modulação de largura de pulso (PWM). PWM é um método utilizado para suprir o atuador com uma voltagem variável entre 0 volts e um valor de referência sem a utilização de um transformador. A Figura 8 apresenta a funcionalidade de nível superior para o tensor ativo. 0 tempo de ciclo para o cálculo dos algoritmos de controle é de aproximadamente 0,004 s. Os filtros de passa baixa digitais são aplicados â velocidade do motor (N_Eng_rpm) e o sinal de célula de carga (LoadCell) para uso para fins de controle.

As hierarquias a seguir são fornecidas e descritas na Figura 8. 1) Computar a força do pistão 800: Nessa hierarquia uma força de parafuso dianteiro alvo é calculada. Como descrito anteriormente, dois modos podem ser utilizados para se obter a força do parafuso dianteiro, ver também Figura 9. a. Computação da força do parafuso dianteiro a partir da tensão de correia alvo utilizando uma relação tri-gonométrica simples, descrita acima. Uma velocidade de motor é utilizada como um ponto de quebra para ler uma tensão de correia alvo a partir de um mapa. Um bloco de saturação garante que a tensão da correia permaneça dentro de uma faixa que pode ser calibrada. b. Uma força de parafuso dianteiro alvo pode ser lida diretamente a partir de uma tabela de consulta como uma função da velocidade do motor. 2) Zona morta 801: Isso fornece uma zona morta aplicada ao sinal de erro do circuito de controle PID, ver Figura 10. 3) PID antienrolamento 802: Esse é um controlador PID para controlar a força do parafuso dianteiro e evita o efeito de enrolamento do termo integral, ver Figura 11. 4) Conversão de sinais 803: Isso converte a saída do controlador PID para o sinal PWM adequado para acionar o motor do atuador, ver Figura 12.

As variáveis T_SPEED (velocidade do tensor), N_Eng_rpm (velocidade do motor), T_LOAD (carga do tensor), Load_Cell (sinal de célula de carga), N_Eng_V_2_rpm, N_Eng_rpm_offset, K_Load são escalonados.

Com referência novamente à Figura 8, um erro na força do parafuso dianteiro, criado a partir da diferença entre uma força de parafuso dianteiro alvo e a força do parafuso dianteiro medida, é condicionado antes de ser fornecido para o controlador proporcional/integral/derivado ("PID") por meio do tratamento de zona morta. A banda morta do controlador PID configura o erro para "0" se estiver contido em uma faixa calibrada predeterminada. O controlador interrompe o movimento do atuador e dessa forma do parafuso dianteiro quando o erro de força de parafuso dianteiro está dentro da faixa calibrada predeterminada. Se o erro de força de parafuso dianteiro exceder a faixa calibrada, o controla- dor ativa o atuador a fim de trazer a força do parafuso dianteiro medida de volta para dentro da faixa calibrada. A Figura 9 é um diagrama lógico para a computação da força de pistão alvo (pistonforce). Tensi-on_toj?iston_force 900 calcula uma tensão de correia com base em uma força de parafuso dianteiro conhecida. Map_target_belt_force_Limiter_l limita uma força de parafuso dianteiro entre um valor máximo e mínimo (belt_tension_max, belt_tension_min). Desde que uma força máxima e mínima do parafuso dianteiro não seja excedida, uma força de pistão alvo (parafuso dianteiro) 903 é gerada. A força de parafuso dianteiro alvo e comparada com um sinal de célula de carga. Um sinal de controle é então gerado pelo controlador para ajustar uma posição de parafuso dianteiro e dessa forma uma tensão de correia como necessário. Uma faixa de tensão de correia ilustrativa é de aproximadamente 0N a 3000N que corresponde a uma faixa de força de pistão de aproximadamente de 0N a 1000N. Os cálculos são realizados em intervalos de 0,004 segundos, no entanto, o intervalo pode ser ajustado como necessário pelas condições operacionais. A Figura 10 é um diagrama lógico para a zona morta. A zona morta implementada garante que exista uma região de calibragem onde nenhuma ação de controle ocorre, implementando assim a característica de amortecimento infinito. Desde que os parâmetros de calibragem StartDZ e EndDZ não sejam idênticos, uma classe retorna para "0" para o registro de argumentos que se encontram dentro do limite notado. Se os limites de zona morta forem idênticos, o argumento registra- do é retornado sem alterações. Para os valores de sinal registrados que estão fora dos limites, os parâmetros StartDZ e EndDZ são subtraídos como adequado, o prefixo ,'calc_n se refere ao cálculo das variáveis. A Figura 11 é um diagrama lógico para o antienro-lamento. Ver Figura 13 para observar o diagrama lógico para a hierarquia I. Ver Figura 14 para observar um diagrama lógico para a hierarquia DT1. "CtrlDeviation" se refere à força de pistão de desvio de controle. "Carga" se refere â carga do pistão. "var_N_Eng" se refere â velocidade do motor. "PWM" se refere à modulação da largura de pulso e "computar" é computar. A Figura 12 é um diagrama lógico para a conversão de sinais. Essa é a conversão de valores PWM padrão calculados pelo controle de alto nível e o valor que pode ser interpretado pelo processador. Por exemplo, o valor calculado pelo processador/controlador pode variar entre -100 e +100 (- e + são dois sentidos de rotação) e são transladados para o acionador de software de baixo nível em dois valores, o primeiro sinal é para a polaridade (direção) e o segundo valor é o valor PWM final calculado como se segue: PWM_Cmd = 100 - PWM.

Onde PWM_Cmd é o valor transmitido para o atuador 400 e PWM é o valor calculado pelo controle de nível alto. "HB_direction,, geralmente se refere à direção do motor elétrico. "HB_Direction_Cmd" se refere ao sinal de comando quanto à direção do motor elétrico. A Figura 13 é um diagrama lógico para a hierarquia I. Esse é o controle de integrador antienrolamento pertencente ao controle PID. A tabela de consulta TI pode fornecer diferentes ganhos de integrador de acordo com a velocidade de rotação do motor (programação de ganho). A contribuição antienrolamento é sintonizada pelo ganho escalonado único kA. 0 parâmetro "IntegratorOff" permite que um operador desligue o integrador manualmente se necessário. "Ctrllnput" é o registro no controlador PID da posição do tensor. "Inte-gral_input_value" é um termo de registro de controlador integral escalonado. A Figura 14 é um diagrama lógico para a hierarquia DT1 pertencente ao controle PID. A contribuição derivada é sintonizada pelo ganho Kd. "dtlbuffer" ê um termo de memória escalonada e "dtlout" é um termo de saída escalonada DT1. A Figura 15 é um diagrama lógico para os mecanismos de diagnóstico e recuperação. 0 diagnóstico inclui diagnóstico de relógio (limites alto/baixo), diagnóstico de faixa de velocidade de motor (limites alto/baixo), célula de carga (limites alto/baixo), final do passo para limitar o diagnóstico de comutador (comutador aberto/fechado), um diagnóstico da corrente do motor atuador (limite alto em corrente excessiva). Cada um configura um indicador de erro como indicado. A Figura 16 (a) é um diagrama lógico para o registro de termistor. Um sinal de termistor (RawValue7_0C-ADC) é recebido de uma unidade de controle de motor. 0 mesmo pode ser utilizado para mapear um histórico de temperatura opera- cional para a correia como descrito em outro local nessa especificação. A Figura 16 (b) é um diagrama lógico para o cálculo da realimentação de corrente do atuador. A realimentação de corrente do atuador (RawValue5_0C_ADC) e o fator de realimentação (ADC_0_Current_Feedback_Factor) são utilizados para identificar uma condição operacional atípica, por exemplo, uma condição de rotor travado que exige a desativação do a-tuador. Um rotor travado resultará em uma retirada de corrente descomunalmente alta pelo atuador. Uma condição de rotor travado pode ocorrer como resultado de uma obstrução na faixa de percurso do braço da alavanca, ou, devido â falha de um comutador de limite em qualquer extremidade de uma faixa de movimento. A Figura 16 (c) á um diagrama lógico para a cali-bragem de célula de carga. A calibragem de célula de carga pode ocorrer em cada partida de motor utilizando uma segunda célula de carga utilizada como referência. No presente sistema a calibragem da célula de carga (relação da voltagem [mV] com a carga [N]) é realizada durante a fase de fabricação e permanece dentro de uma tolerância especificada durante a vida operacional do sensor. A Figura 16 (d) é um diagrama lógico para o cálculo da velocidade do motor. A velocidade do motor é utilizada para determinar uma tensão de correia. É utilizada também para determinar um histórico de vida útil operacional cumulativo a fim de prever a duração da vida útil da correia. A Figura 16(e) é um diagrama lógico para o controle automático/manual da PWM. 0 PWM pode ser controlado manualmente (MANUAL) em adição ao modo automático descrito aqui. No modo manual, um operador ou técnico de veículo pode registrar uma tensão de correia desejada. A tensão de correia registrada só pode estar entre limites de faixa predeterminados a fim de evitar a tensão excessiva da correia. 0 modo manual também pode ser utilizado para limpar as falhas operacionais no sistema. A Figura 16 (f) é um diagrama lógico para HBRIDGE1. 0 mesmo controla a direção de rotação do motor elétrico (H-Bridgel_Dir). Os circuitos H-bridge são bem conhecidos da técnica para o acionamento de motores de corrente direta. A Figura 17 é uma vista lateral de uma correia com dente de referência. A correia dentada 2000 compreende um corpo elastomérico 2001. Os elementos de tensão 2002 são embutidos dentro do corpo 2001. Os elementos de tensão 2002 podem compreender fios de poliamida, aramida, poliéster e todas as equivalências. 0 corpo elastomérico 2001 pode compreender borrachas naturais e sintáticas, incluindo, mas não limitadas a, policloropreno, borracha clorosulfonada alquilatada, polibu-tadieno, borracha de butadieno nitrila hidrogenada (HNBR) ou EPDM, além de equivalências e combinações de quaisquer duas ou mais das acima expostas.

Os dentes 2003 se projetam a partir de uma parte de engate de polia a correia 2000. A correia inventiva compreende um meio de identificação de uma localização ou loca- lizações particulares na correia enquanto um sistema de a-cionamento de correia está em operação. No caso de uma correia dentada isso permitiría que qualquer dentre na correia fosse localizado. Essa informação seria então utilizada para o monitoramento como descrito nessa especificação.

Os meios de se alcançar uma marca de referência em uma correia são vários. Por exemplo, uma tira de cor contrastante 2004 pode ser colocada em uma superfície externa da correia para a detecção por um sensor ótico 2007. A tira 2004 também pode compreender um material em pó possuindo propriedades magnéticas adequadas para a detecção por um sensor magnético 2008.

Em outro exemplo, o inserto 2005 e/ou inserto 2006 são moldados em um dente 2003 ou em um corpo de correia. O inserto 2006 e o inserto 2005 podem compreender qualquer dispositivo capaz de detecção por meios magnéticos, elétricos, de efeito Hall, capacitivos e outros meios. Os sensores 2007 e 2008 são conectados ao controlador de tensor ativo.

Apesar de uma forma única da invenção ter sido descrita aqui, será óbvio aos versados na técnica que variações podem ser realizadas na construção e relação das partes sem se distanciar do espírito e escopo da invenção descrita aqui.

REIVINDICAÇÕES

Claims (30)

1. Tensor (1000) compreendendo: um atuador elétrico (200, 400); um elemento de impressão de força (401) engatado com um braço de alavanca (600); uma polia (500, 700) articulada ao braço de ala- vanca, a polia sendo engatada com uma correia; o elemento de impressão de força engatado com o atuador elétrico onde o elemento de impressão de força é axialmente móvel pelo atuador elétrico; CARACTERIZADO por compreender adicionalmente: um sensor de carga (300) engatado de forma coaxial com o elemento de impressão de força, o sensor de carga detectando e transmitindo um sinal de carga para um controlador ; e o controlador utilizando o sinal de carga para controlar uma posição do elemento de impressão de força.

2. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de: o elemento de impressão de força (401) compreender um parafuso dianteiro; o parafuso dianteiro ser engatado de forma rotativa com um colar rosqueado (402, 403).

3. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o atuador elétrico (200, 400) compreender um motor elétrico.

4. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o elemento de impressão de força (401) ser engatado com o atuador elétrico através de uma transmissão de engrenagem (100).

5. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de: o sensor de carga (300) compreender adicionalmente um orifício, o sensor de carga sendo coaxialmente engatado com o elemento de impressão de força (401) através do orifício .

6. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o braço de alavanca (600) é engatado de forma articulada com uma superfície de montagem.

7. Sistema para o ajuste de uma tensão de uma correia sem fim, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um tensor (1000) possuindo um sensor de carga (300) toroidal e uma polia (500, 700) articulada a um braço de alavanca (600), a polia estando em contato com uma correia sem fim para aplicar uma carga de correia à correia sem fim; o sensor de carga toroidal detectando uma carga de correia e transmitindo um sinal de carga de correia para um controlador; e um controlador utilizando o sinal de carga de correia para selecionar uma posição de polia (500, 700) para uma carga de correia.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de o tensor (1000) compreender adicionalmente : um elemento axialmente móvel (401) que é movido por um atuador elétrico (200, 400); um braço de alavanca (600) engatado com o elemento axialmente móvel; e o sensor de carga toroidal (300) engatado coaxial-mente com o elemento axialmente móvel.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de: o atuador elétrico (200, 400) compreender adicio- nalmente um motor elétrico, o motor elétrico sendo engatado com o elemento axialmente móvel (401) através de uma transmissão de redução de engrenagem (100).

10. Método de controle de uma carga de correia, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: engatar uma correia com uma polia (500, 700), a polia articulada em um braço de alavanca (600) de articulação; posicionar o braço de alavanca para uma carga de correia; utilizar uma célula de carga toroidal (300) para detectar uma carga de correia; selecionar um valor de carga de correia correspondente a uma carga de correia desejada; comparar a carga de correia com o valor de carga de correia; determinar uma nova posição do braço de alavanca com base no dito valor de carga de correia; e mover o braço de alavanca para a nova posição de braço de alavanca para determinar a carga de correia para o valor de carga de correia.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: detectar um parâmetro de motor; e selecionar um valor de carga de correia com relação ao parâmetro de motor.

12. Método de tensionamento de uma correia, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: engatar um tensor (1000) possuindo um sensor de carga toroidal (300) com uma correia; ajustar a posição do tensor para imprimir uma carga de correia à correia; detectar a carga de correia com o sensor de carga toroidal; comparar a carga de correia detectada com uma carga de correia desejada; e ajustar a posição do tensor com um controlador até que a carga de correia detectada seja substancialmente igual à carga de correia desejada.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: selecionar a carga de correia desejada com relação a um parâmetro operacional de motor.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a etapa de: selecionar a carga de correia desejada com relação a uma velocidade operacional de motor.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a etapa de: detectar uma temperatura operacional do motor; selecionar a carga de correia desejada com relação à temperatura operacional do motor.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a etapa de selecionar a carga de correia desejada de uma tabela de consulta.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a etapa de armazenar um histórico de temperatura de motor em uma memória de controlador .

18. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: utilizar um dente de referência na correia; detectar cada passagem do dente de referência com um sensor para determinar os ciclos cumulativos da correia; armazenar os ciclos de correia cumulativos em uma memória para análise de uma condição de fadiga da correia; e informar um usuário.

19. Método de computação de um módulo de correia, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: engatar um tensor (1000) possuindo um sensor de carga (300) com uma correia; ajustar o tensor para uma primeira posição (Pl) para imprimir uma primeira carga de correia (Ll) à correia; detectar a primeira carga de correia (Ll) com o sensor de carga; ajustar o tensor para uma segunda posição (P2) para imprimir uma segunda carga de correia (L2) à correia; detectar a segunda carga de correia (L2) com o sensor de carga; e computar um módulo de correia utilizando (Ll), (L2), (Pl), (P2).

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de compreender as etapas de: armazenar os valores de módulo de correia calculados em uma memória de controlador; comparar os valores de módulo de correia calculados para identificar uma tendência de módulo de correia; e informar a um usuário.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: utilizar um primeiro comutador de limite para detectar a primeira posição (Pl); e utilizar um segundo comutador de limite para detectar a segunda posição (P2).

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: ajustar o tensor (1000) pelo acionamento do tensor com um ciclo de tarefa fixo por uma primeira duração para a posição (Pl); e ajustar o tensor pelo acionamento do tensor com um ciclo de serviço fixo por uma segunda duração para a posição (P2) .

23. Método de computação de um módulo de correia, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: engatar um tensor (1000) possuindo um sensor de carga (300) com uma correia; ajustar o tensor para imprimir uma primeira carga de correia (LI); detectar a primeira posição de correia (Pl) com o comutador de limite; ajustar o tensor para imprimir uma segunda carga de correia (L2); detectar a segunda posição de correia (P2) com o comutador de limite; e computar um módulo de correia utilizando (Ll), (L2), (Pl), (P2).

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de compreender as etapas de: armazenar os valores de módulo de correia calculados em uma memória de controlador; comparar os valores de módulo de correia calculados para identificar uma tendência de módulo de correia; e informar a um usuário.

25. Tensor (1000) compreendendo: um atuador elétrico (200, 400); um parafuso dianteiro (401) engatado com um braço de alavanca (600); uma polia engatável (500, 700) com uma correia, a polia articulada no braço de alavanca; o parafuso dianteiro engatado com o atuador elétrico onde o parafuso dianteiro é movido pelo atuador elétrico; CARACTERIZADO por compreender adicionalmente: um sensor de carga (300) engatado de forma coaxial com o parafuso dianteiro, o sensor de carga transmitindo um sinal de carga para um controlador; e o controlador utilizando o sinal de carga para controlar uma posição do parafuso dianteiro.

26. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de o atuador elétrico (200, 400) compreender um motor elétrico.

27. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de o parafuso dianteiro (401) ser engatado com o atuador elétrico (200, 400) por uma transmissão de engrenagem (100).

28. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de: o sensor de carga (300) compreender uma célula de carga toroidal (300) possuindo um orifício; a célula de carga toroidal engatada de forma coaxial com o parafuso dianteiro (401) através do orifício.

29. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de o braço de alavanca (600) ser engatado de forma articulada com uma superfície de montagem.

30. Tensor (1000), de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de o parafuso dianteiro (401) ser engatado de forma rotativa com um colar (402, 403).