BRPI0505340B1

BRPI0505340B1 - estrutura de conversão para subsequentemente converter um veículo fora-de-estrada manualmente orientado em uma coluna de direção e um volante

Info

Publication number: BRPI0505340B1
Application number: BRPI0505340A
Authority: BR
Inventors: W Nelson Frederick
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2019-02-05
Also published as: AU2005246974B2; AU2005246974A1; UA87664C2; RU2005140000A; EP1683704A3; CA2531299C; BRPI0505340A; ZA200510321B; RU2384449C2; CA2531299A1; AR052822A1; EP1683704A2; EP1683704B1; CN100497062C; US7349779B2; US20060149446A1; CN1792695A

Abstract

"sistema de direção, e, estrutura de conversão para converter um veículo fora de estrada de um modo de direção manual para um modo de direção automático". é descrita uma estrutura para converter um sistema de direção manual convencional de um veículo fora de estrada em um sistema de direção automático utilizando sinais remotos. um motor de passo-a-passo-a-passo é conectado por meio de um acionamento de corrente ou de correia na extremidade superior de um eixo de direção. o motor de passo-a-passo-apasso é conectado a um microprocessador e se move com o eixo de direção tanto no modo de direção manual como em um modo de direção automático. um codificador fornece um sinal a um microprocessador que muda a operação do modo manual, se o número de passos reportados pelo codificador for diferente do que se espera. um conjunto incluindo volante alternado, polia de eixo, inserto de adaptação e motor de passo-a-passo é facilmente conectado na coluna. um motor de passo-a-passo pode também ser conectado diretamente ao eixo de direção.

Description

“ESTRUTURA DE CONVERSÃO PARA SUBSEQUENTEMENTE CONVERTER UM VEÍCULO FORA-DE-ESTRADA MANUALMENTE ORIENTADO EM UMA COLUNA DE DIREÇÃO E UM VOLANTE” CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção diz respeito no geral a sistemas de direção automáticos para veículos e, mais especificamente, a sistemas automáticos adaptáveis a uma ampla variedade de veículos fora de estrada com diferentes mecanismos de direção.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0002] Sistemas de direção automáticos atuais para veículos fora de estrada, tal como o sistema de direção assistida GreenStar™ Auto Trac da John Deere para tratores, tipicamente exigem um sistema de controle de direção eletro-hidráulico auxiliar para interagir com o sistema de direção no veículo. Uma combinação de sinais do sistema GPS e sinais dos sensores a bordo é processada para proporcionar guia automática do veículo. Uma válvula eletro-hidráulica, um sensor de ângulo da roda dirigida e sensor de movimento do volante para o operador desativar são necessários para controlar a interação do sistema manual com o sistema automático. Um sistema automático como esse leva muitas horas para ser instalado, e exige conhecimento do sistema de direção, hidráulico e elétrico do veículo. O sistema automático tem que ser especificamente adaptado ao sistema de direção particular no veículo. O uso do sistema pode ser limitado a alguns veículos, tais como os com direção hidrostática de caminho dupla. Alguns tipos de sistemas de direção automáticos, tal como mostrado na patente U. S. no 5.234.070, exige uma embreagem especial que é desencaixada durante um dos modos de direção. Muitos sistemas exigem um sensor de ângulo da roda dirigida separado.

[0003] Em um outro tipo de sistema, um motor elétrico com um acionamento por atrito que encaixa o volante é suportado pela coluna de

Petição 870180139090, de 08/10/2018, pág. 9/18 / 7 direção. Um tipo suplementar como esse de unidade geralmente não se integra bem no sistema, e o arranjo de acionamento por atrito aberto apresenta pontos de pega e é sujeito a desgaste tanto no acionamento por atrito como no volante. Qualquer deslizamento no acionamento pode causar instabilidade no sistema de direção e afetar adversamente a precisão da direção. O sistema também falta recursos de medições de inércia ou de posicionamento relativo em tempo real (RTK) para as precisões geralmente demandadas em aplicações de direção automáticas.

[0004] Existe uma necessidade de um sistema de direção automático mais simples, menos caro e instalado de maneira mais fácil que minimize ou elimine modificações substanciais no sistema de direção e embreagens especiais. Existe uma necessidade adicional de um sistema como esse que seja mais preciso e confiável do que pelo menos a maior parte dos sistemas de readaptação anteriormente disponíveis e que seja mais bem integrado, tanto funcional como esteticamente, na maioria dos mecanismos de direção existentes.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0005] É descrita uma estrutura para converter um sistema de direção manual convencional de um veículo fora de estrada em um sistema de direção automático utilizando sinais remotos. Um motor de passo-a-passo é conectado por meio de um acionamento de corrente ou de correia a uma engrenagem de corrente ou polia de acionamento no eixo de direção. O motor de passo-apasso é conectado a um microprocessador e se move com o eixo de direção tanto no modo de direção manual como em um modo de direção automático. Um codificador fornece um sinal a um microprocessador que muda a operação para o modo manual, se o número de etapas reportadas pelo codificador for diferente do que se espera. Um conjunto incluindo volante alternado, polia de eixo e motor de passo-a-passo é facilmente conectado na coluna de direção e se integra bem, tanto funcional como esteticamente, nos

Petição 870180139090, de 08/10/2018, pág. 10/18 diversos veículos fora de estrada. A localização da estrutura de acionamento próxima da extremidade superior do eixo de direção favorece a montagem conveniente da estrutura. Insertos são providos com o conjunto para adaptar a configuração do eixo de direção particular à engrenagem de corrente ou polia de acionamento. Em uma outra modalidade, o motor pode ser montado diretamente na extremidade do eixo sem um acionamento adicional.

[0006] A estrutura de direção pode ser montada em uma ampla variedade de veículos com vários tipos de sistemas de direção hidráulica ou assistida mecanicamente. Sensores de ângulo da roda dirigida e sensores dedicados para determinar se o operador moveu ou não o volante não são exigidos. O sinal da posição do volante proveniente do codificador fornece a realimentação do ângulo dirigido sem necessidade de sensores adicionais, e é usado em algoritmos de controle para melhorar o desempenho, confiabilidade e estabilidade do veículo. Em uma modalidade, sinais de compensação do terreno são providos ao processador para melhorar ainda mais o desempenho da direção. Uma melhoria adicional inclui a provisão de uma unidade eletrônica do sistema de direção com o codificador diretamente no motor para permitir que o sistema seja facilmente conectado no arreio da rede da área do controlador (CAN) do veículo com uma mínima quantidade de equipamento.

[0007] Esses e outros objetivos, recursos e vantagens da presente invenção ficarão aparentes após a leitura da descrição detalhada seguinte em vista dos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma representação esquemática da estrutura de direção para converter o sistema de direção manual em um sistema automático.

A figura 2 é uma vista lateral da estrutura de direção e conjunto de montagem.

A figura 3 é uma vista explodida da estrutura de direção da

Petição 870180139090, de 08/10/2018, pág. 11/18 / 7 figura 2.

A figura 4 é uma vista em perspectiva lateral de uma modalidade alternativa que mostra um motor de direção conectado diretamente ao eixo de direção.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE PREFERIDA [0008] Referindo-se agora à figura 1, está mostrado um veículo fora de estrada 10 tal como um trator ou veículo utilitário que tem uma estação do operador 12 suportada para movimento sobre o terreno pelas rodas direcionáveis 14. As rodas 14 são conectadas a um mecanismo de direção convencional 16 que inclui um eixo de direção rotativo 20 suportado dentro de uma coluna de direção 22 que se projeta para cima na estação do operador

12. Um volante 30 com uma parte de segurar com a mão 31 é suportada na extremidade superior do eixo 20 para operação de direção manual pelo operador.

[0009] Conforme mostrado, o volante 30 é parte da estrutura de conversão indicada no geral por 32 para proporcionar uma função de direção automática em um veículo normalmente equipado apenas com direção manual. Alternativamente, o volante original do veículo pode ser montado na estrutura de conversão 32. A estrutura de polia 34 é conectada para rotação com o eixo 20 em torno do eixo geométrico do eixo mecânico em um local adjacente à conexão do volante 30 com o eixo mecânico 20. Um motor 40 é suportado pela coluna 22. A estrutura da polia 44 conecta de forma acionada o motor 40 à estrutura da polia 34. Conforme mostrado, as estruturas das polias 34 e 44 são polias conectadas por um arranjo de corrente, correia de acionamento convencional ou correia de sincronismo 46. Entretanto, outros tipos de acionamentos, tais como acionamentos por engrenagens, podem também ser usados. Também, conforme mostrado na modalidade mostrada na figura 4, um motor 40' pode ser montado na extremidade do eixo de direção 20 para fornecer acionamento direto ao eixo mecânico 20 em um local

Petição 870180139090, de 08/10/2018, pág. 12/18 / 7 deslocado da parte de segurar com a mão 31.

[00010] Um processador móvel 50 fica localizado no veículo 10 e inclui uma saída de controle 52 conectada por meio de um arreio CAN 54 a uma entrada 56 do motor 40. Uma saída de realimentação de posição 58 no motor 40 é conectada a uma entrada do processador 50. Conforme mostrado, o motor 40 é um motor de passo-a-passo elétrico, e o dispositivo de realimentação é um codificador localizado no motor 40 e que fornece sinal por uma linha de realimentação 58 indicativo do número de passos que o motor 40 moveu. O motor 40 permanece conectado de forma acionada ao eixo de direção 20, tanto em um modo de direção normal como em um modo de direção automático, tal que o codificador é capaz de fornecer um sinal de posição do eixo ao processador 50 em ambos os modos.

[00011] O processador 50 é conectado à estrutura do sensor de posição indicada no geral por 60 na figura 1, tal como um sistema de posicionamento global convencional (GPS) com um receptor 61 que recebe sinais 62 de um ou mais locais remotos. Entradas de correção adicionais, tal como uma entrada de correção diferencial baseada no RTK terra, podem ser providas de um RTK rádio 63, uma entrada de compensação do terreno pode ser provida para um módulo de compensação do terreno (TCM) 65. O TCM 65 corrige os dados do GPS para o ângulo de rolagem e guinado à medida que o veículo 10 move em um terreno irregular.

[00012] O sistema 60 é conectado por meio do CAN 54 a uma entrada do processador 50. A unidade do sistema de direção (SSU) 70 é conectada por meio de um arreio CAN 71 e um conector do sistema 72 ao arreio CAN 54. O SSU 70 recebe informação de controle proveniente do processador móvel 60 e informação de realimentação de posição pela linha 58 proveniente do codificador no motor 50. Uma chave liga-desliga e de retomada 78 é conectada ao SSU 70.

[00013] O processador 50 determina a posição do veículo e compara a

Petição 870180139090, de 08/10/2018, pág. 13/18 / 7 posição com uma posição desejada e caminho visado do veículo. Um sinal de erro é gerado, e o motor 40 é ativado para mover um número pré-selecionado de passos, dependendo do sinal de erro. Dispositivos de detecção, tal como um detector de velocidade do terreno e velocidade lateral, fornece sinais utilizados pelo processador 50 para aumentar a precisão do sistema de direção automático.

[00014] Se o número de passos reportado pelo codificador do motor ao processador 50 ficar fora da faixa esperada pelo processador, o sistema considera que o operador quer controlar e desliga o motor de passo-a-passo 40. Também, se o codificador determinar que existe movimento do volante, quando nenhuma mudança de posição for solicitada pelo processador, a energia do motor 40 é interrompida.

[00015] Uma braçadeira do adaptador 80 (80' na figura 4) conecta o motor 40 à coluna de direção 22 ou outro local conveniente adjacente à extremidade superior do eixo de direção 20. A braçadeira 80 inclui um grampo em U 82 preso na coluna 22 e tendo um suporte do braço 84 conectado a pivô nas extremidades de um par de braços 86. Um segundo par de braços 88 é conectado a pivô nas extremidades opostas dos braços 86 e suporta uma montagem do motor 90. O motor de passo-a-passo 40 é aparafusado na montagem 90 e inclui um eixo de acionamento 94 que recebe a polia 44. A estrutura da polia 34 é suportada para rotação na montagem 90 pela estrutura de inserto e mancal 100 presa por parafusos 104 e anel de pressão 106. Um inserto substituível 110 é capturado dentro da estrutura de mancal 100 para rotação juntamente com a extremidade superior do eixo 20 e da polia 34. O inserto 110 tem uma configuração interna 112 adaptada para ser recebida na extremidade ranhurada ou chavetada do eixo de direção 20 para o veículo particular que está sendo convertido para direção automática. Uma tampa 118 é presa na montagem 90 e em geral encerra as estruturas da polia 34 e 44. A estrutura 32 pode ser facilmente posicionada localizando

Petição 870180139090, de 08/10/2018, pág. 14/18 / 7 seletivamente o grampo 82 e pivotando os braços 86 e 88. Uma vez que a estrutura 32 fique devidamente posicionada com o inserto 110 sobre o eixo de direção 20, a articulação 80 pode ser ancorada em uma superfície fixa para impedir rotação do conjunto do motor.

[00016] Na modalidade mostrada na figura 4, o eixo de direção 20 se projeta através do motor 40'. O acionamento do motor pode incluir um inserto substituível no geral do tipo mostrado em 110 na figura 3 para acomodar diferentes configurações de eixo. Diferentes tipos e configurações de motores 40', incluindo motores mais planos axialmente compactos, podem ser utilizados. Conforme ilustrado na figura 4, o SSU 70' pode ser incorporado diretamente no motor com o codificador e arreio CAN 71' conectados em 72' no arreio CAN 54, minimizando assim a quantidade de equipamento necessário para a conversão.

[00017] Tendo sido descrita a modalidade preferida, fica aparente que várias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção na forma definida nas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Estrutura de conversão (32) para subsequentemente converter um veículo fora-de-estrada (10) manualmente orientado em uma coluna de direção (22) e um volante (30) montado em um eixo de direção mecânico (20) em um veículo (10) que pode opcionalmente ser direcionado automaticamente, com o resultado de que o veículo pode opcionalmente ser direccionado num modo de direcão manual e um modo de direco automático, em que a estrutura de direção (32) compreende uma estrutura de polia (34) que pode ser ligada rotativamente ao eixo dmecânico (20) numa localização afastada do volante (30), um motor (40), uma ligação de acionamento entre o motor (40) e a estrutura da polia (34), e um processador (50) que está ligado ao motor (40), caracterizada pelo fato de o processador (50) estar ligado a um arranjo de sensor de posição (60) que recebe sinais (62) de uma ou mais localizações que estão afastadas, em que a ligção de acionamento entre o motor (40) e a estrutura de polia (34) é mantida mesmo no modo manual de direção, em que o processador (50) pode ser operado no modo de direção automático para produzir um sinal de direção para o motor (40) de modo a rodar o eixo mecânico (20) numa quantidade predeterminada, em que o processador (50) reage a um desvio entre a quantidade predeterminada e uma rotação real do eixo mecânico (20) para fazer com que o modo de direção mude do modo de direção automática para o modo de direção manual, em que um sensor de retorno é conectado ao motor (40) e reage a uma rotação do eixo mecânico (20) por um operador para fornecer ao processador (50) no modo de direção automática a indicação de uma intervenção manual pelo operador, em que o motor ( 40) é um motor de passo, e em que o sensor de retorno é um codificador no eixo do motor (40).
2. Estrutura de conversão (32) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura de polia (34) pode ser acoplada à extremidade da parte superior do eixo de direção (22).

Petição 870180139090, de 08/10/2018, pág. 16/18
3. Estrutura de conversão (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o motor (40) e a estrutura de polia (34) podem ser acoplados de forma destacável a uma coluna de direção (22) através de um grampo removível (82).
4. Estrutura de conversão (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a estrutura de polia (34), que pode ser conectada ao eixo mecânico (20), pode ser conectada ao eixo mecânico (20) por uma inserção substituível (110) que pode ser substituído com a finalidade de fixar a estrutura de polia (34) para conectá-a a diferentes eixos de mecânicos (20).
5. Estrutura de conversão (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a conexão de acionamento entre o motor (40) e a estrutura de polia (34) compreende uma corrente ou uma correia.
6. Estrutura de conversão (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o processador (50) recebe uma entrada de correção em tempo real (RTK).
7. Estrutura de conversão (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o processador (50) é conectado a um módulo de compensação do terreno (TCM) (65) que corrige os dados do GPS em relação ao ângulo de rolagem e guinado quando o veículo (10) está movendo-se sob terreno irregular.