ES2201956T3 - Sistema y procedimiento de direccion de momento de torsion controlado. - Google Patents
Sistema y procedimiento de direccion de momento de torsion controlado.Info
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Abstract
Sistema de dirección de momento de torsión controlado (10) para un sistema hidráulico de dirección asistida bajo demanda y comprendiendo: medios de selección (24) de una cantidad previamente determinada de asistencia deseada en la dirección; un sensor del momento de torsión (12) para detectar un momento de torsión del árbol del volante y establecer una señal indicativa del mismo; un control (18) en comunicación y sensible a dichos medios de selección (24) y dicho sensor del momento de torsión (12) para recibir la señal del momento de torsión del mismo, dicho control estando provisto de medios para procesar la señal del momento de torsión (14, 16) para generar una señal de salida de control, dichos medios de procesamiento (14, 16) de dicho control incluyendo medios para retrasar (16) el tiempo de respuesta de la señal de salida de control para proporcionar la señal de salida de control a un régimen previamente establecido y medios para variar el flujo (20) de fluido hidráulico a una unidad de dirección (22), dichos medios de variación del flujo (20) estando en comunicación con dicho control (18) y sensibles a la señal de salida del mismo
Description
Sistema y procedimiento de dirección de momento
de torsión controlado.
La presente invención se refiere en general a un
sistema de dirección de un vehículo y más específicamente a un
sistema de dirección de momento de torsión controlado para un
sistema hidráulico de dirección asistida bajo demanda.
Existe una amplia variedad de sistemas de
dirección empleados en vehículos. Los primeros sistemas de dirección
utilizados en los vehículos eran sistemas de dirección manual.
Algunos de estos tipos empleaban un engranaje de tornillo sin fin y
rodillo Gemmer y un engranaje de bolas de recirculación. Los
sistemas de dirección manuales han sido utilizados en muchos
automóviles hasta muy avanzados los años 1970.
Los sistemas de dirección de potencia de
cremallera y piñón (asistidos no variables) son todavía ampliamente
utilizados en la actualidad. Éstos son principalmente sistemas
hidráulicos que pueden incluir un engranaje de bolas de
recirculación con una cremallera y un piñón.
Más recientemente, los sistemas de dirección
asistida de potencia variable han sido desarrollados e implantados
tan recientemente como en 1988. Este diseño es una mejora sobre los
sistemas de dirección de potencia convencionales y proporcionan las
ventajas de una mejor sensación de la carretera y una economía
incrementada de combustible. Los sistemas de dirección asistida de
potencia variable utilizan un accionamiento o sistema de orificio
electrónicamente variable (EVO-Electronic Variable
Orifice), un control y un sensor de la velocidad del volante o
manual. La velocidad del vehículo se introduce en el control del
sistema EVO de forma que a medida que cambie la velocidad del
vehículo cambiará la asistencia a la dirección para proporcionar una
experiencia de la conducción más controlada.
Es conocido que en un sistema hidráulico de
dirección bajo demanda utiliza menos potencia que un sistema de
dirección de potencia convencional.
Estos sistemas de dirección de potencia recientes
han incluido direcciones sensibles a la velocidad las cuales
aumentan las fuerzas de la dirección manual o la sensación del
conductor a velocidades elevadas del vehículo reduciendo el fluido
hidráulico que fluye a través de las válvulas de control a fin de
reducir la ganancia de la válvula. Ejemplos de sistemas de dirección
asistida de potencia variable se describen en los documentos
US-A-5,133,424 y
US-A-4,877,099 de los cuales la
patente americana US Nº 4,877,099, la cual se contempla como la
técnica anterior más cercana, describe un sistema de dirección
asistida de potencia variable controlado electrónicamente que
comprende un sensor del momento de torsión para detectar un momento
de torsión del árbol del volante y establecer una señal indicativa
del mismo y un control en comunicación y sensible a dicho sensor del
momento de torsión para recibir la señal del momento de torsión del
mismo, dicho control estando provisto de medios para procesar la
señal del momento de torsión para generar una señal de salida de
control. Además, están provistos medios para variar el flujo de
fluido hidráulico a la unidad de dirección, dichos medios de
variación del flujo estando en comunicación con dicho control y
siendo sensibles a la señal de salida del mismo. El documento
US-A-4,702,335 describe un aparato
de control para un sistema de dirección de potencia que comprende
una válvula de control del flujo accionada eléctricamente que varía
la asistencia de potencia disponible, un sensor de velocidad para
generar una señal indicativa de la velocidad del vehículo y un
conmutador selector para seleccionar una de una pluralidad de
opciones de control de la asistencia de potencia.
En un sistema hidráulico de dirección asistida
bajo demanda, generalmente el sistema incluye un cilindro de
potencia hidráulica acoplado al mecanismo de conexión y una bomba o
fuente de fluido hidráulico a presión. Un mecanismo de válvula
dirige el fluido hidráulico desde la bomba al cilindro hidráulico de
potencia en relación con la magnitud y la dirección del momento de
torsión de la dirección aplicado al volante. De esta manera, existe
una fuerza de asistencia a la dirección hidráulicamente generada en
el mecanismo de conexión la cual ayuda al operario del vehículo.
A bajas velocidades del vehículo, es probable que
se requiera un nivel relativamente alto de asistencia a la dirección
y el flujo hidráulico se mantiene a un nivel relativamente alto bajo
tales condiciones para proporcionar esta capacidad. A elevadas
velocidades del vehículo, es probable que se requiera un nivel
relativamente bajo de asistencia a la dirección y el flujo
hidráulico se reduce. Potencialmente, esto puede efectuar ahorros de
energía y puede mejorar la estabilidad en el centro del
vehículo.
El documento
US-A-5,725,023 describe un sistema
de dirección de potencia de presión electrónicamente variable con
una válvula y un sensor de control.
Otros sistemas de dirección asistida de potencia
variable se describen en las siguientes patentes:
US-A-5,307,892;
US-A-5,207,780;
US-A-4,828,065;
US-A-4,471,811;
US-A-4,643,227 y
US-A-4,629,025. Otras patentes
relacionadas con esta descripción incluyen:
US-A-5,513,832;
US-A-5,513;
US-A-5,261,637 y
US-A-4,947,893. El documento
EP-A-00896331 describe un sistema de
control de la dirección para un vehículo automóvil o similar y más
específicamente un sistema en el cual las ruedas traseras se dirigen
de una manera que atenúe el movimiento oscilatorio lateral y mejore
el manejo del vehículo durante el viraje o similar. Un retraso el
cual puede tomar la forma de una limitación del flujo hidráulico, un
circuito de retraso electrónico adecuado se interpone entre un
dispositivo el cual emite una señal de salida indicativa de que las
ruedas delanteras están siendo dirigidas y un dispositivo el cual
está funcionalmente conectado con las ruedas traseras y el cual
varía la orientación de las ruedas traseras de una manera que
"dirija" las mismas en respuesta a la señal retrasada para
controlar la oscilación lateral del vehículo.
Cuando un sensor del momento de torsión colocado
en el árbol del volante emite una salida de señal del momento de
torsión, el control electrónico generalmente emite una salida de
señal de mandato al sistema de orificio electrónicamente variable
(EVO) lo cual resulta en más flujo al engranaje de la dirección. Sin
embargo, cuando la demanda de momento de torsión decrece o es menor,
puede ocurrir una oscilación la cual está causada por la electrónica
o la hidráulica inestables.
Por lo tanto, existe todavía la necesidad de un
sistema que resuelve los problemas de tales oscilaciones para
proporcionar un sistema de dirección más estable mejor
controlado.
La presente invención se dirige a resolver los
problemas anteriormente mencionados, así como otros, proporcionando
un sistema de dirección de momento de torsión controlado para un
sistema hidráulico de dirección asistida bajo demanda que retrasa o
reduce la señal de salida para el sistema del orificio
electrónicamente variable. La presente invención mitiga las
oscilaciones causadas por las fluctuaciones en la demanda de momento
de torsión las cuales se creen que están causadas por la
electrónica, la hidráulica inestable, o similar.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de dirección de momento de torsión
controlado que emplea un control en comunicación y sensible a medios
de selección para seleccionar una cantidad predeterminada de
asistencia deseada en la dirección. El control recibe una señal del
momento de torsión de un sensor del momento de torsión y procesa la
señal del momento de torsión para generar una señal de salida de
control que está retrasada o reducida a un régimen establecido a
medios para variar el flujo de fluido hidráulico a una unidad de
dirección cuando se activa.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de dirección de momento de torsión
controlado que emplea medios que pueden ser accionados por el
usuario para seleccionar una cantidad predeterminada de asistencia
deseada en la dirección.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar un sistema de dirección de momento de torsión
controlado que incluye medios automáticos para seleccionar una
cantidad determinada de asistencia deseada en la dirección.
Todavía un objeto adicional de la presente
invención es proporcionar un sistema de dirección de momento de
torsión controlado para un vehículo el cual incluye medios para
retrasar y reducir el tiempo de respuesta de la señal de salida de
control para proporcionar la señal de salida de control a un
orificio electrónicamente variable a un régimen previamente
establecido.
Todavía un objeto adicional de la presente
invención es proporcionar un procedimiento para controlar la
dirección con un sistema hidráulico de dirección asistida bajo
demanda que comprende los pasos de seleccionar una cantidad
predeterminada de asistencia deseada en la dirección, detectar el
momento de torsión en el árbol del volante con un sensor del momento
de torsión y establecer una señal indicativa del mismo, recibir la
señal del momento de torsión con un control en comunicación con el
sensor del momento de torsión, que genera una señal de salida de
control a un régimen previamente establecido cuando el control está
activado y que varia el flujo de fluido hidráulico a una unidad de
dirección sensible a la señal de salida de control.
Todavía un objeto adicional de la presente
invención es proporcionar un procedimiento para controlar la
dirección con un sistema hidráulico de dirección asistida bajo
demanda que permite a medios que pueden ser accionados por el
usuario seleccionar una cantidad predeterminada de asistencia
deseada en la dirección.
Todavía un objeto adicional de la presente
invención es proporcionar un procedimiento para controlar la
dirección con un sistema hidráulico de dirección asistida bajo
demanda que emplea medios automáticos para determinar la cantidad de
asistencia deseada en la dirección.
Las diversas características novedosas que
caracterizan la invención se indican en las reivindicaciones anexas
y que forman parte de esta descripción. Para una mejor comprensión
de la invención, sus ventajas funcionales y los objetos específicos
alcanzados con su utilización, se hace referencia a los dibujos y a
la descripción que se acompañan en los cuales se ilustra una
realización preferida de la invención.
La figura 1 es una vista en perspectiva,
parcialmente de forma esquemática, que representa un sistema de
dirección asistida de potencia variable conocido.
La figura 2 es una vista en alzado lateral,
parcialmente de forma esquemática, que representa el sistema de
dirección asistida de potencia variable conocido con una válvula de
control conocida.
La figura 3 es un diagrama de bloques esquemático
de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama de flujo lógico del
sistema de dirección de momento de torsión controlado de acuerdo con
la presente invención.
La figura 5 es un circuito acondicionador de
momento de torsión conocido empleado en el sistema de dirección de
la presente invención. Y
La figura 6 es la entrada de tensión a un
convertidor de salida de corriente para retrasar y reducir la señal
de salida de control de acuerdo con la presente invención.
Con referencia a las figuras, en la que números
iguales designan características iguales o similares a través de las
diversas vistas, y particularmente primero a la figura 1, se
representa un sistema de dirección asistida de potencia variable
conocido. El sistema de dirección de potencia incluye una válvula de
control 21, un árbol de piñón no sumiso 23, un engranaje de piñón
25, una cremallera 27, un cilindro de dirección 29, una bomba de
dirección 31, un depósito de fluido de dirección 33, un sensor 35,
una unidad de control eléctrica 37 y un volante accesible por el
operario 39. El volante 39 tiene un árbol de dirección 41 fijado al
mismo acoplado a un árbol del piñón 23 a través de una pluralidad de
acoplamientos 51, 53 y 55. De este modo, cuando el operario o el
conductor gira el volante 39, el árbol de dirección 41, el árbol del
piñón 23 y el engranaje de piñón 25 girarán conjuntamente con el
mismo. El engranaje de piñón 25 está engranado con el segmento
dentado de una cremallera 27 de tal forma que el movimiento
giratorio del árbol del piñón 23 se transforma en un movimiento
lineal de la cremallera 27 en el interior del cilindro de dirección
29. Este conjunto de piñón y cremallera es de un tipo convencional
que emplea un pistón integral acoplado para el movimiento con la
cremallera 27. La válvula 21 dirige el flujo de fluido de la
dirección de potencia y controla la presión del fluido para reducir
el esfuerzo de la dirección. La diferencia en la presión del fluido
de la dirección en cada lado del pistón asiste al movimiento de la
cremallera 27, complementado de ese modo selectivamente las fuerzas
manuales aplicadas a través de la interfaz mecánica entre la
cremallera 27 y el engranaje de piñón 25 y reduciendo los esfuerzos
de giro. El fluido en la parte opuestamente comprimida del cilindro
de dirección 29 es forzado de vuelta dentro de la válvula 21 y
dentro del depósito 33. Cuando para el esfuerzo de dirección, la
válvula de control 21 causa que la presión se equilibre en ambos
lados del pistón de tal forma que la rueda delantera vuelve a la
posición recta hacia delante o neutra.
Mientras el sistema de dirección de momento de
torsión controlado de la presente invención encuentra una
aplicabilidad particular en el sistema de dirección asistida de
potencia variable descrito anteriormente, se hará inmediatamente
evidente que la presente invención se puede emplear en cualquier
otro sistema hidráulico de dirección asistida bajo demanda.
El sistema de dirección de momento de torsión
controlado de acuerdo con la presente invención se designa
globalmente con 10 como se representa en la figura 3. En la figura
3, el sistema de dirección de momento de torsión controlado 10 de la
presente invención emplea un sensor del momento de torsión 12
funcionalmente conectado al árbol del volante y establece una señal
basada en el giro del mismo. El sensor del momento de torsión 12
puede estar montado de una manera similar a aquella del sensor 35
representado en la figura 2. El sensor del momento de torsión 12 es
preferiblemente un transductor de una variedad magnetoelástica como
se describe en la patente americana US Nº 5,351,555 titulada
"Sensor de momento de torsión sin contacto circularmente
magnetizado y procedimiento para medir el momento de torsión
utilizando el mismo". Puede ser uno descrito en la patente
americana US Nº 4,896,544 titulada "Transductor de momento de
torsión magnetoelásatico"; en la patente americana US Nº
5,123,279 titulada "Transductor para un sistema de dirección de
potencia de accionamiento electromotriz", o similar. Con
referencia otra vez a la figura 2, el transductor 35 está
eléctricamente conectado a un suministro de energía 501 y tiene un
segundo par de conductores eléctricos conectados para enviar una
señal a una unidad de control eléctrica.
Con referencia otra vez a la figura 3, la señal
del momento de torsión se transmite a un circuito acondicionador del
momento de torsión 14 en donde es procesada en una señal de salida
de tensión de salida de alta impedancia en donde es adicionalmente
procesada con el procesador de señal 16. Un control 18, el cual
puede ser similar en construcción a la unidad de control electrónico
37, en comunicación con el procesador de la señal 16, el circuito
acondicionador del momento de torsión 14 y el sensor del momento de
torsión 12 recibe la señal del momento de torsión procesada y genera
una señal de salida de control del mismo. Mientras cada uno de estos
dispositivos está descrito como una unidad distinta en el diagrama
de bloques de la figura 3 se entenderá que el circuito
acondicionador del momento de torsión 14 y el procesador de la señal
16 pueden estar integrados en el control 18. El control 18 es
preferiblemente un microprocesador pero puede alternativamente ser
un dispositivo analógico o bien otro similar. El control 18 también
puede opcionalmente recibir una señal de la velocidad del vehículo
de un sensor de velocidad 13 como por ejemplo un sensor de velocidad
de imán permanente acoplado al árbol de transmisión del vehículo. El
control 18 emplea diversas fórmulas para calcular la corriente
deseada en el solenoide como una función de la velocidad, como
aquellas descritas en la patente americana US Nº 4,629,025. La señal
de salida de control se aplica o se libera a un régimen previamente
establecido cuando el sistema de dirección de momento de torsión
controlado 10 de la presente invención está en estado activado como
se describirá aquí más adelante y se envía a medios para variar el
flujo de fluido hidráulico como por ejemplo un sistema de orificio
electrónicamente variable 20. Un sistema de orificio
electrónicamente variable 20 adecuado se describe en la patente
americana US Nº 5,725,023. Fluido hidráulico desde un depósito
similar a aquél 33 descrito en la figura 1 se suministra entonces a
la unidad de dirección 22 de una manera conocida. La unidad de
dirección 22 es muy conocido por aquellos expertos en esta técnica y
una unidad de dirección representativa se representa en la figura 1
y se describe adicionalmente en la patente americana US Nº
5,725,023. Por supuesto, el sistema de dirección de momento de
torsión controlado 10 de la presente invención puede ser empleado en
cualquier sistema hidráulico de dirección bajo demanda.
El sistema de dirección de momento de torsión
controlado 10 incluye medios de selección 24 que seleccionan una
cantidad predeterminada de asistencia deseada en la dirección. Los
medios de selección 24 pueden ser accionados por el usuario como se
describe con el conmutador 26 o bien otros medios de acoplamiento.
Alternativamente, los medios de selección 24 pueden incluir medios
automáticos 28 para determinar la asistencia deseada en la
dirección, por ejemplo, sobre la base de la velocidad de un vehículo
a partir del sensor de la velocidad del vehículo 13. Los medios que
pueden ser accionados por el usuario 26 en la realización preferida
incluyen medios de entrada del usuario 52 como por ejemplo un
conmutador seleccionable que permite la selección de una cantidad
máxima o mínima de asistencia deseada.
Con referencia a continuación a la figura 4, se
ilustra por medio de un diagrama de flujo lógico la estrategia de
control de la presente invención. Inicialmente, a partir de la
posición de arranque 30 un operario de un vehículo tiene la
capacidad, a través de los medios de selección 24 como se representa
mediante el bloque de decisión 32, de decidir si acoplar el sistema
de dirección de momento de torsión controlado 10 en una posición o
estado activado, o permitir que esté activa la dirección asistida de
potencia variable del fabricante del vehículo. El operario puede
simplemente escoger utilizar el sistema hidráulico de dirección
asistida bajo demanda proporcionado por el fabricante del equipo
original (OEM-Original
Equipment Manufacturer). Los medios de selección 24 pueden incluso incluir la opción de desacoplar la dirección asistida variable suministrada por el OEM. Esto proporcionará un sistema de dirección similar a aquel de un sistema de dirección de potencia convencional. En la figura 2, esta decisión se describe mediante la línea etiquetada con NO la cual está conectada al sistema hidráulico de dirección asistida bajo demanda que se encuentra en el vehículo descrito como el bloque de instrucción 34. Si el operario del vehículo decide acoplar el sistema de dirección de momento de torsión controlado 10, entonces la línea etiquetada con SÍ ilustra los pasos lógicos restantes de la estrategia de control. El bloque de instrucción 36 etiquetado como entrada del sensor del momento de torsión se provee al bloque de decisión 38. Si se seleccionan los medios que pueden ser accionados por el usuario 26, entonces en la realización preferida los medios de entrada del usuario 52 permiten que el operario especifique el tipo de asistencia requerida en el bloque de decisión 38. Por ejemplo, si se desea menos asistencia, los medios de selección 24 permiten al usuario seleccionar la línea etiquetada "Menos asistencia" como se representa en la figura 4. Como resultado, el bloque de instrucción 40 instruye al sistema 10 para que reduzca la asistencia a un régimen específico el cual se puede programar sobre la base de cálculos predeterminados dentro del control 18. Por otra parte, el operario del vehículo puede escoger requerir mayor asistencia como se representa mediante la línea etiquetada "Mayor asistencia" la cual instruirá al bloque de instrucción 42 para que aumente la asistencia a una ganancia proporcional o régimen específico sobre la base de las instrucciones programadas, o incluso la velocidad o el momento de torsión del vehículo. El bloque de instrucción 44 representa los medios de variación del flujo 20 que reciben las señales y preferiblemente incluyen un sistema de orificio electrónicamente variable, como por ejemplo aquel descrito con referencia otra vez a las figuras 1 y 2.
Equipment Manufacturer). Los medios de selección 24 pueden incluso incluir la opción de desacoplar la dirección asistida variable suministrada por el OEM. Esto proporcionará un sistema de dirección similar a aquel de un sistema de dirección de potencia convencional. En la figura 2, esta decisión se describe mediante la línea etiquetada con NO la cual está conectada al sistema hidráulico de dirección asistida bajo demanda que se encuentra en el vehículo descrito como el bloque de instrucción 34. Si el operario del vehículo decide acoplar el sistema de dirección de momento de torsión controlado 10, entonces la línea etiquetada con SÍ ilustra los pasos lógicos restantes de la estrategia de control. El bloque de instrucción 36 etiquetado como entrada del sensor del momento de torsión se provee al bloque de decisión 38. Si se seleccionan los medios que pueden ser accionados por el usuario 26, entonces en la realización preferida los medios de entrada del usuario 52 permiten que el operario especifique el tipo de asistencia requerida en el bloque de decisión 38. Por ejemplo, si se desea menos asistencia, los medios de selección 24 permiten al usuario seleccionar la línea etiquetada "Menos asistencia" como se representa en la figura 4. Como resultado, el bloque de instrucción 40 instruye al sistema 10 para que reduzca la asistencia a un régimen específico el cual se puede programar sobre la base de cálculos predeterminados dentro del control 18. Por otra parte, el operario del vehículo puede escoger requerir mayor asistencia como se representa mediante la línea etiquetada "Mayor asistencia" la cual instruirá al bloque de instrucción 42 para que aumente la asistencia a una ganancia proporcional o régimen específico sobre la base de las instrucciones programadas, o incluso la velocidad o el momento de torsión del vehículo. El bloque de instrucción 44 representa los medios de variación del flujo 20 que reciben las señales y preferiblemente incluyen un sistema de orificio electrónicamente variable, como por ejemplo aquel descrito con referencia otra vez a las figuras 1 y 2.
El sensor del momento de torsión 12 proporciona
una señal de momento de torsión la cual es preferiblemente una señal
de 0-5 voltios (V) al circuito acondicionador del
momento de torsión 14 representado en la figura 5. La señal del
sensor del momento de torsión se suministra como una señal de
entrada de tensión 46. La señal del momento de torsión es
preferiblemente indicativa de la posición del volante. Por ejemplo,
una señal de aproximadamente 2,5 voltios es indicativa de que no
está siendo aplicado momento de torsión al volante. Esto es, que el
volante está colocado de forma que las ruedas están substancialmente
rectas. A medida que se gira el volante hacia la derecha, la tensión
oscila entre positiva o negativa dependiendo de la dirección del
movimiento de la rueda como es conocido en esta técnica. El circuito
acondicionador del momento de torsión 14 el cual es conocido en esta
técnica toma la señal de 0-5 voltios y proporciona
una señal de tensión de salida de alta impedancia. Mientras el
circuito acondicionador del momento de torsión 14 como se representa
en la figura 3 está representado situado fuera del control 18, se
entenderá rápidamente que el circuito acondicionador del momento de
torsión 14 puede estar incorporado dentro del control. La señal del
sensor del momento de torsión 46 es enviada primero al amplificador
funcional 48. El amplificador funcional 48 es preferiblemente un
amplificador funcional LM2902 comercialmente disponible a partir de
National Semiconductor Corporation. La entrada de inversión (-) del
amplificador funcional 48 recibe la señal del sensor del momento de
torsión. El amplificador funcional 48 y los circuitos asociados
proporcionan una detección del valor absoluto. La tensión de salida
del amplificador funcional 48 es siempre positiva y de ese modo es
lo que se denomina o se conoce como un detector de valor absoluto.
Un valor fijo de la tensión de aproximadamente 2,5 voltios es
suministrado a la entrada de no inversión (+) del amplificador
funcional 48. Cuando el momento de torsión es cero, lo cual
significa que el volante no está siendo movido, no hay diferencia en
la tensión de salida del amplificador funcional 48. Las resistencias
54, 56 y 58 están funcionalmente conectadas como se representa en la
disposición del circuito. En la realización preferida, las
resistencias 54, 56, 58 y 60 son resistencias de 100 k ohm. Pequeños
diodos de señal 62, 64 están funcionalmente conectados para
proporcionar siempre una tensión de salida positiva. Un diodo
adecuado es un diodo 1N4148 disponible a partir de National
Semiconductor Corporation. La resistencia 66 la cual es
preferiblemente en este ejemplo una resistencia de 200 k ohm está
también funcionalmente conectada al mismo. Se hará inmediatamente
evidente que se pueden emplear otros valores de las resistencias y
los provistos lo son con fines ilustrativos de la presente
realización.
El amplificador funcional 68 recibe la tensión de
salida en su clavija de inversión. La clavija de no inversión del
amplificador funcional 68 tiene también una tensión fija aplicada a
la misma similar a la clavija de no inversión del amplificador
funcional 48. La tensión fija está suministrada por una batería en
la entrada de la línea 50, preferiblemente la batería es una batería
de un vehículo. La línea de tensión fija incluye resistencias 70,
72, 74 conectadas en serie. La tensión fija aplicada a la clavija de
no inversión de los amplificadores funcionales 48, 68 está conectada
a una línea que está conectada a masa a través de la resistencia 76
e incluye un diodo Zener 110 para establecer una tensión de
referencia de preferiblemente una tensión de aproximadamente 5
voltios. Las resistencias 74 y 76 actúan para dividir esa tensión de
referencia en aproximadamente la mitad para los amplificadores 48,
68. Una tensión de referencia de preferiblemente 5 voltios se aplica
también al sensor del momento de torsión como es conocido. El
amplificador funcional 68 amplifica la salida y proporciona un valor
umbral ajustable con su conexión funcional al potenciómetro 78. El
potenciómetro 78 está conectado a masa a través de la resistencia
80. Una resistencia de retroalimentación negativa 82 está colocada
en el interior del circuito. La resistencia 84 está funcionalmente
conectada al potenciómetro 78 y al amplificador 68. Se añade al
desplazamiento para ajustar el valor umbral. El ajuste del umbral
del potenciómetro 78 se puede ajustar automática o manualmente para
depender de la velocidad o bien de otros parámetros que se puedan
seleccionar. De acuerdo con ello, puede ser desplazado hacia arriba
o hacia abajo dinámicamente y puede ser sensible al campo del
volante o de cualquier otro parámetro deseado. Las resistencias 74 y
76 son preferiblemente resistencias de 47 k ohm. La resistencia 72
es una resistencia de 470 ohm y la resistencia 70 es una resistencia
de 100 ohm. La resistencia 80 es una resistencia de 20 k ohm, la
resistencia 84 es una resistencia de 300 k ohm y la resistencia 82
es una resistencia de 1 M ohm. La resistencia en el potenciómetro 78
tiene un valor de la resistencia de 10 k ohm.
En la siguiente etapa del circuito, el
amplificador funcional 86 recibe la señal en su clavija de no
inversión y se emplea para amplificar la etapa y proporcionar un
ajuste del establecimiento de la ganancia. El amplificador funcional
86 establece la ganancia y es ajustable con el potenciómetro 88 el
cual está funcionalmente conectado y conectado a masa a través de la
resistencia 90 a la clavija de inversión del amplificador funcional
86.
La resistencia 90 tiene una resistencia de
preferiblemente 100 k ohm y el potenciómetro 88 tiene un valor de la
resistencia de 1 M ohm. El amplificador funcional 92 recibe la señal
de ganancia ajustada del amplificador funcional 86 a través de la
resistencia 94. El amplificador funcional 92 recibe la señal en la
clavija de inversión del mismo y determina el nivel máximo alcanzado
con el circuito. El amplificador funcional 92 en su clavija de no
inversión está preferiblemente conectado al conmutador 96 que en una
posición simula una señal determinada como por ejemplo una señal de
velocidad con el empleo de un potenciómetro 98. El conmutador 96 es
preferiblemente un conmutador que puede ser accionado por el
operario, o puede ser automático. El conmutador 96 preferiblemente
incluye un interruptor basculante 100 el cual puede conmutarse en
una posición indicada como EN MARCHA en 101 para activar el sistema
de dirección de momento de torsión controlado de acuerdo con la
presente invención, o alternativamente en su posición EN PARO en 103
para desactivar el sistema asistido variable, o todavía en otra
posición 105 para utilizar la señal de entrada de la velocidad real
la cual es una entrada analógica para hacer ajustes en la dirección
sobre la base de la misma. La señal de entrada analógica de la
velocidad es suministrada en la línea 102 al conmutador 96. La señal
102 está conectada a masa a través de la línea 104. El potenciómetro
98 permite el ajuste con una señal de la velocidad simulada o bien
con otros parámetros. El conmutador 96 permite al sistema de
dirección asistida variable que sea desacoplado en la posición 103 o
meramente emplee la entrada de la velocidad real. Los condensadores
106, 108 son condensadores de filtrado que facilitan la reducción o
la eliminación del ruido eléctrico para proporcionar una corriente
continua (DC) más limpia. El circuito acondicionador del momento de
torsión 14 representado en al figura 5 proporciona una señal de
salida de la tensión de salida de alta impedancia que
preferiblemente varía en la gama de 0 a 5 voltios en la salida
112.
En la realización preferida, las resistencias 94
y 93 tienen una resistencia de 100 k ohm. El potenciómetro 98 tiene
una resistencia de 100 k ohm. Mientras el conmutador 96 se
representa como un conmutador que puede ser accionado por el
usuario, se hará inmediatamente evidente que el conmutador 96 puede
estar programado o controlado a través de un microprocesador como
por ejemplo el control 18 o bien otro medio adecuado de forma que
sea automático y se base tanto en parámetros establecidos como por
la interacción del usuario. También, los valores de la resistencia
establecidos aquí lo son para la realización preferida y otras
realizaciones pueden incluir otros valores de la resistencia.
Volviendo a continuación a la figura 6, también
se representa un esquema de un circuito adecuado 16 que procesa la
señal del momento de torsión como está condicionada por el circuito
14 de la figura 5 y con la utilización del control 18 genera una
señal de salida de control a un régimen previamente establecido
cuando se activa el sistema de dirección de momento de torsión
controlado. La señal de tensión de salida de impedancia
relativamente alta 112 está conectada a través de la resistencia 114
en donde una parte de la señal es derivada por el potenciómetro 116
y es suministrada como una entrada a la clavija de no inversión del
amplificador funcional 118. La salida del amplificador funcional 118
alimenta directamente dentro de la base del transistor 120 tal como
preferiblemente un transistor Darlington, TIP111 comercialmente
disponible a partir de National Semiconductor Corporation. El emisor
del transistor 120 envía una señal que pasa a través de una
resistencia de 1 watio - 1 ohm 122 la cual está conectada a masa
como se ha indicado. Una corriente de salida de la carga desde los
medios de variación del flujo de fluido hidráulico como por ejemplo
un EVO 20 es enviada a la entrada de inversión del amplificador
funcional 118 y es comparada con la señal de tensión de salida del
momento de torsión por el amplificador funcional 118. La salida del
transistor 120 está provista a la carga 20 como corriente la cual es
directamente proporcional a la señal de entrada en tensión. En el
orificio electrónicamente variable 20 la carga puede incluir un
solenoide de control, el cual puede ser similar en construcción a
aquél del solenoide 201 como se representa en la figura 2 y se
describe en la patente americana US Nº 5,725,023, para que el
orificio electrónicamente variable regule el flujo de fluido
hidráulico. La entrada de tensión al convertidor de corriente de
salida representado en la figura 6 se alimenta a través de la
batería del vehículo 50 y el circuito incluye un suministro de
fuente de energía 124 para alimentar el amplificador funcional 118.
El condensador de filtrado 126 está provisto para eliminar el ruido
de la línea. La resistencia 128 está funcionalmente conectada al
mismo. El diodo 130, la resistencia 132 y el condensador 134
proporcionan el retraso o establecen la reducción y es ajustable con
el condensador de la constante de tiempo 134. Esta es la parte de
desviación de este circuito. El procesador de señal 16 retrasa la
aplicación de la señal de salida de control en una dirección
preferiblemente con la parte de desviación. El procesador de señal
16 tanto puede retrasar la aplicación de la señal de salida de
control como simplemente puede liberar la señal de salida de
control. Se prefiere el retraso de la aplicación. La corriente de
carga aplicada al solenoide puede estar supervisada en 136 con
medios adecuados o un calibre como por ejemplo un medidor de la
tensión. La resistencia 138 aísla el medidor del circuito.
Debe entenderse que en la presente invención se
puede utilizar cualquier procesador de señal adecuado que funcione
como una entrada de tensión a un convertidor de corriente de salida.
Este procesamiento de la señal proporciona un sistema de dirección
de momento de torsión controlado más estable.
En la realización preferida, la resistencia 114
es una resistencia de 39 k ohm. Las resistencias 132, 140 y 138 son
resistencias de 1 k ohm. El diodo 130 es un diodo de señal pequeña
IN4148 disponible a partir de National Semiconductor Corporation. La
resistencia 128 es una resistencia de 470 ohm. El potenciómetro 116
tiene un valor de la resistencia de 10 k ohm. Otra vez, estos
valores se proporcionan para ilustrar una realización preferida. La
presente invención no se pretende que se limite a la misma. Una
realización alternativa puede incluir el empleo de resistencias
fijas una vez se hayan determinado o establecido los valores del
potenciómetro. Otros medios de procesamiento de la señal adecuados
pueden ser empleados para conseguir los objetos establecidos
aquí.
La presente invención es particularmente adecuada
para un sistema hidráulico de dirección bajo demanda y es una mejora
sobre los sistemas de dirección de potencia de orificio
electrónicamente variable que están actualmente disponibles
comercialmente. Las ventajas sobre otros sistemas de dirección de
momento de torsión no controlado incluyen ahorro de combustible, una
mejor sensación global de la dirección, reducida variabilidad del
bandeo del vehículo y elimina el requisito de un sensor de la
velocidad del volante de mano.
El funcionamiento del sistema de dirección de
momento de torsión controlado de la presente invención es
relativamente sencillo. Cuando el operario está conduciendo en línea
recta, el caudal del fluido hidráulico es mínimo. A medida que el
operario empieza a girar, el sistema de dirección detecta un aumento
del momento de torsión y lo compensa aumentando el caudal. Durante
el giro, el sistema inmediatamente alcanza un período de equilibrio
cuando el operario acaba el giro, el sistema detecta la reducción
del momento de torsión y empieza a disminuir el caudal. Mientras se
conduce en línea recta, el caudal vuelve al mínimo.
El sistema de dirección de momento de torsión
controlado de la presente invención reduce la oscilación
presumiblemente causada por la electrónica y la hidráulica
inestables proporcionando un retraso o reducción de la señal de
salida de control de mandato a régimen más lento. Por el contrario,
si el operario desea la sensación de una dirección de potencia
convencional, esto se puede conseguir utilizando medios de selección
24 para desactivar el sistema de dirección de momento de torsión
controlado y posiblemente incluso el sistema de orificio
electrónicamente variable. Alternativamente, se pueden emplear
medios de selección 24 para proporcionar la utilización de la
entrada de la velocidad del vehículo como señal al control de
dirección para mandar una estrategia diferente. Medios que pueden
ser accionados por el usuario 26 permiten al operario seleccionar el
sistema de dirección de momento de torsión controlado y
adicionalmente conjuntamente con los medios de entrada del usuario
52 permiten al operario controlar cuánta asistencia.
Mientras se ha representado y descrito en detalle
una realización específica de la invención para ilustrar la
aplicación de los principios de la presente invención, se entenderá
que la invención se puede realizar como se define en el ámbito de
las reivindicaciones anexas.
Claims (16)
1. Sistema de dirección de momento de torsión
controlado (10) para un sistema hidráulico de dirección asistida
bajo demanda y comprendiendo:
medios de selección (24) de una cantidad
previamente determinada de asistencia deseada en la dirección;
un sensor del momento de torsión (12) para
detectar un momento de torsión del árbol del volante y establecer
una señal indicativa del mismo;
un control (18) en comunicación y sensible a
dichos medios de selección (24) y dicho sensor del momento de
torsión (12) para recibir la señal del momento de torsión del mismo,
dicho control estando provisto de medios para procesar la señal del
momento de torsión (14, 16) para generar una señal de salida de
control, dichos medios de procesamiento (14, 16) de dicho control
incluyendo medios para retrasar (16) el tiempo de respuesta de la
señal de salida de control para proporcionar la señal de salida de
control a un régimen previamente establecido y
medios para variar el flujo (20) de fluido
hidráulico a una unidad de dirección (22), dichos medios de
variación del flujo (20) estando en comunicación con dicho control
(18) y sensibles a la señal de salida del mismo
2. Sistema de dirección de momento de torsión
controlado como se indica en la reivindicación 1 en el que dichos
medios de selección comprenden medios que pueden ser accionados por
el usuario (26) para seleccionar una cantidad previamente
determinada de asistencia deseada en la dirección.
3. Sistema de dirección de momento de torsión
controlado como se indica en la reivindicación 2 en el que dichos
medios que pueden ser accionados por el usuario comprenden un
conmutador.
4. Sistema de dirección de momento de torsión
controlado como se indica en la reivindicación 1 en el que dichos
medios de selección (24) comprenden medios automáticos (28) para
determinar una cantidad de asistencia deseada en la dirección sobre
la base de la velocidad del vehículo.
5. Sistema de dirección de momento de torsión
controlado como se indica en la reivindicación 1 en el que dichos
medios de retraso (16) comprenden una entrada de tensión a un
convertidor de corriente de salida.
6. Sistema de dirección de momento de torsión
controlado como se indica en la reivindicación 1 adicionalmente
comprendiendo medios de entrada del usuario (52) para seleccionar
una cantidad deseada de asistencia.
7. Sistema de dirección de momento de torsión
controlado como se indica en la reivindicación 1 en el que dichos
medios para variar el flujo (20) de fluido hidráulico comprenden un
orificio electrónicamente variable.
8. Procedimiento para controlar una dirección con
un sistema hidráulico de dirección asistida bajo demanda,
comprendiendo los pasos de:
seleccionar (20) una cantidad previamente
determinada de asistencia deseada en la dirección;
detectar el momento de torsión en el árbol del
volante con un sensor del momento de torsión (12) y establecer una
señal indicativa del mismo;
recibir la señal del momento de torsión con un
control (18) en comunicación con el sensor del
momento de torsión (12);
momento de torsión (12);
generar una señal de salida de control, el paso
de generación comprendiendo el paso de retrasar (16) la señal de
salida de control y
variar el flujo de fluido hidráulico (20) a una
unidad de dirección (22) sensible a la señal de salida de control
con medios para variar el flujo de fluido hidráulico (20).
9. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 8 en el que dicho paso de selección adicionalmente
comprende el paso de proporcionar medios que pueden ser accionados
por el usuario (26) para seleccionar una cantidad previamente
determinada de asistencia deseada en la dirección.
10. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 8 en el que dicho paso de selección adicionalmente
comprende proporcionar medios automáticos (28) para determinar una
cantidad de asistencia deseada en la dirección.
11. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 10 en el que dicho paso de proporcionar medios
automáticos (28) adicionalmente comprende los pasos de introducir
una señal de la velocidad del vehículo (102) en el control (18) y
determinar una cantidad de asistencia deseada en la dirección
sensible a la misma.
12. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 8 adicionalmente comprendiendo el paso de
proporcionar una señal de sensación de desprendimiento del momento
de torsión al control.
13. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 8 adicionalmente comprendiendo los pasos de
proporcionar medios de entrada que pueden ser accionado por el
usuario (26) e introducir una cantidad de asistencia en la
dirección.
14. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 13 en el que dicho paso de introducción comprende el
paso de proporcionar cantidades incrementales de asistencia en la
dirección.
15. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 13 en el que dicho paso de introducción comprende el
paso de proporcionar cantidades decrecientes de asistencia en la
dirección.
16. Procedimiento como se indica en la
reivindicación 8 en el que dicho paso de retraso comprende el paso
de reducir la señal de salida de control.
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