ES2299189T3 - Sistema de direccion asistida. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de dirección asistida para generar una fuerza de asistencia a la dirección mediante una presión hidráulica generada por una bomba (26) accionada por un motor eléctrico (27), que comprende: medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de dirección para detectar un ángulo de dirección (zeta) con respecto a un punto medio del ángulo de dirección (zeta0); medios (30, S3, S4) de control de la actuación para actuar sobre el motor eléctrico (27) en la condición de que una magnitud de cambio del ángulo de dirección (zeta) detectado por los medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de dirección supera un umbral de actuación (dzeta) predeterminado en un estado de parada de motor; caracterizado porque comprende medios (30, T2) de determinación del umbral de actuación (dzeta) de acuerdo con un valor (zeta) del ángulo de dirección detectado por los medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de dirección cuando el motor eléctrico (27) está parado, de tal forma que el umbral de actuación (dzeta) se establece menor según se incrementa el valor (zeta) del ángulo de dirección detectado por los medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de dirección en la parada del motor.
Description
Sistema de dirección asistida.
La presente invención se refiere a un aparato de
dirección asistida el cual aplica una fuerza de asistencia a la
dirección a un mecanismo de dirección mediante una presión
hidráulica generada por una bomba accionada por un motor eléctrico,
de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Se conocen aparatos de dirección asistida que
asisten la maniobra de un volante suministrando un aceite de
trabajo desde una bomba de aceite a un cilindro acoplado a un
mecanismo de dirección. La bomba de aceite es accionada por un
motor eléctrico y se genera una fuerza de asistencia a la dirección
por el cilindro de potencia de acuerdo con las rpm del motor
eléctrico.
El control de accionamiento del motor eléctrico
se realiza, por ejemplo, basándose en el ángulo de dirección del
volante. Esto es, el ángulo de dirección se determina basándose en
una salida de un sensor de ángulo de dirección provisto en
asociación con el volante y el accionamiento del motor eléctrico se
controla basándose en el ángulo de dirección. Más específicamente,
si el ángulo de dirección del volante está dentro de un intervalo
de parada del motor, definido alrededor de un punto medio del ángulo
de dirección, se considera que la asistencia a la dirección es
innecesaria de forma que el motor eléctrico es detenido. Por otra
parte, si el ángulo de dirección del volante está fuera del
intervalo de parada del motor, el motor eléctrico es accionado para
generar una fuerza de asistencia a la
dirección.
dirección.
La detección del punto medio del ángulo de
dirección se consigue, por ejemplo, muestreando los datos del ángulo
de dirección emitidos por el sensor de ángulo de dirección y
considerando los datos del ángulo de dirección más frecuentes como
correspondientes al punto medio del ángulo de dirección.
Sin embargo, el aparato de dirección asistida
descrito arriba realiza el control de accionamiento del motor
eléctrico con el uso del sensor de ángulo de dirección de forma que
el control de accionamiento no puede realizarse basándose en el par
resistente de la dirección. Por ello, el tacto de la dirección no es
satisfactorio.
Cuando un vehículo a motor se desplaza a lo
largo de una carretera recta inclinada transversalmente al vehículo,
por ejemplo, debería aplicarse un par torsor al volante de
dirección para la estabilización del vehículo incluso aunque el
ángulo de dirección del volante es suficientemente pequeño como para
estar dentro del intervalo de parada del motor. En tal caso, el
aparato de dirección asistida citado anteriormente no proporciona la
asistencia a la dirección incluso bajo a aplicación del par
resistente de la dirección. Por tanto, el tacto de la dirección se
deteriora.
Puede usarse un sensor de par torsor en vez del
sensor de ángulo de dirección para realizar el control de
accionamiento de acuerdo con el par resistente de la dirección. Sin
embargo, el uso del sensor de par torsor no es preferible porque el
sensor de par torsor es menos fiable que el sensor de ángulo de
dirección.
Del documento de patente europea
EP-A-0044733 se conoce un sistema
servomotor de dirección hidráulico para vehículo que incluye una
bomba para suministrar un fluido de trabajo a presión y una unidad
servomotor de dirección que recibe dicho fluido de trabajo para
asistir a un esfuerzo de dirección del conductor a través del
volante, que comprende: medios para detectar un esfuerzo de
dirección aplicado al volante; medios para detectar la presión del
fluido de trabajo suministrado a dicha unidad servomotor de
dirección; y medios de control conectados a dichos medios de
detección del esfuerzo de dirección y dichos medios de detección de
la presión para producir una señal de salida para actuar dicha bomba
cuando se aplica el esfuerzo de dirección al volante y/o la presión
del fluido de trabajo está por encima de determinado nivel.
Del documento de patente europea
EP-A-0053297 se conoce un
dispositivo de dirección hidráulica, que es alimentado por una
bomba, para camiones industriales. De acuerdo con la invención, la
velocidad de rotación de la bomba es controlada por un controlador
con respecto a su requerimiento de potencia como una función del
movimiento de dirección a ser llevado a cabo. Como resultado, el
consumo de energía, el desgaste y la generación de ruido se reducen
sustancialmente. El controlador puede responder, por ejemplo, a la
presión hidráulica que cambia claramente o a la intensidad de
corriente eléctrica del motor de la bomba que depende de la
carga.
Del documento de patente americana US 4,002,959
se conoce un sistema de control de motor eléctrico, en el cual la
característica velocidad-par en vacío del motor se
reduce con respecto la característica velocidad-par
en carga del motor, que comprende un transformador conectado para
detectar la intensidad de corriente eléctrica que fluye a través
del motor y que emana una señal detectada; y medios de conmutación
controlados conectados a y controlados por los medios de medida que
cambian abruptamente la tensión efectiva aplicada al motor entre un
valor correspondiente a la característica
velocidad-par en vacío del motor y la característica
velocidad-par en carga del motor, dependiendo del
valor de la segunda señal, cuando la señal detectada de los medios
de medida alcanza el valor predeterminado.
Del documento de patente japonesa JP 57140276 se
conocen medios de detección de la velocidad angular de dirección
para detectar una velocidad angular de dirección de un volante que
consiste en un elemento luminoso y ranuras y una señal de salida de
ellos es enviada vía un convertidor F-V a los medios
de control. También se introducen señales de medios de detección de
la presión y medios de detección de la velocidad del coche a los
medios de control que realizan el procesado basado en dichas
señales para conectar o desconectar un embrague electromagnético
situado entre la bomba y una polea de forma que la bomba es
controlada para ser accionada o parada. El documento de patente
japonesa JP57140276 describe características que se corresponden con
el preámbulo de la reivindicación 1.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un aparato de dirección asistida que puede asegurar un
tacto de dirección mejorado.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un aparato de dirección asistida que es capaz de
controlar el accionamiento de un motor eléctrico de acuerdo con un
par resistente de la dirección para proporcionar asistencia a la
dirección adecuadamente sin la necesidad de un sensor de par
torsor.
Es otro objeto más de la presente invención
proporcionar un aparato de dirección asistida que puede asegurar el
aumento de ahorro de energía.
Los objetos anteriores se obtienen por un
aparato de dirección asistida de acuerdo con la reivindicación
1.
Un aparato de dirección asistida de la presente
invención, el cual está preparado para generar una fuerza de
asistencia a la dirección mediante una presión hidráulica generada
por una bomba accionada por un motor eléctrico, comprende: medios
de detección del ángulo de dirección (sensor de ángulo de dirección
11, CPU 31 y Paso S2 en la Figura 2) para detectar un ángulo de
dirección con respecto a un punto medio del ángulo de dirección;
medios de control de actuación (CPU 31 y Pasos S3, S4 en la Figura
2) para actuar sobre el motor eléctrico en la condición de que una
magnitud de cambio del ángulo de dirección detectado por los medios
de detección del ángulo de dirección supera un umbral de actuación
predeterminado en un estado de parada de motor; y medios de
determinación del umbral de actuación (CPU 31 y Paso T2 en la Figura
3) para determinar el umbral de actuación de acuerdo con un valor
del ángulo de dirección detectado por los medios de detección del
ángulo de dirección cuando el motor eléctrico es parado.
Cuando el ángulo de dirección tiene un valor
cercano al punto medio del ángulo de dirección, el ángulo de
dirección cambia por una magnitud de cambio relativamente grande
para salir de un intervalo de ángulo de huelgo del volante. Esto
es, se requiere una magnitud grande de cambio en el ángulo de
dirección hasta que la asistencia a la dirección se hace necesaria.
Al contrario, cuando el ángulo de dirección es relativamente grande,
se requiere una gran fuerza de asistencia a la dirección
inmediatamente después de que la maniobra de la dirección haya
empezado.
En la presente invención, el umbral de actuación
se determina de acuerdo con el ángulo de dirección detectado cuando
el motor eléctrico es parado y se actúa sobre el motor eléctrico en
la condición de que la magnitud de cambio del ángulo de dirección
supera el umbral de actuación. Por ello, el umbral de actuación
puede ser establecido mayor cuando el ángulo de dirección en la
parada del motor es cercano al punto medio del ángulo de dirección
y establecido menor cuando el ángulo de dirección (valor absoluto
del mismo) en la parada del motor es relativamente grande. Así, no
se actúa innecesariamente sobre el motor eléctrico cuando el ángulo
de dirección es cercano al punto medio del ángulo de dirección y
puede generarse inmediatamente una gran fuerza de asistencia a la
dirección cuando el ángulo de dirección es grande. Por ello, pueden
alcanzarse tanto el aumento de ahorro de energía como la mejora del
tacto de la dirección.
Los medios de control de la actuación pueden
incluir medios de cálculo del ángulo de dirección de actuación (CPU
31 y Paso T3 en la Figura 3) para determinar, basándose en el valor
del ángulo de dirección detectado por los medios de detección del
ángulo de dirección y en el umbral de actuación determinado por los
medios de determinación del umbral de actuación, un ángulo de
dirección de actuación que corresponde a un ángulo de dirección en
el cual tiene que actuarse sobre el motor eléctrico en un estado
apagado; y medios (CPU 31 y Pasos S3, S4 en la Figura 2) para
actuar sobre el motor eléctrico cuando el motor eléctrico está
apagado, en la condición de que el valor del ángulo de dirección
detectado por los medios de detección del ángulo de dirección
alcance el ángulo de dirección de actuación determinado por los
medios de cálculo del ángulo de dirección de actuación.
De acuerdo con la invención, los medios de
determinación del umbral de actuación están preparados para
establecer el umbral de actuación menor según se incrementa el
valor del ángulo de dirección detectado por los medios de detección
del ángulo de dirección en la parada del motor.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, el aparato de dirección asistida comprende, además,
medios de detección de la velocidad del vehículo (sensor de
velocidad del vehículo 13) para detectar la velocidad del vehículo
y los medios de determinación del umbral de actuación están
preparados para establecer el umbral de actuación mayor según se
incrementa la velocidad del vehículo detectada por los medios de
detección de la velocidad del vehículo.
Así, se asegura una actuación inmediata sobre el
motor en un desplazamiento a baja velocidad y la sensibilidad de
actuación sobre el motor se reduce en desplazamientos a alta
velocidad. Por ello, se evita la actuación innecesaria sobre el
motor en el desplazamiento a alta velocidad, en el cual la
asistencia a la dirección es menos necesaria, mientras que la
asistencia a la dirección es arrancada inmediatamente en el
desplazamiento a baja velocidad. Esto aumenta el ahorro de energía
así como el tacto de la dirección.
Los anteriores y otros objetos, características
y efectos de la presente invención quedarán claros a partir de la
descripción siguiente de la realización con referencia a los dibujos
adjuntos.
la Figura 1 es un diagrama conceptual que
ilustra una construcción básica de un aparato de dirección asistida
de acuerdo con una realización de la presente invención;
la Figura 2 es un diagrama de flujo para
explicar el control de accionamiento de un motor;
la Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra
un proceso de cálculo del ángulo de dirección para determinar un
ángulo de dirección de actuación;
las Figuras 4A y 4B son diagramas para explicar
un ejemplo de establecimiento de una primera y una segunda
constantes;
la Figura 5 es un diagrama que muestra una
relación entre el ángulo de dirección y el ángulo de dirección de
actuación;
la Figura 6 es un diagrama para explicar una
relación entre la sensibilidad de la actuación sobre el motor y la
velocidad del vehículo;
la Figura 7 es un diagrama de flujo para
explicar un proceso de determinación de un intervalo de parada del
motor; y
la Figura 8 es un gráfico que muestra una
relación entre el valor de la intensidad de corriente eléctrica del
motor y el par resistente de la dirección.
La Figura 1 es un diagrama conceptual que
ilustra una construcción básica de un aparato de dirección asistida
de acuerdo con una realización de la presente invención. Este
aparato de dirección asistida se provee asociado a un mecanismo de
dirección 1 de un vehículo a motor para aplicar una fuerza de
asistencia a la dirección al mecanismo de dirección 1.
El mecanismo de dirección 1 incluye un volante 2
para ser maniobrado por el conductor, una columna de dirección 3
acoplada al volante 2, un engrane de piñón 4 provisto en el extremo
distal de la columna de dirección 3 y una barra de cremallera 5 que
tiene un engrane de cremallera 5a engrando con el engrane de piñón 4
y que se extiende transversalmente al motor del vehículo. Brazos de
acoplamiento 6 están conectados a los extremos opuestos de la barra
de cremallera 5 y, además, conectados a palancas de ataque 7 las
cuales soportan respectivamente las ruedas delanteras izquierda y
derecha FL y FR como ruedas dirigibles. Las palancas de ataque 7
están previstas respectivamente de forma giratoria alrededor de
pivotes de orientación de las ruedas 8.
Con esta disposición, cuando el volante 2 es
actuado para girar la columna de dirección 3, el movimiento
rotacional es convertido en un movimiento lineal transversal al
motor del vehículo por el engrane de piñón 4 y la barra de
cremallera 5. El movimiento lineal es convertido en movimientos
rotacionales de las palancas de ataque 7 alrededor de los pivotes
de orientación de las ruedas 8, obteniendo así la dirección de las
ruedas delanteras izquierda y derecha FL y FR.
Una barra de torsión 9, que está preparada para
ser torsionada de acuerdo con la dirección y magnitud de un par
resistente de la dirección aplicado al volante 2, y una válvula 23
de control de presión, que está preparada para cambiar su apertura
de válvula de acuerdo con la dirección y la magnitud de la torsión
de la barra de torsión 9, están incorporadas en la columna de
dirección 3. La válvula 23 de control de presión hidráulica está
conectada a un cilindro de potencia 20 para aplicar una fuerza de
asistencia a la dirección al mecanismo de dirección 1. El cilindro
de potencia 20 incluye un pistón 21, provisto de forma integral con
la barra de cremallera 5, y un par de cámaras de cilindro 20a y 20b
separadas por el pistón 21. Las cámaras de cilindro 20a y 20b están
conectadas a la válvula 23 de control de presión hidráulica por
medio de tuberías de aceite de alimentación/retorno 22a y 22b
respectivamente.
La válvula 23 de control de presión hidráulica
está dispuesta en una tubería 24 de circulación de aceite que se
extiende a través de un depósito acumulador 25 y una bomba de aceite
26. La bomba de aceite 26 es accionada por un motor eléctrico 27 de
forma que un aceite de trabajo contenido en el depósito acumulador
25 es bombeado y suministrado a la válvula 23 de control de presión
hidráulica. Un exceso de aceite de trabajo es devuelto al depósito
acumulador 25 desde la válvula 23 de control de presión hidráulica
por medio de la tubería 24 de circulación de aceite.
Cuando es ejercida una torsión sobre la barra de
torsión 9 en una dirección, la válvula 23 de control de presión
hidráulica suministra el aceite de trabajo a una de las cámaras de
cilindro 20a, 20b del cilindro de potencia 20 por medio de una de
las tuberías 22a, 22b de alimentación/retorno de aceite. Cuando es
ejercida una presión sobre la barra de torsión 9 en la otra
dirección, la válvula 23 de control de presión hidráulica suministra
el aceite de trabajo a la otra de las cámaras 20a, 20b por medio de
la otra línea 22a, 22b de alimentación/retorno de aceite. Cuando no
se ejerce virtualmente ninguna torsión sobre la barra de torsión 9,
la válvula 23 de control de presión hidráulica está en el
denominado estado de equilibrio, de forma que el aceite de trabajo
no es suministrado al cilindro de potencia 20 sino que es circulado
en la tubería de 24 de circulación.
Cuando el aceite de trabajo es suministrado a
alguna de las cámaras de cilindro del cilindro de potencia 20, el
pistón 21 se mueve transversalmente al vehículo a motor. Así, actúa
una fuerza de asistencia a la dirección sobre la barra de cremallera
5.
Un ejemplo de construcción de una válvula de
control de presión hidráulica está descrito con detalle, por
ejemplo, en la Japanese Unexamined Patent Publication número
59-118577 (1984), la descripción de la cual se
incorpora aquí como referencia.
El accionamiento del motor 27 es controlado por
una unidad de control electrónico 30. La unidad de control
electrónico 30 está compuesta por un microprocesador que incluye una
CPU 31, una memoria RAM 32 que proporciona un área de trabajo para
la CPU 31, una memoria ROM 33 que almacena en ella programas de
funcionamiento para la CPU 31 y buses 34 que interconectan la CPU
31, la memoria RAM 32 y la memoria ROM 33.
La unidad de control electrónico 30 recibe los
datos del ángulo de dirección enviados desde el sensor 11 del
ángulo de dirección. El sensor 11 del ángulo de dirección está
provisto asociado con el volante 2. El sensor 11 del ángulo de
dirección establece en un valor inicial "0" un ángulo de
dirección del volante 2 observado cuando se actúa sobre la llave de
contacto de ignición para el arranque del motor y envía datos del
ángulo de dirección que tiene un valor que corresponde a un ángulo
de dirección relativo al valor inicial y un signo que corresponde a
una dirección de la dirección.
La unidad de control electrónico 30 también
recibe datos de la intensidad de corriente eléctrica aplicada desde
un circuito de detección de intensidad de corriente eléctrica 12 que
detecta la intensidad de corriente eléctrica que circula a través
del motor 27. Los datos de intensidad de corriente eléctrica tienen
un valor proporcional al valor de la intensidad de corriente
eléctrica consumida del motor 27 (intensidad de corriente eléctrica
del motor).
Además, la unidad de control electrónico 30
recibe datos de la velocidad del vehículo enviados desde el sensor
13 de velocidad del vehículo. El sensor 13 de velocidad del vehículo
puede estar preparado para detectar directamente la velocidad del
vehículo o, alternativamente, preparado para calcular la velocidad
del vehículo basándose en un pulso de salida de un sensor de
velocidad de rueda provisto asociado con las ruedas.
La unidad de control electrónico 30 controla el
accionamiento del motor 27 basándose en los datos de ángulo de
dirección, los datos de intensidad de corriente eléctrica y los
datos de la velocidad del vehículo enviados desde el sensor 11 del
ángulo de dirección, el circuito de detección de intensidad de
corriente eléctrica 12 y el sensor 13 de velocidad del vehículo,
respectivamente.
La Figura 2 es un diagrama de flujo para
explicar el control del accionamiento del motor 27. La CPU 31
primero juzga si el motor 27 está apagado o no (Paso S1). Para este
juicio, puede emplearse un indicador, por ejemplo, el cual tiene
que ser establecido cuando el motor 27 es actuado y puesto a cero
cuando el motor 27 es detenido.
Si el motor 27 está en un estado apagado (SÍ en
el Paso S1), la CPU 31 calcula un ángulo de dirección absoluto
\theta con respecto a un punto medio del ángulo de dirección
\theta_{0} basándose en los datos de ángulo de dirección
enviados desde el sensor 11 del ángulo de dirección (Paso S2).
El punto medio del ángulo de dirección
\theta_{0} es el ángulo de dirección del volante 2 observado
cuando el vehículo a motor se mueve recto. La CPU 31, por ejemplo,
muestrea los datos de ángulo de dirección enviados desde el sensor
11 de ángulo de dirección después de que se accionas la llave de
contacto de ignición y prepara un histograma de valores del ángulo
de dirección. Después de que un numero predeterminado de datos son
muestreados, la CPU 31 determina el dato más frecuente del ángulo
de dirección, el cual es considerado como el dato del ángulo de
dirección que corresponde al punto medio del ángulo de dirección
\theta_{0}. El dato del ángulo de dirección del punto medio del
ángulo de dirección \theta_{0} así determinado es almacenado en
la memoria RAM 32. En el Paso S2, la CPU 31 determina el ángulo de
dirección absoluto \theta basándose en los datos de ángulo de
dirección del sensor 11 de ángulo de dirección y los datos de ángulo
de dirección del punto medio del ángulo de dirección \theta_{0}
conservado en la memoria RAM 32.
La CPU 31, además, juzga si el ángulo de
dirección absoluto \theta así determinado es igual o mayor que un
ángulo de dirección de actuación \theta_{t} almacenado en la
memoria RAM 32 o no lo es (Paso S3). El ángulo de dirección de
actuación \theta_{t} corresponde a un ángulo de dirección
absoluto del volante 2 en el cual se tiene que actuar sobre el
motor 21. El ángulo de dirección de actuación \theta_{t} ha
sido determinado mediante un proceso de cálculo del ángulo de
dirección de actuación que será descrito más tarde, que depende del
ángulo de dirección absoluto observado en la parada precedente del
motor 27 y almacenado en la memoria RAM 32.
El ángulo de dirección absoluto \theta y el
ángulo de dirección de actuación \theta_{t} están provistos
ambos, por ejemplo, de un signo positivo si el ángulo se forma a la
derecha del punto medio del ángulo de dirección \theta_{0} o de
un signo negativo si el ángulo se forma a la izquierda del punto
medio del ángulo de dirección \theta_{0}. Hablando
estrictamente, el juicio del Paso S3 debería realizarse mediante
comparación de los valores absolutos del ángulo de dirección
absoluto \theta y el ángulo de dirección de actuación
\theta_{t}. Para simplificar la explicación, se asume en este
documento que el ángulo de dirección absoluto \theta y el ángulo
de dirección de actuación \theta_{t} tienen valor positivo.
Si se juzga que el ángulo de dirección absoluto
\theta no alcanza el ángulo de dirección de actuación
\theta_{t} (NO en el Paso S3), el programa retorna al Paso S1.
Por otro lado, si el ángulo de dirección absoluto \theta alcanza
el ángulo de dirección de actuación \theta_{t} (SÍ en el paso
S3), la CPU 31 actúa sobre el motor 27 (Paso S4).
Las rpm del motor 27 se determinan de acuerdo
con una velocidad del ángulo de dirección v\theta del volante 2.
Más específicamente, la CPU 31 determina, basándose en los datos de
ángulo de dirección enviados por el sensor 11 de ángulo de
dirección, la velocidad angular de dirección v\theta la cual es
una tasa de cambio en el tiempo del ángulo de dirección (Paso S5).
La CPU juzga a continuación si la velocidad angular de dirección
v\theta así determinada es igual o menor que un primer umbral
predeterminado VT1 (VT1=10 (grados/segundo) o no lo es (Paso S6).
Si la velocidad angular de dirección v\theta no es mayor que el
primer umbral VT1 (SÍ en el Paso S6), el motor 27 es accionado de
forma que las rpm R del motor sean igualadas a unas primeras rpm R1
predeterminadas (por ejemplo, R1=1.800 (rpm)) (Paso 7). Esto es, si
la velocidad angular de dirección v\theta no es mayor que el
primer umbral VT1, el motor 27 es accionado constantemente en las
primeras rpm R1 independientemente del valor de la velocidad angular
de dirección v\theta.
Si la velocidad angular de dirección v\theta
es mayor que el primer umbral VT1 (NO en el Paso S6), la CPU juzga
si la velocidad angular de dirección v\theta es o no menor que un
segundo umbral VT2 (por ejemplo, VT1=600 (grados/segundo) el cual
es mayor que el primer umbral VT1 (Paso S8). Si la velocidad angular
de dirección v\theta es menor que el segundo umbral VT2 (SÍ en el
Paso S8), la CPU 31 acciona el motor 27 a unas rpm R del motor de
acuerdo con la velocidad angular de dirección v\theta (Paso S9).
Más específicamente, si velocidad angular de dirección v\theta
está dentro de un intervalo que es mayor que el primer VT1 y menor
que el segundo umbral VT2, la CPU 31 determina las rpm R del motor
de forma que las rpm R del motor varíen de forma generalmente
lineal con la velocidad angular de dirección v\theta entre las
primeras rpm R1 y unas segundas rpm R2 (R2 > R1).
Si la velocidad angular de dirección v\theta
no es menor que el segundo umbral VT2 (NO en el Paso S8), la CPU
acciona el motor 27 de forma que las rpm R del motor se igualan a
las segundas rpm R2 predeterminadas (por ejemplo, R2=6.000 (rpm))
(Paso S10). Esto es, si la velocidad angular de dirección v\theta
no es menor que el segundo umbral VT2, el motor 27 es accionado
constantemente a las segundas rpm R2 independientemente de la
velocidad angular de dirección v\theta.
Si se juzga en el paso S1 que el motor 27 sea
accionado, la CPU 31 determina la velocidad angular de dirección
v\theta basándose en los datos de ángulo de dirección enviados
desde el sensor 11 de ángulo de dirección (Paso S11), y juzga si la
velocidad angular de dirección v\theta así determinada es o no
igual a o menor que un umbral de parada VS predeterminado (por
ejemplo, VS=10 (grados/segundo)) (Paso S12). Si la velocidad
angular de dirección v\theta es mayor que el umbral de parada VS
(NO en el Paso S12), el programa va al Paso S6 y la CPU 31
determina las rpm R del motor basándose en el valor de la velocidad
angular de dirección v\theta y acciona el motor 27 a las rpm R
del motor así determinadas.
Si la velocidad angular de dirección v\theta
no es mayor que el umbral de parada VS (SÍ en el Paso S12), la CPU
31 determina un valor Im de intensidad de corriente eléctrica del
motor basándose en los datos de intensidad de corriente eléctrica
enviados por el circuito de detección de intensidad de corriente
eléctrica 12 (Paso S13). Entonces, se juzga si el valor Im de
intensidad de corriente eléctrica del motor así determinado está
dentro de un intervalo \DeltaI de parada del motor (Paso S14). El
intervalo \DeltaI de parada de motor es un intervalo del valor Im
de intensidad de corriente eléctrica del motor en el que no se
requiere ninguna asistencia a la dirección y se determina mediante
un proceso de determinación del intervalo de parada de motor que se
va a describir más tarde. Si el valor Im de intensidad de corriente
eléctrica del motor está dentro del intervalo \DeltaI de parada
de motor (SÍ en el Paso S14), la CPU 31 juzga si el valor Im de
intensidad de corriente eléctrica del motor se mantiene o no dentro
del intervalo \DeltaI de parada de motor durante un período de
tiempo predeterminado (por ejemplo, 1 a 3 segundos) (Paso S15). Si
este juicio es positivo (SÍ en el Paso S15), la CPU 31 detiene el
motor 27 (Paso S16) porque se considera que el volante 2
virtualmente no está maniobrado. Después, la CPU 31 ejecuta el
proceso de cálculo del ángulo de dirección de actuación para
determinar el ángulo de dirección de actuación \theta_{t} (Paso
S17). Por otro lado, si cualquiera de los juicios de los Pasos S14
y S15 son negativos, la CPU 31 ejecuta la secuencia de proceso desde
el Paso S6 para determinar las rpm R del motor y el accionamiento
del motor 27 a las rpm así determinadas.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que muestra
el proceso de cálculo del ángulo de dirección de actuación. La CPU
31 determina el ángulo de dirección absoluto \theta en la parada
del motor basándose en los datos de ángulo de dirección enviados
desde el sensor 11 de ángulo de dirección (Paso T1). Entonces, la
CPU obtiene una velocidad del vehículo V basándose en los datos de
velocidad del vehículo enviados desde el sensor 13 de velocidad del
vehículo y determina un umbral de actuación d\theta de acuerdo con
la velocidad del vehículo V (Paso T2). El umbral de actuación
d\theta corresponde a una magnitud de cambio del ángulo de
dirección que sirve como un activador para la actuación sobre el
motor 27. Esto es, se actúa sobre el motor 27 cuando la magnitud de
cambio del ángulo de dirección alcanza el umbral de actuación
d\theta.
Más específicamente, el umbral de actuación
d\theta se obtiene sustituyendo en la ecuación que sigue (1R) o
(1L) una primera constante A y una segunda constante B para la
velocidad del vehículo V obtenida. La primera constante A y la
segunda constante B son factores para determinar una sensibilidad
para la actuación sobre el motor 27 y se almacena, de forma
preliminar en la memoria ROM 33, una tabla indicativa de una
correlación entre la velocidad del vehículo V y las constantes A y
B. La constante A es el valor máximo del umbral de actuación
d\theta (valor absoluto del mismo) y la constante B corresponde al
número de valores del ángulo de dirección que toman el mismo umbral
de actuación d\theta. Cuando el sensor 11 de ángulo de dirección
está preparado para enviar un pulso para cada giro de un ángulo de
dirección dado, por ejemplo, el ángulo de dirección \theta puede
expresarse por el valor de conteo de un contador que es aumentado o
restado por la salida del pulso. En tal caso, la constante B puede
corresponder al número de valores de conteo que toman el mismo
umbral de actuación d\theta. Se resalta que las constantes A y B
tienen cada una de ellas un valor positivo.
Para la dirección giro a la derecha (ángulo de
dirección \theta positivo)
...(1R)d
\theta = A - (\theta /
B)
Para la dirección giro a la izquierda (ángulo de
dirección \theta negativo)
...(1L)d
\theta = - A + (\theta /
B)
Cuando la velocidad del vehículo V es cero, es
decir, el vehículo de detiene, el umbral de actuación d\theta no
se determina basándose en la ecuación (1R) o (1R) anteriores sino
que se establece en un umbral de actuación mínimo
predeterminado.
La CPU 31 determina un primer ángulo de
dirección de actuación \theta_{t1} sumando el umbral de
actuación d\theta al ángulo de dirección absoluto \theta a
motor parado determinado de la manera antedicha (Paso T3). Cuando
el motor 27 está apagado, el primer ángulo de dirección de actuación
\theta_{t1} es un ángulo de dirección absoluto en el cual tiene
actuarse sobre el motor 27 cuando el volante 2 es girado en una
dirección tal que el valor absoluto del ángulo de dirección
absoluto \theta se incremente.
La CPU 31 determina, además del primer ángulo de
dirección de actuación \theta_{t1}, un segundo ángulo de
dirección de actuación \theta_{t2} el cual se va a emplear
cuando el volante 2 es girado en una dirección opuesta a la
dirección en la cual el valor absoluto del ángulo de dirección
absoluto \theta se incrementa, es decir, en una dirección tal que
el valor absoluto del ángulo de dirección absoluto \theta decrece
(Paso T4). Más específicamente, el segundo ángulo de dirección de
actuación se establece en el mismo valor que el máximo umbral de
actuación A o -A como se muestra en la ecuaciones siguientes (2R) y
(2L):
Para la dirección giro a la derecha (ángulo de
dirección \theta negativo)
...(2R)\theta_{t2} =
A
Para la dirección giro a la izquierda (ángulo de
dirección \theta positivo)
...(2L)\theta_{t2} = -
A
El umbral de actuación máximo A o -A es igual al
umbral d\theta en \theta=0, es decir, el umbral con respecto al
punto medio del ángulo de dirección. Por ello, cuando se arranca la
maniobra de la dirección a partir del punto medio de ángulo de
dirección, o ejecutada en la dirección en la cual el valor absoluto
del ángulo de dirección absoluto \theta decrece, se actúa sobre
el motor 27 sólo cuando la maniobra de la dirección se ejecuta para
salir del denominado intervalo de huelgo angular alrededor del punto
medio del ángulo de dirección.
La CPU 31 almacena los primer y segundo ángulos
de dirección de actuación \theta_{t1} y \theta_{t2} así
determinados en la memoria RAM 32 (Paso T5).
En la Figura 2, se designan de forma general los
primer y segundo ángulo de dirección de actuación \theta_{t1} y
\theta_{t2} como ángulo de dirección de actuación
\theta_{t}.
Las Figuras 4A y 4B son diagramas para explicar
la primera constante A y la segunda constante B. La primera
constante A se determina para cada intervalo predeterminado de
velocidad del vehículo y corresponde al valor máximo del umbral de
actuación d\theta a ser determinado para el correspondiente
intervalo de velocidad del vehículo. Más específicamente, como se
muestra en la Figura 4A, cuando la velocidad del vehículo V es
menor que V1 (por ejemplo, V1=30 (km/h)), la primera constante se
establece en A1 (por ejemplo, A1=1). Cuando la velocidad del
vehículo no es menor que V1 y es menor que V2 (por ejemplo, V2=60
(km/h)), la primera constante A se establece en A2 (por ejemplo,
A2=3). Más allá, cuando la velocidad del vehículo no es menor que
V2, la primera constante A se establece en A3 (por ejemplo,
A3=6).
La segunda constante B se determina para cada
intervalo predeterminado de velocidad del vehículo y corresponde al
número de valores del ángulo de dirección de actuación que toman el
mismo umbral de actuación d\theta para los correspondientes
intervalos de velocidad del vehículo. Más específicamente, como se
muestra en la Figura 4B, cuando la velocidad del vehículo V es
menor que V1, la segunda constante B se establece en B1 (por
ejemplo, B1=1). Cuando la velocidad del vehículo no es menor que V1
y es menor que V2, la segunda constante B se establece en B2 (por
ejemplo, B2=2). Más allá, cuando la velocidad del vehículo V no es
menor que V2, la segunda constante B se establece en B3 (por
ejemplo, B3=3).
La primera constante A y la segunda constante B
no se establecen necesariamente en una forma escalonada como se
muestra en las Figuras 4, sino que pueden ser establecidas como si
fueran variables linealmente como se indica por líneas de raya y
dos puntos, por ejemplo, cuando la velocidad del vehículo V es menor
que V2.
El umbral de actuación d\theta se establece
mayor para una velocidad del vehículo más alta estableciendo la
primera constante A mayor para una velocidad del vehículo más alta.
Además, la relación del decrecimiento del valor absoluto del umbral
de actuación d\theta con el incremento en el valor absoluto del
ángulo de dirección de actuación \theta en la parada del motor se
reduce estableciendo la segunda constante B mayor para una
velocidad del vehículo más alta. Por ello, incluso si el valor
absoluto del ángulo de dirección de actuación \theta en la parada
del motor es relativamente grande, se requiere una magnitud
relativamente grande del cambio en el ángulo de dirección para la
actuación sobre el motor 27. De esta manera se evita la actuación
sobre el motor innecesaria cuando la velocidad del vehículo es alta.
Cuando la velocidad del vehículo es baja, la sensibilidad de
actuación se incrementa de forma que puede generarse inmediatamente
una fuerza de asistencia a la dirección.
La Figura 5 es un diagrama que muestra una
relación entre el ángulo de dirección absoluto \theta y el primer
ángulo de dirección de actuación \theta_{t1}, particularmente,
una relación que existe entre el ángulo de dirección absoluto
\theta y el primer ángulo de dirección de actuación
\theta_{t1} cuando la primera constante A y la segunda
constante B son "5" y "3", respectivamente. En la Figura
5, el ángulo de dirección absoluto \theta en la parada del motor
está representado por el extremo de la cola de una flecha, el umbral
de actuación d\theta está representado por la longitud de la
flecha y el primer ángulo de dirección de actuación
\theta_{t1}, está representado por la cabeza de la flecha.
Además, las líneas verticales representan ángulos de dirección
absolutos \theta.
Como es claro en la Figura 5, el umbral de
actuación d\theta decrece según se incrementa el valor de ángulo
de dirección absoluto \theta en la parada del motor. Esto es, la
sensibilidad para la actuación sobre el motor 27 se hace mayor
según se hace mayor el valor del ángulo de dirección absoluto
\theta en la parada del motor. Esto se basa en el siguiente
fundamento.
Cuando el ángulo de dirección absoluto \theta
tiene un valor cercano al punto medio del ángulo de dirección
\theta_{0}, la asistencia a la dirección es proporcionada sólo
cuando el volante 2 es maniobrado para salir del intervalo de
ángulo de huelgo del volante 2. Por ello, cuando el ángulo de
dirección está cercano al punto medio del ángulo de dirección,
puede ser suprimida una asistencia a la dirección excesiva
estableciendo el umbral de actuación d\theta mayor, de forma que
puede aumentar el ahorro de energía. Por el contrario, cuando el
ángulo de dirección absoluto \theta tiene un valor grande, puede
asegurarse un tacto de la dirección satisfactorio proporcionando
inmediatamente la asistencia a la dirección.
La Figura 6 es un diagrama para explicar una
relación entre la sensibilidad para la actuación sobre el motor 27
(que se hace mayor según decrece el valor absoluto del umbral de
actuación d\theta) y la velocidad del vehículo V. Como es claro
en la Figura 6, la sensibilidad de actuación sobre el motor 27 varía
dependiendo de la velocidad del vehículo V, incluso si el ángulo de
dirección absoluto \theta en la parada del motor está en el mismo
valor. Más específicamente, la sensibilidad para la actuación sobre
el motor 27 es baja en el desplazamiento a alta velocidad y alta en
el desplazamiento a baja velocidad. Esto es así porque se requiere
una fuerza de asistencia a la dirección pequeña en el desplazamiento
a alta velocidad y la asistencia a la dirección se proporcionaría
inmediatamente en el desplazamiento a baja velocidad.
Cuando el vehículo a motor se para con una
velocidad del vehículo V de cero, el umbral de actuación d\theta
se establece en el valor mínimo predeterminado, de forma que la
sensibilidad de actuación sobre el motor 27 se mantiene constante
independientemente del valor del ángulo de dirección absoluto
\theta. Cuando la denominada operación de dirección de
aparcamiento se realiza cuando el vehículo se para, se requiere una
mayor fuerza de asistencia a la dirección y, por ello, se prefiere
que la asistencia a la dirección se provea instantáneamente
independientemente del valor del ángulo de dirección absoluto
\theta.
La Figura 7 es un diagrama de flujo para
explicar el proceso de determinación del intervalo \DeltaI de
parada del motor. La CPU 31 monitoriza constantemente el valor Im
de la intensidad de corriente eléctrica del motor (Paso U1).
Basándose en el valor Im de la intensidad de corriente eléctrica del
motor, la CPU 31 determina un valor I0 de intensidad de corriente
eléctrica en vacío que corresponde a un valor de intensidad de
corriente eléctrica del motor observado cuando el motor 27 está en
un estado en vacío (Paso U2). Usando el valor I0 de intensidad de
corriente eléctrica en vacío, la CPU 31 determina el intervalo
\DeltaI de parada del motor (Paso U3). Más específicamente, la
CPU 31 determina como intervalo \DeltaI de parada del motor un
intervalo definido ente el valor I0 de intensidad de corriente
eléctrica en vacío así determinado y un valor I0+dI que resulta de
la suma del valor I0 de la intensidad de corriente eléctrica en
vacío y un umbral de intensidad de corriente eléctrica dI el cual
es predeterminado de acuerdo con las especificaciones del vehículo a
motor.
La Figura 8 es una gráfica que muestra una
relación entre el par resistente de la dirección T y el valor Im de
la intensidad de corriente eléctrica del motor. La abscisa y la
ordenada representan, respectivamente, el par resistente de la
dirección T y el valor Im de intensidad de corriente eléctrica del
motor. El valor Im de intensidad de corriente eléctrica del motor
en un intervalo alrededor de un par resistente de la dirección T de
cero está expresado por una curva que tiene un punto singular en
T=0. Cuando el par resistente de la dirección T es cero, el motor
27 está en el estado en vacío y, por ello, el valor mínimo del valor
Im de intensidad de corriente eléctrica del motor corresponde al
valor I0 de intensidad de corriente eléctrica en vacío.
Por otro lado, un intervalo de par resistente en
el que no se requiere que ninguna fuerza de asistencia a la
dirección sea aplicada al volante 2 está determinado por las
especificaciones del vehículo a motor. Supuesto que el intervalo de
par resistente está definido entre los umbrales de par resistente T1
y -T1 con su punto medio fijado en cero, se determina de forma
preliminar una diferencia entre el valor I0 de intensidad de
corriente eléctrica en vacío y un valor de intensidad de corriente
eléctrica para estos umbrales de par resistente T1, -T1, la cual es
empleada como el umbral de intensidad de corriente eléctrica dI. El
intervalo definido entre el valor I0 de intensidad de corriente
eléctrica en vacío y el valor I0+dI obtenido sumando el umbral de
intensidad de corriente eléctrica dI al valor I0 de intensidad de
corriente eléctrica en vacío se considera que es el intervalo
\DeltaI de parada del motor cuando el volante 2 no es maniobrado.
El umbral de intensidad de corriente eléctrica dI se determina de
forma preliminar para cada tipo de vehículo a motor y se almacena en
la memoria ROM 33.
El valor I0 de intensidad de corriente eléctrica
en vacío varía dependiendo principalmente de la temperatura del
aceite de trabajo. Más específicamente, cuando la temperatura del
aceite de trabajo es baja, por ejemplo, el aceite de trabajo tiene
una viscosidad elevada de forma que la carga del motor 27 es mayor
que cuando la temperatura del aceite de trabajo es alta. Por ello,
el valor Im de la intensidad de corriente eléctrica del motor es
alto cuando la temperatura del aceite de trabajo es baja. Esto es,
la curva Im-T de la Figura 8 se tuerce hacia arriba
al incrementarse el valor I0 de intensidad de corriente eléctrica en
vacío.
De otro modo, el valor mínimo de la intensidad
de corriente eléctrica, el cual se determina a partir de los
valores Im de la intensidad de corriente eléctrica del motor
muestreados un número de veces predeterminado o durante un período
de tiempo predeterminado en la condición en la que las rpm R del
motor se mantienen constantes, puede emplearse como el valor I0 de
intensidad de corriente eléctrica en vacío.
De acuerdo con la realización descrita arriba,
se juzga, basándose en el valor Im de la intensidad de corriente
eléctrica, si se requiere o no asistencia a la dirección y el
resultado del juicio se emplea como una condición para la parada
del motor 27, en vista del hecho de que el valor Im de la intensidad
de corriente eléctrica del motor varía dependiendo del par
resistente de la dirección. Por ello, el control del accionamiento
del motor 27 puede ser relazado de acuerdo con el par resistente de
la dirección incluso sin el uso de un sensor de par torsor, de
forma que puede asegurarse un tacto de dirección mejorado.
Según se incrementa el valor absoluto del ángulo
de dirección absoluto \theta del motor, la sensibilidad para la
actuación sobre el motor 27 con respecto a un cambio en el ángulo de
dirección se incrementa. Por ello, puede suprimirse la actuación
sobre el motor innecesaria cuando el ángulo de dirección está
cercano al punto medio del ángulo de dirección. Además, cuando el
ángulo de dirección \theta es grande, puede generarse
inmediatamente una fuerza de asistencia a la dirección. De esta
manera, puede aumentar el ahorro de energía y puede eliminarse la
sensación de agarrotamiento del volante.
Además, la sensibilidad para la actuación sobre
el motor 27 se incrementa en el desplazamiento a baja velocidad que
requiere una fuerza de asistencia a la dirección mayor mientras que
la sensibilidad de actuación se reduce en el desplazamiento a alta
velocidad. De aquí, pueden asegurarse tanto el aumento del ahorro de
energía como la mejora del tacto de dirección.
Como se describió previamente, el aparato de
dirección asistida de acuerdo con la presente invención se usa para
aplicar una fuerza de asistencia a la dirección a un mecanismo de
dirección de un vehículo a motor.
Claims (3)
1. Un aparato de dirección asistida para generar
una fuerza de asistencia a la dirección mediante una presión
hidráulica generada por una bomba (26) accionada por un motor
eléctrico (27), que comprende:
medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de
dirección para detectar un ángulo de dirección (\theta) con
respecto a un punto medio del ángulo de dirección (\theta0);
medios (30, S3, S4) de control de la actuación
para actuar sobre el motor eléctrico (27) en la condición de que
una magnitud de cambio del ángulo de dirección (\theta) detectado
por los medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de dirección
supera un umbral de actuación (d\theta) predeterminado en un
estado de parada de motor; caracterizado porque comprende
medios (30, T2) de determinación del umbral de
actuación (d\theta) de acuerdo con un valor (\theta) del ángulo
de dirección detectado por los medios (30, 11, T1) de detección del
ángulo de dirección cuando el motor eléctrico (27) está parado, de
tal forma que el umbral de actuación (d\theta) se establece menor
según se incrementa el valor (\theta) del ángulo de dirección
detectado por los medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de
dirección en la parada del motor.
2. El aparato de dirección asistida de la
reivindicación 1, caracterizado porque los medios (30, S3,
S4) de control de la actuación comprenden:
medios (30, T3, T4) para determinar basándose en
el valor (\theta) del ángulo de dirección detectado por los
medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de dirección y del
umbral de actuación (d\theta) determinado por los medios (30, T2)
de determinación del umbral de actuación, un ángulo de dirección
(\thetat) que corresponde a un ángulo de dirección en el cual se
va a actuar sobre el motor eléctrico (27) que está en estado
apagado; y
medios (30, S4) para actuar sobre el motor
eléctrico, cuando el motor eléctrico (27) está apagado, en la
condición de que el valor (\theta) del ángulo de dirección
detectado por los medios (30, 11, T1) de detección del ángulo de
dirección alcanza el ángulo de dirección (\thetat) de actuación
determinado por los medios (30, T3, T4) de cálculo del ángulo de
dirección de actuación.
3. El aparato de dirección asistida de la
reivindicación 1 o 2, caracterizado por:
medios (13) de detección de la velocidad del
vehículo para detectar la velocidad del vehículo (V), en los que los
medios (30, T2) de determinación del umbral de actuación establecen
el umbral de actuación (d\theta) mayor según se incrementa la
velocidad del vehículo (V) detectada por los medios (13) de
detección de la velocidad del vehículo.
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