PT1355091E - Sistema de controlo para uma caixa de velocidades robotizada num veículo a motor com uma capacidade de aprender a posição das relações de transmição - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

SISTEMA DE CONTROLO PARA DMA CAIXA DE VELOCIDADES ROBOTIZADA NUM VEICULO A MOTOR COM A CAPACIDADE DE APRENDER A POSIÇÃO DAS RELAÇÕES DE TRANSMISSÃO A presente invenção refere-se a um sistema de controlo para uma caixa de velocidades robotizada para um veiculo a motor de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. O documento EP-A- 0599 511 que constitui o estado da técnica mais aproximado, divulga um sistema de controlo do género em que a selecção das mudanças e a passagem de mudanças são realizados por meio de motores eléctricos e de um microcomputador que aprende e memoriza as posições dos percursos de deslocamento das engrenagens, usando informação proporcionada por sensores de posição tais como potenciómetros. O documento EP-A-1 104 859 divulga um sistema de controlo para uma caixa de velocidades robotizada com actuação electro-hidráulica, em que sensores de posição são usados para aprender e memorizar as posições dos pistões dos cilindros de actuação correspondentes às várias engrenagens.

Um objecto da presente invenção consiste em proporcionar um sistema de controlo melhorado para uma caixa de velocidades robotizada.

Este e outros objectos são conseguidos de acordo com a invenção proporcionando-se um sistema de controlo para uma caixa de velocidades robotizada com as caracteristicas que são descritas na reivindicação 1 anexa.

Outras caracteristicas e vantagens da invenção tornar-seão evidentes a partir da descrição pormenorizada que se segue, dada apenas a titulo de exemplo não limitativo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma caixa de velocidades de um tipo robotizado para um veiculo a motor, com um sistema de controlo de acordo com a invenção; A figura 2 é um diagrama que mostra a estrutura de um sistema de controlo de acordo com a invenção associado a uma caixa de velocidades de um tipo robotizado; e A figura 3 é um gráfico que ilustra um exemplo de uma curva de potência absorvida pelo actuador da caixa de velocidades, como uma função do tempo t representado na abcissa. A descrição que se segue descreve uma forma de realização de um sistema de acordo com a invenção para uma caixa de velocidades de um tipo robotizado, no qual a caixa de velocidades é de um tipo mecânico convencional 2 usando engrenagens. Deve observar-se que os conceitos básicos da invenção não estão limitados à implementação num sistema de controlo para uma caixa de velocidades deste tipo, mas podem também ser aplicados para controlar o modo de condução num veiculo automático.

Na figura 1, uma caixa de velocidades mecânica para um veiculo a motor (não ilustrado) é genericamente ilustrada por GS. A caixa de velocidades GS é de um tipo convencional, operável para mudar as relações de transmissão com seis posições para a frente ou seis velocidades e, uma relação de transmissão para marcha-atrás. A caixa de velocidades GS é de um tipo robotizado. Tem um dispositivo manual associado, por exemplo, para controlar a selecção e o engrenamento/desengrenamento das várias velocidades, tal como uma alavanca indicada por L na figura 1. A alavanca L é do tipo conhecido como joystick, por exemplo, e tem associados transdutores de posição com a alavanca de uma maneira conhecida, para fornecer a uma unidade de controlo electrónico ECU sinais que indicam a relação de transmissão ou a velocidade pretendida pelo condutor (ver figura 2) . Em vez de uma única alavanca L, podem usar-se outros dispositivos que são em si conhecidos, para seleccionar e engrenar/desengrenar as relações de transmissão, tais como pares de alavancas montados próximo do volante, ou botões de pressão, ou semelhantes. 3 A caixa de velocidades robotizada pode conceber-se como não tendo elementos para controlo manual da selecção das velocidades e engrenamento/desengrenamento, visto ser possível para isso o controlo automático por uma unidade de controlo ECU, com base nos sinais fornecidos à unidade, de uma maneira que é também conhecida, por uma pluralidade de sensores (não mostrados), comportando-se então a caixa de velocidades robotizada como uma caixa de velocidades "automática". A unidade de controlo electrónico ECU é operável para controlar a selecção e o engrenamento/desengrenamento das várias velocidades, por meio de um par de dispositivos actuadores electromecânicos de movimento, indicados respectivamente por Al e A2 na figura 2, e controlados por circuitos de interface IC, que são em si conhecidos.

Na forma de realização ilustrada, os dispositivos actuadores Al, A2 incluem motores eléctricos de corrente continua DC respectivamente Ml, M2, nos quais o veio de saida está acoplado aos respectivos conversores/engrenagens de redução Gl, G2 operáveis para converter o movimento rotativo de saida do veio do motor associado num movimento linear bidireccional.

Sensores de corrente eléctrica ou sensores amperimétricos respectivos IS1 e IS2 bem como, sensores TS1 e TS2 para contar o número de rotações (na unidade de tempo) e reportar o sentido de rotação dos referidos motores eléctricos ou sensores tacométricos, tais como 4 sensores de efeito de Hall, por exemplo, estão associados aos motores Ml, M2, estando ligados à unidade de controlo ECU.

Os dispositivos actuadores Al, A2 estão acoplados a membros de controlo de alavanca Ll e L2 por meio de dispositivos respectivos de transmissão Tl e T2. No exemplo ilustrado, estes dispositivos de transmissão incluem cabos flexíveis, tais como cabos Bowden.

De uma maneira em si conhecida, os membros de alavanca Ll e L2 são susceptíveis de sofrer translação por meio de dispositivos actuadores associados aos mesmos, ao longo de linhas de operação que formam um ângulo entre si, referidas daqui em diante, respectivamente, como linha de selecção e linha de engrenamento/desengrenamento.

No diagrama dado na parte inferior na figura 2 a linha de selecção é indicada por S, enquanto que as linhas de engrenamento/desengrenamento (ou planos) das várias relações de transmissão são indicadas por 1, 2, 3 e 4.

Neste diagrama, a linha de engrenamento/desengrenamento indicada por 1 é a que está associada às relações de transmissão I e II, enquanto que a linha de engrenamento/desengrenamento 2 está associada às relações de transmissão III e IV, a linha 3 está associada às relações de transmissão V e VI, enquanto que 5 a linha de engrenamento/desengrenamento indicada por 4 está associada à marcha-atrás R.

Neste diagrama, N indica a posição de ponto morto, que é usualmente encontrada na intersecção entre a linha de selecção S e a linha de engrenamento/desengrenamento das relações de transmissão III e IV, isto é a linha indicada por 2 na figura 2.

De uma maneira em si conhecida, os respectivos sensores de posição eléctricos, indicados por PS1 e PS2 na figura 2 estão associados às alavancas Ll e L2. Estes sensores estão também ligados à unidade de controlo electrónico ECU.

Em funcionamento normal, a unidade de controlo electrónico ECU é regulada para controlar os actuadores Al e A2 de acordo com parâmetros predeterminados, de forma a controlar o arranjo selectivo dos membros de alavanca Ll, L2 nas posições de operação correspondentes à relação de transmissão ou velocidade a ser engatada.

Dispositivos de memória M, de um tipo em si conhecido, estão associados à unidade de controlo electrónico ECU. Estes dispositivos podem ser integrados na própria unidade de controlo.

Quando o sistema de controlo da invenção recebe um sinal de controlo apropriado, numa entrada i0, a unidade de controlo ECU é regulada para levar a cabo um processo de aprendizagem e memorização das posições de 6 engrenamento actuais das relações de transmissão ou velocidades, de uma maneira que irá agora ser descrita.

Neste processo de aprendizagem e memorização, a unidade ECU provoca a activação controlada dos dispositivos actuadores AI e A2 fazendo, desse modo, com que as alavancas de controlo LI e L2 se desloquem de acordo com as respectivas linhas de operação, enquanto que, por meio dos sensores de posição PS1, PS2, dos sensores de corrente IS1, IS2 e dos sensores tacométricos TS1, TS2, a unidade detecta e memoriza as posições actuais das referidas alavancas correspondentes às posições de operação nominais, de acordo com um método que irá agora ser descrito, o que é feito de forma independente de quaisquer tolerâncias mecânicas e funcionando na caixa de velocidades ao qual o sistema de controlo está especificamente associado. 0 processo de aprendizagem e memorização das posições de engrenamento actuais das diferentes relações de transmissão na caixa de velocidades começa com a caixa de velocidades GS na posição de ponto morto N.

No inicio do processo a unidade de controlo ECU reconhece primeiro e memoriza a posição do ponto morto N, com base nos sinais proporcionados pelos sensores PS1, PS2 e IS1, IS2.

Uma vez feito isto, a unidade de controlo ECU activa o actuador Al ou actuador de selecção deslocando, assim, os membros de alavanca Ll, L2 ao longo da linha de 7 selecção S, de forma que a mesma reconhece e memoriza as posições de selecção, de novo com base nos sinais fornecidos pelos acima mencionados sensores PS1 e IS1.

Em particular, as posições de selecção podem ser determinadas com base na informação fornecida pelos sensores IS. Em geral, quando as alavancas Ll, L2 acima mencionadas atingem uma posição de selecção, a energia consumida pelos motores M dos dispositivos actuadores associados A mostra um aumento súbito e típico, provocado pelo facto de os motores serem impedidos de rodar.

Logo que as posições de selecção das mudanças tenham sido reconhecidas, assim como a posição de ponto morto N, a unidade de controlo ECU fica capaz de determinar as posições ao longo da linha de selecção S das linhas ou planos de engrenamento/desengrenamento 1-4.

Na forma de realização ilustrada com referência à figura 2, a posição de engrenamento/desengrenamento da linha 1 corresponde essencialmente à posição extrema de selecção, enquanto que a posição de engrenamento/desengrenamento da linha 2 corresponde essencialmente à posição de ponto morto. A posição de engrenamento/desengrenamento da linha de marcha-atrás R corresponde à outra posição extrema de selecção. A unidade de controlo ECU pode determinar a posição da linha 3 de engrenamento/desengrenamento que corresponde às relações de transmissão V e VI, com base na informação que foi já memorizada. Na maioria das 8 caixas de velocidades a posição desta linha 3 de engrenamento/desengrenamento fica a meio caminho entre as linhas de engrenamento/desengrenamento 2 e 4. A unidade de controlo electrónico ECU é também operável para activar o segundo actuador A2, ou actuador de engrenamento/desengrenamento, em cada intersecção da linha de selecção S com qualquer das linhas de engrenamento/desengrenamento 1 a 4 , de maneira a deslocar o membro de alavanca L2 ao longo das linhas correspondentes 1 a 4 e a reconhecer e memorizar as posições correspondentes ao inicio e ao fim do engate da mudança, que corresponde às várias relações de transmissão ou velocidades. A figura 3 mostra a curva tipica da energia consumida pelo motor M2 do transdutor A2 no engrenamento de uma velocidade, em que o pico de corrente no instante t0 é provocado pela corrente necessária para forçar e ultrapassar a mola estabilizadora de posição ou marcador de posição, que está disposta de forma convencional nas caixas de velocidades mecânicas. Logo que o instante t0 tenha passado, pode ter-se a certeza de que a mudança foi engatada. Os sinais emitidos pelos sensores PS2 e TS2 no instante t0 são então percebidos como indicando a posição de inicio do engate da mudança. Os sinais fornecidos pelos sensores PS2 e TS2 no instante ti da figura 3, por outro lado, são percebidos como indicando a posição extrema de engate da mudança (quando o motor M 2 é impedido de rodar). De facto, quando a unidade de controlo electrónico ECU memoriza as posições finais de engate das várias mudanças ou velocidades, a unidade de 9 controlo ECU pode memorizar antecipadamente determinadas posições espaçadas das mencionadas posições extremas de selecção, impedindo desse modo que o motor M 2 associado ao actuador A2 de engate seja sujeito a uma paragem forçada do seu veio, cada vez que uma mudança é engatada. 0 processo de aprendizagem e memorização das posições de engate que se verificam no momento de engatar uma relação de transmissão ou mudança, pode seguir diferente ordem de operação daquela que foi descrita acima. Por exemplo, a unidade ECU pode ser regulada para levar a cabo a aprendizagem e memorização segundo o seguinte processo. A unidade ECU primeiro reconhece a posição de ponto morto N. Em seguida activa o actuador de selecção Al de forma a provocar um movimento longo da linha de selecção S em direcção à marcha atrás R. A unidade ECU determina então e memoriza a posição extrema de selecção ao longo da linha de selecção correspondente à marcha-atrás R. A unidade ECU activa depois o actuador de engate A2 ao longo da linha de engrenamento/desengrenamento 4, na direcção correspondente ao engate da marcha-atrás R. Durante este movimento a energia consumida pelo motor eléctrico M2 aumenta primeiro, para ultrapassar a oposição ao deslocamento da alavanca L2 proporcionada pelo dispositivo de mola de estabilização de posição, associado. A energia eléctrica medida pelo sensor IS2 mostra, portanto, uma parte caracteristica em forma de joelho cujo padrão é mostrado, por exemplo, no instante 10 t0 na figura 3, após o que ela tende a diminuir logo que se dê a libertação da mola do dispositivo estabilizador de posição, contribuindo para o movimento da alavanca 2. Quando se atinge a posição extrema de selecção correspondente ao engate da marcha-atrás R, a corrente I consumida pelo motor M2 aumenta de forma aguda e caracteristicamente, como mostra no instante ti da figura 3. Quando detecta este aumento, a unidade ECU regista que foi atingida a posição extrema de selecção correspondente ao engate de marcha-atrás e memoriza a mesma, juntamente com os valores proporcionados pelo sensor tacométrico.

Por meio do actuador Al, a unidade ECU volta à posição de ponto morto N memorizada anteriormente. Logo que esta posição é atingida, a unidade ECU activa o motor Ml do actuador de selecção Al de forma a deslocar as alavancas Ll, L2 ao longo da linha S de selecção em direcção à posição extrema de selecção oposta aquela correspondente à marcha-atrás R. Logo que esta posição de extremidade é atingida, detectada pelo aumento repentino na corrente eléctrica consumida pelo motor Ml, a unidade ECU memoriza a referida posição de extrema de selecção, com base na qual pode calcular a magnitude do movimento de selecção.

Na referida posição de extremidade de movimento, a unidade ECU activa o motor M2 do actuador de engrenamento/desengrenamento A2, de forma a deslocar a alavanca L2 ao longo da linha 1 em direcção à posição de engate da velocidade I (ou da velocidade II) e depois de 11 regresso em direcção à posição extrema de selecção correspondente à velocidade II (ou da velocidade I).

Em seguida a unidade ECU reposiciona as alavancas na posição de ponto morto N e, nesta posição, usa o motor M2 do actuador de engrenamento/desengrenamento A2 para detectar as posições extremas de selecção ao longo da linha de engate 2, correspondentes às posições de engate actuais das velocidades III e IV. Em seguida, quando a posição de intersecção da linha de selecção S e da linha 3 de engate foi determinada (da maneira descrita acima), por meio do actuador A2, a unidade ECU determina as posições de extremidade de movimento para as velocidades V e VI.

As posições detectadas pelos sensores PS e TS são retidas na memória M durante toda a operação normal relativa à actividade subsequente da caixa de velocidades robotizada, excepto para pequenas mudanças levadas a cabo a seguir a auto-ajustamentos do sistema, como parte da sua operação normal. Durante a operação normal da caixa de velocidades robotizada, os sinais fornecidos pelos sensores PS e TS para as várias velocidades são comparados com os valores em memória. Quando o valor instantâneo dos sinais e aquele armazenado na memória diferem mais do que um predeterminado valor, é feito um ajustamento automático em movimento, para "encontrar" a nova posição das mudanças. 12

Quando a geometria da configuração das relações de transmissão na caixa de velocidades GS é conhecida, o sistema descrito acima torna possível criar uma mapa completo das velocidades ou relações de transmissão, sem necessitar de uma calibração ou ajuste no final da linha de montagem da caixa de velocidades.

Se os sensores PS1 e PS2 são montados directamente na caixa de velocidades GS ou, na extremidade dos cabos de transmissão TI e T2 adjacentes à caixa de velocidades, e se a temperatura do motor quente que está associado é conhecida (esta informação é usualmente disponível na rede de comunicações do painel de instrumentos do veículo), a unidade ECU pode ser usada para implementar diferentes algoritmos que tornam possível corrigir a deriva térmica nos referidos sensores. Além disso, usando um sensor de temperatura TS (ver figura 2) de um tipo NTC ou PTC, por exemplo, associado com a unidade de controlo electrónica ECU, é possível compensar qualquer desvio devido temperatura em qualquer componente electrónico e instalar uma protecção para os dispositivos de potência.

Naturalmente, o principio da invenção permanecerá imutável, em formas de realização e de fabrico cujos pormenores podem variar largamente dos descritos e ilustrados apenas a titulo de exemplo não limitativo, sem sair desse modo do âmbito da invenção, tal como definido nas reivindicações anexas.

Lisboa, 19 de Junho de 2007 13

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES 1 - Sistema de controlo para uma caixa de velocidades (GS) de um tipo robotizado para um tipo de motor que inclui meios de controlo por alavanca (Ll, L2) deslocáveis ao longo de pelo menos uma linha de trabalho (1-4) ao longo da qual estão definidas uma pluralidade de posições de operação nominais que correspondem às relações de transmissão ou velocidades (I-VI; R) e à posição de ponto morto (N), incluindo o sistema de controlo: meios actuadores electromecânicos de deslocamento (Al, A2) acoplados aos referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2) e operáveis para deslocar os mesmos ao longo de pelo menos uma linha de trabalho (1-4), e - meios de controlo electrónicos (ECU) para controlar a operação dos referidos meios actuadores (Al, A2) de acordo com um modo predeterminado, de forma a levar a que os referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2) sejam dispostos selectivamente em uma das referidas posições de operação; meios de sensores ( PSl, PS2, IS1, IS2, TS 1, TS2) associados aos referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2) e operáveis para fornecer aos meios de controlo electrónico (ECU) sinais que em conjunto, indicam que os referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2) atingiram posições 1 predeterminadas ao longo da, pelo menos uma, linha de trabalho (1-4), e - meios de memória (M) associados aos meios de controlo electrónico (ECU); meios de controlo electrónico (ECU) que são operáveis, quando recebem um sinal de controlo apropriado (i0) para realizar um processo de aprendizagem e memorização, no qual os referidos meios de controlo (ECU) provocam a activação controlada dos referidos meios actuadores (Al, A2), provocando desse modo o deslocamento controlado dos referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2) ao longo da referida, pelo menos uma, linha de trabalho (1-4) e, por meio dos meios sensores referidos (PS1, PS2, IS1, IS2, TS1, TS2) e de acordo com um predeterminado método, para detectar e memorizar as posições actuais dos referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2) correspondentes às posições de operação nominais referidas; caracterizado por os meios sensores incluírem sensores de corrente eléctrica (IS1, IS2) para medir a corrente consumida durante a operação, pelos meios actuadores electromecânicos de deslocamento (Al, A2) e em que, os meios de controlo electrónico (ECU) são operáveis para realizar um processo de aprendizagem e memorização das posições de início e de fim do engrenamento, para as 2 várias relações de transmissão ou velocidades, baseando-se na corrente consumida pelos meios actuadores (Al, A2) tal como é medida pelos referidos sensores de corrente (IS1, IS2) .
2. 2 - Sistema de controlo de acordo com a reivindicação 1 para uma caixa de velocidades robotizada (GS), em que os meios actuadores electromecânicos de deslocamento (Al, A2) incluem meios de motor eléctrico (Ml, M2) acoplados aos referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2), em que os meios sensores acima mencionados incluem meios sensores eléctricos (PS1, PS2) para detectar a posição dos referidos meios de controlo de alavanca (Ll, L2) e meios sensores (TS1, TS2) para medir a velocidade de rotação dos referidos meios motores.
3. 3 - Sistema de controlo de acordo com a reivindicação 1 ou 2 para uma caixa de velocidades mecânica (GS) do tipo que usa engrenagens, em que os meios de controlo de alavanca incluem primeira e segunda alavancas (Ll, L2), para a selecção e engrenamento/desengrenamento respectivamente das relações de transmissão ou velocidades, alavancas associadas respectivamente aos primeiro e segundo actuadores electromecânicos (Al, A2), para deslocamento das alavancas ao longo de uma primeira linha e, de pelo menos uma segunda linha de trabalho (S;1—4) respectivamente, sendo estas uma linha de selecção (S) e uma linha de engrenamento/desengrenamento 3 (1-4) respectivamente, formando um ângulo uma com a outra; sendo os meios de controlo (ECU) operáveis para realizar o referido processo de aprendizagem e memorização com a caixa de velocidades (GS) começando na sua posição de ponto morto (N) ; este processo compreendendo os passos de: aquisição e memorização da posição de ponto morto (N) com base nos sinais fornecidos pelos referidos meios sensores (PS1, PS2, isi, IS2); - activação do primeiro actuador de selecção (Al) de forma a deslocar os referidos membros de alavanca (Ll, L2) ao longo da linha de selecção (S) para cada posição extrema de selecção e, aquisição e memorização destas posições; determinação de uma maneira predeterminada e em dependência com a distância entre a referida posição extrema de selecção e a posição de ponto morto (N) memorizada, da posição ao longo da linha de selecção (S) dos planos ou linhas de engrenamento/desengrenamento das relações de transmissão ou velocidades, com base na geometria na caixa de velocidades; e activação do segundo actuador ou actuador (A2) de engrenamento/desengrenamento, começando para cada intersecção da linha de selecção (S) com uma linha 4 ou plano (1-4) de engrenamento/desengrenamento, de forma a deslocar o segundo membro ou alavanca (L2) ao longo da linha ou plano (1-4) correspondente, e aquisição e memorização das posições correspondentes ao início e fim do engate das relações de transmissão ou velocidades.
4. 4 - Sistema de acordo com a reivindicação 2 em que os referidos meios de sensores de posição (PS1, PS2) estão dispostos próximo da caixa de velocidades (GS) e em que os meios de controlo referidos (ECU), são operáveis para implementar algoritmos para corrigir qualquer desvio de origem térmica dos referidos meios sensores (PS1, PS2) devido a variações na temperatura do motor ao qual a caixa de velocidades está associada.
5. 5 - Sistema de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que os referidos meios de controlo electrónico (ECU) estão associados a meios sensores de temperatura (TS) e, os referidos meios de controlo (ECU) são operáveis para compensar qualquer desvio de origem térmica nos componentes electrónicos do sistema.
6. 6 - Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores em que, durante a operação normal da caixa de velocidades robotizada, os referidos meios de controlo electrónico (ECU) são operáveis para actuar algoritmos para seguir o posicionamento das engrenagens. Lisboa, 19 de Junho de 2007 5