PT1528277E - Actuador electromecânico para uma embraiagem de um veículo automóvel. - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

ACTUADOR ELECTROMECÂNICO PARA UMA EMBRAIAGEM DE UM VEÍCULO

AUTOMÓVEL 0 presente invento refere-se a um actuador electromecânico para uma embraiagem de um veículo automóvel equipado com uma caixa de velocidades automática ou robotizada. Num veículo automóvel deste tipo não se proporciona pedal de embraiagem para uma operação directa pelo condutor, mas a embraiagem é operada por um ou mais actuadores controlados por uma ou mais unidades electrónicas de controlo que gerem a operação, quer da caixa de velocidades, quer da embraiagem. Normalmente, são proporcionados, um primeiro actuador hidráulico para operar directamente a embraiagem, e um segundo actuador eléctrico que controla o actuador hidráulico, formando assim um sistema de controlo servo assistido.

Como é bem sabido, as funções principais que um actuador de embraiagem tem de desempenhar são as de controlar o desengate e engate da embraiagem e a de manter, com estabilidade, a posição desengatada. Do resultado de testes conduzidos em veículos automóveis, verificou-se que cada uma das funções acima mencionadas pode ser associada a um tempo de actuação específico, correspondendo ao conforto de condução aceitável. Os valores destes tempos de actuação acabaram por ser diferentes uns dos outros, e não podem ser reduzidos a uma função matemática única. 1

Os actuadores electromecânicos utilizados actualmente utilizam mecanismos operacionais (do tipo biela e manivela, por exemplo) que permitem obter um princípio de movimento única e não satisfazem, desta forma, a necessidade de implementar princípios de movimento específicas para cada fase do ciclo operacional da embraiagem.

Através do pedido de patente internacional W001/76905 é conhecido um exemplo de um actuador electromecânico para controlar um actuador hidráulico, destinado a operar uma embraiagem de um veículo automóvel. 0 actuador electromecânico descrito neste documento da técnica anterior compreende um mecanismo para converter o movimento rotativo de um pino de manivela, rodado por um motor eléctrico ou por um motor de engrenagem em torno de um eixo de rotação diferente do seu próprio eixo, num movimento de translação de um elemento operacional que opera um êmbolo de um actuador hidráulico. 0 mecanismo de conversão de movimento compreende um prato deslizável tendo um entalhe perfilado no qual engata o pino da manivela. 0 prato está montado numa guia orientada ao longo de uma direcção perpendicular ao eixo de rotação do pino da manivela e que passa através do mesmo, e suporta o elemento operacional acima mencionado, numa extremidade. No prato é formado um entalhe, que define uma posição de descanso estável correspondente à condição de embraiagem engatada. Para desengatar totalmente a embraiagem, o pino da manivela tem de ser rodado 180s. 2

De acordo com esta solução conhecida, a modificação do perfil do entalhe perfilado, no qual o pino da manivela desliza, torna possível variar apenas a força operacional em consequência da variação do braço da alavanca. Além disso, o movimento linear do elemento operacional, obtido com este mecanismo, é necessariamente simétrico em cada intervalo angular de 902. Ambas estas restrições limitam a possibilidade de modular o desengate e engate da embraiagem de uma forma totalmente independente.

Além disso, com um tal actuador é necessário utilizar um electroíman para permitir que o mecanismo de conversão de movimento seja mantido estável por longos períodos na posição de desengate da embraiagem (por exemplo, quando tem de ser engatada uma engrenagem e a embraiagem está desengata enquanto o veículo está imóvel). Isto é devido ao facto de, mesmo se a força operacional da embraiagem actuar numa direcção ortogonal a, e passando através do eixo de rotação do motor eléctrico ou motor a engrenagem, a posição de desengate da embraiagem não está estável quando o sistema está sujeito a tensões (tais como vibrações). É igualmente sabido que um actuador de embraiagem tem de ser capaz de proporcionar características de conforto, que diferem de acordo com as exigências do utilizador, e também de acordo com as exigências de segurança do veículo (no caso de travagem de emergência, por exemplo) . Para permitir que estas características de conforto sejam atingidas, o motor eléctrico tem de ser concebido adequadamente, de modo a permitir as massas de inércia do 3 próprio motor e os componentes da unidade de redução. As características de conforto necessárias são então obtidas através de uma estratégia de controlo que não é totalmente compatível com as características do motor eléctrico, uma vez que as inversões contínuas de polarização têm de ser controladas e, desta forma, o motor tem de ser sobredimensionado, aumentando assim o consumo de energia e a corrente inicial de arranque necessária da bateria do veículo automóvel. 0 objectivo do presente invento consiste em proporcionar um actuador electromecânico para uma embraiagem de um veículo automóvel que torne possível ultrapassar as desvantagens acima referidas.

De acordo com o invento, este e outros objectivos são obtidos por meio de um actuador electromecânico tendo as características definidas na parte caracterizadora da Reivindicação 1. As características vantajosas adicionais do invento estão definidas nas reivindicações dependentes.

Graças a um actuador electromecânico de acordo com o presente invento, a posição de desengate da embraiagem pode ser atingida por uma rotação inferior a 1802. Além disso, as fases de desengate e engate da embraiagem podem ser moduladas de uma forma totalmente assimétrica, por outras palavras, tornando os tempos de engate e desengate dependentes apenas da curva característica da embraiagem (torque transmitido como função da posição). É igualmente possível dispensar com um electroíman ou dispositivo 4 semelhante para manter a embraiagem desengatada por longos períodos.

As características e vantagens do invento tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada que se segue, dada unicamente a título de exemplo não limitativo, com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma caixa de velocidades para um veículo automóvel, na qual está montado um actuador hidráulico, de acordo com a técnica anterior, para operar a embraiagem; A Figura 2 é uma vista em perspectiva, ilustrando uma vista em corte de um actuador electromecânico de acordo com o presente invento, para controlar um actuador hidráulico para uma embraiagem do tipo ilustrado na Figura 1; A Figura 3 é um diagrama ilustrando uma característica operacional possível que pode ser obtida com um actuador electromecânico de acordo com o presente invento; e A Figura 4 ilustra o perfil de um elemento operacional tipo carne para o actuador electromecânico da Figura 2, concebido de forma a proporcionar as características operacionais ilustradas na Figura 3. 5 A Figura 1 ilustra uma caixa de velocidades de um veículo automóvel, identificado na generalidade por 10, na qual está montado um actuador hidráulico 11 para operar a embraiagem (não ilustrada). O actuador hidráulico 11 tem, de uma forma conhecida, uma interface mecânica 12 (tal como uma haste de êmbolo), ligada a uma alavanca operacional 13 de embraiagem, e uma interface hidráulica 14, à qual está ligado um tubo 15 que fornece a energia hidráulica necessária ao actuador na forma de um líquido pressurizado. A Figura 2 ilustra uma forma de realização preferida de um actuador electromecânico de acordo com o invento, destinado a controlar a operação do actuador hidráulico 11 ajustando a quantidade de líquido fornecida a este último. O actuador electromecânico, identificado na generalidade por 20, compreende substancialmente um motor eléctrico 21 (de um tipo conhecido), uma unidade de redução 22 (igualmente de um tipo conhecido, por exemplo com uma cascata de engrenagens), e um elemento operacional tipo carne 23 montado num eixo de saída 24 da unidade de redução 22. A carne operacional 23 tem a função de converter o movimento rotativo contínuo que lhe é conferido pelo conjunto de motor e unidade de redução 21, 22, em movimento rectilíneo alternativo de um elemento comandado 25 feito na forma de um elemento cilíndrico, deslizável na direcção do seu próprio eixo. Por seu lado, o elemento comandado 25 transmite o movimento a uma corrediça ou pistão de compressão 26 alojados num cartucho hidráulico 27, ligado por um conector 28 ao tubo 15 que abastece o actuador 6 hidráulico 11. 0 movimento da corrediça 26 provoca um deslocamento correspondente de líquido no tubo 15 e, consequentemente, uma troca de energia hidráulica com o actuador 11.

Proporciona-se um sensor de velocidade 29 de um tipo conhecido para monitorar a velocidade de rotação do motor eléctrico 21. Proporciona-se igualmente um sensor electrónico absoluto (não ilustrado) para detectar a posição desengatada da embraiagem. Este sensor pode ser um sensor linear acoplado ao elemento comandado 25 ou um sensor rotativo acoplado à carne operacional 23. O motor eléctrico tem a sua velocidade controlada de formas conhecidas (PWM [Pulse-Width Modulation, Modulação em Largura de Impulsos] ou modulação linear). Esta velocidade é medida por meio de um sensor de velocidade 29 ou pelo cálculo da derivada do deslocamento linear associado com o elemento comandado 25. Uma vez que a princípio do movimento cinético relacionando o movimento rotativo da carne, ou o movimento alternativo do elemento comandado, ao percurso de desengate/engate é conhecido, a posição da embraiagem pode ser verificada a qualquer instante, a partir da informação proporcionada pelos dois sensores acima mencionados. 0 actuador electromecânico 20 está igualmente ligado, de uma forma conhecida, a uma unidade electrónica de controlo (não ilustrada), que controla o fornecimento de energia ao motor eléctrico 21 e interage com a rede da área do veículo automóvel. 7 A utilização de um elemento operacional do tipo carne torna possível obter diferentes princípios de movimento, que podem ser escolhidos como se pretender, para as diferentes fases do ciclo operacional da embraiagem. A Figura 3 ilustra um exemplo de uma característica operacional que pode ser obtida com um actuador de acordo com o presente invento, cuja carne operacional tem o perfil ilustrado na Figura 4. A característica operacional ilustra o deslocamento do elemento comandado 25 (proporcional ao deslocamento da alavanca operacional da embraiagem 13) como função do ângulo de rotação do elemento operacional tipo carne 23.

Fazendo referência à Figura 3, o ciclo operacional do actuador pode ser dividido nas fases indicadas abaixo, cada uma das quais correspondendo a uma porção respectiva do perfil da carne 23 (ilustrada na Figura 4).

Numa primeira fase, identificada como Al, a embraiagem é mantida na posição engatada para os primeiros 462 de rotação da carne 23. A presença desta fase não operacional facilita a operação transiente do motor eléctrico 21, uma vez que não impõe torque resistente adicional ao motor (excepto para o devido à inércia e atrito) . Esta fase corresponde a uma porção do perfil de carne na forma de um arco de circunferência, assentando entre os pontos 0 e 1.

Na fase seguinte, identificada por A2, é feito o desengate da embraiagem que termina ligeiramente antes dos 8 1802 de rotação da came. Esta segunda fase corresponde à porção do perfil da came entre os pontos 1 e 2.

Numa terceira fase, identificada por A3, a embraiagem é mantida na posição desengatada ao longo de um curto intervalo de tempo que prolongando-se afastada dos 1802, permitindo assim que a engrenagem seja mudada, ou durante um intervalo de tempo mais longo quando o veículo está parado e tem uma mudança engatada, caso em que o mecanismo é parado no meio da fase A3. Esta terceira fase corresponde à porção do perfil de came com a forma de um arco de circunferência, assentando entre os pontos 2 e 3. A terceira fase A3 é seguida pelo engate da embraiagem que, no exemplo ilustrado, é executado em três fases distintas: uma quarta fase A4, na qual é executado um engate parcial rápido da embraiagem, uma vez que durante esta fase não existe transferência de torque ao eixo de transmissão; uma quinta fase A5, na qual o engate da embraiagem é modulado; e uma sexta fase A6, na qual o engate da embraiagem é completado rapidamente, em que a velocidade de engate já não afecta as características necessárias de conforto. 9

Neste caso, a fase de modulação de engate A5 é executada com uma variação linear. As três fases A4, A5 e A6 correspondem às porções do perfil de carne assentando entre os pontos 3e4, 4e5, e5e0, respectivamente.

Claramente, no entanto, é possível obter quaisquer características operacionais desejadas do actuador, formando adequadamente o perfil da carne operacional 23.

De acordo com uma forma de realização preferida do invento, o actuador 20 é equipado com um dispositivo auxiliar 30 para aumentar a velocidade de desengate da embraiagem (porção A2 das características operacionais descritas acima). Fazendo referência à Figura 2, o dispositivo auxiliar 30 compreende uma carne auxiliar 31 actuando num elemento de tampa 32 carregado com uma mola calibrada 33. A carne auxiliar 31 está ligada através de um eixo 33 à carne operacional 23 de tal forma que esteja firme para rotação com esta última. 0 perfil da carne auxiliar 31 tem uma forma adequada, de modo que a mola 33 seja comprimida, armazenando assim energia elástica, durante a fase de engate da embraiagem e distende-se, fornecendo assim a energia elástica armazenada, durante a fase de desengate da embraiagem. Desta forma, a velocidade de desengate da embraiagem é aumentada para a mesma potência do motor eléctrico do actuador, ou, em alternativa, pode ser utilizado um motor eléctrico menos potente sem reduzir a velocidade de desengate. 10

De preferência, o perfil da carne auxiliar 31 tem igualmente uma forma para que a mola 33 seja mais uma vez carregada durante a fase final A6 de engate da embraiagem. De facto, a operação de recarga da mola não interfere, desta forma, com as fases A3, A4 e A5 do ciclo operacional da embra i ag em.

Deverá ser igualmente tornado claro que um tal dispositivo auxiliar pode ser ajustado e removido sem alterar a cadeia cinética do motor para a embraiagem.

Finalmente, o actuador electromecânico 20 é capaz de executar as funções de ajuste de compensação e jogo de auto-ajuste após o desgaste no disco da embraiagem. Estas funções são executadas de uma forma conhecida pela cartucho hidráulico 27, uma vez que as variações do volume de líquido no actuador hidráulico 11, devido, quer ao ajuste, quer ao desgaste do disco da embraiagem são compensados pelo próprio cartucho, pela absorção ou suplemento do líquido.

Naturalmente, permanecendo inalterado o princípio do invento, as formas de realização e os detalhes de construção podem ser alterados largamente relativamente aos descritos e ilustrados simplesmente por meio de exemplo não limitativo.

Lisboa, 1 6 M *8

II

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Actuador electromecânico (20) para uma embraiagem de um veículo automóvel, do tipo capaz de controlar a operação de um actuador hidráulico (11) para operar a embraiagem (13); o actuador electromecânico (20) compreende um motor eléctrico (21), uma unidade de redução (22) e um mecanismo (23, 25) para converter o movimento rotativo à saída do motor e conjunto de unidade de redução (21, 22) em movimento rectilíneo alternativo de um elemento comandado (25) para transmitir o seu movimento a uma corrediça ou pistão de compressão (26) alojado num cartucho hidráulico (27) para abastecer o actuador hidráulico (11), caracterizado por o referido mecanismo de conversão de movimento incluir um elemento operacional tipo came (23) rodado pelo conjunto de motor e unidade de redução (20, 21) e actuando no elemento comandado (25), tendo o referido elemento de came (23) um perfil que compreende, em sucessão, uma primeira porção (0-2), concebida para provocar o desengate da embraiagem, uma segunda porção (2-3), concebida para manter a embraiagem na. posição desengatada, e uma terceira porção (3-0), concebida para provocar o engate da embraiagem.
2. 2. Actuador electromecânico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida primeira porção (0-2) do perfil do elemento operacional tipo came (23) incluir um primeiro segmento na forma de um arco de uma circunferência (0-1), para manter a embraiagem na posição engatada num primeiro intervalo angular de rotação 1 do elemento de came (23), e um segundo segmento (1-2) conformado adequadamente para provocar o desengate da embraiagem com um princípio de movimento específico.
3. 3. Actuador electromecânico de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a referida terceira porção (3-0) do perfil do elemento operacional tipo came (23) incluir uma porção intermédia (4-5) conformada adequadamente para provocar o engate da embraiagem com um princípio de movimento específico.
4. 4. Actuador electromecânico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a referida terceira porção (3-0), do perfil do elemento operacional tipo came (23), compreender ainda uma porção inicial (3-4) e uma porção final (5-0), precedendo e seguindo, respectivamente, a porção intermédia (4-5) e concebida, respectivamente, para iniciar e completar o engate da embraiagem a uma velocidade superior à da porção intermédia (4-5).
5. 5. Actuador electromecânico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender igualmente um dispositivo auxiliar (30) para auxiliar o mecanismo operacional tipo came (23) operado pelo conjunto de motor eléctrico (21) e unidade de redução (22), durante a fase de desengate da embraiagem.
6. 6. Actuador electromecânico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o referido dispositivo auxiliar (30) compreender uma came auxiliar (31) que actua 2 no elemento deslizável (32) carregado por uma mola (33) e que está ligado, de um modo que se pode accionar, para rotação com a carne operacional (23), sendo o perfil da carne auxiliar conformado de modo que a mola (23) armazene energia elástica, durante a fase de engate da embraiagem e solte para o elemento (32) a energia elástica armazenada, durante a fase de desengate da embraiagem.
7. 7. Actuador electromecânico de acordo com a reivindicação 5, dependente da reivindicação 4, caracterizado por o perfil da carne auxiliar (31) ter uma forma tal que a mola (33) armazena energia elástica durante a fase final de engate da embraiagem, correspondendo à porção final (5-0) da terceira porção do perfil do elemento operacional tipo carne.
8. 8. Actuador electromecânico de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender igualmente um sensor de velocidade (29) para medir a velocidade de rotação do motor eléctrico (21) e um sensor de posição associado ao elemento comandado (25) ou ao elemento operacional tipo carne (23).
9. 9. Actuador electromecânico de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o motor eléctrico (21) ter a velocidade controlada, sendo a velocidade medida por meio do sensor de velocidade (29) ou calculando a derivada do deslocamento linear do elemento comandado (25) medido por meio de uma sensor de posição associado ao mesmo. Lisboa, 1 g JAN. 2008 3