BRPI0924607B1

BRPI0924607B1 - Um método e um sistema para assistência a um motorista de um veículo durante operação

Info

Publication number: BRPI0924607B1
Application number: BRPI0924607-0A
Authority: BR
Inventors: Svensson Jan-Inge; Sten Ragnhult
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2020-05-26
Also published as: EP2448805B1; JP5892493B2; JP2012532054A; US9102355B2; CN102481948A; US20120101687A1; BRPI0924607A2; EP2448805A1; WO2011002346A1; CN102481948B; EP2448805A4

Abstract

um método e um sistema para assistência a um motorista de um veículo durante operação a presente invenção se refere a um método para assistência a um motorista de um veículo durante operação por provisão do motorista com um reconhecimento de direção desejada, em que o veículo compreende uma disposição de direção (2) compreendendo um dispositivo de direção manualmente operado (3), pelo menos um par de membros de engate ao solo (4) e uma interconexão mecânica (5) entre o dispositivo de direção (3) e referidos membros de engate ao solo (4). o método compreende as etapas de detecção de um ângulo de direção e de determinação de uma força de guia de dispositivo de direção desejada fundamentada sobre o ângulo de direção detectado, de provisão do motorista com o reconhecimento de direção desejada fundamentado sobre a força de guia de dispositivo de direção desejada e de detecção do ângulo de direção em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo de um elemento de transmissão de força de direção elástico (10) na disposição de direção (2).

Description

UM MÉTODO E UM SISTEMA PARA ASSISTÊNCIA A UM MOTORISTA DE UM VEÍCULO DURANTE OPERAÇÃO

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um método para assistência (auxílio) a um motorista de um veículo durante operação por provisão do motorista com um reconhecimento de direção desejada em concordância com o preâmbulo da reivindicação independente 1 posteriormente. A presente invenção é adicionalmente direcionada para um sistema para assistência a um motorista de um veículo durante operação por provisão do motorista com um reconhecimento de direção desejada em concordância com o preâmbulo da reivindicação independente 16 posteriormente.

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA

[002] É conhecido proporcionar o motorista com um reconhecimento de direção desejada por aplicação de uma força de guia para o dispositivo de direção fundamentada sobre diferentes parâmetros de entrada, tais como deflexão de dispositivo de direção, aceleração lateral, taxa de guinada (golpe) de direção e velocidade de veículo.

[003] A força de guia exercida em cima do dispositivo de direção é resistente se contraria/contrapõe a força aplicada pelo motorista em cima do dispositivo de direção, ou de apoio/suporte se atua na mesma direção como a força aplicada pelo motorista em cima do dispositivo de direção, por conseqüência, por exemplo, reduzindo o efeito de, por exemplo, forças de fricção atuando sobre as rodas de solo e os assemelhados que são experimentadas pelo motorista como resistência quando operando o dispositivo de direção.

[004] O dispositivo de direção é normalmente formado por um volante de direção convencional no caso de um veículo. Entretanto, a presente invenção é aplicável para outros dispositivos de direção, tais como um joystick (leme, timão) botão (nipple) deslizante ou qualquer outro dispositivo de

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2/25 direção adequado para direção do veículo. Por exemplo, no caso em que o dispositivo de direção é um volante de direção, a força de guia irá aparecer como um torque de guia exercido em cima do volante de direção. Por conseqüência, neste caso, a expressão reconhecimento de direção simboliza o torque de volante de direção experimentado pelo motorista durante operação do veículo.

[005] A patente européia número EP 1.431.160 apresenta um sistema para estimativa de um torque de resistência de volante de direção fundamentado sobre o ângulo de rotação de volante de direção, velocidade de veículo e aceleração lateral ou taxa de guinada de direção. O volante de direção é conectado para as rodas de estrada por intermédio de uma disposição de eixo de direção e o torque de resistência de volante de direção entregue é mensurado e comparado com o torque de resistência de volante de direção estimado, onde por intermédio do que o torque de resistência de volante de direção entregue é adaptado por utilização de um controlador de resposta (de retorno) para ser substancialmente o mesmo como o torque de resistência de volante de direção estimado. Entretanto, foi estabelecido que este sistema em determinadas operações não proporciona o motorista com um reconhecimento de direção otimizado.

RESUMO DA INVENÇÃO

[006] Um objetivo da presente invenção é o de conseguir um método para assistência a um motorista que cria condições para um reconhecimento de direção aperfeiçoado.

[007] Este objetivo da presente invenção é conseguido pelo método definido na reivindicação independente 1 posteriormente. Por conseqüência, o objetivo da presente invenção é conseguido pelas etapas de detecção de um ângulo de direção e de determinação de uma força de guia de dispositivo de direção desejada fundamentada sobre o ângulo de direção detectado e de provisão do motorista com o

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3/25 reconhecimento de direção desejada fundamentado sobre a força de guia de dispositivo de direção desejada caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de detecção do ângulo de direção em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo de um elemento de transmissão de força de direção elástico na disposição de direção. Por conseqüência, o ângulo de direção é detectado em uma posição à jusante do elemento de transmissão de força de direção elástico em uma direção a partir do dispositivo de direção para os membros de engate ao solo na disposição de direção.

[008] A expressão “elemento de transmissão de força de direção elástico” se refere a um elemento configurado para possibilitar uma determinada quantidade de torção em torno do eixo geométrico de direção (isto é, um deslocamento circunferencial entre um eixo superior e um eixo inferior da disposição de direção), e pode ser formado por uma barra de torção.

[009] Uma mensuração precisa de ângulo de direção é extremamente importante de maneira a proporcionar o motorista com um reconhecimento de direção otimizado e correto levandose em consideração o comportamento de veículo. Em outras palavras, uma entrada menos precisa pode resultar em que o motorista é proporcionado com um reconhecimento de direção incorreto, o que pode ser um risco de segurança em que se pode conduzir para conclusões incorretas do comportamento de veículo.

[010] A presente invenção é fundamentada sobre a compreensão de que o valor de ângulo de direção recebido a partir do sensor de ângulo de rotação de roda não é preciso o suficiente para algumas condições operacionais ou para alguns cenários de tração/direção. Mais especificamente, a presença do elemento de transmissão de força de direção elástico (barra de torção) na disposição de direção conduz para um deslocamento angular entre o ângulo de direção

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4/25 efetivo nas rodas de solo e o ângulo de direção, que é detectado no volante de direção em concordância com o estado da técnica. Este problema é reforçado tanto quanto menos rígida a barra de torção for.

[011] Especialmente, quando um modelo representando determinadas características de direção desejadas associadas para o comportamento de veículo e/ou contato de solo é utilizado para determinação de força de guia de direção desejada, o ângulo de rotação de volante de direção tem foi estabelecido ser excessivamente impreciso para indicação do ângulo de direção.

[012] Pela etapa de detecção do ângulo de direção em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo do elemento de transmissão de força de direção elástico na disposição de direção, o deslocamento angular do elemento de transmissão de força de direção elástico e os, ao mesmo associado, problemas de precisão de ângulo de direção são eliminados.

[013] As condições de solo diferem para diferentes aplicações e podem variar com o decorrer do tempo. Especialmente, as características de fricção do solo/estrada diferem fundamentadas sobre a condição de estrada (asfalto, superfície úmida, gelo, superfície de cascalho, superfície de barro, etc) e podem ser importantes para determinação de uma força de guia de dispositivo de direção desejada correta e entrega de um correspondente reconhecimento de direção correto para o motorista. Características operacionais adicionais da disposição de direção, tais como fricção interna, elasticidade na direção, variações de fricção de solo devidas para a pressão de solo, mudança de fricção na derrapagem inicial, mudança de fricção na derrapagem total, etc., podem também ser importantes para determinação de uma correta força de guia de dispositivo de direção desejada e entrega de um correspondente reconhecimento de direção

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5/25 correto para o motorista. Levando-se em consideração derrapagem, os parâmetros de ângulo de roda de estada, taxa de guinada de direção e velocidade de veículo são preferivelmente detectados e utilizados como valores de entrada. Detecção do ângulo de direção na vizinhança das rodas de solo, ou pelo menos abaixo do elemento de transmissão de força de direção na disposição de direção, por intermédio disso cria condições para um reconhecimento de direção aperfeiçoado.

[014] Preferivelmente, o método compreende a etapa de aplicação da força de guia de dispositivo de direção para a disposição de direção por intermédio de um acionador, tal como um motor elétrico. Referido elemento de transmissão de força de direção elástico (barra de torção) é então disposto entre o acionador e o dispositivo de direção na disposição de direção.

[015] Preferivelmente, o método compreende as etapas de determinação de um torque de direção corrente na disposição de direção por intermédio de referido elemento de transmissão de força de direção elástico e por provisão do motorista com o reconhecimento de direção desejada fundamentado também sobre o torque corrente determinado na disposição de direção. O torque corrente determinado é indicativo do reconhecimento de direção de motorista.

[016] O torque de direção pode ser determinado fundamentado sobre a movimentação angular relativa (torção) da barra de torção e sobre a rigidez da barra de torção. Em concordância com uma alternativa, uma ou diversas bitolas (graduações) de tensão podem ser utilizadas.

[017] Preferivelmente, uma força de guia de dispositivo de direção entregue é mensurada e comparada com uma força de guia de dispositivo de direção desejada e estimada, em que a força de guia de dispositivo de direção entregue é adaptada por utilização de um controlador de

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6/25 resposta/retorno para ser substancialmente a mesma como a força de guia de dispositivo de direção desejada através de adaptação da quantidade de referida força de guia.

[018] Mais especificamente, o método cria condições para determinação de um valor de uma força de guia de dispositivo de direção final a ser aplicada para o dispositivo de direção por subtração de um valor do torque corrente determinado a partir de um valor da força de guia de dispositivo de direção desejada determinada.

[019] A expressão “provisão do motorista com o reconhecimento de direção desejado” significa que a força de dispositivo de direção entregue para o, e efetivamente reconhecida/sentida pelo, motorista corresponde para a, ou se iguala para a, força de guia de dispositivo de direção desejada previamente calculada. A expressão reconhecimento de direção” significa o caso em que o dispositivo de direção é formado por um volante de direção em que o motorista experimenta um torque de resistência de volante de direção desejado por intermédio do volante de direção.

[020] Em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, o método compreende a etapa de detecção do ângulo de direção na vizinhança de um de referidos membros de engate ao solo. Esta concretização da presente invenção é especialmente vantajosa quando um modelo representando determinadas características de direção desejadas associadas para contato de solo (tal como fricção de pneu). Preferivelmente, o método compreende a etapa de detecção do ângulo de direção por detecção de um ângulo de articulação de um de referidos membros de engate ao solo. O ângulo de articulação de um de referidos membros de engate ao solo pode ser um ângulo de pino rei (pino mestre).

[021] Em concordância com uma concretização preferida adicional da presente invenção, o método compreende a etapa de determinação do torque corrente na disposição de

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7/25 direção por detecção de uma movimentação angular relativa do elemento de transmissão de força de direção elástico. Preferivelmente, o método compreende a etapa de detecção de uma movimentação angular relativa do elemento de transmissão de força de direção elástico por intermédio de um primeiro sensor angular disposto em uma extremidade superior do elemento de transmissão de força de direção elástico e um segundo sensor angular disposto em uma extremidade inferior do elemento de transmissão de força de direção elástico. A expressão “extremidade superior” indica uma extremidade mais próxima para o dispositivo de direção manualmente operado do que a extremidade (inferior) oposta do elemento de transmissão de força de direção elástico.

[022] Em concordância com uma concretização preferida adicional da presente invenção, o método compreende a etapa de detecção do ângulo de direção na vizinhança do elemento de transmissão de força de direção elástico. Preferivelmente, o método compreende a etapa de detecção do ângulo de direção por intermédio de referido segundo sensor utilizado para determinação do torque corrente na disposição de direção. Utilizando o mesmo sensor para detecção do torque de direção corrente e do ângulo de direção é de eficiência em custos na medida em que somente um sensor é requerido para dois diferentes propósitos.

[023] Preferivelmente, a força de guia de dispositivo de direção desejada representa um reconhecimento de direção desejada, nominal.

[024] A força de guia de dispositivo de direção desejada determinada pode ser fundamentada sobre informação adicional, tais como adicionais características de direção desejada em adição para o componente de fricção de pneu. Por conseqüência, a força de guia de dispositivo de direção desejada determinada pode ser uma soma de forças desejadas (tais como componentes de torque).

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[025] Em concordância com uma concretização exemplificativa da presente invenção, o método compreende a etapa de provisão do motorista com o reconhecimento de direção desejado por aplicação de uma força de guia de dispositivo de direção final fundamentada sobre a força de guia de dispositivo de direção desejada para o dispositivo de direção manualmente operado.

[026] A expressão final com levando-se em consideração a força de guia de dispositivo de direção define neste caso que a força de guia de dispositivo de direção ativamente suprida não necessariamente se iguala para a força de guia de dispositivo de direção desejada determinada. Por exemplo, o método compreende a etapa de determinação de uma força efetiva para o dispositivo de direção resultante a partir da disposição de direção de veículo durante operação, e de determinação de um valor de uma força de guia de dispositivo de direção final para ser aplicada para o dispositivo de direção por subtração de um valor da força efetiva determinada a partir de um valor da força de guia de dispositivo de direção desejada determinada.

[027] Preferivelmente, a força efetiva é formada por um torque efetivo para o volante de direção, que é determinado por intermédio de referido elemento elástico, tal como uma barra de torção, na disposição de direção.

[028] Preferivelmente, o método compreende a etapa de pelo menos supressão de um reconhecimento de direção de motorista a partir da influência de fricção na disposição de direção no veículo. A supressão do reconhecimento de direção de motorista a partir da influência de fricção na disposição de direção é preferivelmente realizada por intermédio de uma

assim chamada	função de gerador	de referência	ou	de qualquer
outro recurso	conhecido	de	dispositivo	ou	função	de
compensação de	fricção.
[029]	A supressão	do	reconhecimento	de	direção	de

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9/25 motorista a partir da influência de fricção na disposição de direção é preferivelmente realizada como a aplicação da força de guia de dispositivo de direção. Preferivelmente um reconhecimento de direção de motorista é desacoplado a partir da influência de fricção na disposição de direção. Por conseqüência, a influência de fricção na disposição de direção é preferivelmente completamente removida.

[030] A presente invenção cria condições para utilizar um sistema de Direção Assistido por Energia Elétrica (EPAS) [Electrical Power Assisted Steering (EPAS) system]. Especialmente, o método é aplicável em sistemas de direção onde existe uma conexão mecânica entre o dispositivo de direção e o solo, mas onde o reconhecimento de direção inerente resultante a partir da conexão mecânica durante operação é eliminado ou pelo menos suprimido.

[031] Preferivelmente, o método compreende a etapa de aplicação da força de guia de dispositivo de direção determinada para a disposição de direção e simultaneamente pelo menos supressão de perturbações de dispositivo de direção resultantes a partir da interconexão mecânica.

[032] Preferivelmente, o método compreende a etapa de determinação da força de guia de dispositivo de direção por intermédio de pelo menos um modelo de fricção prédeterminado da fricção desejada na disposição de direção de veículo. Preferivelmente, o modelo de fricção representa a fricção entre o elemento de transmissão de força de direção elástico e o dispositivo de direção na disposição de direção. Esta concretização da presente invenção é fundamentada sobre a compreensão de que esta fricção especificamente definida é vantajosa para o reconhecimento de direção.

[033] Um objetivo adicional da presente invenção é o de conseguir um sistema para assistência a um motorista que cria condições para um reconhecimento de direção aperfeiçoado.

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[034] Este objetivo da presente invenção é conseguido pelo sistema definido na reivindicação independente 16 posteriormente. Por conseqüência, este objetivo da presente invenção é conseguido por um sistema de assistência a um motorista de um veículo durante operação por provisão do motorista com um reconhecimento de direção desejada, em que o veículo compreende uma disposição de direção compreendendo um dispositivo de direção manualmente operado, pelo menos um par de membros de engate ao solo e uma interconexão mecânica entre o dispositivo de direção e referidos membros de engate ao solo, em que o sistema compreende recurso para detecção de um ângulo de direção, recurso para determinação de uma força de guia de dispositivo de direção desejada fundamentada sobre o ângulo de direção detectado e recurso para provisão do motorista com o reconhecimento de direção desejada fundamentada sobre a força de guia de dispositivo de direção desejada, caracterizado pelo fato de que referido recurso de detecção de ângulo de direção é disposto para detecção do ângulo de direção em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo de um elemento de transmissão de força de direção elástico na disposição de direção.

[035] Concretizações exemplificativas adicionais e vantagens das mesmas emergem a partir da descrição a seguir, e dos Desenhos acompanhantes e das reivindicações posteriormente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[036] A presente invenção irá ser descrita em maiores detalhes subseqüentemente com referência para a concretização mostrada nos Desenhos acompanhantes, nos quais:

Figura 1 esquematicamente mostra um sistema para desempenho do método inventivo em concordância com uma concretização da presente invenção;

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Figuras 2 - 3 mostram uma concretização para um modelo de fricção;

Figura 4a esquematicamente mostra um exemplo de uma disposição de direção e de uma função de controle no sistema da Figura 1;

Figura 4b esquematicamente mostra uma disposição alternativa do motor elétrico na Figura 4a;

Figura 5 esquematicamente mostra um exemplo de um motor elétrico em uma vista em perspectiva para utilização no sistema inventivo em concordância com a presente invenção;

Figura 6 mostra um exemplo detalhado de uma disposição de direção em concordância com a presente invenção;

Figura 7a mostra uma vista, parcialmente cortada, em perspectiva, de uma seção dianteira de um caminhão, compreendendo a disposição de direção da Figura 6; e

Figura 7b mostra uma vista ampliada de uma disposição em uma junção/articulação de direção na Figura 6.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES

PREFERIDAS DA INVENÇÃO

[037] A presente invenção é a seguir descrita para aplicação em um caminhão. Entretanto, a presente invenção não deveria ser considerada como limitada para caminhões, mas a mesma pode ser aplicada também em outros veículos, tais como carros/automóveis. A Figura 1 esquematicamente mostra um sistema (1) para desempenho de um método de controle em concordância com uma concretização da presente invenção. O sistema (1) compreende uma disposição de direção mecânica (2), que pode ser de um tipo convencional, ver também a Figura 4a, a Figura 6 e a Figura 7a. A disposição de direção mecânica (2) compreende um dispositivo de direção (3) na forma de um volante de direção, pelo menos um membro de engate ao solo (4) na forma de uma roda de solo e uma conexão mecânica (5) entre o volante de direção (3) e as rodas de

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12/25 solo (4) para transmissão mecânica dos sinais de direção a partir do volante de direção (3) para as rodas de solo (4).

[038] O volante de direção (3) é disposto em um compartimento de veículo de passageiros (ver também a Figura 6 e a Figura 7a) e manualmente operado pelo motorista do veículo para dirigir/direcionar as rodas (4). A disposição de direção (2) compreende um recurso de ligação/conexão de direção (6) se estendendo a partir do volante de direção (3) para baixo para um Sistema Assistido por Energia Hidráulica (HPAS) (7) [Hydraulic Power Assisted System (HPAS)] para conversão de rotação angular na ligação/conexão de direção (6) para uma movimentação linear por intermédio de um membro de direção (8). O HPAS pode ser de tipo convencional compreendendo um cilindro hidráulico (não mostrado), uma barra de torção (43) e uma transmissão (44), ver a Figura 4a. O membro de direção (8) é acoplado sobre extremidades opostas para uma roda de solo esquerda e direita (4) e configurado para direcionar (virar) as rodas de solo (4) em resposta para sinais de direção a partir do volante de direção (3).

[039] O sistema (1) adicionalmente compreende um acionador (9) para proporcionar ajustamento suportado do ângulo de direção. O acionador é posicionado acima (e levando-se em consideração a força de direção a partir do volante de direção à montante) da engrenagem de direção (7). O acionador (9) é preferivelmente formado por um motor elétrico. O acionador (9) proporciona uma força de guia, e mais especificamente um torque de guia, ou torque de assistência, para a montagem de direção para assistência ao motorista em direção do volante de direção (3). Por conseqüência, o motor elétrico forma um recurso para provisão do motorista com o reconhecimento de direção desejada. O motor elétrico (9) pode ser disposto em torno de uma coluna de direção na disposição de direção (2), em que o campo

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13/25 magnético atua diretamente sobre a coluna de direção, ver a Figura 4a e a Figura 5.

[040] Um exemplo de um motor elétrico conhecido (9) para aplicação no sistema é mostrado na Figura 5. O motor elétrico (9) é do tipo que requer que uma unidade de controle (45) venha a receber informação acerca da posição de rotor de maneira a controlar a comutação (por exemplo, um motor síncrono de três fases). Um sinal de saída a partir de um sensor de ângulo de direção (42) é utilizado para monitoramento da posição de rotor para controle de referida comutação. O motor elétrico adicionalmente compreende enrolamentos de armadura (52). Adi cionalmente, um comutador (53) com uma ponte de três fases (54) disposta entre um suprimento elétrico e um aterramento elétrico (GND) é mostrado.

[041] O sistema (1) adicionalmente compreende um dispositivo de mensuração de torque (40) para mensuração de um torque manual aplicado pelo motorista para o volante de direção, ver a Figura 4a. O dispositivo de mensuração de torque (40) compreende um elemento de transmissão de força elástico (10), que preferivelmente constitui uma barra de torção, e dois sensores de ângulo de rotação (41, 42) . Em outras palavras, um ângulo de direção é mensurado por intermédio da barra de torção (10). Em outras palavras, os sensores (41, 42) detectam, na medida em que o torque de direção é aplicado para o volante de direção, um deslocamento relativo em uma direção circunferencial que é gerado entre o eixo superior e o eixo inferior com torção da barra de torção (10) int erposta entre o eixo superior e o eixo inferior. Por conseqüência, referido dispositivo (40) forma um recurso para determinação de um torque de direção corrente na disposição de direção por intermédio de referido elemento de transmissão de força de direção elástico (10).

[042] O sistema (1) adicionalmente compreende um

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14/25 sistema de Direção Assistido por Energia Elétrica (EPAS) [Electrical Power Assisted Steering (EPAS) system] (11). O EPAS (11) compreende um circuito (loop) de regulagem (12) (controlador de resposta), que é configurado para conseguir uma direção livre de torque. O circuito de regulagem (12) é configurado para receber um sinal de entrada indicativo de um torque de direção corrente no volante de direção (3). O sinal de entrada é recebido a partir do dispositivo de mensuração de torque (10). Fundamentalmente, o circuito de regulagem (12) é configurado para dar saída para um sinal para o acionador (9) de maneira que referida direção livre de torque é conseguida.

[043] O circuito de regulagem (12) compreende um controlador, ou regulador, (27) que compreende uma função de filtro. A função de filtro pode ser fundamentada sobre um modelo inverso das dinâmicas de direção do presente veículo. Adicionalmente, o regulador (27) pode ser configurado para reduzir erros no modelo e para reduzir perturbações e ruído de mensuração de maneira a reduzir o risco de instabilidade no sistema.

[044] O regulador (27) é configurado para receber um sinal indicativo de um torque para ser aplicado para a disposição de direção por intermédio do motor elétrico e em resposta para o mesmo produz um sinal de saída. O circuito de regulagem (12) adicionalmente compreende um recurso de controle de motor elétrico (28), que é configurado para receber o sinal de saída indicativo de um torque a partir do regulador (27) e produz um sinal com um correspondente valor de corrente para o motor elétrico. Em concordância com uma alternativa, o regulador (27) e o recurso de controle de motor elétrico (28) são combinados em um controlador único.

[045] O EPAS adicionalmente compreende uma função de controle (13), abaixo referenciada como um gerador de referência, que é configurado para determinar um torque

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15/25 desejado para ser aplicado para o volante de direção de maneira a proporcionar o motorista com um reconhecimento de direção desejado. Em outras palavras, o gerador de referência descreve um veículo nominal. O gerador de referência forma um recurso para determinação de uma força de guia de dispositivo de direção desejada fundamentada sobre um ângulo de direção detectado.

[046] Adicionalmente, o gerador de referência (13) é operativamente conectado para o circuito de regulagem (12) e dá saída para um sinal indicativo de um torque de direção desejado. O circuito de regulagem é configurado para comparar o torque de direção desejado com o torque de direção corrente, efetivo, e continuamente adaptar o sinal de saída para o acionador de maneira que o torque de direção desejado é transmitido para o motorista. Em outras palavras, o acionador é controlado de maneira que o mesmo aplica a diferença em torque entre o valor de torque desejado a partir do gerador de referência e o torque efetivo, corrente, na montagem de direção de maneira que o torque efetivo é controlado para substancialmente igualar o torque desejado.

[047] A Figura 4a esquematicamente mostra a unidade de controle (45), que representa o gerador referência (13) e os controladores (27, 28) na Figura 1. A unidade de controle (45) é configurada para receber sinais a partir dos sensores de ângulo rotacional (41, 42). A unidade de controle (45) é adicionalmente configurada para controlar o motor elétrico (9). Na Figura 4a, o motor elétrico (9) é disposto para atuar diretamente sobre uma coluna de direção na disposição de direção (2). Mais especificamente, um rotor no motor elétrico (9) forma uma parte da coluna de direção.

[048] A Figura 4b esquematicamente mostra uma alternativa para a concretização mostrada na Figura 4a. Uma transmissão (46) é disposta entre a coluna de direção e o motor elétrico (109). A transmissão (46) é somente

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16/25 esquematicamente mostrada e preferivelmente compreende um conjunto de engrenagens de pinhão. A transmissão (46) é preferivelmente configurada para mudar a velocidade rotacional a partir da coluna de direção para o motor elétrico (109) . O motor elétrico (109) é neste caso preferivelmente constituído por um motor de alta velocidade. O sensor de ângulo de direção (142) é disposto no motor elétrico (109). Esta alternativa da presente invenção é especialmente vantajosa na medida em que a resolução do valor de ângulo de direção é aperfeiçoada. Por conseqüência, o sensor de ângulo de direção (142) é posicionado à montante das engrenagens de aumento de marcha na transmissão (46) em uma direção a partir do motor elétrico (109). Em concordância com uma alternativa para a concretização da presente invenção mostrada na Figura 4b, o sensor de ângulo de direção (142) pode ser disposto entre a transmissão (46) e o motor elétrico (109) ou até mesmo dentro da transmissão (46), preferivelmente em um eixo de saída da transmissão (46).

[049] O gerador de referência (13) compreende pelo menos um modelo de operação de força de guia de dispositivo de direção e no exemplo na Figura 1 uma pluralidade de modelos de operação de força de guia (14, 15, 16, 17, 18). O modelo de operação de força de guia preferivelmente compreende um modelo matemático. O/s modelo/s é/são projetado/s de uma maneira para conseguir um reconhecimento de direção desejado no dispositivo de direção. Por conseqüência, o/s modelo/s pode/m ser projetado/s de diferentes maneiras para diferentes tipos de veículo e/ou para diferentes reconhecimentos de direção desejados.

[050] Adicionalmente, o/s modelo/s compreende/m pelo menos um parâmetro de característica de direção desejado. Mais especificamente, cada modelo é configurado para produzir um valor de torque de guia (T) para um desejado e pré-determinado parâmetro de característica de direção

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17/25 fundamentado sobre pelo menos uma entrada (19). Em outras palavras, o parâmetro de característica de direção é uma força de guia influenciando parâmetro operacional. Cada modelo compreende uma função matemática, em que o valor de torque é determinado como uma função de um valor da entrada, ver exemplos ilustrados das funções na Figura 1.

[051] Os valores de torques individuais resultantes a partir dos modelos são somados para uma soma de torque, que forma uma saída (20) a partir do gerador de referência. Em concordância com a concretização mostrada da presente invenção, o gerador de referência compreende modelos para os seguintes parâmetros de característica de direção: aceleração lateral de veículo, amortecimento de movimentações de dispositivo de direção, fricção de pneu, alinhamento próprio do dispositivo de direção para uma posição neutra e fricção na conexão mecânica entre o dispositivo de direção e as rodas de solo.

[052] A entrada de sinais para o gerador de referência compreende pelo menos um sinal indicativo de uma intenção de direção do motorista, tal como um ângulo de volante de direção (δ) e uma taxa de mudança do ângulo de volante (άδ/dt). O ângulo de direção é detectado em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo do elemento de transmissão de força de direção elástico (10) na disposição de direção, tal como por mensuração de um ângulo de roda de estrada ou em qualquer lugar dentre o elemento de transmissão de força de direção elástico e a roda de estrada na disposição de direção mecânica, para pelo menos uma de referidas modelos (que é adaptado para representar um comportamento de veículo). Este sinal indicativo de uma intenção de direção pode ser um ângulo de motor elétrico ou um ângulo de roda de solo. Similarmente, o sinal indicativo de uma intenção de direção pode ser uma taxa de mudança do ângulo de motor elétrico ou uma taxa de mudança do ângulo de

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18/25 roda de solo.

[053] Especialmente, utilizando um valor de ângulo de direção detectado em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo do elemento de transmissão de força de direção elástico (10) na disposição de direção é vantajoso para cada modelo representando uma característica de direção associada para o comportamento de veículo e/ou contato de solo. Exemplos de tais modelos são: o modelo de fricção de pneu (16), o modelo de alinhamento próprio (17) e possivelmente o modelo de aceleração lateral (14).

[054] Por outro lado, utilizando um valor de ângulo de direção detectado em uma posição no volante de direção (e uma taxa de mudança do ângulo de rotação de volante de direção) é vantajoso para cada modelo representando uma característica de direção associada para a disposição de direção/coluna de direção. Exemplos de tais modelos são: o modelo de fricção de disposição de direção (18) e o modelo de amortecimento (15).

[055] A entrada de sinais para o gerador de referência compreende pelo menos um sinal indicativo de uma movimentação de carroceria de veículo, tal como aceleração lateral (Ay) e/ou taxa de guinada de direção. Uma tal movimentação de carroceria de veículo pode ser sensoriada

por um sensor [056]	disposto O modelo	no veículo. de aceleração	lateral	de veículo	(14)
representa	um	relacionamento pré-determinado	entre um valor
de torque	de	guia e	a aceleração	lateral	corrente	para
consecução	de	um reconhecimento de	direção	desej ado.	Por
conseqüência,	o modelo	(14) recebe	um sinal	indicativo de

uma aceleração lateral corrente como um sinal de entrada. Em concordância com a função de exemplo mostrada na Figura 1, o valor de torque aumenta dramaticamente para pequenos valores de entrada da aceleração lateral. Adicionalmente, o valor de torque aumenta substancialmente menos para maiores valores

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19/25 de entrada da aceleração lateral. Em outras palavras, a curva se achata. O modelo de aceleração lateral de veículo (14) é preferivelmente um mapeamento estatístico puro. Em concordância com um exemplo preferido, a aceleração lateral de veículo é o parâmetro de característica de direção o mais importante.

[057] O modelo de amortecimento (15) representa um relacionamento pré-determinado entre um valor de torque de guia e a velocidade de direção corrente para consecução de um reconhecimento de direção desejado. Por conseqüência, o modelo de amortecimento (15) preferivelmente recebe um sinal indicativo de uma velocidade de direção (por exemplo, taxa de mudança da posição de coluna de direção). Em concordância com a função de exemplo mostrada na Figura 1, o valor de torque aumenta dramaticamente para pequenos valores de entrada da velocidade de direção. Adicionalmente, o valor de torque aumenta substancialmente menos para maiores valores de entrada da velocidade de volante de direção. Em outras palavras, a curva se achata. O modelo de amortecimento (15) é preferivelmente um mapeamento estatístico puro. A saída de valor de torque a partir do modelo de amortecimento é configurada para atuar em uma direção oposta levando-se em consideração a velocidade de direção corrente. O modelo de amortecimento é preferivelmente projetado de maneira que o torque resultante é menor para velocidades de direção mais altas e mais alto para velocidades de direção menores. Desta maneira, o torque de amortecimento é proporcional para a velocidade de direção durante tração/direção normal e limitado para um valor máximo durante manobras de estacionamento ou evasivas.

[058] Por conseqüência, o modelo de aceleração lateral de veículo (14) e o modelo de amortecimento (15) são ligados/conectados um para o outro.

[059] O modelo de alinhamento próprio (17)

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20/25 representa um relacionamento pré-determinado entre um valor de torque de guia e o ângulo de volante de direção corrente para consecução de um reconhecimento de direção desejado. Por alinhamento próprio do dispositivo de direção para uma posição neutra se quer significar um retorno ativo, isto é, o retorno do volante de direção liberado para um ajustamento central. O modelo de alinhamento próprio (17) preferivelmente recebe um sinal indicativo do ângulo de volante de direção e um sinal indicativo de velocidade de veículo como sinais de entrada. O propósito do sinal de entrada de velocidade de veículo é para se ter capacidade para modular o torque de alinhamento desejado com a velocidade de veículo corrente de uma maneira que o torque de alinhamento próprio pode ser reduzido durante tração/direção em alta velocidade.

[060] Levando-se em consideração os modelos de fricção (16, 18); uma determinada quantidade de reconhecimento de fricção no volante de direção é desejada. Por exemplo, fricção de Coulomb é desejada durante uma manipulação centrada de maneira a conseguir uma construção de torque desejada para pequenos desvios de ângulo de volante de direção. Adicionalmente, fricção de Coulomb é como tal desejada enquanto curvas longas de tração/direção, de maneira que as forças de direção sejam reduzidas, em que o motorista pode descansar o volante de direção sobre a fricção.

[061] O modelo de pneu (16) compreende uma curva de histerese, que representa um modelo de pneu. Preferivelmente, o modelo (16) é um modelo dinâmico de um pneu sem rolagem levando-se em consideração torque de direção. A relação entre o ângulo de direção e o torque é determinada por um relacionamento físico, onde a deflexão de elementos de borracha individuais é modelada dependendo do ângulo diferencial do volante de direção e da torção e do relaxamento dos elementos de borracha devido para o fato do pneu em rolagem. O modelo resultante fornece, por

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21/25 conseqüência, um efeito de histerese menor com velocidade de veículo crescente e freqüência de ângulo de direção constante.

[062] O método inventivo cria condições para cancelamento do efeito de fricção efetivo no volante de direção resultante a partir da disposição de direção efetiva e ao invés disso aplicando um torque de resistência desejado para o volante de direção, que representa um reconhecimento de fricção nominal para o motorista. Por conseqüência, o hardware (disposição de direção mecânica) é desacoplado a partir do reconhecimento de direção de fricção. Em outras palavras, a presente invenção cria condições de um reconhecimento de direção de fricção independente de aplicação (independente de hardware).

[063] O modelo de fricção de pneu (16) e o modelo de fricção de conexão mecânica (18) são em principio similares um para o outro. O modelo de fricção de pneu (16) representa a fricção entre o pneu e o solo enquanto o modelo de fricção de conexão mecânica (18) representa a fricção na montagem de coluna de direção de volante de direção superior. Por conseqüência, uma rigidez de fricção inchada no modelo de fricção de conexão mecânica (18) é mais alta do que no modelo de fricção de pneu (16). O modelo de fricção de pneu (16) preferivelmente recebe um sinal indicativo de um ângulo de direção e um sinal indicativo de velocidade de veículo. O modelo de fricção de conexão mecânica (18) preferivelmente recebe um sinal indicativo de um ângulo de direção.

[064] As Figuras 2 - 3 mostram em maiores detalhes um exemplo do modelo de fricção (16, 18). O valor do ângulo de direção (δ) é entrada para uma primeira caixa (501) representando uma rigidez (K), que corresponde para uma rigidez de mola inchada em Nm/Rad. O valor resultante a partir da primeira caixa (501) é entrada para uma segunda caixa (503) representando uma derivada como indicada pelo

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22/25 operador de Laplace (s) . O sinal de ângulo de direção derivado, isto é, a velocidade de ângulo de direção multiplicada com a rigidez (K) é passada para uma terceira caixa (505) representando uma função de integração com funcionalidade antiterminação (Anti Windup), indicada através dos limites integradores e do inverso do transformador de Laplace. Os valores limites são escolhidos de maneira a limitar o torque de fricção para os valores máximos e mínimos desejados. A funcionalidade antiterminação mencionada é intencionada para cessar integração, uma vez que os limites integradores são alcançados. O relacionamento entre o ângulo de volante de direção (δ) e o valor de torque de saída é mostrado na Figura 6.

[065] O/s modelo/s de característica de direção (14, 15, 16, 17, 18) é/ são preferivelmente projetado/s de maneira que um diferente parâmetro de característica de direção toma precedência sobre os outros em diferentes cenários de tração/direção. Em concordância com um exemplo, a aceleração lateral é configurada para tomar precedência sobre os outros parâmetros de característica de direção durante tração/direção em alta velocidade. Em concordância com um exemplo adicional, fricção de sistema de direção e fricção de pneu são configuradas para tomar precedência sobre os outros parâmetros de característica de direção durante tração/direção em baixa velocidade. A força de amortecimento é igualmente ativa independentemente de velocidade de veículo. Em concordância com um exemplo adicional, o alinhamento próprio é configurado para tomar precedência sobre os outros parâmetros de característica de direção durante tração/direção em um intervalo de velocidade intermediário entre a alta velocidade e a baixa velocidade.

[066] A presente invenção diz respeito a um método para assistência ao motorista do veículo durante operação. Em concordância com uma concretização preferida da presente

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23/25 invenção, o método de controle é configurado para possibilitar um controle da característica de direção experimentada por um motorista do veículo durante deslocamento/viagem. Em outras palavras, o método de controle é configurado para proporcionar o operador com um reconhecimento de direção (ou reconhecimento de direção ou resposta tátil) através do volante de direção.

[067] Levando-se em consideração reconhecimento de fricção, em concordância com uma concretização exemplificativa da presente invenção, o método compreende a etapa de determinação do torque de resistência desejado fundamentado sobre uma entrada representando um ângulo de direção. Por determinação de uma direção do ângulo de direção efetivo (sentido horário ou sentido anti-horário) e instantaneamente aplicação de um torque na mesma direção, o efeito da fricção na disposição de direção pode ser efetivamente cancelado.

[068] A Figura 6 mostra a disposição de direção (2) em maiores detalhes. Um dispositivo de ajustamento de volante de direção (60) é disposto exatamente abaixo do volante de direção (3) , o que possibilita que o motorista venha a ajustar a posição do volante de direção (3). A disposição de direção (2) compreende uma primeira junção (62), que operativamente conecta um eixo de direção superior (61) com um eixo de direção intermediário (63) e uma segunda junção (64), que operativamente conecta o eixo de direção intermediário (63) com um eixo de direção inferior (65). O acionador (9) (motor elétrico) é posicionado operativamente entre a engrenagem de direção (7) e o volante de direção (3). Mais especificamente, o motor elétrico (9) é posicionado entre a segunda junção, inferior, (64) e a engrenagem de direção (7). Por detecção do ângulo de direção para o (ou no) motor elétrico (ou pelo menos à jusante da segunda junção inferior 64), quaisquer erros de deslocamento angular nas

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24/25 junções (62, 64) são eliminados. A disposição de direção (2) [o eixo de direção intermediário (63)] corre através de uma cavidade (um furo) em um piso (66) no compartimento de operador.

[069] A Figura 7a mostra uma vista parcialmente cortada, em perspectiva, de uma seção dianteira de um caminhão (70), compreendendo a disposição de direção (2) da Figura 6. As rodas de solo dianteiras (4) são suspensas sobre um eixo de rodas dianteiro rígido (72) e junções/articulações de direção (74) são flexivelmente atadas para o eixo de rodas dianteiro por recursos de articulação (76) na forma de pinos rei (pinos mestre), que são de conexão de extremidade de munhão em ambas as extremidades. A disposição de direção (2) compreende uma servo bomba (78), que é operativamente conectada para a engrenagem de direção (7) para transmissão de fluido hidráulico sob pressão para a engrenagem de direção (7). Adi cionalmente, a servo bomba (78) é operativamente conectada para um reservatório hidráulico (80).

[070] Quando o motorista dirige/gira (movimenta) o volante de direção (3), suas movimentações são transmitidas por intermédio dos eixos de direção (61, 63, 65) para a engrenagem de direção (7). Quando a movimentação de volante de direção alcança a engrenagem de direção (7) é reforçada por pressão hidráulica a partir da servo bomba (78). Um braço de caída (não mostrado) então transmite a movimentação de direção a partir da engrenagem de direção (7) por intermédio de uma ligação/conexão de arraste (82) para um braço de direção (84) e adicionalmente para a junção/articulação de direção (74), em que a roda de solo (4) gira/se movimenta. Um braço de direção adicional (haste de pista/trilha) (86) conecta as junções/articulações de direção (74) em cada roda de solo de maneira a assegurar que a outra roda de solo vira/se movimenta também.

[071] A Figura 7b mostra uma vista ampliada da

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25/25 disposição na junção/articulação de direção (74) na Figura 7a. O ângulo de direção é detectado por detecção de um ângulo de articulação de uma de referidas rodas de solo (4). Mais especificamente, o ângulo de pino rei (pino mestre) de uma de referidas rodas de solo (4) é detectado por intermédio de um sensor dedicado (242).

[072] O gerador de referência (13) e o circuito (loop) de regulagem (12) [compreendendo os controladores (27, 28) ] são preferivelmente implementados em software.

[073] Um valor da aceleração lateral de veículo pode ser estimado a partir de uma taxa de guinada de direção de veículo mensurada.

Claims

1. Método para assistência a um motorista de um veículo durante operação por provisão do motorista com um reconhecimento de direção desejada, em que o veículo compreende uma disposição de direção (2) compreendendo um dispositivo de direção manualmente operado (3), pelo menos um par de membros de engate ao solo (4) e uma interconexão mecânica (5) entre o dispositivo de direção e referidos membros de engate ao solo, compreendendo as etapas de detectar um ângulo de direção e de determinar uma força de guia de dispositivo de direção desejada fundamentada sobre o ângulo de direção detectado, determinar um torque de direção corrente na disposição de direção (2) através de um elemento de transmissão de força de direção elástico (10), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de detectar o ângulo de direção em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo de um elemento de transmissão de força de direção elástico (10) na disposição de direção (2), determinar a força de guia desejada por intermédio de pelo menos um modelo de operação de força de guia de dispositivo de direção (14, 15, 16, 17, 18) utilizando referido ângulo de direção detectado como uma entrada, e prover o motorista

com um reconhecimento de direção desejada baseado na diferença entre a força de guia de dispositivo de direção desejada determinada e o torque de direção corrente determinado na direção.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende determinar o torque corrente na disposição de direção (2) por detecção de uma movimentação angular relativa do elemento de transmissão de força de direção elástico (10).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende detectar uma movimentação angular relativa do elemento de transmissão de

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2/4 força de direção elástico (10) por intermédio de um primeiro sensor angular (41) disposto em uma extremidade superior do elemento de transmissão de força de direção elástico (10) e um segundo sensor angular (42) disposto em uma extremidade inferior do elemento de transmissão de força de direção elástico (10).

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende detectar o ângulo de direção por intermédio de referido segundo sensor angular (42) utilizado para determinar o torque corrente na disposição de direção (2).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende prover o motorista com referido reconhecimento de direção desejada por intermédio de um acionador (9, 109) operativamente conectado a disposição de direção (2) , em que o acionador (9, 109) é operativamente posicionado entre o elemento de transmissão de força de direção elástico (10) e referidos membros de engate ao solo (4).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referido pelo menos um modelo de operação de força de guia compreende pelo menos um parâmetro de característica de direção desejada, que é indicativo de um comportamento de veículo.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referido pelo menos um parâmetro de característica de direção desejada compreende fricção de pneu (16).

8. Sistema (1) para assistência a um motorista de um veículo durante operação por provisão do motorista com um reconhecimento de direção desejada, em que o veículo compreende uma disposição de direção (2) compreendendo um dispositivo de direção manualmente operado (3), pelo menos

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3/4 um par de membros de engate ao solo (4) e uma interconexão mecânica (5) entre o dispositivo de direção e referidos membros de engate ao solo, em que o sistema compreende recurso (42, 142, 242) para detecção do ângulo de direção, recurso (13) para determinação de uma força de guia de dispositivo de direção desejada fundamentada sobre o ângulo de direção detectado, recurso (40) para determinação de um torque de direção corrente na disposição de direção por intermédio de referido elemento de transmissão de força de direção elástico (10), e recurso (9, 109) para provisão do motorista com o reconhecimento de direção desejada baseado na força de guia de dispositivo de direção desejada, caracterizado pelo fato de que referido recurso de detecção de ângulo de direção (42, 142, 242) é disposto para detecção do ângulo de direção em uma posição em uma lateral de membro de engate ao solo de um elemento de transmissão de força de direção elástico (10) na disposição de direção (2), em que dito recurso (13) para determinação da força de guia desejada compreende pelo menos um modelo de operação de força de guia de dispositivo de direção (14, 15, 16, 17, 18) utilizando referido ângulo de direção detectado como uma entrada, em que o recurso (9) para prover o motorista com um reconhecimento de direção desejada é configurado para prover o reconhecimento de direção desejado baseado na diferença entre a força de guia de dispositivo de direção desejada determinada e o torque de direção corrente determinado na direção.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que referido recurso (40) para determinação do torque corrente na disposição de direção é configurado para detectar uma movimentação angular relativa do elemento de transmissão de força de direção elástico (10).

10. Sist ema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referido recurso (40) para

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4/4 detecção de uma movimentação angular relativa do elemento de transmissão de força de direção elástico (10) compreende um primeiro sensor angular (41) disposto em uma extremidade superior do elemento de transmissão de força de direção elástico (10) e um segundo sensor angular (42) disposto em uma extremidade inferior do elemento de transmissão de força de direção elástico (10).

11. Sist ema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referido recurso (40) para detecção do ângulo de direção compreende um segundo sensor angular (42) utilizado para determinação do torque corrente na disposição de direção (2).

12. Sist ema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que referido recurso (9, 109) para provisão do motorista com referido reconhecimento de direção desejada compreende um acionador operativamente conectado para a disposição de direção, em que o acionador é posicionado entre o elemento de transmissão de força de direção elástico (10) e referidos membros de engate ao solo (4).

13. Sist ema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que referido pelo menos um modelo de operação de força de guia de dispositivo de direção (16) compreende pelo menos um parâmetro de característica de direção desejada, que é indicativo de um comportamento de veículo.

14. Sist ema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que referido pelo menos um parâmetro de característica de direção desejada compreende pelo menos fricção de pneu (16).

15. Veículo, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema conforme definido em qualquer uma das reivindicações 8 a 14.