BRPI0701991B1

BRPI0701991B1 - Dispositivo para a medição de uma força em um conjunto rolante de um veículo, sensor para ser usado no dispositivo, uso do sensor e circuito para o sensor

Info

Publication number: BRPI0701991B1
Application number: BRPI0701991-2A
Authority: BR
Inventors: Jacques Perriard; Felix Schmid
Original assignee: Vibro-Meter Sa
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2019-06-18
Also published as: US20070228825A1; EP1839984A1; EP1839984B1; US7677117B2; BRPI0701991A; ES2566046T3

Abstract

dispositivo de medição da potência para trens de aterrissagem de aeronaves. a presente invenção refere-se a um dispositivo de medição para à medição de forças em um trem de aterrissagem para aeronaves, especialmente da potência do freio em um trem de aterrissagem para aeronaves, por exemplo, em um trem de aterrissagem de um avião, que prevê introduzir um sensor (20) em um elemento de ligação (16) oco solicitado transversalmente pela potência do freio (24) que gera um sinal de medição em dependência de uma deformação do elemento de ligação (16). como elementos de medição (40) são usados elementos de medição de distância que determinam a distância da parede interna do elemento de ligação (16) do sensor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DE UMA FORÇA EM UM CONJUNTO ROLANTE DE UM VEÍCULO, SENSOR PARA SER USADO NO DISPOSITIVO, USO DO SENSOR E CIRCUITO PARA O SENSOR.

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de medição da força em um conjunto rolante de veículos, especialmente da força de freio, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. A presente invenção refere-se também a um sensor para tal dispositivo.

[002] Os freios de aeronaves consistem em pilhas de discos de freio encaixadas umas nas outras que são pressionadas umas sobre as outras através de atuadores hidráulicos ou elétricos. Uma das pilhas é conectada a respectiva roda. A outra pilha é conectada com a parte estacionária do conjunto rolante. Para a transmissão da força de freio, isto é, o torque, que ocorre na ativação dos freios, para o conjunto rolante, a pilha mencionada em segundo lugar, a estacionária, é fixada de modo apropriado contra rotação relativamente ao conjunto rolante. Via de regra, isto é feito através de um dispositivo de fixação disposto na pilha estacionária de modo excêntrico ao eixo da roda, no caso mais simples, um furo. Um pino serve para conectar a pilha estacionária ao conjunto rolante diretamente ou através de uma barra de transmissão da força de freio. Este pino é altamente carregado em direção transversal através do torque, e por esta razão é feito de um material altamente resistente. Uma vez que, via de regra, possui um diâmetro relativamente grande, ele é oco por motivos de economia de peso.

[003] Por diversas razões é desejável medir o efeito da frenagem atual. A patente US-4.474.060 sugere para este fim, executar a bucha que normalmente está disposta entre os pinos mencionados e a respectiva abertura de assento, como um sensor de força. Porém, esta solução tem a desvantagem que promove uma alteração nos elemenPetição 870180030591, de 16/04/2018, pág. 8/25

2/10 tos que servem para a transmissão da força, por isso o dispêndio para a aprovação desta solução é considerável. A aprovação requer um dispêndio de tempo e de custos relativamente grande, e além disso, em casos extremos, precisa ser feita separadamente para cada tipo de aeronave.

[004] Problemas semelhantes da medição da força de freio também podem ocorrer em outros tipos de veículos que possuem sistemas de freios semelhantes aos das aeronaves. Nos conjuntos rolantes de aeronaves e outros tipos de veículos também estão agindo outras forças, cuja medição é desejável ou importante, por exemplo, causadas por diferenças no solo, suspensão, elementos de amortecimento, peso dos veículos, etc..

[005] Portanto, uma das tarefas da presente invenção é fornecer um dispositivo para medir a força em um conjunto rolante de um veiculo, especialmente a força de freio, que possa ser colocado, sem que seja necessário executar intervenções no caminha de transmissão da força de freio.

[006] Um dispositivo deste tipo é especificado na reivindicação 1. As demais reivindicações indicam formas de execução preferidas e sensores para serem utilizados no dispositivo.

[007] De acordo com isso, o dispositivo possui um sensor que se encontra em um elemento de ligação que geralmente tem a forma de barra e que é carregado transversalmente e deformado através da força ou das forças a serem medidas, por exemplo, a força de freio. O sensor sobretudo é executado de tal modo para determinar a distância das paredes internas do espaço oco na peça de ligação onde o sensor se encontra, do sensor. De preferência são usados para esta finalidade elementos de medição de distância capacitivos ou indutivos.

[008] A presente invenção é explicada mais detalhadamente com a ajuda de um exemplo de execução fazendo referência às figuras.

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3/10 [009] A figura 1 é uma apresentação esquematizada de um conjunto rolante de uma aeronave (“bogie”).

[0010] A figura 2 mostra um corte longitudinal através de um elemento de ligação com um sensor de acordo com a presente invenção;

[0011] A figura 3 mostra uma seção transversal de acordo com a linha III - III na figura 2, um elemento de legação em um estado sem carga;

[0012] A figura 4 mostra como a figura 3, mas o elemento de ligação carregado pelo força de freio.

[0013] A figura 5 mostra um diagrama em bloco.

[0014] A figura 6 um diagrama em bloco de uma variação do circuito da figura 5.

[0015] A figura 1 mostra o princípio da construção de um conjunto rolante de uma aeronave 1. Em uma perna do conjunto rolante 2 está disposto em uma articulação 3 um suporte do conjunto rolante 4 (“bogie train”). No suporte do conjunto rolante encontram-se as rodas 5. Nas rodas 5 estão dispostos os freios 6 que podem ser operados através de atuadores 7 (por exemplo, hidráulicos). Na pilha de discos estacionária do freio 6 existe uma alavanca 8 com um furo 9. No furo 9 e também em um ponto de fixação 10 é fixada a barra de transmissão de força 12 que durante o processo de frenagem transmite o torque de frenagem do freio 7 para o conjunto rolante 1.

[0016] A construção básica mostrada de um conjunto rolante de uma aeronave corresponde ao estado da técnica para aeronaves maiores. Como alternativa para o uso da barra de transmissão de força 12, especialmente no caso de aeronaves menores, também é possível transmitir o torque diretamente do freio para o conjunto rolante, por exemplo, através de uma conexão de pino direta.

[0017] A figura 2 mostra um corte longitudinal através da conexão da barra de transmissão de força 12 com a parte estacionária 14 do

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4/10 freio 6, sendo que a alavanca 8 acima mencionada é entendida como sendo parte da parte estacionária 14.

[0018] Através do furo 9 na alavanca 8 e através de um furo 15 na extremidade da barra de transmissão de força 12 passa o pino 16. O pino 16 é feito de um material altamente resistente e para economizar peso, é amplamente oco. Durante uma frenagem, porém, ele é consideravelmente deformado. Foi constatada uma deformação de, por exemplo, 4/10 mm em um pino de 50 mm de diâmetro interno.

[0019] No pino 16 que é oco encontra-se o sensor 20. Em uma das suas extremidades, na figura a extremidade direita, a caixa 22 possui elevações ou possui na sua totalidade um diâmetro de tal tipo que se encosta estreitamente à parede interna 26 do pino 16. Através do pino 16 e a extremidade 24 do sensor 20 passa um furo onde é encaixado um pino 28. O pino 28 é retido em um furo 30 em um anel de orientação 32 que é disposto na alavanca, isto é, na parte estacionária 14 do freio 6. Este dispositivo serve para fixar o sensor em uma orientação fixa, predeterminada em relação à força de freio (seta 34).

[0020] Externamente, ao redor da parte esquerda 36 na figura 2 do sensor 20, estão dispostos anéis em O 38. Eles servem para fixar esta parte do sensor 20 mais ou menos centralmente e para absorver as deformações do pino 16 em caso de carga pela força de freio 34 já que a caixa 22 do sensor 20 é essencialmente rígida. Na parte 36 do sensor 20 encontra-se um elemento de medição de distância indutivo 40 e um circuito de abastecimento e de avaliação pertencente em uma placa 42. A caixa do sensor é fechada por meio de um disco 44 onde se encontra a conexão elétrica 46 através da qual são estabelecidas as conexões elétricas (não mostradas).

[0021] Como se pode ver mais detalhadamente nas figuras 3 e 4, o elemento de medição de distância indutivo 40 consiste principalmente em duas bobinas 50 e 51, dispostas verticalmente entre si que se

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5/10 encontram em um núcleo em forma de cruz 52. O núcleo 52 possui uma grande permeabilidade magnética. Ele consiste principalmente em uma pilha de material magnético macio para evitar turbulências que podem surgir na excitação por corrente alternada das disposições de bobina 50, 51.

[0022] Os braços 54 do núcleo 52 junto com as extremidades externas das bobinas 50, 51 estão retidos em furos ou desbastes correspondentes da caixa 22, de modo que as extremidades dos braços representam uma parte da superfície da caixa do sensor 20. Assim sendo, um campo magnético partindo do núcleo 52 através dos braços 54 pode deixar o sensor ou entrar nele sem impedimento. A fim de não interromper a propagação de tal campo magnético, a caixa 22 do sensor 20 consiste em um material de baixa permeabilidade magnética, pelo menos na área ao redor do elemento de medição de distância indutivo 40.

[0023] O elemento de medição de distância indutivo 40 serve para, como mostram as figuras 3 e 4, medir distâncias radiais entre o pino 16 e o sensor 20. Através da deformação do pino 16 para se tornar um oval (vide a pagina 4), as distâncias diminuem em direção à força 34 (distâncias 75, 76) ou aumentam verticalmente em relação a força 34 (distâncias 77, 78). Uma vez que esta independe em que direção ao longo da seta 34 a força age, a medição também cumpre a exigência muitas vezes colocada de medir o valor da força 34.

[0024] Embora uma disposição simples de bobinas com um núcleo em forma de barra seria o suficiente para a medição, a disposição de duas disposições de bobinas dispostas em forma de cruz uma em relação à outra é prevista para poder separar a ação da força de freio 34 de outras influências e adicionalmente permitir uma determinação da força de freio mais simples dos sinais de medição do elemento de medição de distância indutivo 40. Além disso, erros resultantes de uma

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6/10 posição não exatamente centralizada do elemento de medição de distância indutivo 40 dentro pino 16 são suprimidos.

[0025] Para o uso do elemento de medição de distância indutivo é pré-requisito que o pino 16 também existe de um material de alta permeabilidade magnética, o que hoje em dia acontece regularmente. Os materiais altamente resistentes comuns para estes componentes possuem propriedades suficientemente magnéticas a este respeito.

[0026] Para a medição os pares das bobinas 50, 51 são carregados separadamente com uma corrente alternada e a tensão alternada que ocorre nas bobinas é medida. Através de uma modulação sincronizada destas tensões devido a uma tensão defasada 90° da mesma freqüência obtém-se a percentagem imaginária da tensão, isto é, a percentagem causada pela indutância. Através da avaliação mostrada mais adiante detalhadamente é possível, gerar a partir disso um sinal de medição que é proporcional à força de freio.

[0027] O circuito ao redor do elemento de medição de distância indutivo 40 é mostrado de modo esquematizado na figura 5. Um oscilador 58 gera uma tensão Uosc com uma freqüência ω cuja amplitude é previamente definida através de uma tensão Uref definido externamente. Através do ajuste de UREF pode ser compensada uma dependência de temperatura do elemento de medição de distância indutivo 40. Este fato não será discutido detalhadamente a seguir, porém, é imaginável dispôs no sensor 20 um sensor de temperatura e regular UREF em dependência do seu sinal.

[0028] Uosc é transformado através de dois transformadores de tensão elétrica 60, 62 em correntes Ia e Ib com as quais as bobinas A 50 e B 51 são carregadas. As tensões que ocorrem em A e em B são conduzidas para desmoduladores sincronizados 64, 66 que recebem como segundo sinal o sinal de saída Uosc defasado 90° por um integrador 68. Depois da respectiva filtração de passo baixo através dos

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7/10 filtros passa-baixo 70, 71, os sinais de saída Ua e Ub estão á disposição que correspondem respectivamente às indutâncias puras das disposições de bobinas 50, 52, isto é, sem componentes ôhmicos. Os filtros passa-baixo 70, 71 servem para filtrar a freqüência portadora. As duas tensões Ua e Ub são conduzidas para uma unidade de processamento 73 analógica ou digital que divide a diferença dos sinais de entrada pela soma dos sinais de entrada, de onde resulta o sinal de saída Uout. Conforme será mostrado, esta tensão é proporcional á força F que age sobre o pino 16.

[0029] Para a seguinte dedução supõe-se que as disposições de bobinas A e B respectivamente como sendo um circuito em série de uma indutância ideal La ou Lb e um componente ôhmico Ra ou Rb. No componente ôhmico estão reunidos perdas de ferro, resistência ôhmica das linhas etc.. As correntes e tensões indicadas a seguir, até onde se trata de tensões alternadas e correntes alternadas, devem ser entendidas como valores vetoriais.

[0030] A tensão causada pela corrente Ia na disposição de bobinas A (corresponde ao par de bobinas 50) é:

U A = Ui + Up .

^la Ql. Ί e

^ul_a = l_a l_A ® _{G) 2} com:

U_La componente de tensão alternada gerada pela indutância pura,

Ur_a componente originária dos componentes ôhmicos parasita.

[0031] A indutância pura LA da disposição de bobinas A resulta em:

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^ηΑ^ΞΛ _Α ⁿÀ^O

Δα ^dA

GI. 3 com:

πα número de voltas de A μο permeabilidade magnética

A_p seção transversal do pólo de A óa fenda de ar no circuito magnético de A, isto é, a soma das distâncias 75 e 76 (figura 4)

Ka Constante: Ka = πα² μο Ap_A / óa [0032] A alteração da fenda de ar óa, equivalente à soma das distâncias 75 e 76 é mais ou menos proporcional à força de freio F:

dA = do + C F

GI. 4 com:

C constante mecânica, dependente do pino 16.

do fenda de ar dA em estado de repouso (F = 0).

Das equações (2), (3) e (4) resulta:

GI. 5 [0033] E através da dedução analógica para a disposição de bobinas B:

® ^KB “ ^d0

CF

GI. 6 [0034] Em caso de execução idêntica simétrica dos pares de bobi nas 50, 51 também pode ser colocado:

Ιβ ω κ_Α = Ιβ ® k_b

GI. 7

Incorporando-se a equação (7) nas equações (5) e (70 resulta para

Uout:

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1 d₀ + CF d₀ - CF

CF ^dO

K₂ F d₀ + CF d₀ - CF

Gl. 8 [0035] Assim sendo, Uout é proporcional à força de freio F.

[0036] A divisão por (ULA + ULB) na equação 8 é difícil de ser realizada analogicamente e também digitalmente é relativamente dispen dioso. A figura 6 mostra uma variação onde esta divisão é evitada, onde (ULA + ULB) é mantido constante.

[0037] O circuito da figura 6 corresponde amplamente àquele da figura 5, principalmente quanto aos componentes com referências coincidentes.

[0038] Em divergência da figura 5, as tensões nas bobinas A 50 e B 52 são conduzidas a um somador 77.A soma resultante Ua + Ub é levada para um terceiro desmodulador sincronizado 79 em cuja saída, depois de filtração adequada por um filtro passa-baixo 80 a soma ULA + ULB está à disposição. Este sinal é levado para um regulador de Pl 82 como valor real, o valor de guia é Uref. Opcionalmente, o comportamento de regulação pode ser melhorado mais ainda pelo acréscimo de um componente diferencial (regulador PID).

[0039] O regulador Pi ou PID 81 controla a amplitude do oscilador 58.

Assim sendo, o fator

é constante e resulta:

Uout * íu_Li + u_Le | = u_Li - u_Le = íu_Li + |K₂ f = k₃ f _{Q| g} com K3 = constante.

[0040] Assim sendo, 0 sinal de saída do somador 83 com 0 inversor 85 conectada na frente, isto é, a diferença U|__A - U|__B indica diretamente a força F, e a divisão dispendiosa é evitada. Esta variação também pode ser realizada analogicamente.

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10/10 [0041] É especialmente vantajoso no sensor descrito que ele pode ser inserido nos pinos de ligação 16 existentes, sem que por causa disso a construção mecânica precise ser alterada de tal modo que exige novos certificados de aprovação. Além disso, o sensor pode ser colocado ou examinado ou substituído no lugar, isto é, durante os trabalhos de manutenção normais da aeronave.

[0042] Da descrição acima de um exemplo de execução tornam-se acessíveis para o técnico numerosas variações, sem sair do escopo de proteção da presente invenção que é definido somente através das reivindicações. Entre outros, é imaginável:

- Uso de outros elementos de medição de distância do que os indutivos, por exemplo, elementos de medição capacitivos ou baseados em corrente parasita; no caso de elementos capacitivos, nos circuitos de avaliação indicados deverá ser prevista uma carga com tensão alternada e a medição da corrente reativa como equivalente ao componente imaginário do sinal de elementos de medição indutivos.

- Disposição do elemento de medição em uma caixa completamente fechada do sensor. Nisso, o elemento de medição, por exemplo, o elemento de medição de distância indutivo 40 pode estar fixado em um suporte que se encontra na caixa do sensor 24.

- Execução do sensor de distância como dois sensores separados, de preferência, porém, a uma distância pequena ao longo do pino 16, isto é, respectivamente perto da passagem das duas partes unidas através do pino 12, 14, onde há de se esperar a deformação mais forte do elemento de ligação (pino 16) devido às forças ocorrentes.

- Uso de um outro material para o núcleo para o elemento de medição de distância indutivo, por exemplo, na base de ferritas.

Claims

1. Dispositivo para a medição de uma força em um conjunto rolante de um veiculo, especialmente a força de freio, em que a força é transmitida através de uma peça em forma de barra (16) para o conjunto rolante do veiculo (1) e a peça em forma de barra é carregada transversalmente através da força de freio, caracterizado pelo fato de que pelo menos um sensor (20) está disposto no interior da peça em forma de barra (16), e mede a deformação da peça em forma de barra que é ocasionável através da carga transversal, em que o sensor (20) possui uma caixa (24) que é montável na peça em forma de barra (16), em que na caixa está disposto um elemento de medição (40), e em que o elemento de medição está configurado para medir sinais em função da distância radial do elemento de medição (40) a partir de uma superfície da peça em forma de barra (16).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de medição (40) possui pelo menos dois meios de medição (50, 51) que estão preparados para medir deformações orientadas ortogonalmente entre si, radialmente existentes na peça em forma de barra, para poder distinguir os diversos tipos de deformações da peça em forma de barra.

3. Sensor para ser usado em um dispositivo como definido na reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sensor (20) possui uma caixa (24) que é fixável à peça em forma de barra (16), que na caixa está disposto um elemento de medição (40), e que o elemento de medição está preparado para medir sinais em função da distância do elemento de medição de uma superfície da peça em forma de barra.4. Sensor (20) de acordo com 3, caracterizado pelo fato de que o elemento de medição (40) é um elemento de medição de distância indutivo ou capacitivo ou baseado em efeitos de corrente parasita.

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5. Sensor (20) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o sensor (20) possui pelo menos um elemento de medição de distância indutivo (40) e que a caixa (24) do sensor possui uma permeabilidade magnética baixa ou nenhuma, de modo que a caixa do sensor pode ser atravessada sem obstáculos pelo campo magnético do elemento de medição de distância indutivo.

6. Sensor (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que no lado externo na caixa (24) existem elementos de fixação (38) elasticamente deformáveis, e que a caixa é essencialmente indeformável, de modo que o sensor no interior de uma peça em forma de barra (16) é mantido centralizado e não deformado por meio dos elementos de fixação, também em caso de deformação da peça em forma de barra.

7. Sensor (20) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os elementos de fixação (38) são anéis de material elástico de borracha.

8. Sensor (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o elemento de medição compreende pelo menos uma bobina (70; 51) em um núcleo (40) que se estende essencialmente transversalmente através da caixa, e que a caixa é suficientemente permeável para um campo magnético, de modo que através da bobina possa ser gerado um campo magnético que se estende fora da caixa do sensor (24) e cuja intensidade pode ser influenciada através da proximidade espacial de um material que conduz magnetismo.

9. Sensor (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que existem dois elementos de medição (50, 51), dispostos ortogonalmente um em relação ao outro, a fim de poder diferenciar tipos de deformação de uma peça em forma de barra (16) que cerca o sensor.

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10. Sensor (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 9, caracterizado pelo fato de que contém um circuito para a ativação do elemento de medição e/ou para o condicionamento do sinal de saída.

11. Uso do sensor (20) como definido em qualquer uma das reivindicações 3 a 10, o uso sendo caracterizado por ser em um pino de madeira (16) de um conjunto rolante de uma aeronave, sendo que o pino de madeira é carregado transversalmente pelas forças.

12. Uso de acordo com a reivindicação 11 ou do sensor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por ser para a medição da força de freio em um conjunto rolante de uma aeronave.

13. Circuito para um sensor como definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 10, caracterizado pelo fato de que o circuito contém:

- uma disposição (60, 62) para carregar os elementos de medição com uma tensão alternada ou uma corrente alternada;

- uma disposição para determinar o componente a princípio puramente capacitivo ou indutivo como componente útil do sinal fornecido pelo elemento de medição (50, 52).

14. Circuito de acordo com a reivindicação 13 para um sensor como definido em qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado pelo fato de que o circuito contém:

uma disposição para calcular o quociente da diferença dos componentes capacitivos ou indutivos dos dois elementos de medição (50, 51) dispostos ortogonalmente um em relação ao outro, através da soma dos dois componentes, sendo que os dois componentes com os mesmos fatores são essencialmente proporcionais ao valor recíproco da soma ou diferença de um valor de repouso d0 e um valor de deformação.

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15. Circuito de acordo com a reivindicação 13 para um sensor (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado pelo fato de que adicionalmente existem:

- uma entrada de controle de amplitude na disposição de osciladores (60, 62) para ajustar a amplitude da tensão alternada ou da corrente alternada;

- uma disposição (77) para a formação da soma dos componentes úteis dos sinais dos elementos de medição (50, 52);

- uma disposição de comparação (81) para comparar a soma dos componentes úteis com um valor preestabelecido e para gerar um sinal de saída em uma saída que é ligada á entrada de controle de amplitude da disposição de osciladores para manter constante a soma dos componentes úteis.

16. Circuito de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que uma disposição de medição (83, 85) forma a diferença dos componentes úteis dos sinais fornecidos pelos elementos de medição (50, 52).