ES2206892T5 - Simulador de pedal que utiliza un resorte de respuesta no lineal. - Google Patents
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Abstract
SE EXPONE UN SIMULADOR DE PEDAL (12) QUE UTILIZA MUELLES A FIN DE PROPORCIONAR UN PEDAL DE FRENO CON UNA CARACTERISTICA DE RESPUESTA NO LINEAL, PROGRESIVAMENTE CRECIENTE, PARA DESPLAZAMIENTO DEL PEDAL CONTRA LA FUERZA EJERCIDA SOBRE EL PEDAL DEL FRENO, SIMILAR A UN SISTEMA CONVENCIONAL DE FRENO HIDRAULICO. EN UNA REALIZACION PREFERIDA, EL SIMULADOR DE PEDAL SE ENCUENTRA INTEGRADO EN EL ALOJAMIENTO (14) DE UN CILINDRO MAESTRO ASOCIADO (10). LA CARACTERISTICA DE RESPUESTA LINEAL Y PROGRESIVAMENTE CRECIENTE LA PROPORCIONA, EN UNA REALIZACION, UN MUELLE CONICO (40) QUE TIENE UN ANGULO HELICOIDAL NO UNIFORME. EN UNAS REALIZACIONES SEGUNDA Y TERCERA, LA CARACTERISTICA DE RESPUESTA NO LINEAL Y PROGRESIVAMENTE CRECIENTE LA PROPORCIONAN UNA SERIE DE MUELLES HELICOIDALES CILINDRICOS.
Description
Simulador de pedal que utiliza un resorte de
respuesta no lineal.
La invención se refiere a sistemas de frenado de
vehículos, y en particular a un simulador de pedal según el
preámbulo de la reivindicación 1, también conocido como unidad de
actuación, para su utilización en sistemas de frenado avanzados en
los que la acción en un pedal de frenado no actúa directamente los
frenos hidráulicos, sino que, en su lugar, actúa para generar una
señal de demanda de frenado que se utiliza como una entrada de un
sistema de frenado de un vehículo controlado electrónicamente.
Dichos sistemas de frenado avanzados en ocasiones se denominan
sistemas de frenado por cable o sistemas de frenado
electrohidráulicos. En dichos sistemas, durante las operaciones de
frenado normales, se conoce el uso de un sensor para medir el
desplazamiento del pedal de frenado, con el sensor generando una
señal indicativa de la distancia en la que el conductor del
vehículo desplaza el pedal. Esta señal de desplazamiento se envía a
una unidad de control electrónico como una señal de demanda de
frenado del conductor. También es conocido, durante las operaciones
de frenado normales, cómo medir la fuerza con la que el conductor
presiona el pedal de frenado como otra indicación de la demanda de
frenado del conductor. Esta fuerza se puede medir directamente
mediante sensores de fuerza. Sin embargo, el pedal de frenado
típicamente se conecta para accionar un pistón, como en un cilindro
principal de un sistema de frenado hidráulico. Una medición de la
presión generada por el movimiento del pistón en un sistema fluido
puede estar correlacionada a la fuerza ejercida por el conductor
sobre el pedal de frenado que acciona el pistón. De este modo, se
puede proporcionar un sensor de frenado para detectar la presión
generada en un cilindro principal accionado por el pedal de
frenado, enviándose la señal producida por el sensor de presión a
la unidad de control electrónico como otra indicación de la demanda
de frenado del
conductor.
conductor.
En los sistemas de frenado avanzados de este
tipo, el cilindro principal normalmente está aislado de los frenos
del vehículo durante el frenado. En su lugar, la unidad de control
electrónico, respondiendo a las señales de demanda de frenado,
controla la operación de varias bombas y válvulas para aplicar
fluido presurizado a los frenos del vehículo con el fin de
conseguir la acción de frenado deseada. Típicamente, en el caso de
un funcionamiento defectuoso, las válvulas se podrían volver a
situar para que admitan fluido presurizado del cilindro principal a
los frenos del vehículo.
Sería deseable proporcionar un sistema de
frenado que esté provisto de una "sensación de pedal" que sea
similar a la que los conductores están acostumbrados en los
sistemas convencionales de frenado de vehículos. Es decir, cuando
el conductor pisa el pedal de frenado con una cierta velocidad y
fuerza, éste espera sentir que el pedal de frenado responde con una
resistencia y un movimiento característicos, a los que el conductor
está acostumbrado en los sistemas hidráulicos convencionales de
frenado de vehículos. Si el pedal de frenado de un sistema avanzado
de frenado de vehículo está acoplado para accionar un cilindro
principal, el fluido en el cilindro principal debe estar provisto
de un paso para salir de dicho cilindro principal, con el fin de
que se mueva el pedal de frenado (tal y como se espera) cuando el
conductor pisa sobre el mismo.
Típicamente, se desvía el fluido del cilindro
principal hacia un pedal simulador, es decir, un acumulador que
recibe fluido presurizado del simulador de pedal para permitir que
éste se mueva tal y como se espera cuando el conductor pise sobre
el pedal de frenado. El desplazamiento del pedal es simulado,
imitando el del sistema de frenado hidráulico convencional.
Típicamente, el simulador de pedal se forma como un cilindro
hidráulico con un pistón móvil en el mismo, que actúa con respecto
a un resorte metálico de espiras de compresión. El fluido
presurizado del cilindro principal entra en el simulador de pedal,
empujando el pistón con respecto al resorte, el cual ejerce una
fuerza de resistencia según las características de resorte del
resorte. Un resorte de espiral convencional presenta una
característica de compresión relativamente de resorte lineal con
respecto a la fuerza ejercida sobre el resorte. Dicha característica
lineal se refleja en una característica de respuesta relativamente
lineal del desplazamiento del pedal con respecto a la fuerza
ejercida sobre un pedal de frenado en un sistema de frenado en el
cual se utilice dicho resorte de espiral convencional.
El documento DE 43 43 386 A1 da a conocer un
sistema de frenado hidráulico que comprende un cilindro principal
con un depósito de fluido a presión, dos cámaras de presión y un
pistón intermedio. Dicho pistón intermedio se soporta sobre un
resorte simulador de recorrido, en el cual, el resorte presenta una
forma cilíndrica hueca y consiste en un material elastómero con
celdas cerradas rellenas de gas, cuando el freno entra en servicio
de funcionamiento, el fluido a presión se puede desviar desde la
segunda cámara de presión hacia el interior del deposito y el
pistón intermedio se mueve con respecto a la resistencia del
resorte, en el cual la fuerza del resorte se incrementa de forma no
lineal con el aumento del recorrido del pedal.
La presente invención se refiere a un simulador
de pedal que presenta las características de la reivindicación 1,
que utiliza resortes para proporcionar un pedal de frenado con una
característica de respuesta no lineal de recorrido del pedal que se
incrementa progresivamente con respecto a la fuerza ejercida sobre
el pedal de frenado similar a un sistema de frenado hidráulico
convencional. En una forma de realización preferida, el simulador
de pedal está integrado en el interior de la carcasa de un cilindro
principal asociado. Se proporciona la característica de respuesta
no lineal que se incrementa progresivamente por medio de un
mecanismo de resorte, que incluye primeros y segundos resortes
conectados de forma operativa en una serie de disposiciones, estando
dicho primer resorte provisto de una constante de resorte mayor que
la constante de resorte de dicho segundo resorte.
Para los expertos en la materia, los diversos
objetivos y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a
partir de la descripción detallada siguiente de la forma de
realización preferida, tomada conjuntamente con los dibujos
adjuntos.
La Figura 1 es una vista en sección de un
cilindro principal con un simulador de pedal integrado provisto de
un resorte cónico, que no forma parte de la presente invención.
La Figura 2 es una vista similar a la de la
Figura 1, que no forma parte de la presente invención.
La Figura 3 es una vista similar a la de las
Figuras 1 y 2, que no forma parte de la presente invención.
La Figura 4 es una vista en sección de un
simulador de pedal provisto de una pluralidad de resortes que actúan
en paralelo, que no forma parte de la presente invención.
La Figura 5A es un diagrama de la fuerza del
pedal con respecto al recorrido del pedal de un sistema de frenado
convencional por empuje.
La Figura 5B es un gráfico de la fuerza del
pedal con respecto al recorrido del pedal de un sistema de frenado
convencional por empuje.
La Figura 6A es un diagrama de un recorrido del
simulador de pedal con respecto a la fuerza de entrada del
simulador de pedal requerida para conseguir una respuesta de pedal
convencional de las Figuras 5A y 5B.
La Figura 6B es un gráfico del recorrido del
simulador de pedal ideal con respecto a la fuerza de entrada del
simulador de pedal requerida para conseguir la respuesta de pedal
convencional de las Figuras 5A y 5B.
La Figura 7A es un diagrama de las
características de resorte de un juego de resortes adecuado que se
podría utilizar en el simulador de pedal de la Figura 4.
La Figura 7B es un diagrama del recorrido
estimado del simulador de pedal con respecto al desvío del resorte
individual y a la carga de los resortes en el diagrama de la Figura
7A.
La Figura 7C es un diagrama del recorrido
estimado del simulador de pedal con respecto a las cargas de
resortes individuales y totales de los resortes del diagrama de la
Figura 7A.
La Figura 7D es un gráfico que muestra el
recorrido estimado del simulador de pedal con respecto a la fuerza
de entrada de pedal total y el recorrido del simulador de pedal
ideal con respecto a la fuerza de entrada del simulador de pedal
requerida para conseguir la respuesta de pedal convencional de las
Figuras 5A y 5B.
La Figura 8 es una vista similar a la Figura 4,
estando provista de una pluralidad de series de resortes de
accionamiento según la presente invención.
La Figura 9 es un gráfico de una fuerza ideal de
pedal con respecto a la característica de respuesta de recorrido
comparada con una fuerza de pedal estimada con respecto a una
característica de respuesta del recorrido del pedal de los resortes
de la Figura 8.
Se deberá observar de forma preliminar que los
valores de las diversas unidades de medida utilizados en la
presente solicitud son únicamente a modo de ilustración, y no tienen
por objetivo limitar el alcance de la invención.
En la Figura 1 se muestra una primera forma de
realización de un cilindro principal 10, el cual incluye un
simulador de pedal integrado 12 que no forma parte de la presente
invención. Dicho cilindro principal 10 se instala en un sistema de
frenado (que no se muestra) en el cual los frenos de las ruedas se
controlan por medios electrónicos, pero se accionan por medios de
fluido hidráulico. El cilindro principal 10 puede resultar efectivo
para aplicar los frenos a las cuatro ruedas, las ruedas delanteras,
las ruedas traseras, o cualquier combinación de ruedas
individuales. Se deberá entender que también se puede proporcionar
un circuito dual (tándem) u otro tipo de cilindro principal.
El cilindro principal 10 incluye una carcasa 14
y dos pistones: un pistón a presión 16 y un pistón flotante 18 los
cuales están dispuestos de forma que se puedan deslizar en un
orificio 19 formado en la carcasa 14. El pistón a presión 16 está
conectado de forma operativa a un pedal de frenado (que no se
muestra), similar al de los conjuntos de frenado convencionales de
cilindro principal. Se define una cámara hidráulica 20 mediante el
orificio 19, el pistón a presión 16 y el pistón flotante 18. Un
puerto de salida 22 formado a través de la carcasa 14 proporciona
comunicación entre la cámara hidráulica 20 y un sistema de frenado
hidráulico de vehículo (que no se muestra). Bajo condiciones
normales de funcionamiento, el sistema de frenado accionado de
forma hidráulica y controlado electrónicamente acciona el/los
freno/s de las ruedas (que no se muestran) como respuesta a una
señal eléctrica de demanda de frenado. El cilindro principal 10 está
aislado de los frenos de las ruedas por medio de una o más válvulas
de aislamiento que no se muestran. Dicha disposición de frenado se
podría denominar ampliamente como sistema de frenado por cable.
El cilindro principal 10 incluye un primer
orificio de compensación 24a que se encuentra en comunicación fluida
con un depósito (que no se muestra) a través de un conducto 25 y un
puerto del depósito 26. Se monta de forma circunferencial una junta
de labio 28 en la pared cilíndrica del pistón a presión 16 que se
acopla a la pared del orificio 19, haciendo estanca así la cámara
20. La junta de labio 29 está fijada con respecto a la carcasa 14 y
se acopla con la pared exterior del pistón a presión 16 y
proporciona una estanqueidad entre dicho pistón a presión 16 y el
extremo del cilindro principal 10. El conducto 25 presenta una
extensión 25a en comunicación fluida con el orificio 19 entre la
junta de labio 29 y la junta de labio 28. Se forma un segundo
orificio de compensación 24b en la carcasa 14 adyacente a la pared
del pistón flotante 18. El segundo orificio de compensación 24b se
encuentra en comunicación fluida con el conducto 25. El cilindro
principal 10 incluye además un montaje encerrado de resorte 30
situado entre el pistón a presión 16 y el pistón flotante 18. El
montaje encerrado de resorte 30 incluye un perno 36 sujeto a la
cara del pistón a presión 16 expuesta a la cámara 20. El perno 36
está provisto de un cabezal alargado que retiene un manguito en
forma cilíndrica 34 que se puede deslizar en el perno 36. Un
resorte 32 dispuesto en el perno 36 actúa entre el pistón 16 y una
pestaña en el manguito 34 para forzar el alejamiento de este último
del pistón 16 y hacerle acoplarse con el cabezal alargado del perno
36.
Se monta de forma circunferencial una junta de
labio 39 en la pared cilíndrica del pistón flotante 18 para hacer
estanca la cámara 20. Una junta tórica 54 dispuesta en el interior
de la carcasa 14 en el extremo derecho (tal y como se puede apreciar
en la Figura 1) del pistón flotante 18 hace estanqueidad entre dicho
pistón 18 y la carcasa 14 para evitar que el fluido procedente del
segundo orificio de compensación 24b entre en el simulador de pedal
12. La junta tórica 54 es una junta estática, es decir, permanece
estacionaria en relación con la carcasa 14 mientras que el pistón
flotante 18 se mueve en relación a dicha carcasa 14. De forma
opuesta, la junta de labio 39 es una junta dinámica conocida, ya
que dicha junta de labio 39 se mueve con el pistón flotante 18 en
relación con la carcasa 14.
El simulador de pedal 12 incluye un resorte
cónico de espiras helicoidales 40. Los extremos del resorte cónico
40 se retienen por medio de primeras y segundas placas de retención
42 y 44. La primera placa de retención 42 es forzada por el extremo
de diámetro pequeño del resorte 40 hacia el pistón flotante 18. De
este modo, se fuerza un borde 42a formado en la primera placa de
retención de resorte 42 en un hueco correspondiente 18a formado en
el pistón flotante 18. Esta disposición guía radialmente el extremo
pequeño del resorte 40, y transmite fuerzas entre el pistón
flotante 18 y dicho resorte 40. La segunda placa de retención 44 se
encuentra en contacto con el extremo de diámetro grande del resorte
cónico 40 y se puede desplazar con respecto a la carcasa 14 por
medio de un mecanismo de ajuste 46. Dicho mecanismo de ajuste 46
puede ser cualquier estructura adecuada que se ajuste con la
longitud del resorte cónico 40 cuando el cilindro principal 10 se
halla en un estado de inactividad, tal y como se muestra en la
Figura 1. De este modo, el mecanismo de ajuste que actúa a través
de la segunda placa de retención 44 permite que se pueda ajustar la
precarga del resorte 40. Se considera que la segunda placa de
retención 44 y el mecanismo adyacente 46 se pueden remplazar por una
estructura de soporte fija, si así se desea. Se extiende un tope de
pistón ajustable 48 hacia el interior desde el extremo derecho del
cilindro principal 10, con el fin de ajustar la longitud máxima de
recorrido del pistón flotante
18. El tope de pistón 48 puede igualmente remplazarse con una estructura que no permita su ajuste, si así se desea.
18. El tope de pistón 48 puede igualmente remplazarse con una estructura que no permita su ajuste, si así se desea.
Cuando se acciona el cilindro principal 10, la
fuerza del pedal de frenado mueve el pistón a presión 16 hacia la
derecha (recorrido aplicable), tal y como se puede apreciar en la
Figura 1, de manera que la junta de labio 28 se mueve hasta pasar
el primer orificio de compensación 24a. El resorte de presión
cilíndrico 32 está provisto de modo que por medio de una precarga
definida, el pistón a presión 16 y el pistón flotante 18 empiecen
siempre de manera conjunta y recorran generalmente la misma
distancia hasta que la junta de labio del pistón a presión 16 haya
pasado el primer orificio de compensación 24a. Obsérvese que el
resorte de presión cilíndrico 32 del montaje encerrado de resorte
30 se puede compensar ligeramente hasta que la junta de labio 28 se
desplace y haya pasado el primer orificio de compensación 24a. A
continuación, el fluido atrapado entre el pistón a presión 16 y el
pistón flotante 18 evita una mayor compresión del resorte 32. Esto
es debido a que la carcasa 14 y la junta de labio 28 cooperan para
evitar el flujo del fluido desde la cámara hidráulica 20 hacia el
puerto de depósito 26 a medida que aumenta la presión de la cámara
20, tal y como se describirá a continuación. Durante el
funcionamiento normal del cilindro principal 10, se controla la
válvula de aislamiento del sistema de frenado (que no se muestra)
con el fin de bloquear el flujo de fluido a través del puerto de
salida 22. El fluido "encerrado" en el interior de la cámara
hidráulica 20 y el movimiento del pistón a presión 16 provocan el
movimiento hacia la derecha del pistón flotante 18, tal y como se
puede apreciar en la Figura 1, comprimiendo de este modo el resorte
cónico 40. La compresión del resorte cónico 40 provoca una fuerza de
resorte de reacción, la cual se vuelve a transmitir a través de la
primera placa de retención 42, del pistón flotante 18, del volumen
de fluido en el interior de la cámara hidráulica 20 (donde la
presión como resultado aumenta), y del pistón a presión 16. El
conductor siente dicha fuerza de reacción por medio del pedal de
frenado. El resorte cónico 40 provoca una fuerza de resorte
progresiva no lineal, cuya razón se explicará más adelante.
Obsérvese que en el recorrido aplicable del pistón a presión 16, la
extensión 25a del conducto 25 permite que fluya el fluido en el área
anular que se halla entre la pared del orificio 19 y la pared
exterior del pistón a presión 16.
En el recorrido de retorno del pistón a presión
16 (hacia la izquierda, tal y como se puede apreciar en la Figura
1), cuando la junta de labio 28 se mueve hacia la izquierda del
primer orificio de compensación 24a, se permite que el fluido fluya
desde el puerto del depósito 26, si se necesita fluido adicional. El
segundo orificio de compensación 24b ayuda a evitar que el aire
entre en la cámara hidráulica 20, llenando el área anular en el
pistón flotante 18 entre la junta de labio 18 y la junta tórica 59
con fluido procedente del depósito, y presión de ventilación y
cualquier tipo de aire que se pueda introducir en el área anular.
Obsérvese que en el recorrido de retorno del pistón a presión 16,
el fluido en el área anular entre la pared del orificio 19 y la
pared exterior del pistón a presión 16, fluye en el interior del
depósito a través de la extensión 25a, del conducto 25 y del puerto
de depósito 26.
En el caso de un fallo del sistema de frenado,
la válvula de aislamiento abre la comunicación fluida entre el
puerto de salida 22 y los frenos de las ruedas, de manera que el
fluido de frenado presurizado de la cámara 20 se puede dirigir al
exterior del puerto de salida 22 para accionar los frenos
hidráulicos similares a un cilindro principal de circuito único
convencional. Obsérvese que se puede utilizar un depósito
relativamente pequeño con el cilindro principal 10, porque los
cambios en el volumen del fluido en el sistema de frenado
hidráulico del exterior del cilindro principal para compensar el
desgaste de la pastilla de freno se realizan por medio de una
fuente normal controlada electrónicamente (accionada mediante una
bomba) de fluido de frenos presurizado (que no se muestra), la cual
se encuentra en comunicación fluida con los frenos de las ruedas,
incluso cuando la válvula de aislamiento del puerto de salida 22
está cerrada. El fluido de frenado del interior del depósito y el
cilindro principal generalmente se utilizan sólo en el caso de fallo
de frenado.
Si se diese un fallo, en el cual hubiese un
escape de fluido en el interior de la cámara hidráulica 20, como
por ejemplo un fallo de la estanqueidad de las juntas de labio 28 ó
39, el pistón a presión 16 se desplazaría hacia el pistón flotante
18 hasta que el extremo del manguito 34 contactase directamente con
el extremo del pistón a presión 16. A continuación, dicho pistón a
presión 16 empujaría el pistón flotante 18, comprimiendo así el
resorte cónico 40.
Preferentemente, un vehículo provisto de frenos
controlados y aplicados por medios electrónicos, pero accionado por
medios de fluido hidráulico, tendrá una "sensación de pedal"
similar a la de un sistema de frenado convencional por empuje. En
el diagrama de la Figura 5A se muestran valores representativos de
la fuerza del pedal y del desplazamiento del pedal para un sistema
de frenado convencional por empuje. El gráfico de la Figura 5B traza
los valores del diagrama de la Figura 5A para proporcionar un
gráfico de la fuerza del pedal con respecto a la curva de
desplazamiento del pedal del sistema de frenado convencional por
empuje. Obsérvese que la fuerza del pedal con respecto a la curva
de desplazamiento del pedal es no lineal y presenta una inclinación
que aumenta progresivamente. También se debería observar que, a
pesar de que la fuerza del pedal generada por ordenador con
respecto a la curva de recorrido del pedal ilustrada en el gráfico
de la Figura 5B se muestra como estando compuesta de segmentos de
línea continua entre puntos de datos, la curva real se debería
entender como relativamente lisa y continua (es decir, una curva
que aumente paulatinamente). La forma del resorte cónico 40 produce
una constante de resorte progresiva no lineal para proporcionar una
fuerza de pedal no lineal con respecto a una curva de recorrido del
pedal similar a la fuerza del pedal con respecto a la curva de
recorrido del pedal del sistema de frenado convencional por empuje
que se ilustra en la Figura 5B. El tamaño, la forma y el material
del resorte cónico 40 se pueden alterar de la forma adecuada, con el
fin de obtener la fuerza de pedal deseada con respecto a la curva
de recorrido del pedal. En particular, la forma del resorte cónico
40 se puede ajustar para proporcionar un ángulo de hélice no
uniforme para otorgar una característica de resorte variable cuando
las espiras del resorte cónico 40 se colapsan de forma secuencial
bajo
compresión.
compresión.
Preferentemente, el simulador de pedal 12 se
encuentra albergado en el interior del cilindro principal 10, pero
puede ser un componente separado si así se desea. La integración del
simulador de pedal 12 y del cilindro principal 10 reduce el volumen
total de los componentes y la fricción asociada con componentes
separados. Del mismo modo, la/s válvula/s de aislamiento para el
puerto de salida y/o para el pistón de separación, que separa el
cilindro principal 10 del circuito de frenado hidráulico se puede
integrar en el cilindro principal 10 para mejorar la compactación y
la funcionalidad del simulador de pedal.
La Figura 2 es una ilustración de un cilindro
principal, indicado generalmente con el número de referencia 50,
que no forma parte de la presente invención. Dicho cilindro
principal 50 de la Figura 2 es similar en su función y estructura
al cilindro principal 10 que se ilustra en la Figura 1. Una
diferencia es una junta de labio 52 acoplada de forma sobrepuesta
con el pistón flotante 18, en lugar de la junta tórica 54 en el
cilindro principal 10 que se muestra en la Figura 1. El cilindro
principal 50 está provisto de un orificio 56 situado en la
extensión 25a del conducto 25. Dicho orificio 56 presenta un
diámetro menor que el conducto 25a para proporcionar flujo de
fluido amortiguado durante el recorrido de retorno del pistón a
presión 16, del pistón flotante 18, y del pedal de frenado cuando
el fluido fluye desde el área anular entre la pared del orificio 19
y la pared exterior del pistón a presión 16 y en el interior del
depósito a través de la extensión 25a, del conducto 25 y del puerto
del depósito 26. De dicho flujo de fluido amortiguado resulta una
característica de sensación de pedal más suave.
La Figura 3 es una ilustración de un cilindro
principal 60 que incorpora el resorte cónico 40, que no forma parte
de la invención. El cilindro principal 60 es similar en su función y
estructura comparado con los cilindros maestros 10 y 50. Obsérvese
que no se utilizan, ni mecanismos de ajuste 46 ni placas de
retención de resorte 42 ó 44. En su lugar, el resorte cónico 40 se
soporta con respecto a un extremo de la placa 62 que se apoya con
respecto a una arandela de retención 64 acoplando la carcasa 40 del
cilindro principal 60. El extremo de menor diámetro del resorte
cónico 40 se apoya con respecto a un pistón flotante alargado 66. Un
tope de pistón 66a formado en el pistón flotante 66 acopla la placa
del extremo 62 para limitar el movimiento del pistón flotante 66,
llevando a cabo así la función del tope de pistón 48 que se ilustra
en la Figura 1. El pistón flotante 66 está provisto de una segunda
extensión 66b formada en el extremo izquierdo del mismo (tal y como
se puede apreciar en la Figura 3). Dicha extensión 66b está adaptada
para acoplar el pistón a presión del cilindro principal 60 en caso
de fallo, evitando un bloqueo de fluido hidráulico entre el pistón a
presión del cilindro principal 60 y el pistón flotante 66 y, de
este modo, su función es similar a la del manguito 34 del cilindro
principal 10.
La Figura 4 es una ilustración de un simulador
de pedal 70 provisto de una carcasa 71, que no forma parte de la
presente invención. El simulador de pedal 70 y la carcasa 71 se
pueden integrar en un cilindro principal o pueden ser componentes
separados, con el pistón flotante 78 en comunicación fluida con
dicho cilindro principal. El simulador de pedal 70 es similar en su
función al simulador de pedal 12 de las Figuras 1 a 3, pero incluye
un montaje de resorte 72 que proporciona el coeficiente de fuerza de
resorte progresivo no lineal. El montaje de resorte 72 incluye tres
resortes 72a, 72b y 72c, cada uno de los cuales con una razón y una
longitud de resorte diferentes. A pesar de que el simulador de
pedal 70 tal y como se ilustra en la Figura 4 muestra tres
resortes, se entenderá que se puede utilizar cualquier número
múltiple de resortes. Tal y como se muestra en la Figura 4, los
extremos derechos de los resortes 72a, 72b y 72c se encuentran en
contacto con y están retenidos por un retenedor anular 74, el cual
está fijado con respecto a la carcasa 71.
Cuando el simulador de pedal 70 y el cilindro
principal asociado están en la posición no activa, tal y como se
muestra en la Figura 4, el resorte 72a está ligeramente comprimido
entre el retenedor 74 y una placa 76, la cual está acoplada por un
pistón flotante 78 del cilindro principal. Cuando se acciona dicho
cilindro principal, el pistón flotante 78 se desplaza hacia la
derecha y comprime más el resorte 72a. Cuando la placa 76 se ha
desplazado una distancia "d", dicha placa 76 contacta con el
extremo del resorte 72b. Otro movimiento de la placa 76 comprime el
resorte 72b, así como el resorte 72a. Cuando la placa 76 se ha
desplazado una distancia "D", dicha placa 76 contacta con el
extremo del resorte 72c. Otro movimiento de la placa 76 comprime el
resorte 72c, así como los resortes 72a y 72b. Esta compresión del
montaje de resorte 72 provoca un coeficiente de fuerza de resorte
progresivo no lineal.
A partir de la curva del recorrido del
desplazamiento del pedal de un sistema de frenado convencional con
respecto a la curva de fuerza del pedal que se ilustra en la Figura
5B, se puede calcular un recorrido del simulador con respecto a una
curva de fuerza de entrada del simulador de pedal basado en la razón
del sistema de pedal (que es la razón de desplazamiento del pedal
con respecto al recorrido del simulador). La Figura 6A es un
diagrama de un recorrido de simulador de pedal preferido con
respecto a la fuerza de entrada del simulador de pedal requerida
para conseguir la respuesta del pedal convencional de las Figuras 5A
y 5B basada en una razón de pedal de 2,84:1. Esta información se
presenta gráficamente en la Figura 6B.
La Figura 7A es un diagrama de características
de resorte para un montaje de resorte adecuado, el cual se puede
utilizar en el simulador de pedal de la Figura 4. Tal y como se
muestra en las Figuras 7A a 7D, "Resorte nº 1" se refiere al
resorte con mayor longitud 72a, "Resorte nº 2" se refiere al
resorte 72b, y "Resorte nº 3" se refiere al resorte con menor
longitud 72c.
La Figura 7B es un diagrama del recorrido
estimado del simulador de pedal con respecto a la carga y a la
desviación de resorte individual de los resortes 72a, 72b y 72c,
mientras que la Figura 7C es un diagrama del recorrido estimado del
simulador de pedal con respecto a las cargas de resorte totales e
individuales para los resortes 72a, 72b y 72c.
La Figura 7C es un gráfico que muestra el
recorrido estimado del simulador de pedal con respecto a la fuerza
total de entrada del pedal y el recorrido del simulador de pedal
preferido con respecto a la fuerza de entrada del simulador de
pedal requerida para conseguir la respuesta de pedal convencional de
las Figuras 5A y 5B.
La Figura 7D es un cuadro de la fuerza de
resorte con respecto al recorrido de los resortes encastrados
combinados 72a, 72b y 72c. El gráfico de la Figura 7D muestra cómo
se suman las curvas de la fuerza de resorte con respecto a la
longitud de recorrido de los resortes individuales 72a, 72b y 72c
para conseguir una curva combinada de fuerza de resorte total
combinada. La fuerza de resorte ideal con respecto a la curva del
recorrido es el recorrido del simulador de pedal ideal con respecto
a la curva de fuerza de entrada del simulador de pedal de la Figura
6B. Tal y como se apreciará a partir de una comparación de las
curvas de la fuerza de resorte combinada y de la fuerza de resorte
ideal, el simulador de pedal 70 otorga una sensación de pedal que se
aproxima a la sensación de pedal de un sistema de frenado
convencional por empuje.
La Figura 8 es una ilustración de otra forma de
realización alternativa de un simulador de pedal 80 provisto de una
carcasa 82 según la presente invención. El simulador de pedal 80 se
muestra como un componente separado y no está integrado en un
cilindro principal (que no se muestra). Sin embargo, se contempla
que el simulador de pedal 80 se podría integrar en un cilindro
principal de un modo similar al cilindro principal 10 y el simulador
de pedal 12 de la Figura 1. El simulador de pedal 80 incluye un
pistón 84 dispuesto de forma que pueda deslizarse en un orificio 86
formado en la carcasa 82. El pistón 84 y un extremo cerrado del
orificio 86 definen una cámara 88. Dicha cámara 88 se encuentra en
comunicación fluida con un puerto de salida del cilindro principal
(que no se muestra) por medio de un primer puerto 90 formado a
través de la carcasa 82. La cámara 88 también está en comunicación
fluida con una válvula de aislamiento (que no se muestra) por medio
de un segundo puerto 92 formado a través de la carcasa 82, cuya
válvula de aislamiento aísla de forma selectiva el cilindro
principal (y el simulador de pedal 80) de los frenos hidráulicos de
las ruedas del vehículo. Obsérvese que la cámara 88 y el primer y
el segundo puerto 90 y 92 proporcionan una comunicación fluida
continua entre el puerto de salida del cilindro principal y la
válvula de aislamiento.
El simulador de pedal 80 incluye además un
primer resorte en espiral 94 relativamente grande dispuesto en el
interior de un orificio 96 formado en la carcasa 82. Dicho orificio
96 presenta un diámetro mayor que el del orificio 86 con un tope
radial definido entre el orificio 86 como el orificio 96. El primer
resorte 94 se retiene entre un retenedor anular 98 y una placa de
extremo 100. Dicha placa de extremo 100 soporta una arandela a
presión 102 que se acopla a la carcasa 82 cerca del extremo derecho
(tal y como se aprecia en la Figura 8) de la base 96. Se dispone un
segundo resorte 104 en el interior de una cavidad cilíndrica 106
formada en el retenedor 98. El primer resorte 94 presenta una
constante de resorte mayor que la del segundo resorte 104 (el
primer resorte 94 requiere más fuerza para comprimir el resorte
entre una distancia dada que el segundo resorte 104). El segundo
resorte 104 está situado entre el retenedor 98 y una pestaña 108 que
se extiende radialmente de un tapón anular 110. El tapón110 está
situado a una distancia fija del pistón 84 por medio de una barra
112. El primer y el segundo resorte 94 y 104 están, de este modo,
dispuestos en una disposición en serie.
Cuando se acciona el cilindro principal en
comunicación fluida con el simulador de pedal 80, el fluido
presurizado entra en la cámara 88 a través del primer puerto 90,
provocando el desplazamiento hacia la derecha del pistón 84, de la
barra 112, de la tapa 110, del resorte 108 y del retenedor 98, tal y
como se aprecia en la Figura 8. Este desplazamiento comprime el
primer y el segundo resorte 94 y 104 en una constante de una
combinación en serie de resortes. Dado que el segundo resorte 104
presenta una constante de resorte menor que la del primer resorte
94, el segundo resorte 104 disminuirá su longitud a un ritmo mayor
que el primer resorte 94 y la constante de una combinación en serie
de resortes preferentemente estará muy próxima a la constante de
resorte del segundo resorte 104. Obviamente, la constante exacta de
una combinación de resortes depende de las magnitudes relativas de
las constantes de resorte del primer y del segundo resorte 94 y 104.
Las espiras del segundo resorte 104 eventualmente tocarán fondo
cuando el pistón 84 continúa moviéndose. Otro movimiento del pistón
comprimirá únicamente el primer resorte 94, cambiando así la
constante de resorte del simulador de pedal 80 a la constante de
resorte del primer resorte 94. Dicho de otro modo, cuando las
espiras del segundo resorte 104 tocan fondo, la constante de
resorte del simulador de pedal se acerca a la constante de resorte
del primer resorte. Esta transición normalmente será suave, ya que
la carga de cada uno de los resortes 94 y 104 es la misma.
La Figura 9 es un gráfico de la fuerza del pedal
con respecto a la longitud de desplazamiento de pedal de la
disposición de resorte del simulador de pedal 80 tal y como se
ilustra en la Figura 8. El esquema con la etiqueta "Fuerza de
pedal" es un ejemplo del recorrido del pedal con respecto a la
curva de fuerza del pedal de un sistema de frenado convencional por
empuje. El esquema con la etiqueta "Fuerza de pedal simulada"
es un desplazamiento estimado del pedal con respecto a la curva de
fuerza del pedal producida por la disposición de resorte del
simulador de pedal 80. Tal y como se observará comparando las curvas
de la Figura 9, se espera que el simulador de pedal 80 pueda
producir una sensación de pedal sustancialmente similar a la de un
sistema de frenado convencional por empuje.
Claims (4)
1. Simulador de pedal (12; 60; 70; 80), que
comprende:
una carcasa (14; 71; 82) provista de un orificio
(19; 86) en la misma;
un pistón (18; 66; 78; 84) dispuesto en el
interior de dicho orificio (19; 86); y
un mecanismo de resorte (40; 72; 94, 104)
conectado de forma operativa a dicho pistón (18; 66; 78; 84) de
forma que el movimiento de dicho pistón (18; 66; 78; 84) en una
dirección hacia dicho mecanismo de resorte (40; 72; 94, 104)
comprima dicho mecanismo de resorte (40; 72; 94, 104), presentando
dicho mecanismo de resorte (40; 72; 94, 104) una constante de
resorte no lineal, caracterizado porque dicho mecanismo de
resorte (40; 72; 94, 104) incluye unos primeros y segundos resortes
de espiral (94, 104) conectados de forma operativa en una
disposición en serie, presentando dicho primer resorte (94) una
constante de resorte mayor que la constante de resorte de dicho
segundo resorte (104); en el que durante una primera parte de dicho
movimiento de dicho pistón (18; 66; 78; 84) en la dirección hacia
dicho mecanismo de resorte (40; 72; 94; 104) dicha constante de
resorte no lineal de dicho mecanismo de resorte (40, 72; 94; 104) es
una combinación de la constante de resorte del primer resorte (94)
y la constante de resorte del segundo resorte (104), y durante una
segunda parte de dicho movimiento de dicho pistón (18; 66; 78; 84)
en la dirección hacia dicho mecanismo de resorte (40; 72; 94; 104),
aproximándose dicha constante de resorte no lineal de dicho
mecanismo de resorte (40; 72; 94; 104) sustancialmente a dicha
constante de resorte de dicho primer resorte (94) a medida que los
espirales de dichos segundos resortes (104) tocan fondo.
2. Simulador de pedal según la reivindicación
1, que incluye asimismo un pistón a presión (16) dispuesto en dicho
orificio (19), cooperando dicho pistón (18; 66), dicho pistón a
presión (16) y dicha carcasa (14) que coopera para definir una
cámara (20) de un cilindro principal (10; 50; 60) en el interior de
dicho orificio (19).
3. Simulador de pedal según la reivindicación
2, que incluye asimismo una junta estática (54) que proporciona
estanqueidad entre dicha carcasa (14) y una parte axialmente central
de dicho pistón (18), y una junta dinámica (39) que proporciona
estanqueidad entre dicho pistón (18) y dicha carcasa (14), formando
parte dicha junta dinámica (39) de un límite de presión para dicha
cámara (20) de dicho cilindro principal (10).
4. Simulador de pedal según la reivindicación
3, que incluye asimismo un depósito de fluido, estando dicho
depósito de fluido en comunicación, a través de un conducto (25)
definido en dicha carcasa (14), con el área anular de dicho
orificio (19) alrededor de dicho pistón (18) entre dicha junta
estática (54) y dicha junta dinámica (39).
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