ES2235537T3 - Detector de acelerador del neumatico en los vehiculos automoviles. - Google Patents

Abstract

Detector de aceleración del neumático de un vehículo automóvil, el cual comprende una membrana (2, 2A), que puede ser deformada elásticamente, y comprende, de forma solidaria con la membrana (2, 2A), una masa de prueba (25) para deformar la membrana bajo el efecto de una aceleración; como asimismo comprende un indicador de tensión de aceleración (21), que es sensible a las deformaciones de la membrana (2, 2A) bajo la acción de la fuerza de aceleración, que es ejercida por la masa de prueba; detector éste que está caracterizado porque el mismo comprende un indicador (26) - de la tensión de presión, que es sensible a la presión del neumático - para que este detector de aceleración constituya al mismo tiempo una sonda de presión; como asimismo comprende una cadena de medición de presión (11 hasta 13, 26 hasta 29) así como una cadena de detección de aceleración (11 hasta 13, 21 hasta 24) las que se encuentran integradas, por lo menos en parte, en un circuito integrado, y la cadena de detecciónde aceleración está prevista para ordenar la activación de la cadena de medición de presión (11 hasta 13, 26 hasta 29).

Description

Detector de aceleración del neumático en los vehículos automóviles.

Para garantizar la seguridad de un vehículo automóvil, cada rueda del mismo está equipada con una sonda de presión, que está dispuesta dentro del neumático y la que por radio está en comunicación con un ordenador para la vigilancia del estado de los neumáticos, el cual se encuentra situado dentro del habitáculo para indicar cualquier anomalía. La sonda es inaccesible y está alimentada por una pila, cuya duración tiene que ser prolongada de la mejor forma posible. A este efecto, la sonda comprende un temporizador de vigilancia, de un muy reducido consumo de energía, el cual actúa solamente de forma cíclica para efectuar una medición y para emitir, dado el caso, una alarma.

Al encontrarse el vehículo estacionado, resulta inútil emitir unas alarmas repetitivas, habida cuenta de que aquí no existe ningún riesgo de accidente. La sonda de presión funciona entonces a una cadencia ralentizada, de unos ciclos más largos, y la misma solamente pasa a la cadencia normal al detectar un detector de aceleración, que se encuentra unido con la sonda, la rotación de la rueda.

Hasta la presente se utilizaba, como detector de aceleración, una lámina flexible, dispuesta dentro de una ampolla sellada de relé de tipo Reed, la cual está situada dentro del neumático y es solidaria con la sonda de presión, que está fijada en la válvula. Esta lámina establece un contacto, que hace que la sonda de presión pase al ritmo normal al manifestarse la aceleración centrifuga de rotación de la rueda. Según otras aplicaciones, una ampolla de tipo Reed, para la detección de la aceleración, está asimismo dispuesta dentro del neumático y con una sonda de presión; la misma sirve aquí, sin embargo, para suministrar mediante radio unas mediciones, efectuadas por otro lado.

Esta ampolla de tipo Reed tiene, sin embargo, el inconveniente de ser relativamente cara y de soportar mal los golpes, que sufren las ruedas.

Por consiguiente, la presente invención tiene el objeto de proporcionar un detector de aceleración, que sea menos costoso y sea, además, de una mayor robustez.

A este efecto, la presente invención se refiere a un detector de la aceleración del neumático de un vehículo automóvil, el que comprende una membrana, que es elásticamente deformable, y el que incluye - de forma solidaria con la membrana - una masa de prueba para deformar la membrana bajo la acción de una aceleración, y un indicador de tensión de aceleración, que es sensible a las deformaciones de la membrana por la acción de la fuerza de aceleración, que es ejercida por la masa de prueba; detector éste que está caracterizado por el hecho de que el mismo comprende un indicador - de la tensión de presión, que es sensible a la presión del neumático - para que el detector de la aceleración constituya igualmente una sonda de presión, como asimismo comprende una cadena de medición de presión así como una cadena de detección de aceleración que se encuentran integradas, por lo menos en parte, en un circuito integrado, y la cadena de detección de aceleración está prevista para ordenar la activación de la cadena de medición de la presión.

Se puede observar que la Patente Alemana Núm. DE 4 125 467 revela un detector de aceleración, que realiza asimismo la tarea alternativa de una sonda de presión, pero aquí solamente con un indicador de tensión.

La Patente Alemana Núm. DE 4 303 583 indica un detector de aceleración así como una sonda de presión, que están dispuestos sobre un mismo chip.

La presente invención es de relevancia, en relación con el estado actual de la técnica, en el sentido de que la cadena de medición de presión es activada por un comando de la cadena de detección de la aceleración para, de este modo, solucionar perfectamente el problema arriba expuesto.

De una manera conveniente, el detector de aceleración está constituido por una parte componente, que está dispuesta dentro de una carcasa hueca y estanca, que está cerrada por la primera, es decir, por la membrana, que está hecha de silicio.

La presente invención se comprenderá mejor por medio de la descripción, relacionada a continuación para dos convenientes formas de realización del detector de aceleración según la invención, el cual está unido, en estos ejemplos, con una sonda de presión, y todo ello con referencia al plano adjunto, en el cual:

Las Figuras 1 y 2 muestran las vistas esquematizadas de sección de la sonda-detector según dos respectivas formas de realización; mientras que

La Figura 3 indica un diagrama de bloques funcionales de los circuitos electrónicos de la sonda de presión y del detector de aceleración de una y de la otra de las dos formas de realización; sonda ésta que aquí establece el ritmo de trabajo del detector de aceleración, en el cual la misma se encuentra completamente integrada según este ejemplo.

En la Figura 1, la referencia 1 indica una carcasa hueca de circuito integrado, que representa un casco estanco 3 del cual una cara está constituida por una membrana deformable 2, que está fijada en el perímetro del borde de la carcasa 1. En este caso, la membrana 2 está constituida por una capa de silicio, que es elásticamente deformable y que tiene un espesor de algunas milésimas. Para la membrana también puede estar prevista una tapadera permeable como protección mecánica.

Según este ejemplo, y tal como esto será explicado todavía más abajo, el detector de aceleración de rotación lleva integrada una sonda de presión, empleando para ello la membrana 2, y el mismo está dispuesto dentro del neumático de una rueda del vehículo automóvil. De esta manera, la membrana 2 no constituye aquí una simple banda ó varilla elásticamente deformable, que sería suficiente para un detector de aceleración de este tipo, sino al contrario, la misma encierra, según este ejemplo, la cavidad de la carcasa 1 de una manera estanca por deformarse bajo el efecto de la presión de un fluido externo, en este caso el aire del neumático, que contiene el aquí representado detector-sonda, que está fijado en la válvula.

En lo que se refiere a la detección de la aceleración a causa de la rotación de la rueda, la membrana 2 sostiene un indicador de tensión 21, que es solidario con la membrana 2 y es sensible a las deformaciones de tensión de ésta, como asimismo sostiene la membrana una masa de prueba 25, que también es solidaria con la membrana 2 y para deformarla bajo la acción de una aceleración a causa de la rotación de la rueda. Sin embargo, el indicador 21 se encuentra sometido a una tensión de deformación y experimenta, en este ejemplo, una correspondiente variación en la impedancia. El indicador de tensión 21 comprende aquí - serigrafiada sobre la cara interna de la membrana 2 - una resistencia en forma de una banda de capa gruesa, que puede seguir las deformaciones de la membrana y cuya resistencia varía, por este hecho, según una conocida ley y en función de la aceleración. Esta ley puede ser determinada mediante ensayos en fábrica y ser memorizada en el detector. De forma preferente, y tal como en este caso, la masa 25 se encuentra situada relativamente cerca del indicador 21, con el fin de ser así de la óptima eficacia.

Según este ejemplo, la membrana 2 sostiene, por el lado interior de la cavidad 3, otro indicador de tensión 26, que aquí es idéntico al indicador 21 y que sirve para la medición de la presión del aire dentro del neumático, a la cual se ha hecho referencia más arriba.

Tal como esto está indicado en la Figura 3, la resistencia está unida con un circuito de medición de su impedancia, aquí de la resistencia de la misma, el cual comprende un puente equilibrado, del tipo de Wheastone, con los elementos 22, 23 y 24, de unas impedancias determinadas en función de la impedancia del indicador 21 en el estado de reposo. Los productos de los valores de las resistencias opuestas son iguales: (R21) x (R24) = (R22) x (R23). También podría haber sido previsto, que la resistencia 24 represente un tal indicador, para aumentar así la sensibilidad. Una fuente de alimentación 20, aquí de tensión continua, alimenta una diagonal del puente, 21 hasta 24, mientras que los extremos de la otra diagonal se encuentran unidos - aquí a través de un circuito multiplexor 12 - con un convertidor analógico/numérico 13 (CAN). Una base de tiempos 10 asegura las secuencias en el funcionamiento del detector-sonda. Un microprocesador 11, cuyo funcionamiento está adaptado al ritmo de la base de tiempos 10, activa el conjunto de los circuitos arriba mencionados y recibe las mediciones del convertidor CAN 13 para procesar y aplicarlas localmente y/ó las emite por un radio-circuito de control 14, que es activado por el mismo. Según este ejemplo, las mediciones de la aceleración son aprovechadas localmente para servirle a la sonda de presión, si bien solamente las mediciones de ésta última - ó la alarma que puede resultar de ellas - son emitidas por el emisor de radio 14. Según otros ejemplos, sin embargo, el detector de la aceleración podría servir como odómetro ó medidor de recorridos y, en este caso, sus mediciones serían emitidas por radio.

El microprocesador 11 comprende un circuito 111 de vigilancia y de alerta para la sonda de presión; este circuito 111, que recibe del convertidor 13 las mediciones de la aceleración para bajar - por ejemplo, de 6 segundos (secuencia de alarma de presión) a un minuto (secuencia normal) - la cadencia de las mediciones de presión (26) al ser la velocidad de la rotación de la rueda - y, por consiguiente, la aceleración medida - inferior a un determinado valor de umbral y bajar, asimismo, a un ciclo de una hora en el caso de la ausencia de una rotación. El circuito 111 comprende un comparador 112 que recibe, por una línea, los valores medidos y recibe, por otra línea, un valor de umbral de derivación de la resistencia, el cual procede de una memoria 113. También el indicador 21 se encuentra insertado en un puente 26, 27, 28 y 29, que es alimentado al igual que el puente, 21 hasta 24, y que asimismo está unido, por su salida, con una línea del circuito multiplexor 12. Aparte de las dos líneas para los dos puentes arriba indicados, el circuito multiplexor 13 comprende una tercera vía ó línea de medición, que se encuentra unida con una sonda de temperatura 31 a efectos de una corrección de las mediciones de la presión y de la aceleración, como asimismo comprende una cuarta vía ó línea de medición, que está unida con el punto central de un puente divisor, 32 y 33, que está polarizado por una pila 31 que alimenta el conjunto de los circuitos. El microprocesador 11 también está integrado en la carcasa hueca estanca 1 como los diferentes otros circuitos eléctricos para formar, de este modo, un circuito de control (ASIC), que constituye el detector-sonda.

A continuación, se describe de forma más detallada el funcionamiento de estos circuitos.

El detector-sonda aquí representado está orientado, en su posición de trabajo, de tal manera que la rotación de la rueda, que sostiene el mismo, pueda aplicar una fuerza centrífuga de aceleración, que deforma la membrana 2, es decir, la que tiene una componente vertical según lo indicado en la Figura 1. Si es supuesto que, por ejemplo, el eje 4 de la rueda (el cual está representado aquí a una distancia muy reducida y no a escala) esté situado por encima del detector–sonda de la Figura 1, la masa 25, que está funcionalmente unida con el indicador 21, experimenta, en un tal caso, una fuerza centrífuga, que está dirigida hacia abajo, hacia el fondo rígido del casco 3. El volumen, limitado por la misma, puede ser puesto en depresión ó simplemente rellena una determinada masa de gas, esto sí, a una presión constante en el estado de reposo, con excepción de los efectos de la temperatura, los cuales son corregidos mediante cálculo.

A esta fuerza centrífuga - que es proporcional a la velocidad de la rotación - es añadida una modulación periódica por cada vuelta de la rueda, debido a la gravedad y a la constante amplitud.

La membrana 2 - que es solidaria con el indicador 21 de la masa determinada - es arrastrada localmente por ésta última y se destensa y destensa, por consiguiente, la resistencia de la capa de espesor 21, aquí en la forma de una banda que, por toda su longitud, se encuentra unida con la membrana 2.

La variación en la resistencia, la que aquí se produce, es medida y convertida en cifras por el convertidor CAN 13 y es transmitida al circuito de vigilancia 111 del microprocesador 11. Dentro del circuito 111, la medición del valor de la resistencia 21 - aquí, de hecho, la derivación de la misma - es comparada (112) con el valor de umbral (113) anteriormente mencionado, con el objeto de pasar a una cadencia más lenta de alarmas para unas mediciones cíclicas de la presión al no ser alcanzado el valor de umbral, y esto trae aquí consigo una regulación en el ciclo de medición de la presión al periodo de una hora. De esta manera, el detector de aceleración activa, a la secuencia deseada, la sonda de presión. La regulación del período de los ciclos de medición de la presión es efectuada por cargarse un valor correspondiente a una temporización, por ejemplo, en un circuito de descontaje, que activa un ciclo de medición de la presión al transcurrir esta temporización y el mismo se vuelve a preparar para el ciclo siguiente. Por cada medición de la aceleración ó de la presión, el microprocesador 11 activa la fuente de alimentación 20 (mediante un interruptor, que aquí no está indicado) para alimentar los puentes, 21 hasta 24 y 26 hasta 29, por un corto instante, y el mismo activa también el convertidor CAN 13 así como el comparador 112. El microprocesador 12 recoge cada vez la medición de la resistencia - aquí, de hecho su derivación - del indicador de presión 26, la cual representa la presión del neumático. Los ciclos de medición de la aceleración pueden ser independientes de los ciclos de medición de la presión, y el consumo de energía de los mismos sigue siendo limitado, teniendo en cuenta que ellos no están relacionados con ninguna emisión por radio.

Las mediciones de la presión son emitidas por el emisor 14 ó bien las mismas son procesadas localmente por el microprocesador 11, que ahora emite, en su caso, una alarma por radio al ser sobrepasado un valor de umbral alto ó bien bajo, y el mismo acelera, al período de los seis segundos arriba mencionados, la cadencia de las mediciones de la presión y, a la ausencia de una rotación, el microprocesador puede ordenar, desde luego, una ralentización de esta cadencia.

Existe una influencia mutua entre las dos variables - presión y aceleración - debido al hecho de que, en este caso, no están previstas, de forma separada, una varilla (en forma de una membrana) y una membrana estanca, apropiadas para los indicadores 21 y 26, respectivamente, sino la membrana 2 es aquí común para los dos indicadores, 21 y 26. Esta influencia mutua puede ser limitada por disponerse los indicadores, 21 y 26, a una determinada distancia entre si, es decir, de hecho distanciar el indicador 26 de la masa 25. De este modo, un efecto de fraccionamiento - debido a la fuerza centrífuga experimentada por la masa 25, la cual es sobre todo perceptible dentro de una zona limitada de la membrana 2, que circunda el indicador 21 - tendrá un efecto, que es más limitado sobre el otro indicador 26, que sobre estos dos indicadores, 21 y 26, al encontrarse los mismos separados entre si a una máxima distancia y sin estar situados, sin embargo, demasiado cerca del borde rígido de fijación de la membrana 2, el cual delimita las deformaciones a su nivel propio. Por ejemplo, la separación mutua de los dos indicadores, 21 y 26, ó entre éste último y la masa 25, será, de forma preferente, superior a la mitad de la mayor dimensión de la membrana 2.

Si, al contrario, la presión actúa sobre toda la superficie de la membrana 2, el microprocesador 11 puede - después de la medición de la presión mediante el indicador 26 - deducir de la misma la deformación parásita, que es debida a la presión, ó derivar la resistencia del indicador 21 y corregir, de esta manera, la medición de la fuerza centrífuga y, desde luego, de la velocidad de rotación, teniendo en cuenta que son conocidos el valor de la masa 25 y el radio de giro de la misma. A la inversa, el efecto que la masa 25 ejerce sobre la deformación del indicador 26 - el cual es también limitado - puede ser estimado, además, en fábrica para así establecer una tabla de corrección de la medición de la presión.

Además, y como quiera que la gravedad modula, por cada vuelta de la rueda, la medición de aceleración proporcionada por el indicador 21, el microprocesador 11 puede medir la velocidad de rotación de la rueda (función de odómetro) y la puede comparar directamente con un valor de umbral para ralentizar ó no ralentizar la cadencia de las mediciones de presión. Se podrá apreciar, que la propia amplitud de esta modulación, independiente de la velocidad de la rotación, es suficiente como para caracterizar el efecto de la gravedad en el caso de rotación de la rueda. Así pues, puede ser detectada la existencia de una rotación, lo cual constituye el objetivo pretendido (vehículo en movimiento y, en este caso, ciclos de un minuto). La medición de la correspondiente frecuencia suministra, como complemento, el valor de la velocidad de rotación para, dado el caso, regular aquí los ciclos según varios valores de umbral. Una tal medición de frecuencia puede ser llevada a efecto por el microprocesador 11 con un software ó equipo lógico de filtración de paso de banda de varias vías adyacentes, formando así un banco de filtros, que cubren la deseada gama de frecuencias.

La medición - efectuada por el único indicador de aceleración 21 - de la componente alternativa de las mediciones de deformación de la membrana 2 bajo el efecto de la masa 25 es, por lo tanto, suficiente por ella misma para la detección y para la medición de la rotación de la rueda. Un detector de rotación de este tipo - que detecta, de hecho, la posición angular de la rueda - podría entonces funcionar también si el mismo estaría colocado sobre el eje de rotación de un elemento giratorio y sin sufrir, por consiguiente, la fuerza centrífuga.

Por el otro lado, la información sobre la velocidad de la rotación, la cual es adquirida de este modo, puede ser utilizada por el microprocesador 11 para determinar el valor de medición de la fuerza centrífuga, que el indicador 21 debería proporcionar a la velocidad en consideración, teniendo para ello en cuenta la masa 25, su radio de giro y las características mecánicas, tanto de la membrana 2 como del casco 3. En la práctica, una tabla de correspondencia de esta clase entre velocidad y derivación de resistencia puede ser establecida en fábrica, con una presión nominal del neumático, y puede estar memorizada dentro del microprocesador 11.

En su aplicación práctica - y para la velocidad, que queda determinada por la gravedad - el microprocesador 11 puede ahora comparar el esperado valor de medición de la aceleración del indicador 21 con el valor efectivamente medido. La diferencia entre estos dos valores representa la influencia de una variación en la presión.

Por este hecho, se podría ahora prever, como una variante de realización, solamente un indicador de detección y/ó de medición de la aceleración, el cual esté unido funcionalmente con una masa cualquiera 25, pero sí suficiente para deformar la membrana 2. La componente alternativa de la variación de resistencia del único indicador permitiría deducir de ello, según la tabla arriba mencionada, la teórica componente "continua" a causa de la rotación, con el fin de comparar (á sea, de deducirla) con la componente "continua" efectivamente medida, y para deducir de la misma la presión. Por componente "continua", se ha de entender aquí un valor qué solamente varía con los ciclos mucho más largos que el período de rotación de la rueda, es decir, con los ciclos de aceleración ó deceleración progresivas del vehículo, que tiene la rueda y, por lo tanto, con un elevado número de revoluciones de la rueda.

El segundo ejemplo de realización del detector de aceleración de la Figura 2 - en el cual ha sido prevista asimismo una sonda de presión - corresponde principalmente a una duplicación de los elementos de la Figura 1; los nuevos elementos, en doble cantidad, tienen las mismas referencias como los elementos correspondientes al primer ejemplo de realización, pero con el sufijo B. De esta manera, quedan formadas dos cavidades estancas, 3 y 3B, que aquí están enlazadas y separadas entre si mediante una pared estanca 1A que termina, por el lado opuesto al fondo, con el reborde 1B. Para los indicadores, 21 y 26, la diferencia en relación con la Figura 1 consiste en el hecho de que la membrana 2A, que es el homólogo de la membrana 2, está afectada exclusivamente por el detector de aceleración y la misma, por consiguiente, no sostiene ya el indicador de presión 26, que ha sido trasladado ahora sobre la membrana 2B que, de este modo, está afectada exclusivamente por la sonda de presión. Con otras palabras, esto consiste, en relación con lo indicado en la Figura 1, en separar ficticiamente la membrana 2 en las dos zonas, 2A y 2B, sin ninguna influencia entre si en cuanto a la deformación, es decir, que la membrana 2 estaría solidaria con una especie de varilla rígida (1B), perpendicular al plano de la Figura 1, y separa la zona 2A - que lleva los elementos 21 y 25 - de la zona 2B, que sostiene el indicador 26. Según lo indicado en la Figura 2, se trata de dos membranas, 2A y 2B, que son físicamente distintas y cada una de las mismas está fijada, en especial alrededor del reborde 1B, para cerrar una abertura correspondiente de la carcasa. De este modo, los dos indicadores, de tensión de aceleración 21 y de tensión de presión 26, son ahora solidarios con las dos membranas, 2A y 2B, respectivamente, que pueden ser deformadas elásticamente y que están hechas de silicio y las que cierran la carcasa hueca estanca, 3 y 3A. Para sustraerse del efecto de la presión, ejercida sobre la membrana 2A para la detección de aceleración, ésta última puede tener una más elevada resistencia a la deformación que la membrana 2B para la medición de presión, habida cuenta de que es bastante prever una masa de prueba 25 que sea suficiente para poder obtener la deseada sensibilidad. Además, de este modo se puede conservar asimismo la estanqueidad de la cavidad 3A para la detección de la presión y, no obstante, dejar que la presión del aire sea aplicada sobre las dos caras de la membrana 2A para la detección de la aceleración, dentro de la cavidad 3.

Claims (7)

1. Detector de aceleración del neumático de un vehículo automóvil, el cual comprende una membrana (2, 2A), que puede ser deformada elásticamente, y comprende, de forma solidaria con la membrana (2, 2A), una masa de prueba (25) para deformar la membrana bajo el efecto de una aceleración; como asimismo comprende un indicador de tensión de aceleración (21), que es sensible a las deformaciones de la membrana (2, 2A) bajo la acción de la fuerza de aceleración, que es ejercida por la masa de prueba; detector éste que está caracterizado porque el mismo comprende un indicador (26) - de la tensión de presión, que es sensible a la presión del neumático - para que este detector de aceleración constituya al mismo tiempo una sonda de presión; como asimismo comprende una cadena de medición de presión (11 hasta 13, 26 hasta 29) así como una cadena de detección de aceleración (11 hasta 13, 21 hasta 24) las que se encuentran integradas, por lo menos en parte, en un circuito integrado, y la cadena de detección de aceleración está prevista para ordenar la activación de la cadena de medición de presión (11 hasta 13, 26 hasta 29).

2. Detector conforme a la reivindicación 1), en el cual los dos indicadores de tensión de aceleración (21) y de presión (26) son solidarios con la misma membrana (2).

3. Detector conforme a la reivindicación 1), en el cual los dos indicadores de tensión de aceleración (21) y de presión (26) son, respectivamente, solidarios con dos membranas (2A, 2B, que pueden ser deformadas elásticamente.

4. Detector conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 3), y constituido por una parte componente, que está dispuesta dentro de una carcasa hueca y estanca (3), que está cerrada por la membrana (2).

5. Detector conforme a la reivindicación 3) y constituido por una parte componente, que está dispuesta dentro de una carcasa hueca y estanca (3, 3A, 3B), que está cerrada por las dos membranas (2A, 2B).

6. Detector conforme a una de las reivindicaciones 4) ó 5), en el cual las membranas (2, 2A, 2B) están hechas de silicio.

7. Detector conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 6), en el cual está previsto un circuito multiplexor (12) que es común para las dos cadenas (11 hasta 13, 21 hasta 24, 26 hasta 29) para así proporcionar un circuito de procesamiento (11 hasta 13) para las mediciones, el cual activa un circuito de control (14) para las mediciones de la presión; para las mediciones de la aceleración; para las mediciones de la temperatura de un termómetro (30) y de control para las mediciones de la tensión de una pila de alimentación (31).