ES2259116T3

ES2259116T3 - Procedimiento para poner en funcionamiento un freno hidraulico de vehiculo con dispositivo de estacionamiento accionado electricamente.

Info

Publication number: ES2259116T3
Application number: ES03004561T
Authority: ES
Inventors: Gregor Poertzgen; Karl Friedrich Worsdorfer; Ralf Erben; Guido Zenzen
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2006-09-16
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: EP0996560B1; EP1318057A3; JP4275310B2; JP2001510760A; DE19732168C1; DE59813707D1; WO1999005011A2; US6394235B1; DE59813480D1; ES2205533T3; EP1498633B1; EP1498633A1; EP1318057A2; WO1999005011A3; ES2271759T3; DE19732168C2; DE59809656D1; EP1318057B1; EP0996560A2

Abstract

Procedimiento para poner en funcionamiento un freno hidráulico de vehículo (10), que presenta un pistón del freno (18), que actúa sobre un elemento de fricción y se puede desplazar a una posición de accionamiento por presión hidráulica que se puede introducir en una cámara hidráulica (16) que actúa conjuntamente con el pistón del freno (18), en la que presiona el elemento de fricción contra un rotor del freno del vehículo, y una disposición de husillo/tuerca (24) coaxial, accionada por un motor eléctrico (42), respecto al eje central (A) del pistón del freno (18), para inmovilizar mecánicamente el pistón del freno (18) en una posición de accionamiento, cuya tuerca (30) está asegurada contra un giro, y se mueve por medio de una rotación del husillo (26) en función de la dirección de giro con un movimiento de traslación a lo largo del eje (A) poniéndose en contacto con el pistón del freno (18) o alejándose del pistón del freno (18), como freno de estacionamiento, con las etapas: - accionamiento de giro del husillo (26) por medio de un motor eléctrico (42) en una primera dirección de giro de manera que la tuerca (30) de la disposición de husillo/tuerca (24) se mueve hacia el pistón del freno.

Description

Procedimiento para poner en funcionamiento un freno hidráulico de vehículo con dispositivo de estacionamiento accionado eléctricamente.

La invención se refiere a un procedimiento para poner en funcionamiento un freno hidráulico de vehículo con un dispositivo de estacionamiento accionado eléctricamente.

Del documento EP0729871A1 se conoce un freno hidráulico de vehículo, en el que se puede presionar un forro de fricción mediante un pistón del freno por presión hidráulica contra un disco de freno para frenar su giro. Para ello, habitualmente se introduce líquido hidráulico bajo presión en una cámara hidráulica, una de cuyas paredes de limitación está conformada por el pistón del freno. La presión en la cámara hidráulica lleva entonces al desplazamiento del pistón del freno, y con ello del forro de fricción en la dirección del disco de freno. Para que este freno de vehículo conocido pueda ser usado no sólo como freno de servicio, sino también como freno de estacionamiento - también denominado freno de aparcamiento - éste presenta una disposición de husillo/tuerca para inmovilizar mecánicamente el pistón del freno en un estado en el que el forro de fricción se encuentra engranado con el disco de freno.

La invención se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento mejorado para poner en funcionamiento un freno hidráulico de vehículo con un dispositivo de estacionamiento accionado eléctricamente.

Este objetivo se consigue según la invención con un procedimiento que presenta las características indicadas en la reivindicación 1.

El procedimiento conforme a la invención permite el empleo de un freno de vehículo en el que el husillo se acciona por medio de un motor eléctrico como freno de estacionamiento. Para ello, en primer lugar, el husillo es accionado y hecho girar por el motor eléctrico en una primera dirección de giro de tal manera que la tuerca de la disposición de husillo/tuerca se mueve hacia el pistón del freno. La evolución del número de revoluciones y el consumo de corriente del motor eléctrico se mide a lo largo del tiempo. En caso de que se produzca una reducción repentina del número de revoluciones, y con ello, un incremento correspondiente del consumo de corriente, lo que significa que la tuerca se ha puesto en contacto con el pistón del freno, se depositan los valores válidos antes de la reducción del número de revoluciones o antes del incremento del consumo de corriente del número de revoluciones y/o del consumo de corriente en una memoria como valores de referencia. El husillo se sigue accionando haciéndolo girar en la primera dirección de giro hasta que la medición que se realice posteriormente del consumo de corriente dé como resultado que se ha alcanzado un valor máximo fijado previamente del consumo de corriente que se corresponde con la fuerza de pretensión deseada. En cuanto se haya alcanzado este valor, se desconecta el motor eléctrico, y el freno de estacionamiento lleva a cabo su función de estacionamiento.

En caso de que el freno de estacionamiento se vuelva a soltar, entonces el husillo se acciona y se hace girar de modo contrapuesto a la primera dirección de giro, y se compara el número de revoluciones momentáneo y/o el consumo momentáneo de corriente del motor eléctrico con el valor de referencia correspondiente almacenado anteriormente. El instante en el que el número de revoluciones momentáneo y/o el consumo de corriente momentáneo coincide con el valor de referencia correspondiente, lo que significa la liberación de la tuerca del pistón de freno, es registrado, y el husillo se sigue accionando y haciendo girar de modo opuesto a la primera dirección de giro para ajustar una distancia deseada entre la tuerca y el pistón de freno que es necesaria para el funcionamiento sin problemas del freno del vehículo.

El ajuste de una distancia deseada entre la tuerca y el pistón de freno se puede llevar a cabo, por ejemplo, gracias al hecho de que el husillo, a partir del instante en el que el número de revoluciones momentáneo y/o el consumo de corriente momentáneo coincide con el valor de referencia correspondiente, se accione y se haga girar durante una duración determinada de modo contrapuesto a la primera dirección de giro, fijándose la duración teniendo en cuenta la reducción existente del número de revoluciones del motor eléctrico, de tal manera que se alcanza la distancia deseada de modo preciso. Alternativamente, el accionamiento de giro posterior del husillo de modo contrapuesto a la primera dirección de giro a partir del instante mencionado puede llevarse a cabo hasta que se alcance un número de terminado de impulsos de número de revoluciones, que se registra, por ejemplo, por medio del sensor de reverberación descrito anteriormente. El número determinado de los impulsos del número de revoluciones, a su vez, se fija de tal manera, que para una reducción dada del número de revoluciones del motor eléctrico lleva a la distancia deseada entre la tuerca y el pistón del freno.

Especialmente ventajoso es que en el procedimiento anteriormente mencionado se haga uso tanto el número de revoluciones como el consumo de corriente del motor eléctrico para el control, ya que gracias a ello se produce una cierta redundancia. En el caso de un freno que funcione correctamente, los puntos de inflexión en las evoluciones temporales del número de revoluciones y en el consumo de corriente del motor eléctrico se han de producir, respectivamente, al menos prácticamente de modo síncrono. Con ello, se pueden reconocer a tiempo los posibles malos funcionamientos por medio de la supervisión de las dos magnitudes.

Según una configuración preferida del procedimiento conforme a la invención para poner en funcionamiento el freno del vehículo como freno de estacionamiento, a partir de varios valores de referencia del número de revoluciones y/o del consumo de corriente almacenados en la memoria, se conforma, respectivamente, un valor medio para compensar tolerancias que se pueden producir por medio del desgaste normal así como consecuencia de oscilaciones de temperatura. La conformación del valor medio se puede llevar a cabo, por ejemplo, por medio de un número determinado de accionamiento, o también de modo continuo.

De un modo especialmente preferido, el procedimiento conforme a la invención está mejorado de tal manera que el consumo máximo de corriente del motor eléctrico que representa una fuerza determinada de las zapatas de freno se varía de manera automática en función de uno o varios parámetros. Por ejemplo, gracias a ello se puede ajustar automáticamente la fuerza de las zapatas de freno a la carga del vehículo y/o a la inclinación o a la pendiente de la calzada, ya que es evidente que en una calzada más plana o con un vehículo más vacío se requiere una menor fuerza de las zapatas de freno para el estacionamiento del mismo.

Un ejemplo de realización del procedimiento conforme a la invención se explica a continuación con más detalle a partir de las figuras esquemáticas anexas que muestran un freno de vehículo equipado de modo correspondiente. Se muestra:

Fig. 1 la vista en planta desde arriba seccionada parcialmente de un freno de vehículo hidráulico con función de freno de estacionamiento y de freno de emergencia, y

Fig. 2A-2C diagramas a partir de los que se describe un procedimiento para poner en funcionamiento el freno del vehículo mostrado en la Fig. 1 como freno de estacionamiento.

El freno del vehículo reproducido en la Fig. 1 y designado en general con el número 10 está realizado aquí como freno de disco de pinza flotante, que presenta, de modo conocido, una carcasa 12 en la que está conformada en una pieza una pinza flotante 14, que solapa un disco de freno no representado aquí.

En la carcasa 12 se encuentra una cámara hidráulica 16 en la que está alojado un pistón de freno 18 de modo obturante y de modo que se puede desplazar a lo largo de su eje longitudinal central A. Para la provisión de líquido hidráulico a la cámara hidráulica 16 existe en el exterior del freno del vehículo 10 una conexión 20 que está unida con una unidad de transducción piezométrica de presión del freno no representada aquí, por ejemplo con una unidad de amplificación de la fuerza de frenado/unidad de cilindro principal, que se puede accionar por medio de un pedal de freno. En un accionamiento de la unidad de transducción piezométrica de presión del freno se pone a presión el líquido hidráulico en la cámara hidráulica 16 de manera que el pistón del freno 18 se desplaza a lo largo del eje A hacia la izquierda, para hacer que a los forros de fricción no representados se pongan en contacto de fricción con el disco de freno, que tampoco está representado. Cuando se finaliza el accionamiento de la unidad de transducción piezométrica de presión del freno, entonces puede fluir líquido hidráulico desde la cámara hidráulica 16 de vuelta en la dirección de la unidad de transducción piezométrica de presión del freno, de manera que el pistón del freno 18 se vuelve a desplazar a lo largo del eje A, para dejar que estén en contacto los forros de fricción con el disco de freno. Un elemento de obturación designado con el número 22 que gira radialmente, que obtura el pistón del freno 18 en la cámara hidráulica 16, soporta el movimiento de retorno del pistón del freno 18, haciendo que según el principio de "roll back", se ejerza una fuerza de retorno elástica sobre el pistón del freno. La función del freno de disco 10 que acaba de ser descrita, provocada por medio de un accionamiento hidráulico, así como su diseño constructivo es perfectamente conocido para los especialistas de este campo, y debido a ello no requiere de una explicación más detallada.

Para que el freno del vehículo 10 mostrado no sólo pueda llevar a cabo la función explicada anteriormente de un freno de servicio hidráulico, sino que también se pueda usar como freno de aparcamiento o de estacionamiento, existe una disposición de husillo/tuerca designada en general con el número 24 que presenta un husillo 26 dispuesto coaxialmente respecto al eje A con una rosca exterior 28 y una tuerca 30 fundamentalmente en forma de husillo que está provista de una rosca interior 32 que se ajusta a una rosca exterior 28.

La disposición de husillo/tuerca 24 sirve para convertir un movimiento de giro del husillo 26 en un movimiento de translación de la tuerca 30, a la que para ello se le impide girar por medio de un pasador de guía 34 que se introduce en ella, fijado en el pistón del freno 18, y que sobresale de éste de modo paralelo al eje A. Tal y como se puede ver bien a partir de la Fig. 1, el pistón del freno 18 está conformado como pistón hueco abierto en la parte derecha, y la disposición de husillo/tuerca 24 se encuentra en su mayor parte dentro del pistón del freno 18 hueco, y con ello, dentro de la cámara hidráulica 16. El husillo 26 está soportado en la carcasa 12, y está alojado de modo giratorio por medio de un soporte 36. Una obturación para árboles 38 obtura el husillo 26 en la carcasa 12, para garantizar la hermeticidad de la cámara hidráulica 16.

Para el accionamiento de giro del husillo 26 sirve una unidad designada en general con el número 40 formada por un motor eléctrico y un engranaje reductor 44 acoplado con éste, que por su parte está acoplado con la sección terminal del husillo 26 que sobresale de la carcasa 12 de modo operativo. El engranaje reductor 44 tiene una reducción total de 200:1, para que el motor eléctrico 42 pueda ser elegido relativamente pequeño, y a pesar de ello se garantice una fuerza de las zapatas de freno suficientemente grande. La unidad 40 formada por el motor eléctrico 42 y el engranaje reductor 44 en un grupo de subestructura que se puede manejar por separado, que se puede combinar no sólo con el freno de disco 10 mostrado, sino también con otros frenos de disco. El motor eléctrico 42, en este caso, está dispuesto de tal manera que su árbol secundario 46 se extiende paralelo al eje A y sale en la parte opuesta al pistón del freno 18 de la carcasa del motor eléctrico 42. Esta disposición ocupa un espacio especialmente reducido, y adicionalmente hace posible montar la unidad 40 referida a la superficie B en cualquier posición angular en la carcasa 12 del freno del vehículo 10. Con ello se puede realizar de un modo sencillo una adaptación a limitaciones prefijadas que pueden resultar, por ejemplo, de los componentes del chasis situados cerca del freno del vehículo 10.

Se describe ahora la función de freno de estacionamiento del freno del vehículo 10 mostrado: Para el estacionamiento, en primer lugar se controla el motor eléctrico 42 por parte de una unidad de mando 48 electrónica de tal manera que su árbol secundario 46 gira en una primera dirección. El giro del árbol secundario 46 se transmite por medio del engranaje reductor 44 al husillo 26, que con ello también gira en una primera dirección en la que por medio del desatornillado de la tuerca 30 se ocasiona una prolongación de la disposición 24 de husillo/tuerca. La tuerca 30, así pues, se desplaza con un movimiento de traslación hacia la izquierda, referida a la Fig. 1, a lo largo del eje A, y acaba poniéndose en contacto con su brida 50 en forma anular con el suelo del pistón del freno 18. Al realizarse otro giro del husillo 26 en la primera dirección de giro, la tuerca 30 presiona entonces el pistón del freno 18 hacia la izquierda, por medio de lo cual éste último presiona el forro de fricción no representado aquí contra el disco de freno que, igualmente, no está representado. Cuando se alcanza este estado, se puede desconectar el motor eléctrico 42. Puesto que la pareja de roscas formada por las dos roscas 28 y 32 es autobloqueante, se mantiene la posición alcanzada de la disposición 24 de husillo/tuerca también después del apagado del motor eléctrico 42.

Para soltar el freno de estacionamiento, el motor eléctrico 42 se controla por parte de la unidad de mando 48 de tal manera que su árbol secundario 46 gira en la dirección contrapuesta. Este giro se transmite, a su vez, al husillo 26, de manera que ésta también gira de modo contrapuesto a la primera dirección de giro, y se atornillo en la tuerca 30, gracias a lo cual la tuerca 30 se mueve a lo largo del eje A con un movimiento de traslación hacia la derecha. De este modo, el pistón del freno 18 se descarga de presión, y a continuación se puede mover de vuelta hacia la derecha, igualmente, de manera que los forros de fricción dejan de estar en contacto con el disco de freno.

Para hacer posible que se suelte el freno del vehículo 10 estacionado también sin la unidad de motor/engranaje 40, por ejemplo, puede que el husillo 26 o también el árbol secundario 46 del motor eléctrico sean accesibles desde el exterior, de manera que por medio de una manivela que se puede encajar se gire la tuerca 30 hacia la derecha por medio de un giro correspondiente. Un reposicionamiento manual de este tipo de la rosca 30 también puede ser necesario en el marco de un cambio de los forros de fricción.

Para que se garantice un funcionamiento óptico del freno del vehículo 10, en el estado no accionado del freno del vehículo 10, una distancia X entre la tuerca 30 y el suelo del pistón del freno 18 no puede sobrepasar una cierta medida. En la práctica, se ve como óptima una distancia X de 0,5 mm. El cumplimiento de esta distancia X es necesario, por un lado, para alcanzar en un periodo de tiempo lo más corto posible, es decir, en aproximadamente 1 segundo, la máxima fuerza deseada de las zapatas del freno de estacionamiento. Por otro lado, no se ha de impedir el reposicionamiento del pistón del freno después de una frenada de servicio hidráulica debido a que el pistón del freno 18 dé contra la tuerca 30 de modo prematuro, ya que si no se podría originar un momento de abrasión residual entre el disco de freno que gira y los forros de fricción.

Haciendo referencia a la Fig. 2 a continuación se describe un procedimiento para poner en funcionamiento el freno del vehículo 10 como freno de estacionamiento, con el que se garantiza un ajuste exacto de la distancia X.

En la Fig. 2A se representa el número de revoluciones n del árbol secundario 46 del motor eléctrico 42 a lo largo del tiempo, en la Fig. 2B se representa el consumo de corriente I del motor eléctrico 42 a lo largo del tiempo, y en la Fig. 2C se representa la fuerza de las zapatas de freno F del freno del vehículo 10 a lo largo del tiempo, siendo la escala temporal de las Fig. 2A, 2B y 2C idéntica, respectivamente.

Para inmovilizar el freno del vehículo 10 mediante la disposición de husillo/tuerca 24, en primer lugar, la tuerca 30 se ha de poner en contacto con el pistón del freno 18 por medio de un giro del husillo 26 accionado por el motor eléctrico 42. Para ello, a partir de las Fig. 2A a 2C se puede ver que desde el instante t_{0}, es decir, el instante en el que la unidad de mando 48 recibe la orden de inmovilizar el freno del vehículo 10 de modo mecánico, hasta el instante t_{1}, el motor eléctrico 42 se pone en funcionamiento con un número de revoluciones elevado, prácticamente constante, y con un consumo de corriente prácticamente constante, reducido, ya que todavía no se ha de aplicar ninguna fuerza de las zapatas de freno.

Cuando, en el instante t_{1}, la rosca 30 se pone en contacto con el suelo del pistón del freno 18, esto se puede constatar en un punto de inflexión en la evolución del número de revoluciones n, así como en el consumo de corriente I. Los valores válidos antes del punto de inflexión para el número de revoluciones y para el consumo de corriente se almacenan como valores de referencia n_{0} e I_{0} en una memoria de la unidad de mando 48. Tal y como se puede ver a partir de los diagramas, a partir del instante t_{1} se reduce el número de revoluciones n del motor eléctrico 42 rápidamente, y de modo correspondiente a ello aumenta de un modo considerable el consumo de corriente I acompañado con la fuerza de las zapatas de freno, hasta que en el instante t_{2} se ha alcanzado la fuerza deseada de las zapatas de freno F_{max}. El motor eléctrico 42 se desconecta ahora, y de modo correspondiente, el número de revoluciones n y la corriente I adoptan el valor 0. La fuerza de las zapatas de freno permanece constante como consecuencia de la conformación autobloqueante de la disposición de husillo/tuerca 24 en el valor F_{max}.

En caso de que posteriormente, en concreto en el instante t_{3}, se suelte el freno de estacionamiento al conectar el motor eléctrico 42, entonces esto se puede reconocer en primer lugar en un impulso de pico de conexión en la evolución del consumo de corriente I, a continuación de lo cual éste último disminuye de modo prácticamente proporcional a la fuerza de las zapatas de freno F, mientras que al mismo tiempo se incrementa el número de revoluciones n de modo correspondiente. En esta fase, el número de revoluciones n y la corriente I se comparan de modo continuo con los valores de referencia n_{0} e I_{0} almacenados previamente en la unidad de mando, hasta que en un instante t_{4} el número de revoluciones n y la corriente I coinciden con los valores de referencia n_{0} e I_{0}. Esto significa que la rosca 30 comienza a no estar ya en contacto con el suelo del pistón del freno 18, es decir, que ya no hay ninguna fuerza de las zapatas de freno F. Debido a ello, a partir del instante t_{4} se vuelve a ajustar una corriente I reducida prácticamente constante, y un número de revoluciones n elevado, prácticamente constante, hasta que en el instante t_{5} se ha alcanzado la distancia X deseada entre la tuerca 30 y el suelo del pistón del freno 18, a continuación de la cual se desconecta el motor eléctrico 42.

Como consecuencia de las relaciones de reducción conocidas entre el árbol secundario 46 del motor eléctrico 42 y el husillo 26, se puede ajustar la distancia X deseada de un modo sencillo por medio de que se elija el intervalo temporal entre los instantes t_{4} y t_{5} de modo correspondiente. En el ejemplo de realización representado se emplea, sin embargo, un sensor de reverberación 52 que mide las revoluciones por unidad de tiempo del árbol secundario 46 del motor eléctrico 42. Este sensor de reverberación 52 está alineado con un piñón secundario no representado por separado, que está acoplado de modo resistente a la torsión con el extremo libre del árbol secundario 46 del motor eléctrico 42, y proporciona por cada revolución de este piñón secundario un número de impulsos rectangulares que se corresponde con el número de dientes del piñón secundario, y que es procesado por la unidad de mando 48 como impulsos del número de revoluciones. Puesto que se conoce la relación entre el movimiento de rotación del árbol secundario 46 y el movimiento de traslación de la tuerca 30 con una reducción dada, por medio de la especificación de un número determinado de impulsos del número de revoluciones se puede ajustar de un modo muy preciso la distancia X deseada. Empezando con el instante t_{4}, para ello sólo se necesita sumar ahora el número predeterminado de impulsos de número de revoluciones en un sumador, y al alcanzar el número predeterminado se apaga el motor eléctrico 42.

Claims

1. Procedimiento para poner en funcionamiento un freno hidráulico de vehículo (10), que presenta un pistón del freno (18), que actúa sobre un elemento de fricción y se puede desplazar a una posición de accionamiento por presión hidráulica que se puede introducir en una cámara hidráulica (16) que actúa conjuntamente con el pistón del freno (18), en la que presiona el elemento de fricción contra un rotor del freno del vehículo, y una disposición de husillo/tuerca (24) coaxial, accionada por un motor eléctrico (42), respecto al eje central (A) del pistón del freno (18), para inmovilizar mecánicamente el pistón del freno (18) en una posición de accionamiento, cuya tuerca (30) está asegurada contra un giro, y se mueve por medio de una rotación del husillo (26) en función de la dirección de giro con un movimiento de traslación a lo largo del eje (A) poniéndose en contacto con el pistón del freno (18) o alejándose del pistón del freno (18), como freno de estacionamiento, con las etapas:

- accionamiento de giro del husillo (26) por medio de un motor eléctrico (42) en una primera dirección de giro de manera que la tuerca (30) de la disposición de husillo/tuerca (24) se mueve hacia el pistón del freno (18),

caracterizado por las etapas de

- medición del número de revoluciones n y del consumo de corriente I del motor eléctrico (42) en función del tiempo,

- registro de una caída repentina del número de revoluciones y una subida que lo compensa del consumo de corriente y almacenamiento del valor anteriormente válido para el número de revoluciones y/o el consumo de corriente en una memoria como valor(es)
de referencia n_{0} o I_{0},

- accionamiento de giro posterior del husillo (26) en la primera dirección de giro hasta alcanzar un consumo de corriente I_{max} máximo prefijado que se corresponde con una fuerza prefijada de las zapatas de freno, y desconexión posterior del motor eléctrico,

- accionamiento de giro del husillo (26) en una segunda dirección de giro contrapuesta a la primera dirección de giro y comparación del número de revoluciones n momentáneo y/o el consumo de corriente I momentáneo con el valor de referencia n_{0} o I_{0},

- registro de un instante (t_{4}) en el que se da que n = n_{0} y/o I = I_{0}, y

- accionamiento de giro posterior del husillo (26) en la segunda dirección de giro para el ajuste de una distancia X prefijada entre la tuerca (30) y el pistón del freno (18).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el accionamiento de giro posterior del husillo (26) en la segunda dirección de giro se lleva a cabo a partir del instante (t_{4}) durante una duración fijada que se corresponde con la distancia X deseada.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el accionamiento de giro posterior del husillo (26) en la segunda dirección de giro se lleva a cabo a partir del instante (t_{4}) hasta que se ha alcanzado un número determinado de impulsos de número de revoluciones que se corresponde con la distancia X deseada.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque a partir de una serie de valores de referencia n_{0} y/o I_{0} almacenados respectivamente en la memoria se conforma un valor medio n_{0m} y/o I_{0m}.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el consumo de corriente I_{max} máximo fijado se varía automáticamente en función de parámetros, en particular, en función de la carga del vehículo y/o de la pendiente de la superficie de la calzada.