ES2288227T3

ES2288227T3 - Tensor activo.

Info

Publication number: ES2288227T3
Application number: ES03814748T
Authority: ES
Inventors: Roger Stone; Brian Knight; Daniele Zecchetti
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2008-01-01
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: AU2003297008B2; JP2006509986A; EP1573230A1; CN100445599C; RU2296896C2; DE60315071T2; PL377439A1; DE60315071D1; TW200416362A; EP1573230B1; CA2508352C; TWI253495B; AU2003297008A1; JP4245564B2; CN1726361A; US7217206B2; BRPI0317302B1; RU2005122502A; KR100675593B1; CA2508352A1

Abstract

Un tensor que comprende: un accionador eléctrico (Un tensor que comprende: un accionador eléctrico (200); un elemento de transmisión de fuerza (401) a200); un elemento de transmisión de fuerza (401) acoplado con un brazo de palanca (600); la polea (5coplado con un brazo de palanca (600); la polea (500) engoznada al brazo de palanca, la polea acopla00) engoznada al brazo de palanca, la polea acoplable con una correa (B1); el elemento de transmisióble con una correa (B1); el elemento de transmisión de fuerza acoplado con el accionador eléctrico, n de fuerza acoplado con el accionador eléctrico, mediante lo que el elemento de transmisión de fuermediante lo que el elemento de transmisión de fuerza es movible axialmente mediante el accionador elza es movible axialmente mediante el accionador eléctrico, caracterizado porque un sensor de carga (éctrico, caracterizado porque un sensor de carga (300) está en alineación coaxial con el elemento de300) está en alineación coaxial con el elemento de transmisión de fuerza, el sensor de carga detecta transmisión de fuerza, el sensor de carga detectando y transmitiendo una señal de carga a un controndo y transmitiendo una señal de carga a un controlador; y el controlador utiliza la señal de carga lador; y el controlador utiliza la señal de carga para controlar una posición del elemento de transmpara controlar una posición del elemento de transmisión de fuerza, donde el sensor de carga detecta isión de fuerza, donde el sensor de carga detecta directamente una carga ejercida sobre el elemento directamente una carga ejercida sobre el elemento de transmisión de fuerza, mediante el brazo de palde transmisión de fuerza, mediante el brazo de palanca. anca.

Description

Tensor activo.

Campo de la invención

La invención se refiere a un tensor, más en concreto a un tensor automático que controla la tensión de una correa, de acuerdo con la señal de una célula de carga o con una condición operativa del motor, según el preámbulo de la reivindicación 1, y se refiere a un método para tensar una correa, según la reivindicación 7.

Antecedentes de la invención

Los motores de vehículos incluyen, entre otras cosas, accesorios impulsados por el motor. Los accesorios pueden incluir una bomba de la dirección asistida, un compresor de acondicionamiento de aire, el alternador, etcétera. Cada uno de estos accesorios tiene una polea que está conectada, mediante una o varias correas, al cigüeñal del motor. Los accesorios son impulsados por la correa o correas, cuando rota cigüeñal.

Para un funcionamiento eficiente es necesario poner la correa bajo cierta cantidad de carga previa o tensión. Esto puede conseguirse utilizando métodos conocidos. Puede ajustarse mecánicamente un eje móvil en uno de los accesorios, para tensar una correa. Otro método incluye el uso de un tensor de correa.

Un tensor de correa comprende un resorte que imparte fuerza sobre un brazo de palanca. El brazo de palanca comprende típicamente una polea engoznada en este. Se utiliza un miembro de derivación tal como un resorte, en el tensor, para impartir y mantener una carga en la correa. La carga de la correa es función de la geometría del tensor así como de la constante del muelle, del resorte del tensor.

Se ha utilizado accionadores para controlar la posición de un tensor y, de ese modo, la tensión de una correa. Por ejemplo se utilizan para ajustar una diferencia de fase entre una polea conductora y una polea conducida. La señal de control se deriva de la fase rotacional relativa de una polea conductora, comparada con la de una polea conducida.

Es representativa de la tecnología en EE.UU. la patente número 5 733 214 (1 998) de Shiki et al., que revela un sistema para ajustar la tensión de una correa de transmisión sin fin, en un motor de combustión interna, que comprende un sistema de control para el ajuste de una tensión a ser aplicada desde un tensor a una correa sin fin, basándose en un ángulo de fase entre una polea conductora y una polea conducida.

El arte previo más reciente, a saber la publicación US 4 478 595, revela un tensor de correa que incluye una polea loca para su desplazamiento radial bajo el control de un accionador, al objeto de aplicar una fuerza tensora a una correa sin fin del sistema de transmisión para los accesorios del vehículo. El documento revela además un aparato de control eléctrico, que comprende un microordenador para calcular la fuerza tensora real sobre la correa, en relación con el desplazamiento radial de la polea loca, y para calcular la fuerza motriz necesaria para impulsar los accesorios del vehículo, al objeto de calcular el par motor impulsor total de los accesorios del vehículo, en relación con la velocidad rotacional del motor principal del vehículo. El microordenador calcula además una fuerza tensora óptima, en base una relación deseada entre la fuerza tensora óptima y el par motor impulsor total, teniendo cuenta la eficiencia máxima de la transmisión de potencia de la correa, de modo que genera una señal de control cuando la fuerza tensora real calculada, es diferente respecto de la fuerza tensora óptima calculada. Un mecanismo impulsor manejado eléctricamente es sensible a la señal de control procedente del microordenador, para activar el accionador de acuerdo con la diferencia entre las fuerzas tensoras calculadas, real y óptima.

El documento del arte previo JP 02 118 252 A revela un tensor, y un sensor de carga.

Lo que se necesita es un tensor automático controlado por la carga de correa detectada por una célula de carga. Lo que se necesita es un tensor automático sensible a una condición operativa del motor, para controlar la tensión de una correa. La presente invención satisface estas necesidades.

Resumen de la invención

El objetivo principal de la invención es proporcionar un tensor automático controlado por una carga de correa, detectada por una célula de carga.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un tensor automático sensible a una condición operativa del motor, para controlar la tensión de una correa.

Mediante la siguiente descripción de la invención y los dibujos anexos se señalará, o se hará evidentes, otros objetivos de la invención.

Un tensor automático tiene una célula de carga para detectar y controlar la tensión de una correa de transmisión de potencia. El tensor comprende un husillo accionado por un motor eléctrico, para fijar la posición de un brazo de palanca/polea y, de ese modo, una carga de correa. El tensor comprende además una célula de carga acoplada con un husillo del tensor, para detectar una carga de correa. El motor del tensor se controla en bucle utilizando la señal de una célula de carga. El control compara una carga de correa detectada desde la célula de carga, con un valor predeterminado de carga de correa, para identificar una carga de correa deseada, y de ese modo fijar una posición del husillo del tensor, en correspondencia a la mencionada carga de correa deseada. El tensor puede además controlarse mediante una condición operativa del motor.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva, del tensor en un sistema de transmisión por correa.

La figura 2 es una vista en sección transversal, del tensor.

La figura 3 es una vista en perspectiva delantera del tensor, en un sistema de transmisión por correa.

La figura 4 es una vista en perspectiva trasera, del tensor.

La figura 5 es una vista de la caja de engranajes.

La figura 6 es un diagrama esquemático de la unidad de control del tensor.

La figura 7 es un diagrama lógico para controlar la tensión de una correa.

La figura 8 es un diagrama lógico para los procesos de control de realimentación y PWM.

La figura 9 es un diagrama lógico para calcular la fuerza del pistón.

La figura 10 es un diagrama lógico para la zona muerta.

La figura 11 es un diagrama lógico para el anti-saturación.

La figura 12 es un diagrama lógico para convertir señales.

La figura 13 es un diagrama lógico para la jerarquía I.

La figura 14 es un diagrama lógico para la jerarquía dt1.

La figura 15 es un diagrama lógico para los mecanismos de diagnosis y recuperación.

La figura 16(a) es un diagrama lógico para la entrada del termistor.

La figura 16(b) es un diagrama lógico para el cálculo de la realimentación de corriente del accionador.

La figura 16(c) es un diagrama lógico para la calibración de la célula de carga.

La figura 16(d) es un diagrama lógico para el cálculo de la velocidad del motor.

La figura 16(e) es un diagrama lógico para control automático/manual de la PWM.

La figura 16(f) es un diagrama lógico para el HBRIDGE1.

La figura 17 es una vista lateral de una correa con diente de referencia.

Descripción de la invención

La figura 1 es una vista en perspectiva del tensor, en un sistema de transmisión por correa. La invención proporciona la capacidad de variar una fuerza aplicada por un tensor de correa, a una correa de transmisión de potencia, de acuerdo con necesidades cambiantes del motor durante el funcionamiento del motor. El control activo en tiempo real, de la posición de un brazo tensor, permite la aplicación de la tensión óptima a una correa en todo momento, por contraste con una disposición del arte previo que imparte una fuerza predeterminada, en base a una posición predeterminada del elemento de derivación del tensor y a un requisito de tensión de la correa.

El sistema y tensor inventivos incluyen además amortiguación controlada electrónicamente. Más en concreto, la amortiguación de una respuesta dinámica del tensor frente a las fuerzas dinámicas aplicadas al tensor durante las condiciones operativas del motor, mediante el comportamiento dinámico de la transmisión. Un parámetro de amortiguación puede fijarse en el valor de infinito, es decir el controlador del tensor calcula una tensión necesaria para una condición operativa concreta. Después, este aplica la tensión apropiada la correa, a través de una polea, y no responde (no se mueve) a las variaciones dinámicas (de alta frecuencia) de tensión que se produce durante el funcionamiento, en la correa.

En el caso de parámetros de amortiguamiento menores que infinito, las tensiones dinámicas pueden reducirse mediante cambiar la frecuencia resonante de un sistema de correa, por medio de aplicar ajustes continuos a la tensión de la correa. Los ajustes continuos a la tensión permiten que la correa sea manejada en una tensión promedio menor, que incrementa directamente la vida de la correa. Además esto aplica no solo a la correa, sino también a otros componentes del sistema, por ejemplo los cojinetes.

Otra ventaja del tensor incluye niveles de ruido significativamente reducidos, puesto que no es necesario un compromiso entre los niveles de tensión requeridos para diferentes condiciones del motor, por ejemplo, funcionamiento a alta velocidad y ralentí. El controlador especifica una configuración óptima para cada condición operativa. Se fija una tensión baja de la correa, a ralentí, cuando las demandas sobre la correa están al mínimo, y se fija una tensión alta en la correa, para el funcionamiento del motor por encima de una velocidad predeterminada, por ejemplo 2000 rpm, o para periodos de aceleración o deceleración elevadas, de la correa.

El tensor comprende un accionador basado en el concepto de un husillo. Un extremo de un husillo está en contacto con un brazo de palanca, que está conectado de forma pivotante a una base, por ejemplo a un motor. Una polea de montaje excéntrico está engoznada a un extremo del brazo de palanca. La polea soporta la correa, y a través de este contacto se crea una tensión de correa. El husillo es móvil axialmente, más en concreto cuando se hacer rotar el husillo mediante un juego de engranajes a través de un collar o tuerca extendida, roscada, el husillo se mueve en una dirección axial. El movimiento axial del husillo mueve el brazo de palanca, alterando de ese modo la tensión en una correa. Se impide que gire un collar o tuerca extendida, acoplada a rosca con el husillo, mediante un extremo hexagonal que acopla con una característica hexagonal hembra dispuesta en una cubierta extrema del tensor.

El collar o tuerca extendida está situado, mediante una característica hexagonal hembra en la cubierta final del tensor, y mediante un calibre en el extremo opuesto. Esto permite que la tuerca extendida, y por tanto el husillo, sean flotantes a lo largo de su eje. La parte hexagonal de la tuerca extendida descansa sobre una arandela de distribución de carga y a su vez sobre un separador, y finalmente sobre el dispositivo de medida de carga, o célula de carga. El dispositivo de medida de carga comprende una célula de carga de tipo "rosquilla" o toro, con una abertura central a través de la cual se extiende de forma coaxial el husillo. El separador puede fabricarse de diferentes materiales para proporcionar diferentes grados de amortiguamiento según se requiera, por ejemplo de elastómero, plástico o metal.

Una fuerza de accionamiento del husillo es proporcionada mediante un motor accionador, que comprende un motor eléctrico de 12 V en CC conocido en el arte, que ventajosamente está dimensionado para ser conectado con un sistema eléctrico del motor. El motor puede también comprender una tensión de 42 V, u otra que pueda ser más ventajosa para un sistema eléctrico del motor, concreto. A modo de ejemplo, hay motores fabricados por Johnson Motor e Igarashi, aunque hay asimismo otros motores adecuados, de disposición inmediata en el mercado. La fuerza de transmisión se transmite desde el accionador al husillo mediante una transmisión de engranaje reductor.

La célula de carga mide una carga axial sobre el husillo, desde el brazo de palanca. Los datos de la carga axial, y la geometría conocida del brazo de palanca y de la polea tensora, se utilizan para calcular o determinar una tensión en la correa.

Más en concreto, en referencia la figura 1 el tensor 1000 comprende una caja de engranajes 100, el accionador 200, la célula de carga 300, la disposición de husillo 400, la polea 500 y el brazo de palanca 600. La caja de engranajes 100 comprende una transmisión reductora que comprende engranajes 101, 102, 103, 104 y 105. Los engranajes 101 hasta 105 son solo ejemplares, y no se pretende limitar el número de engranajes que puede utilizarse en la caja de engranajes. Por supuesto, puede utilizarse cualquier número de engranajes para conseguir una reducción de engranaje deseada. El accionador 200 está conectado al engranaje 101. El husillo 401 está conectado al engranaje 105. La reducción de engranajes conseguida mediante la caja de engranajes 100 está en el rango de 100 a 1.

El husillo 401 es un elemento de transmisión de fuerza, que se extiende coaxialmente a través del calibre central de una célula de carga 300 con forma de toroide. El eje 402 del husillo está acoplado a rosca con el collar o tuerca extendida 403. Cuando se gira el husillo 401 por la acción del engranaje 105, el husillo 401 se mueve axialmente a lo largo de su eje principal, moviendo el brazo 600 en el sentido M+, o bien en el sentido M-. A su vez, esto incrementa la tensión de una polea que incrementa, o disminuye, una fuerza sobre el collar 402. A su vez, el collar 402 descansa sobre la célula de carga 300. La célula de carga 300, que es un sensor de carga, genera y envía una señal de célula de carga al controlador, como se describe de forma más completa en este documento. La señal de la célula de carga es indicativa de la carga de la correa, y por tanto de la tensión de la correa.

La célula de carga 300 puede comprender alternativamente una célula de carga de tipo "botón", que recibe una carga directamente desde el husillo 401 que descansa directamente sobre la célula de carga. Alternativamente, la célula de carga 300 puede comprender material piezoeléctrico tal como un elemento de cerámica o de cuarzo, que produce una tensión cuando es sometido a tensión compresiva o por tracción.

El brazo de palanca 600 pivota en torno a un punto de pivote 501 (véase la figura 2). El husillo 401 está acoplado con el brazo de palanca 600. El movimiento del brazo de palanca 600 en el sentido M+ provoca que se incremente la tensión de la correa, incrementando de ese modo una fuerza impartida a la célula de carga 300 por el husillo 401. El movimiento del brazo de palanca 600 en el sentido M- provoca una disminución de la tensión de la correa, disminuyendo de ese modo la fuerza impartida a la célula de carga 300 mediante el husillo 401.

La figura 2 es una vista del tensor en sección transversal. El husillo 401 comprende la parte roscada 403, que acopla con una parte 404 de calibre interno roscado, de la tuerca o collar 402. El collar 402 descansa sobre la célula de carga 300. Como se ha descrito previamente, con un movimiento del eje 401 en un sentido M+, el collar 300 incrementa una fuerza impartida a una correa, y por lo tanto a la célula de carga 300. La polea loca 700 sirve para estabilizar adicionalmente el funcionamiento de la correa.

La distancia (a1) es una distancia desde el punto de contacto del husillo con el brazo de palanca, al punto de pivote 501, en la dirección de la fuerza del husillo. La distancia (a2) es la distancia desde el punto de contacto del husillo con el brazo de palanca, al punto de pivote 501, perpendicular a la dirección de la fuerza del husillo. Estas comprenden las variables de la relación geométrica que determina la ventaja mecánica concreta conseguida mediante una configuración dada del tensor.

La figura 3 es una vista en perspectiva delantera del tensor, en un sistema de transmisión por correa. Se muestra el tensor 1000 en una parte de un sistema de transmisión de correa, a modo de ejemplo. Una parte de la correa B se muestra en movimiento en torno a una polea 500, a una polea 700, así como a otras poleas en el sistema (no mostradas). Otras poleas en el sistema pueden comprender, de forma no limitativa, poleas conectadas a un compresor del acondicionador de aire, a la bomba de dirección asistida, a la bomba de inyección de combustible, a la bomba de aceite, al alternador o al generador/motor de arranque, etcétera.

La figura 4 es una vista en perspectiva trasera, del tensor. Se muestra el brazo de palanca 600. El husillo 401 acopla el brazo de palanca 600. La polea 500 está engoznada al brazo de palanca 600.

La figura 5 es una vista de la caja de engranajes. Se muestra un juego de engranajes que comprende los engranajes 101, 102, 103, 104, 105, con la cubierta de la caja de engranajes retirada. El engranaje 101 está conectado a un accionador del eje de transmisión. Los conmutadores límite 800 y 801 se utilizan para controlar el funcionamiento del accionador 200, que a su vez limita el rango total del recorrido del husillo 401. El engranaje 105 se mueve axialmente a lo largo del engranaje 104 cuando el husillo 401 se mueve axialmente. El acoplamiento de cualquier conmutador límite 800, 801 mediante el engranaje 105 del husillo, en cualquier extremo del rango del recorrido, provocará la detención del accionador 200, evitando de ese modo una condición de sobrecarga que podría dañar el tren de engranajes, el accionador o la correa.

Para reducir el contorno global o el tamaño físico del tensor, alternativamente el engranaje 101 del tren de engranajes puede comprender una disposición de engranaje hipoide. A saber, el engranaje 101 comprende un engranaje hipoide conocido en el arte, mediante lo que el eje de transmisión 200a del accionador 200 activa una periferia externa del engranaje 101. Además, esto puede tener como resultado una reducción en el número de engranajes utilizados en el tren de engranajes.

El funcionamiento del tensor, y así su posición, están controlados mediante un sistema de control electrónico. El sistema comprende un controlador, que tiene un procesador que controla la posición de un husillo del tensor, y de ese modo la tensión de una correa. El controlador recibe diversas entradas y funciona de acuerdo con estas. Además, el controlador mapea una carga optimizada de la correa del tensor sobre la característica de la posición del husillo, frente a cualquier parámetro de entrada. La característica de la posición se calcula de acuerdo con una relación, o bien se selecciona o escoge entre un mapa en una memoria del controlador. Los parámetros de entrada son combinados, de nuevo mediante búsqueda o bien por cálculo, para proporcionar un valor específico de salida, de control, que controla a su vez la fuerza del husillo, fijando de ese modo una tensión de correa deseada. Se proporciona además una memoria para almacenar datos recogidos desde los sensores del sistema.

Una fuerza del husillo, y por lo tanto una tensión de la correa, se controla mediante un bucle de realimentación de la fuerza del husillo, realizado a través de la célula de carga. Otras variables de control pueden incluir la velocidad del motor, la carga o la posición de la mariposa, la relación de engranajes de la transmisión del motor, las temperaturas del aceite y/o del refrigerante del motor, la velocidad de crucero, y la señal de ruido de la correa. Esta lista de variables es solo un ejemplo, y puede incluir todas las posibles variables que pueda utilizarse para controlar el tensor. Este protocolo de control puede además llevarse a cabo con un término de control anticipado, o de alimentación hacia delante, mediante lo que se introduce al sistema una fuerza de husillo predeterminada.

Las variables pueden además manipularse, por ejemplo la primera derivada de la velocidad del motor para proporcionar la aceleración del motor. La primera derivada del movimiento de la mariposa proporcionará una velocidad del cambio de la posición de la mariposa del motor, como indicador de la demanda del conductor, lo que requiere además un cambio en la tensión de la correa. Unas aceleración y deceleración elevadas, del motor, por ejemplo 10 000 rpm/segundo, pueden además requerir cambios proporcionalmente rápidos en la tensión de la correa.

Puede combinarse un sistema de diagnosis del tensor, con el tensor activo. Un sistema de diagnosis del tensor puede funcionar de una serie de formas diferentes. Por ejemplo, se utiliza un sensor de temperatura para mantener un historial completo de temperatura y registro de tiempo, del entorno de la correa. El historial se almacena en una memoria controlada. La información es accedida para la comparación con un período equivalente a temperatura fija, utilizando la relación de Arthennius. Después, se compara esta con una vida de correa predefinida a ciertos niveles, incluyendo por ejemplo los niveles de seguridad y "urgente". Esto cubre muchos de los efectos que pueden aparecer como consecuencia del envejecimiento del caucho, incluyendo pero no limitándose a rotura en retroceso, endurecimiento del compuesto, rotura de la camisa, y deterioro de las cuerdas. En el caso de que se exceda un valor umbral predeterminado, mediante el sistema se envía un aviso a un interfaz de usuario conocido en el arte (por ejemplo una pantalla CRT o LCD).

Otro uso del sensor de temperatura, es monitorizar el número de ciclos de arranques en frío extremo, a los que están expuestos el sistema y la correa. Esto permite la identificación de la fatiga adicional de las cuerdas, que surge a partir de tales condiciones extremas de funcionamiento. La información se graba en el modelo, como daños acumulados adicionales. La información se utiliza además para determinar, a una temperatura concreta, la medida en que es más dañino un arranque en frío después del envejecimiento por temperatura, que en una correa nueva. A su vez, esto se utiliza para predecir mejor el envejecimiento de la correa y el fallo final de la correa.

Una diagnosis del tensor funciona también en base a la medida del módulo de la correa (o el módulo aparente de la correa). El controlador del tensor pasa a través de un ciclo de diagnosis, en puntos apropiados en el ciclo operativo del motor - más preferentemente en cada desconexión del motor. El proceso comprende un ciclo del tensor a través de dos condiciones específicas, antes de que el tensor vaya a una condición predeterminada de parada del motor. Las condiciones proporcionan medidas de carga (L) y posición (P) - L1, L2 y P1, P2. Estas permiten el cálculo de un módulo elástico para cada cordón de la correa, en cada lado del tensor. El módulo se compara con un valor de referencia almacenado en una memoria del controlador, en el momento en que originalmente se registró la correa, y con un valor promedio sobre los primeros 10 o 20 arranques después del ajuste de la correa, y después con un promedio de los más recientes 10 o 20 arranques.

La comparación de módulos permite una verificación inicial de que se ha instalado una correa con el módulo correcto, seguida por el establecimiento de una determinación razonable del módulo real, dentro de un rango predeterminado para la correa concreta. Por ejemplo, el controlador puede recoger información para 10 ciclos de arranque-parada después de la sustitución de la correa. Después, se calcula un módulo elástico inicial, de la correa, utilizando la información recogida. Después el módulo elástico inicial se almacena en una memoria del controlador. Después, este módulo elástico inicial es la base para la estimación de fatiga, llevando al módulo elástico a descender durante la vida operativa de la correa. Esto permite que el ajuste de las tensiones del punto de ajuste, tenga en cuenta el módulo real de la correa en cualquier punto de la vida de la correa. La verificación del módulo elástico frente a un promedio de cierto número de ciclos recientes, permite la identificación de un caso de desarrollo del módulo elástico, sobre una longitud corta de la correa - quizás como resultado de un pliegue, o de daños debidos a un cuerpo extraño entre la correa y una polea. Estos problemas podrían manifestarse en términos de un módulo decreciente. La velocidad del cambio en la disminución del módulo, se utilizaría para predecir la vida restante de la correa.

Las condiciones de medida L1/P1, L2/P2 pueden definirse mediante especificar las cargas y medir las posiciones, o viceversa. Especificar posiciones predeterminadas tiene la ventaja de permitir el uso de conmutadores límite 800, 801, en lugar de un sensor de posición de rango completo. Esto disminuye la complejidad del sistema. La posición puede determinarse además mediante activar el accionador con régimen de trabajo fijo durante una duración fija, en base al conocimiento previo del tiempo para alcanzar una posición dada (P1). Después se determina la carga (L1). Después, se activa el accionador con un régimen de trabajo fijo durante una segunda duración, basada en el conocimiento del tiempo para alcanzar la segunda posición (P2). Después se determina la segunda carga (L2). La forma de calcular el módulo de la correa es conocida en el arte.

Los valores del módulo elástico permiten la detección acumulativa de ciertos modos de fallo de la correa, incluyendo la fatiga de la cuerda, el desgaste del borde y la rotura en la raíz (en los borde tanto delantero como trasero, si las correas están ranuradas a ambos lados del tensor). Como se ha mencionado previamente, también se detectaría pliegues y otros daños físicamente localizados.

Además, puede colocarse sobre la correa un diente de referencia identificable, véase la figura 18. Utilizando un diente de referencia, puede mapearse un módulo elástico de la correa en torno a una longitud total de la correa. Esta información es útil debido a que el módulo elástico de la correa, en el caso de una cuerda elástica enrollado en espiral, no es un valor constante a lo largo de toda la longitud de una correa. La determinación de un valor del módulo elástico para una parte concreta de la correa, mejora enormemente la precisión de las medidas de fatiga de la correa. Además, tiene la ventaja de crear una representación precisa de un módulo elástico de toda la correa, puesto que se muestrea toda la correa, en lugar de depender de un número arbitrario de medidas distribuidas alrededor de una correa.

Otra ventaja del sistema se basa en la conexión de la unidad de control del tensor, a un sistema de gestión del motor. Conectarla al sistema de gestión del motor, permite el contaje de una serie de ciclos de correa acumulativos, de acuerdo con cada paso del diente de referencia por un sensor. Además, puede detectarse y memorizarse la tensión aplicada a la correa y la temperatura operativa para cada ciclo. Esto proporciona aún más información para determinar una condición de fatiga de la cuerda de la correa.

Otra ventaja más, es la eliminación de un intervalo especificado de cambio de correa. Normalmente, los intervalos de cambio de correa son algo arbitrarios y conservadores, de modo que la mayoría de las correas se cambian mucho antes de que sea necesario. El uso del sistema inventivo tendrá como resultado un importante incremento en la vida media de la correa, puesto que se determinará un intervalo de cambio de la correa mediante medidas reales, en lugar de mediante una estimación conservadora. Además se obtendrá una fiabilidad mejorada, puesto que se detecta un fallo incipiente antes de que se produzca el fallo real, independientemente del período operativo real.

La figura 6 es un diagrama esquemático del módulo de control del tensor. El módulo de control (A) recibe diversas entradas y genera diversas salidas (señales de control) para el tensor. Entradas a modo de ejemplo son 1) la fuerza actuando sobre el husillo del accionador, medida por la célula de carga (B), 2) la temperatura del motor medida por el termistor (C), 3) la velocidad del motor (D), 4) la señal del reloj de sincronización (E), 5) la realimentación de corriente del motor eléctrico del accionador (F), 6) el final del recorrido en el sentido 1 desde el conmutadores límite 800 (G), 7) el final del recorrido en el sentido 2 desde el conmutador límite 801 (H). Las salidas del sistema de control, son la señal de modulación de la anchura de impulso (definida en valor, y signo o sentido) a un accionador de puente H. En el caso de un accionador de puente H la corriente puede ser positiva y negativa, proporcionando así un doble sentido del movimiento del accionador 400. El sistema se excita mediante la conexión al sistema eléctrico (J) de 12 V, del vehículo.

El control de tensión de la correa está basado en el control de realimentación a partir de la señal de una célula de carga. Se calcula una tensión de la correa a partir de una fuerza sobre el husillo, y de ese modo sobre la célula de carga, mediante una relación trigonométrica basada en el ángulo de envoltura de la correa y en la geometría típica de la polea tensora/brazo de palanca.

Más en concreto:

T =: fuerza de la correa

\theta =: ángulo de envoltura de la correa en torno a la polea

F_{P} =: fuerza que actúa sobre el cubo de la polea

F =: fuerza que actúa sobre el tornillo accionador

a1 =: distancia desde la fuerza de aplicación del husillo al pivote de la polea, tomada en la dirección de la fuerza

a2 =: distancia desde la fuerza de aplicación del husillo al pivote de la polea, tomada perpendicular a la dirección de la fuerza.

La fuerza que actúa sobre el tornillo es:

F = F_{p}\text{*}(a1/a2)

Y

F_{p} = 2\text{*}T\text{*}sin \ (\theta /2)

Para este cálculo se asume que el recorrido del husillo es lo suficientemente pequeño para no afectar significativamente las distancias a1 y a2 ni el ángulo de envoltura \theta.

Por ejemplo:

\theta =: 86, 45º

a1 =: 10 mm

a2 =: 45,4 mm.

El sistema de control de tensión utiliza dos modos para calcular el valor de la fuerza de husillo utilizada como bucle de control de referencia. Uno de estos modos calcula una fuerza de husillo objetivo, en base a una tensión de correa objetivo. Alternativamente, la fuerza de husillo objetivo puede obtenerse a partir de un mapa de búsqueda, función de la velocidad del motor.

Utilizando el modo de tensión de correa objetivo, puede calcularse una fuerza de husillo utilizando la fórmula:

F = 2\text{*}T\text{*}sin \ (\theta /2)\text{*}(a1/a2)

Donde:

a1 y a2 se han indicado previamente

T =: valor corregido la tensión de correa

\theta =: ángulo de envoltura de la correa.

Una vez que se ha determinado la fuerza de husillo deseada, el controlador indica al accionador que funcione en un primer sentido o en un segundo sentido, moviendo de ese modo el husillo para incrementar o disminuir una fuerza de husillo, y de ese modo una tensión de la correa. Se compara continuamente una señal procedente de la célula de carga, con la fuerza de husillo objetivo. Cuando se alcanza la fuerza de husillo objetivo, el controlador detiene el accionador del husillo. Si se ha activado un conmutador límite, el controlador detendrá el funcionamiento del accionador a la recepción de la señal del conmutador límite.

La figura 7 es un diagrama lógico para controlar una tensión de correa. Las variables belt_wrap_angle,
al_pulley_center, y al_tension son valores escalares de entrada, basados en los sistemas de correa concretos en los que se utiliza el tensor.

El parámetro map_sine_belt_angle se obtiene a partir de una tabla de búsqueda almacenada en la memoria del sistema.

La fuerza de husillo objetivo se controla mediante un controlador proporcional, integral y derivado (PID) con funcionalidad anti-saturación. La implementación de anti-saturación proporciona, como parámetros calibrados, el proporcional, el integral, el derivado y la ganancia anti-saturación.

La figura 8 es un diagrama lógico para los procesos de control de realimentación y modulación de anchura de impulso (PWM, pulse width modulation). PWM es un método utilizado para proporcionar al accionador una tensión variable entre 0 voltios y un valor de referencia, sin utilizar un transformador. La figura 8 representa la funcionalidad del nivel superior para el tensor activo. El tiempo del ciclo para calcular los algoritmos de control es de aproximadamente 0,004 segundos. Se aplica filtros de paso bajo a la velocidad del motor (N_Eng_rpm) y a la señal de la célula de carga (LoadCell), para su uso por razones de control.

Las siguientes jerarquías están provistas y descritas en la figura 8.

1): calcular pistonforce 800: en esta jerarquía se calcula una fuerza de husillo objetivo. Como se ha descrito previamente, puede utilizarse dos modos para obtener la fuerza de husillo, véase también la figura 9.

a.: Cálculo de una fuerza de husillo a partir de la tensión de correa objetivo, utilizando una simple relación trigonométrica descrita arriba. Se utiliza una velocidad del motor como punto de interrupción para leer una tensión de correa objetivo, partir de un mapa. Un bloque de saturación asegura que la tensión de correa queda dentro de un rango calibrable.

b.: Una fuerza de husillo objetivo puede leerse directamente a partir de una tabla de consulta, en función de la velocidad del motor.

2): Zona muerta 801: proporciona una zona muerta aplicada sobre la señal de error del bucle de control PID, véase figura 10.

3): PID anti-saturación 800: este es un controlador PID para controlar la fuerza de husillo, y evita el efecto de saturación del término integral, véase la figura 11.

4): Convertir señales 803: convierte la salida del controlador PID a la señal PWM apropiada, para impulsar el motor del accionador, véase la figura 12.

Las variables T_SPEED (velocidad del tensor), N_Eng_rpm (velocidad del motor), T_LOAD (carga del tensor), Load_Cell (señal de la célula de carga), N_Eng_V_2_rpm, N_Eng_rpm_offset, y K_Load son escalares.

En referencia de nuevo la figura 8, un error de fuerza de husillo, creado a partir de la diferencia entre una fuerza de husillo objetivo y la fuerza de husillo medida, está condicionado, antes de proporcionarse al controlador proporcional-integral-derivado ("PID"), por el tratamiento de zona muerta. La banda muerta del controlador PID fija el error a "0", si está contenido dentro de un rango calibrado predeterminado. El controlador detiene el movimiento del accionador, y de ese modo del husillo, cuando el error en la fuerza del husillo cae dentro del rango calibrado predeterminado. Si el error en la fuerza del husillo excede el rango calibrado, el controlador activa del accionador para llevar la fuerza de husillo medida, de vuelta dentro del rango calibrado.

La figura 9 es un diagrama lógico para calcular la fuerza del pistón objetivo (pistonforce). Tension_to_piston_force 900 calcula una tensión de correa basándose en la fuerza de husillo conocida. Map_target_belt fuerza los límites de El valor Limiter_1 de fuerza, de Map_target_belt, limita una fuerza de husillo entre unos valores máximo y mínimo (belt_tension_max, belt_tension_min). Mientras no se rebasa las fuerzas de husillo máxima y mínima, se genera una fuerza del pistón (husillo) objetivo 903. La fuerza de husillo objetivo se compara con una señal de la célula de carga. Después se genera una señal de control mediante el controlador, para ajustar una posición de husillo y, de ese modo, una tensión de correa según se requiera. Un rango a modo de ejemplo, de la tensión de correa, es de aproximadamente 0 N hasta 3 000 N, que corresponde a un rango de fuerza del pistón de aproximadamente 0 N a 1000 N. Los cálculos se llevan a cabo a intervalos de 0,004 segundos; sin embargo el intervalo puede ajustarse como se requiera en función de las condiciones operativas.

La figura 10 es un diagrama lógico para la zona muerta. La zona muerta implementada asegura que hay una región calibrable en la que no tiene lugar ninguna acción de control, implementando ese modo la característica de amortiguamiento infinito. Mientras los parámetros calibrables StartDZ y EndDZ no son idénticos, el rango se devuelve a "0" para argumentos de entrada que caen dentro del límite indicado. Si los límites de zona muerta son idénticos el argumento de entrada se devuelve inalterado. Para valores de la señal de entrada fuera de los límites, los parámetros StartDZ y EndDZ se restan como corresponda. El prefijo "calc_" se refiere al cálculo de las variables objeto.

La figura 11 es un diagrama lógico para la anti-saturación. Véase la figura 13 para un diagrama lógico para la jerarquía I. Véase la figura 14 para un diagrama lógico para la jerarquía DT1. "CtrlDeviation" se refiere a la desviación de regulación de la fuerza del pistón. "Carga" se refiere a la carga del pistón. "var_N_Eng" se refiere a la velocidad del motor. "PWM" se refiere a la modulación de anchura de impulso, y "compute" significa calcular.

La figura 12 es un diagrama lógico para convertir señales. Es la conversión desde los valores PWM calculados por el control de alto nivel, y el valor que puede ser interpretado por el procesador. Por ejemplo, el valor calculado por el procesador/controlador puede variar entre -100 y +100 (- y + son dos sentidos de rotación), y se traduce al controlador del soporte lógico de bajo nivel en dos valores, el primer signo es para la polaridad (sentido) y el segundo valor es el valor PWM final, calculado como sigue:

PWM\_Cmd = 100 - PWM

Donde PWM_Cmd es el valor transmitido al accionador 400, y PWM es el valor calculado por el control de alto nivel. "HB_direction" se refiere en general a la dirección del motor eléctrico. "HB_Direction_Cmd" se refiere la señal de comando para la dirección del motor eléctrico.

La figura 13 es un diagrama lógico para la jerarquía I. Es el control integrador de anti-saturación que pertenece al control PID. La tabla de consulta T1 puede proporcionar diferentes ganancias de integrador, de acuerdo con la velocidad rotacional del motor (programación de ganancia). La contribución de anti-saturación se ajusta mediante la ganancia de escalar simple kA. El parámetro "IntegratorOff" permite a un operador apagar el integrador manualmente si es necesario. "CtrlInput" es introducido al controlador PID como la posición del tensor. "Integral_input_value" es un término escalar de entrada para el controlador integrado.

La figura 14 es un diagrama lógico para la jerarquía DT1 perteneciente al control PID. La contribución derivada es ajustada mediante la ganancia Kd. "dtbuffer" es un terminal de memoria escalar y "dtlout" es un término DT1 de salida escalar.

La figura 15 es un diagrama lógico para mecanismos de diagnosis y recuperación. Las diagnosis incluyen la diagnosis de reloj (umbrales alto/bajo), la diagnosis del rango de velocidad del motor (umbrales alto/bajo), la célula de carga (umbrales alto/bajo), el final del recorrido para la diagnosis del conmutador límite (conmutador abierto/cerrado), y la diagnosis de la realimentación de corriente del motor accionador (umbral alto en sobrecarga). Cada uno establece un indicador de error, según se indica.

La figura 16(a) es un diagrama lógico para la entrada del termistor. Se reciba una señal del termistor (RawValue7_OC_ADC) desde una unidad de control del motor. Esta puede utilizarse para mapear un histórico de la temperatura operativa para la correa, como se describe en otra parte de esta especificación.

La figura 16(b) es un diagrama lógico para el cálculo de la realimentación de corriente del accio-
nador. La realimentación de corriente del accionador (RawValue5_OC_ADC) y el factor de realimentación
(ADC_O_Current_Feedback_Factor) se utilizan para identificar una condición operativa atípica, por ejemplo una condición de rotor bloqueado que requiere la desactivación del accionador. Un rotor bloqueado tendrá como resultado una toma de corriente inusualmente elevada por parte del accionador. Una condición de rotor bloqueado puede producirse como resultado de una obstrucción en el rango del trayecto del brazo de palanca, o debido al fallo de un conmutador límite en cualquiera de los extremos del rango de movimiento.

La figura 16(c) es un diagrama lógico para la calibración de la célula de carga. La calibración de la célula de carga puede producirse en cada arranque del motor, utilizando una segunda célula de carga como referencia. En el sistema instantáneo, la calibración de la célula de carga (relación de tensión [mV] frente a carga [N]) se lleva a cabo durante la fase de fabricación, y durante la vida operativa del sensor permanece dentro de una tolerancia especificada.

La figura 16(d) es un diagrama lógico para el cálculo de la velocidad del motor. La velocidad del motor se utiliza para determinar la tensión la correa. Se utiliza también para determinar un histórico acumulativo de la vida operativa, para predecir una duración de la vida de la correa.

La figura 16(e) es un diagrama lógico para el control automático/manual de la PWM. La PWM puede controlarse manualmente (MANUAL), además de mediante el modo automático aquí descrito. En el modo manual, un operador del vehículo o un técnico pueden introducir una tensión de correa deseada. La tensión de correa deseada solo puede estar entre los límites de un rango predeterminado, para evitar la sobrecarga de la correa. El modo manual puede utilizarse también para eliminar fallos operativos del sistema.

La figura 16(f) es un diagrama lógico para HBRIDGE1. Este controla el sentido de rotación del motor eléctrico (HBridgel_Dir). Los circuitos de puente en H son bien conocidos en el arte, para activar motores de CC.

La figura 17 es una vista lateral, de una correa con diente de referencia. El diente de referencia 2 000 comprende el cuerpo elastómero 2 001. Hay elementos de tracción 2 002 incrustados dentro del cuerpo 2 001. Los elementos de tracción 2 002 pueden comprender filamentos de poliamida, aramida, poliéster, y todos sus equivalentes.

El cuerpo elastómero 2 001 puede comprender cauchos naturales y sintéticos incluyendo, pero no limitándose a, policloropreno, caucho clorosulfonado alquilado, polibutadieno, caucho de butadieno y nitrilo hidrogenados (HNBR), o EPDM, así como los equivalentes y combinaciones de cualesquiera dos, o más, de los mencionados.

Los dientes 2 003 se proyectan desde una parte de acoplamiento con la polea, de la correa 2 000. La correa inventiva comprende un medio para identificar una o varias localizaciones concretas sobre la correa, mientras que está en funcionamiento un sistema de transmisión por correa. En el caso de una correa dentada, esto podría permitir la localización de cualquier diente de la correa. Esta información podría utilizarse después para la monitorización según se revela en esta especificación.

Los medios para conseguir una marca de referencia sobre la correa son diversos. Por ejemplo puede colocarse una tira de color contrastante 2 004 sobre una superficie externa de la correa, para su detección mediante un sensor óptico 2 007. La tira 2 004 puede comprender además un material en polvo que tenga propiedades magnéticas adecuadas para su detección mediante un sensor magnético 2 008.

En otro ejemplo, se conforma el inserto 2 005 y/o el inserto 2 006 en un diente 2 003, en el cuerpo de la correa. El inserto 2 006 y el inserto 2 005 pueden comprender cualquier dispositivo capaz de ser detectado por medios magnéticos, eléctricos, de efecto Hall, capacitivos, u otros medios. Los sensores 2 007 y 2 008 están conectados al controlador del tensor activo.

Si bien aquí se ha descrito una sola forma de la invención, para aquellas personas cualificadas en el arte será obvio que puede realizarse variaciones en la construcción y en la relación de piezas, sin apartarse del alcance de la invención aquí descrita.

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Referencias citadas en la descripción La lista de referencias citadas por el solicitante es solo para la comodidad del lector. No forma parte del documento de Patente Europea. Incluso aunque se ha tomado especial cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este respecto. Documentos de patente citados en la descripción

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US 5 (733) (214) A [0006]

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US 4 (478) (595) A [0007]

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JP 02 (118) (252) A [0008].

Claims

1. Un tensor que comprende:

: un accionador eléctrico (200);

: un elemento de transmisión de fuerza (401) acoplado con un brazo de palanca (600);

: la polea (500) engoznada al brazo de palanca, la polea acoplable con una correa (B1);

: el elemento de transmisión de fuerza acoplado con el accionador eléctrico, mediante lo que el elemento de transmisión de fuerza es movible axialmente mediante el accionador eléctrico, caracterizado porque

: un sensor de carga (300) está en alineación coaxial con el elemento de transmisión de fuerza, el sensor de carga detectando y transmitiendo una señal de carga a un controlador; y

: el controlador utiliza la señal de carga para controlar una posición del elemento de transmisión de fuerza, donde el sensor de carga detecta directamente una carga ejercida sobre el elemento de transmisión de fuerza, mediante el brazo de palanca.

2. El tensor como en la reivindicación 1, en el que:

: el elemento de transmisión de fuerza comprende un husillo (401);

: el husillo está en acoplamiento rotatorio con un collar roscado (403).

3. El tensor como en la reivindicación 1, en el que el accionador eléctrico comprende un motor eléctrico.

4. El tensor como en la reivindicación 1, en el que el elemento de transmisión de fuerza está acoplado con el accionador eléctrico a través de una transmisión por engranajes (101, 102, 103, 104 y 105).

5. El tensor como en la reivindicación 1, en el que:

: el sensor de carga comprende además un calibre, estando el sensor de carga en acoplamiento coaxial con el elemento de transmisión de fuerza, a través del calibre.

6. El tensor como en la reivindicación 1, en el que el brazo de palanca está acoplado de forma pivotante con una superficie de montaje.

7. Un método para tensar una correa, que comprende las etapas de:

: acoplar un tensor que tiene un sensor de carga (300) cilíndrico, hueco, con una correa;

: ajustar la posición del tensor para transmitir una carga de correa a la correa;

: detectar la carga de correa con el sensor de carga cilíndrico hueco;

: comparar la carga de correa detectada, con una carga de correa deseada; y

: ajustar la posición del tensor con un controlador, hasta que la carga de correa detectada sea sustancialmente igual a la carga de correa deseada, donde

: la carga de correa se detecta directamente mediante el sensor de carga cilíndrico hueco.

8. El método como en la reivindicación 7, que comprende la etapa de: seleccionar la carga de correa deseada, con respecto a un parámetro operativo del motor.

9. El método de la reivindicación 8, que comprende la etapa de: seleccionar la carga de correa deseada, con respecto a una velocidad operativa del motor.

10. El método como en la reivindicación 8, que comprende la etapa de:

: detectar una temperatura operativa del motor;

: seleccionar la carga de correa deseada, con respecto a la temperatura operativa del motor.

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11. El método como en la reivindicación 7, que comprende la etapa de seleccionar la carga de correa deseada, a partir de una tabla de consulta.

12. El método como en la reivindicación 10, que comprende la etapa de almacenar un histórico de la temperatura del motor, en una memoria del controlador.

13. El método como en la reivindicación 7, que comprende las etapas de:

: utilizar un diente de referencia sobre la correa;

: detectar con un sensor cada paso del diente de referencia, para determinar los ciclos de correa acumulados;

: almacenar en una memoria los ciclos de la correa acumulados, para el análisis de una condición de fatiga de la correa; y

: informar a un usuario.