ES2289479T3 - Procedimiento de mando del dispositivo de frenada estatica de un vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de gestión del estado y el funcionamiento de un vehículo automóvil equipado con una caja de cambios manual y que incluye un dispositivo de frenada estática y un dispositivo de frenada dinámica, consistente, para arrancar el vehículo en subida cuando es detenido mediante activación del dispositivo de frenada estática, en desactivar el dispositivo de frenada estática para disminuir progresivamente la presión de frenada del vehículo en cuanto se pisa el pedal de acelerador y a medida que aumenta el par motor hasta alcanzar un valor que permita al vehículo arrancar sin retroceso, y porque consiste en calcular, durante una aceleración, una diferencia entre, por una parte, la diferencia entre el régimen motor y el régimen motor en el instante en que el par motor aumenta y, por otra parte, la integral del par motor a la que se asigna, en su caso, un coeficiente multiplicativo y, si dicha diferencia calculada es relativamente escasa, en mantener activo el dispositivo de frenada estática del vehículo y, en caso contrario, en desactivarlo.
Description
Procedimiento de mando del dispositivo de
frenada estática de un vehículo automóvil.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de gestión del estado y el funcionamiento de un
vehículo automóvil, así como al sistema para la puesta en práctica
de dicho procedimiento.
Se asiste actualmente a una creciente
automatización de los vehículos automóviles con objeto de
incrementar la seguridad y comodidad de los mismos.
Es lo que sucede con la sustitución de la
palanca de freno de mano accionada manualmente por el conductor en
el sentido de aflojar los frenos del vehículo para un arranque en
cuesta del mismo, mediante un dispositivo de frenada estática del
vehículo que puede ser accionado por el conductor, accionando un
elemento de mando, como un interruptor, situado por ejemplo en el
salpicadero del vehículo.
Sin embargo, el procedimiento y sistema
conocidos hasta ahora para realizar el arranque en cuesta de los
vehículos emplean únicamente la presión que ejerce el conductor en
el pedal de freno, por lo que no asegura una función de ayuda al
arranque del vehículo.
El documento DE 42 18 717 A describe un
procedimiento de gestión del estado y el funcionamiento de un
vehículo automóvil que incluye un dispositivo de frenada estática,
un dispositivo de frenada dinámica, y una caja de cambios manual,
consistiendo dicho procedimiento, para arrancar el vehículo en
subida cuando está detenido, mediante la activación del dispositivo
de frenada estática, en desactivar el dispositivo de frenada
estática para disminuir progresivamente la presión de frenada del
vehículo en cuanto se pisa el pedal de acelerador y a medida que el
par motor aumenta hasta alcanzar un valor que permita al vehículo
arrancar sin retroceder.
Sin embargo, dicho procedimiento conocido no
permite distinguir el caso de aceleración en vacío de los casos de
aceleración con el vehículo cargado.
La presente invención tiene por objeto eliminar
los inconvenientes anteriores de los sistemas conocidos.
A tal efecto, la invención propone un
procedimiento como el definido en la reivindicación 1.
El procedimiento consiste asimismo, en el caso
de un arranque en subida del vehículo, en realizar la desactivación
del dispositivo de frenada estática para reducir progresivamente la
presión de frenada del vehículo cuando el par motor aumenta en
función de una información proporcionada por al menos un sensor de
desplazamiento de suspensión de rueda de vehículo.
El procedimiento se caracteriza asimismo porque
consiste, para un vehículo de tracción delantera con el dispositivo
de frenada estática actuando sobre las ruedas del tren trasero del
vehículo, en detectar, mediante al menos un sensor de
desplazamiento relativo de una rueda trasera con relación a la
carrocería del vehículo suficiente para mantener el vehículo
detenido desde que se desactiva el dispositivo de frenada estática,
y en propulsar el vehículo.
La invención se entenderá mejor, y otros
objetivos, características, detalles y ventajas de la misma
aparecerán con mayor claridad en la siguiente descripción
explicativa, realizada con relación a los dibujos esquemáticos
adjuntos, proporcionados únicamente a título de ejemplo ilustrativo
de un modo de realización de la invención, en los cuales:
- la figura 1 muestra un esquema que ilustra
componentes de un vehículo automóvil al que puede aplicarse el
procedimiento de la invención;
- la figura 2 representa, en forma de esquema de
bloques, la arquitectura del sistema de la invención que permite
gestionar el estado y el funcionamiento de un vehículo automóvil
dotado de un dispositivo de frenada dinámica y un dispositivo de
frenada estática;
- las figuras 3A y 3B representan dos
cronogramas que permiten explicar el arranque en subida normal o
rápido de un vehículo automóvil;
- las figuras 4A y 4B representan dos
cronogramas que permiten explicar un arranque en subida lento de un
vehículo automóvil;
- las figuras 5A y 5B representan dos
cronogramas que permiten explicar el arranque en bajada de un
vehículo mediante el acelerador del mismo;
- las figuras 6A y 6B representan dos
cronogramas que permiten explicar el arranque en bajada de un
vehículo con una presión de freno suficiente ejercida por el
conductor;
- las figuras 7A y 7B representan dos
cronogramas que permiten explicar el arranque en bajada de un
vehículo con presión de freno insuficiente, y suficiente ejercida
por el conductor del vehículo; y
- las figuras 8A y 8B representan dos
cronogramas que permiten explicar el arranque en bajada de un
vehículo con presión de freno insuficiente ejercida por el
conductor de dicho vehículo.
El vehículo automóvil que se representa en la
figura 1 está equipado con un motor 1 comandado por un pedal de
acelerador 2.
El motor 1 desarrolla un par motor K cuya
totalidad o del que una parte k puede transmitirse a las ruedas
motrices 3 por medio de un embrague 4 y un sistema de transmisión 5,
pudiendo el embrague 4 estar constituido por un embrague pilotado
de forma automática por una señal S4.
El procedimiento y el sistema de la invención se
aplican a un vehículo equipado con un dispositivo de frenada
dinámica 6 y un dispositivo de frenada estática 7, pudiendo cada uno
de dichos dispositivos estar comandado por una fuente de energía
independiente de la energía muscular del conductor.
Preferiblemente, el dispositivo de frenada
dinámica 6 incluye una bomba electro-hidráulica 8
comandada por una señal S8 y capaz de alimentar en líquido de freno
a presión unos receptores 9 (estribos) de freno hidráulico con
estribos de frenos para discos de freno, asociados respectivamente a
las ruedas motrices delanteras 3 y las ruedas traseras 10,
habiéndose representado en L1 y L2 las conexiones de la bomba 8 con
los receptores de freno hidráulico 9 y 13 asociados a las ruedas
motrices 3 y posteriores 10. No se representan las electroválvulas
que unen la bomba 8 y el receptor 9 de freno hidráulico y que forman
un modulador hidráulico conocido en sí, por motivos de
simplicidad.
El dispositivo de frenada estática 7 incluye un
motorreductor eléctrico 11 comandado mediante una señal S11, que
puede arrastrar por lo menos un cable 12 capaz de accionar un freno
de estacionamiento 13 que actúa sobre las ruedas traseras 10 del
vehículo.
Según la invención, el sistema de gestión del
estado y el funcionamiento del vehículo incluye, de manera general,
como se muestra en la figura 2, una pluralidad de sensores C1, C2
..., Cn que se encuentran a bordo del vehículo y permiten medir
variables para intervenir en la dinámica de funcionamiento del
vehículo y estimar, mediante cálculo, otras variables no
directamente medidas.
A título de ejemplo, los sensores pueden incluir
un sensor de aceleración o desaceleración longitudinal del
vehículo, sensores de desplazamiento de las ruedas 3 y 10 con
relación a la caja del vehículo, sensores de velocidad de rotación
de las ruedas, pudiendo preverse un sensor por rueda, un
inclinómetro de medición de la pendiente por el que se desplaza el
vehículo, un sensor de velocidad de desplazamiento del vehículo. En
la aplicación particular de la invención que se describe a
continuación, dichos sensores pueden incluir asimismo un sensor de
determinación del par motor a la salida de la caja de cambios del
vehículo, sensores de determinación del esfuerzo de apriete de los
frenos del vehículo mediante los dispositivos de frenada dinámica 6
y estática 7, un sensor de régimen de funcionamiento del motor y
sensores de detección de punto muerto y marcha atrás del
vehículo.
Los distintos sensores C1 a Cn están unidos por
medio de un bus multiplexado del tipo CAN a un circuito 14 de
adaptación de las señales de salida de dichos sensores, que pueden
incluir especialmente medios de filtración de las señales.
El circuito de adaptación 14 está unido a un
dispositivo de pilotaje 15 al que se transmiten los distintos datos
procedentes de los distintos sensores C1 a Cn e información
representativa del estado del pedal de acelerador 2 y el pedal de
freno (no representado) del vehículo, de manera a determinar, a
partir de dicha información, el estado del vehículo y calcular las
consignas de frenada que se transmitirán al dispositivo de frenada
dinámica 6 y/o al dispositivo de frenada estática 7.
El dispositivo de pilotaje 15 incluye un módulo
de supervisión 16 con bloque electrónico 17 cuyas funciones son
especialmente evaluar, a partir de los sensores C1 a Cn, la
situación dinámica en la que se encuentra el vehículo, es decir si
circula en llano, subida o bajada, en sentido de marcha hacia
delante o de marcha atrás, estimar la velocidad del vehículo con
precisión por medio de los sensores de velocidad de rotación de las
ruedas de dicho vehículo y/o estimar la pendiente por la que se
desplaza el vehículo.
El dispositivo de pilotaje 15 incluye asimismo
un controlador 18 cuyo papel es determinar el estado del vehículo a
partir de la información procedente del bloque 17 o a partir de la
información procedente de los sensores C1 a Cn por medio del
circuito de adaptación 14, y calcular consignas de frenada mediante
el bloque 20 del dispositivo de pilotaje 15, que son transmitidas
al dispositivo de frenada pilotado o dinámico 6 y al dispositivo de
frenada estática 7.
Con objeto de asistir al conductor para arrancar
su vehículo en subida, sin retroceso del vehículo, mientras que
este último se mantiene detenido mediante la activación previa del
dispositivo de frenada estática 7 bajo el mando del dispositivo de
pilotaje 15, este último se programa para desactivar el dispositivo
de frenada estática 7 de manera a disminuir progresivamente la
presión de frenada del vehículo en cuanto se pisa el pedal de
acelerador 2 y a medida que el par motor aumenta hasta alcanzar un
valor que permita al vehículo arrancar sin retroceso.
Esta situación se ilustra en las figuras 3A y
3B, donde la figura 3A representa la curva PA de presión sobre el
pedal de acelerador 2 y la figura 3B representa en trazo discontinuo
la curva FSE representativa del esfuerzo de apriete de los frenos
del vehículo ejercido por el dispositivo de frenada estática 7,
pudiendo medirse la curva CM relativa al par motor del vehículo
mediante el sensor de salida de la caja de cambios de dicho
vehículo, y la curva V relativa a la velocidad de desplazamiento del
vehículo.
Dichas figuras son relativas a un arranque en
subida normal o rápida del vehículo y muestran que, en cuanto se
pisa en el instante T1 el pedal de acelerador 2, el esfuerzo de
apriete FSE del freno del vehículo mediante el dispositivo de
frenada estática 7 disminuye progresivamente a medida que aumenta el
par motor hasta alcanzar un valor de par en cuanto el esfuerzo de
apriete se vuelve nulo en el tiempo T2, para permitir al vehículo
arrancar en subida sin retroceso del mismo, como se simboliza
mediante la curva de velocidad V. El aflojamiento de los frenos del
vehículo queda así compensado por la aparición del par motor.
Cuando el par motor es insuficiente para
arrancar el vehículo al desactivarse el dispositivo de frenada
estática 7 para provocar el aflojamiento progresivo de los frenos
del vehículo, el dispositivo de pilotaje 15 está asimismo
programado para activar el dispositivo de frenada dinámica 6 de
manera a asegurar el mantenimiento del vehículo detenido y
desactivar el dispositivo de frenada dinámica 6 en cuanto el par
motor alcanza un valor suficiente que permita arrancar el vehículo
en subida sin retroceso.
Dicha situación se ilustra en las figuras 4A y
4B en el caso en que el arranque del vehículo en subida es lento o
vacilante. De este modo, cuando en el tiempo T1 el conductor ha
pisado el pedal de acelerador 2 de manera lenta, lo que se traduce
por una evolución relativamente lenta en dicho instante del par
motor CM, se produce la situación en que el valor de dicho par
motor es insuficiente para arrancar el vehículo mientras que el
esfuerzo de frenada FSE es prácticamente nulo. Para evitar este
inconveniente, el dispositivo de pilotaje 15 permite comandar el
dispositivo de frenada dinámica 6 de manera que dicho dispositivo
pueda aplicar una presión de frenada para mantener detenido el
vehículo después de que la presión de frenada ejercida por el
dispositivo de frenada estática 7 se haya vuelto nula hasta que el
par motor alcance un valor suficiente para permitir al vehículo
arrancar en subida sir retroceso desde el instante T2, como se
simboliza mediante la curva de velocidad V. Esta manera de proceder
permite arrancar el vehículo con el fin de garantizar un arranque
sin retroceso del mismo.
El dispositivo de pilotaje 15 puede asimismo
estar programado para arrancar el vehículo en bajada cuando dicho
vehículo es detenido mediante activación del dispositivo de frenada
estática 7, en cuanto se pisa el pedal de acelerador 2 y con la
condición de tener una marcha puesta en el sentido de la bajada,
pudiendo la introducción de dicha marcha ser detectada por un
sensor adecuado ya mencionado anteriormente, de manera a desactivar
el dispositivo de frenada estática 7 para disminuir progresivamente
la presión de frenada a medida que aumenta el par motor hasta
alcanzar un valor que permita al vehículo arrancar en el sentido de
la bajada.
Dicha situación se refleja en las figuras 5A y
5B, que muestran que en cuanto se pisa el pedal de acelerador 2 en
el tiempo T1 una vez introducida una marcha en el sentido de la
bajada, el dispositivo de frenada estática 7 es comandado por el
dispositivo de pilotaje 15 para aflojar los frenos traseros del
vehículo de manera progresiva mientras aumenta el par motor y en el
tiempo T2 en el que se vuelve nula la presión de frenada mediante el
dispositivo de frenada estática 7, el vehículo puede arrancar en
bajada a velocidad V. Por lo tanto, el conductor debe mostrar su
voluntad de arrancar en bajada el vehículo mediante introducción
manual de la marcha en el sentido de la bajada y aceleración del
vehículo pisando el pedal de aceleración 2. La condición de marcha
introducida en el sentido de la bajada puede realizarse mediante la
selección del punto muerto, que es detectada por el sensor de
detección de punto muerto de la palanca de cambio de marchas del
vehículo.
Las figuras 6A y 6B representan asimismo una
situación de desbloqueo del vehículo cuando el conductor desea
arrancar en bajada dicho vehículo mientras que éste se mantiene
detenido mediante el dispositivo de frenada estática 7 tras haber
introducido por propia voluntad la marcha en el sentido de la bajada
y haber soltado el pedal de freno del vehículo tras haber pisado
previamente el mismo hasta la presión de sujeción del vehículo en
la pendiente 2. Esto permite al conductor que se detiene, por
ejemplo, en subida, con el pie en el pedal de freno, arrancar en
sentido inverso al de la parada en cuanto levanta el pie del pedal
de freno y tras haber "invertido" el sentido de la marcha
introducida. De este modo, cuando la presión de frenada PF ejercida
previamente por el conductor sobre el pedal de freno es suficiente,
es decir superior a una presión de frenada de consigna PFC, como se
muestra en la figura 6A, tras introducir la marcha en el sentido de
la bajada en el instante T1, el dispositivo de pilotaje 15 comanda
el dispositivo de frenada estática 7 de manera a disminuir
progresivamente la presión de frenada del vehículo y en cuanto el
conductor suelta el pedal de freno en el instante T2, el vehículo
puede arrancar en bajada.
Las figuras 7A y 7B ilustran el arranque en
bajada del vehículo con, en primer lugar, una presión de freno
insuficiente ejercida por el conductor, y una presión de freno
suficiente antes de que el conductor suelte el pedal de freno. La
figura 7A muestra así que el pedal de freno del vehículo ha sido
previamente pisado durante cierto tiempo por debajo de la presión
de freno de consigna PFC, mientras que se ha introducido la marcha
en el sentido de la bajada en el tiempo T1, y se incrementa la
presión ejercida sobre el pedal de freno hasta un valor en el que
el conductor suelta el pedal de freno como se simboliza mediante la
curva de presión PF. En el instante T2 en el que la presión de
frenada PF alcanza la presión de consigna PFC, el dispositivo de
pilotaje 15 comanda el dispositivo de frenada estática 7 para
reducir progresivamente la presión de frenada, mediante dicho
dispositivo, del vehículo y en cuanto el conductor ha soltado el
pedal de freno en el tiempo T3, el vehículo puede entonces arrancar
en bajada a velocidad V.
Se permite el arranque en bajada del vehículo
mediante la actuación sobre el pedal de freno únicamente si la
presión de frenada obtenida mediante dicha actuación es superior o
igual a la presión de frenada necesaria para garantizar la
detención del vehículo, realizándose a continuación el control de la
bajada normalmente, mediante el pedal de freno (figuras 7A y
7B).
Las figuras 8A y 8B representan la situación en
la que el arranque en bajada del vehículo no puede tener lugar
debido a que la presión de frenada ejercida por el conductor sobre
el pedal de freno es insuficiente. En efecto, si la presión de
frenada PF se encuentra constantemente por debajo de la presión de
consigna PFC antes de soltar el pedal de freno, a pesar de la
introducción en el tiempo T1 de la marcha en el sentido de la
bajada, el vehículo se mantiene detenido en dicha bajada por medio
del dispositivo de pilotaje 15 que comanda el dispositivo de
frenada 7 para que mantenga la presión de frenada del vehículo,
incluso después de soltar el pedal de freno.
Según la invención, el vehículo está equipado
con un caja de cambios manual y es necesario distinguir el caso de
aceleración en vacío del vehículo de los casos de aceleración con el
vehículo en carga, de manera a evitar desbloquear el vehículo
mediante comando del dispositivo de frenada estática en el sentido
del aflojamiento de los frenos, mediante pequeñas aceleraciones por
parte del conductor.
A tal efecto, el dispositivo de pilotaje 15 está
programado, según la invención, para calcular, durante una
aceleración, la diferencia por una parte entre la diferencia entre
el régimen motor y el régimen motor en el instante en que el par
motor del vehículo aumenta y, por otra parte, la integral de dicho
par motor a la que se asigna un coeficiente multiplicador (se trata
así de determinar el régimen en vacío teórico que tendría el motor
conociendo el par motor). Si dicha diferencia es escasa, el sistema
considera que el motor funciona, durante una aceleración, en vacío
y, en estas condiciones, el dispositivo de pilotaje 15 no comandará
el dispositivo de frenada estática en el sentido del aflojamiento
de los frenos del vehículo. En el caso contrario, el sistema
considera que el motor es acelerado en carga, lo que permite al
dispositivo de pilotaje 15 comandar el dispositivo de frenada
estática en el sentido del aflojamiento de los frenos del
vehículo.
En dicha aplicación a la caja de cambios manual,
será necesario añadir un sensor de punto muerto además del sensor
de marcha atrás del vehículo, con objeto de deducir el sentido de la
marcha introducida, positivo, negativo o neutro.
Siguiendo en el marco de la gestión del vehículo
equipado con una caja de cambios manual mediante el dispositivo de
pilotaje 15, durante un arranque en subida del vehículo, la
liberación progresiva del freno de estacionamiento mediante comando
del dispositivo de frenada estática puede realizarse cuando el par
motor del vehículo aumenta en función de una información
proporcionada por al menos un sensor de desplazamiento de suspensión
de una rueda del vehículo.
Además, en la mayoría de los trenes de vehículos
automóviles, existe un tipo de "acoplamiento"
longitudinal-vertical, especialmente en los trenes
posteriores de brazos estirados con o sin traviesas deformables, que
ocasionan una elevación de la parte anterior del vehículo durante
la subida del par motor cuando se pisa el pedal de acelerador con
los frenos apretados. En el presente caso, para un vehículo de
tracción delantera con un dispositivo de frenada estática en el
tren posterior del vehículo, la subida del par motor aplicado al
tren anterior va a aliviar la frenada del tren posterior y actuar
sobre la suspensión en un sentido de abatimiento mientras no se
suelta el freno. En estas condiciones, se trata, mediante por lo
menos un sensor de desplazamiento relativo de una rueda trasera con
relación a la caja del vehículo, de permitir que el dispositivo de
pilotaje 15 detecte el instante en que el par motor alcanza un
valor suficiente para mantener el vehículo detenido desde la
desactivación del dispositivo de frenada estática 7, y propulsar el
vehículo.
En las expresiones utilizadas anteriormente con
relación a la subida, se trata tanto de un vehículo que se desplace
en marcha hacia delante en el sentido de la subida, como de un
vehículo que se desplace en marcha atrás en el sentido de dicha
subida y, con relación a la bajada, se trata tanto de un vehículo
que se desplace en marcha hacia delante en el sentido de la bajada,
como de un vehículo que se desplace en marcha atrás en el sentido
de dicha bajada.
El sistema anteriormente descrito de la
invención es muy intuitivo y no requiere aprendizaje alguno por
parte del conductor. Además, asegura un arranque sin retroceso en
cuesta cualquiera que sea la pendiente y, si fuese necesario, el
arranque del vehículo asistido por el sistema de frenada
dinámica.
Claims (3)
1. Procedimiento de gestión del estado y el
funcionamiento de un vehículo automóvil equipado con una caja de
cambios manual y que incluye un dispositivo de frenada estática y un
dispositivo de frenada dinámica, consistente, para arrancar el
vehículo en subida cuando es detenido mediante activación del
dispositivo de frenada estática, en desactivar el dispositivo de
frenada estática para disminuir progresivamente la presión de
frenada del vehículo en cuanto se pisa el pedal de acelerador y a
medida que aumenta el par motor hasta alcanzar un valor que permita
al vehículo arrancar sin retroceso, y porque consiste en calcular,
durante una aceleración, una diferencia entre, por una parte, la
diferencia entre el régimen motor y el régimen motor en el instante
en que el par motor aumenta y, por otra parte, la integral del par
motor a la que se asigna, en su caso, un coeficiente multiplicativo
y, si dicha diferencia calculada es relativamente escasa, en
mantener activo el dispositivo de frenada estática del vehículo y,
en caso contrario, en desactivarlo.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque consiste, en el caso de un arranque en
subida del vehículo, en realizar la desactivación del dispositivo
de frenada estática para disminuir progresivamente la presión de
frenada del vehículo cuando el par motor se incrementa en función de
una información proporcionada por al menos un sensor de
desplazamiento de suspensión de rueda del vehículo.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque consiste, para un vehículo de tracción
delantera con el dispositivo de frenada estática actuando sobre las
ruedas del tren posterior del vehículo, en detectar mediante por lo
menos un sensor de desplazamiento relativo de una rueda trasera con
relación a la carrocería del vehículo el instante en que el par
motor del vehículo alcanza un valor suficiente para mantener el
vehículo detenido desde la desactivación del dispositivo de frenada
estática y propulsar el vehículo.
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