ES2359308B1 - Servomando para el control de veh�?culos. - Google Patents

Servomando para el control de veh�?culos. Download PDF

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Abstract

Servocomando para el control de vehículos, elementos de tracción o embarcaciones, así como cualquier elemento susceptible de posicionamiento ubicado en los mismos, mediante un mando electromecánico que proporciona y recibe informaciones para el control del movimiento o posicionamiento del vehículo.

Description

braciones mecánicas, por ejemplo cerca del motor del
Servomando para el control de vehículos.
Sector de la técnica
La presente invención concierne en general a un dispositivo electromecánico para el control del movimiento de vehículos, y en particular un dispositivo que comprende un accionamiento servocontrolado y un codificador de posición acoplados sobre un mando mecánico accesible por el operador. Estado de la técnica anterior
Son conocidas diversas propuestas relativas a métodos y aparatos cuyo fin es el de proporcionar consignas eléctricas de control para el movimiento de vehículos y, en general, cualquier dispositivo móvil tanto analógicas como digitales.
Tradicionalmente, la consigna y gobierno de motores se realizaba mediante el control de la energía que excitaba el motor. Actualmente, mediante la utilización de electrónica de potencia es posible el control del accionamiento mediante consignas eléctricas, analógicas o digitales, de control. Los beneficios consisten en una mayor eficiencia de energía y una mayor precisión y seguridad de operación.
Como ejemplos, se puede citar el mando de control de grúas hidráulicas, el control del accionamiento de trenes o tranvías, así como todo tipo de accionamiento mecánico cuya función es la de proporcionar las consignas de control para el movimiento de vehículos o el posicionamiento de diversas partes mecánicas. Un inconveniente asociado a la mayoría de estos mandos es que el retorno a la posición neutral así como la dureza del mando se realiza mediante elementos puramente mecánicos que no permiten configuración dinámica de su comportamiento ni de su posición de reposo.
En la patente WO2008/092274, se describe un aparato y sistema destinado al control de la aceleración y deceleración de vehículos. El dispositivo contempla un pedal con una posición neutra y se puede mover entre dos posiciones opuestas para producir la señal correspondiente a cero en el punto neutral y positiva o negativa dependiendo del movimiento entorno a dicha posición. Esta señal actúa sobre los elementos de potencia.
Hasta la fecha, la acción sobre la consigna se traduce directamente en una reacción por parte del sistema, desprovista de supervisión. Esta supervisión aumenta la seguridad de operación del conjunto. Explicación de la invención
Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que solvente los inconvenientes de los que adolecen los aparatos y métodos convencionales de control.
La presente invención tiene por objeto ofrecer un sistema de control de vehículos que mejora las prestaciones y versatilidad de los actuales.
Estas mejoras son la configurabilidad de los límites del rango de trabajo, el tipo de reacción mecánica del mando a la actuación del operador, la posibilidad de variar la posición de reposo, así como el control del mando a partir de consignas eléctricas. Además, se ofrece la posibilidad de disponer de un mando multipunto. Es decir, el control del sistema desde varios mandos de forma indistinta, con más o menos prestaciones.
Otra finalidad de la invención es obtener un sistema compacto, robusto y fiable que pueda operar en vehículo.
El servomando objeto de la invención, se conecta al sistema a controlar mediante señales puramente eléctricas, sin existir ningún vínculo mecánico entre el sistema de mando y el sistema de tracción del vehículo. Descripción breve de las figuras
Para la mejor comprensión de otros objetos o méritos de la invención se acompañan dos ilustraciones relativas a la constitución básica del mismo. Estas figuras deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo en los que la Fig. 1 es un diagrama de bloques del conjunto y la Fig. 2 es un diagrama de bloques del servomotor mencionado en la Fig. 1. Descripción detallada del objeto de la invención
Referido a la Fig. 1, el servomando propuesto está ubicado en una bastidor 1 que contiene la totalidad de elementos eléctricos, electrónicos y mecánicos que lo constituyen y que son los siguientes:
Servomotor 12, detallado en la Fig. 2, cuyo objeto es el de proporcionar una posición de referencia para el servomando.
1. Bastidor o caja que constituye el servomando.
11.
Control de potencia del servomotor. El par del motor es controlable a partir de consignas enviadas por el sistema de control. Este control de potencia actúa directamente sobre el servomotor 12 mediante las señales A de alimentación y C de control.
12.
Servomotor. Actúa bajo las órdenes enviadas por el módulo de control de potencia posicionando el mando 19 en la posición deseada. Dispone de control de par motor o resistente.
El servomotor, detallado en la Fig. 2, está ubicado en un bastidor 2 y dispone de un convertidor de los pulsos de control en una tensión de referencia (21), que proporciona la información de posición deseada a un comparador (22). La señal de error proporcionada por el comparador (22) se amplifica mediante el bloque amplificador (23) y se envía a un modulador y controlador de potencia del motor (24), que está conectado eléctricamente con el motor (25). Este motor está unido rígidamente a un sistema de reducción mecánica (26) que finaliza en un elemento externo de posición (28), que normalmente dispone de un ángulo de posición de +-90º. El acoplamiento mecánico, posiciona simultáneamente un potenciómetro, que proporciona la tensión proporcional a la posición real. Esta señal de posición real, se envía al comparador (22), para cerrar el lazo de control del sistema.
13.
Interface eléctrica de comunicaciones. Posibilita la conexión a las redes de comunicación normalizadas usadas para el control del vehículo. Entre otras, pueden ser CAN ®, RS-232, bucles de corriente, etc. Opcionalmente puede disponer de puertos adicionales para diagnóstico y configuración.
14.
Sistema de control. Es el núcleo del sistema, almacena las configuraciones, parámetros y modos de operación, controla los elementos de salida como servomotor (12), elementos de visualización (17) como displays, indicadores luminosos, etc., lee los elementos de mando (16) como señales de entrada, tanto de teclado o codificador digital, así como la posición del servomando (19) a través del codificador de posición (15). Además, lee las órdenes recibidas de los posibles mandos remotos a través del receptor de mando remoto (18).
3 ES 2359308A1 4
15.
Dispone de un codificador de posición (15), que proporciona información sobre la posición real del mando (19).
16.
El servomando puede contener un conjunto de teclas o interruptores para configurar su operación, y uno o más codificadores de posición para entrada de parámetros.
17.
El servomando puede disponer además de elementos de visualización como indicadores luminosos
o pantallas, alfanuméricas o gráficas de operación. En estos dispositivos se muestra tanto el estado de operación, como los parámetros de operación y la configuración del sistema.
18.
Opcionalmente, es posible controlar de forma remota el servomando a partir de controles remotos, bien para actuar en caso de alarma, forzar la parada, o programar configuraciones almacenadas previamente en la configuración del sistema, entre otras posibles funcionalidades.
19.
El servomando dispone de un mando mecánico, accesible por el operador y accionado también por el servomotor, para llevarlo a la posición de reposo, u ofrecer un par resistente al operador.
20.
Un acoplamiento mecánico (20), enlaza el mando externo (19) posicionado por el operador, o por el servomotor (12), con el codificador de posición (15).
Modo de operación
Tras su conexión, el sistema de control del servomando recupera los parámetros de operación almacenados y si la configuración lo requiere realiza las funciones de autotest y calibración, definiendo los límites de operación. Luego va a la posición de reposo programada.
El sistema controla electrónicamente la fuerza que ejerce sobre el mando mecánico (19) que es accesible por el propio mando o por el operador, posibilitando de este modo, el retorno a la posición de reposo, o bien permite el control por parte del operador.
El hecho de que la posición de reposo sea parametrizable, amplía las posibilidades de control del sistema, ya que en cada momento se puede configurar de forma que el rango de acción sea el máximo dependiendo de la función a realizar.
También es posible eliminar la función de retorno a posición de reposo, permitiendo el posicionamiento del mando para en control, por ejemplo a consigna de velocidad constante.
El acceso al menú de opciones se realiza desde el teclado, y permite la modificación de parámetros o modos de operación, así como configurar el mismo. Los diversos menús permiten acceder a variables del sistema bajo control, de forma que facilitan el diagnóstico del vehículo.
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Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema servomando para el control de vehículos, elementos de tracción o embarcaciones, así como cualquier elemento susceptible de posicionamiento ubicado en los mismos, en adelante vehículo, mediante un mando electromecánico que proporciona y recibe informaciones para el control del movimiento
    o posicionamiento del vehículo del tipo que comprende:
    -
    un servomotor (12) ligado a una alimentación
    (A)
    y a un control (C) provenientes de un módulo de potencia (11) y un mando mecánico (19, 28), que dicho servomotor (12) contiene un convertidor de pulsos a tensión (21) cuya señal se añade con un restador (22) a la realimentación resultado de la señal procesada por una cadena formada por un amplificador (23) seguido de un driver y control de potencia de motor (24) seguido del motor (25) seguido de una reducción mecánica (26) que se manipula a través de un mando mecánico (19, 28) y una reducción mecánica (26) a un codificación de posición (27) que se realimenta (22), estando dicho servomotor (12) doblemente realimentado a través del acoplamiento mecánico (20) que da señal a un codificador de posición (15) que informa a un sistema de control (14) que, a su vez, cierra el segundo lazo de realimentación a través del control de potencia (11), controlado a través del sistema de control (14) que informa de su estado a través de elementos de visualización (17) o a través del bus de comunicaciones y también permite dar consignas por su conexión a través de la interfaz eléctrica (13)
    o también por elementos de mando (16) o un receptor de mando remoto (18) opcional.
  2. 2. Sistema definido según la reivindicación 1 que comprende dos o más mandos para el control multipunto y caracterizado porque el mando mecánico móvil (19, 28), accesible por el operador del sistema en cualquiera de los puntos de mando y que puede modificar manualmente la posición del mando, o bien eléctricamente mediante señales de control externas (16, 18), a partir del sistema de control del propio mando (14) o a partir de consignas externas provenientes del bus de comunicaciones a través de la interface eléctrica (13).
  3. 3.
    Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho mando externo (19,28) proporciona señales indicadoras de la posición física, que se devuelven al módulo de control (14), de forma que el sistema de control (14) conoce la posición mecánica del mando del sistema (19, 28).
  4. 4.
    Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sistema electrónico de control (14) es configurable y contiene memoria volátil para almacenar las variables y consignas dinámicas para el funcionamiento del conjunto, y memoria no volátil para almacenar las configuraciones y parámetros básicos del sistema.
  5. 5.
    Sistema según la reivindicación 1, que envía señales de control (14) a un servosistema (12) que posiciona el elemento mecánico de salida (19), accesible por el usuario.
  6. 6.
    Sistema según la reivindicación 1, que dispone de uno o más sistemas de comunicaciones (13) para el intercambio de información con el exterior.
  7. 7.
    Sistema según la reivindicación 1 y 4, dónde los parámetros de operación del sistema son accesibles mediante menús de visualización que facilitan la operación y la configuración del servomando, así como la parametrización del sistema mecánico a controlar.
  8. 8.
    Sistema según la reivindicación 1, que dispone adicionalmente de elementos de visualización (17) como indicadores luminosos, pantallas alfanuméricas
    o gráficas que muestran el estado de operación, configuración, parámetros de operación, o parámetros del vehículo.
  9. 9.
    Sistema según la reivindicación 1, que dispone adicionalmente de diversos mandos auxiliares como pulsadores o interruptores (16) para facilitar la configuración del mando o acceder a menús de funciones.
  10. 10.
    Sistema según la reivindicación 1, que dispone adicionalmente de uno o más receptores de control remoto (18) posibilitando el control a distancia del sistema a partir de mandos remotos mediante enlaces por radiofrecuencia en todas sus variantes (zigbee bluetooth®, etc.), o mediante un mando a distancia por infrarrojos.
    ES 2 359 308 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200902013
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 13.10.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    Y
    US 4631679 A (KLATT) 23.12.1986, columna 2, línea 24 – columna 5, línea 45; figuras. 1-10
    Y
    JP 4365935 A (MAZDA MOTOR) 17.12.1992, resumen; figuras. Extraída de la base de datos PAJ en EPOQUE. 1-10
    A
    US 2002038841 A1 (SILVESTRO) 04.04.2002, párrafos [0029-0041]; figura 1. 1-10
    A
    WO 2008092274 A1 (DOWER; GORDON; EWBANK) 07.08.2008, página 7, línea 13 – página 14, línea 3; figuras 7,8. 1-10
    A
    US 6573679 B1 (VILLARET) 03.06.2003, columna 3, líneas 3-42; reivindicaciones 12-14; figura 1. 1,5-10
    A
    US 4788482 A (TACHIBANA et al.) 29.11.1988, columna 2, línea 45 – columna 4, línea 56; figuras. 1,5-10
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 09.05.2011
    Examinador P. Pérez Fernández Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200902013
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD B60K31/04 (2006.01)
    G05D3/12 (2006.01) G05B13/02 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    B60K, G05D, G05B
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200902013
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 09.05.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200902013
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 4631679 A (KLATT) 23.12.1986
    D02
    JP 4365935 A (MAZDA MOTOR) 17.12.1992
  11. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    Falta de Actividad Inventiva
    Reivindicación nº1
    Se establece el documento D01 como el documento más próximo del Estado de la Técnica. El documento D01 hace referencia a un sistema de selección de cambios para una transmisión asistida. Dicho documento contiene: -un motor de combustión interna (22) (ver columna 2, líneas 25-27; figura 1). -un circuito de control (4) realimentado desde un sensor de velocidad (8) (ver columna 2, líneas 27-30; figura 1). -un sensor (7) de monitorización de la posición del engranaje de la transmisión y transmite una señal de realimentación al circuito de control (4)(ver columna 2, líneas 30-33; figura 1). -un selector (5) que permite seleccionar entre varios programas de conducción (ver columna 2, líneas 40-43; figura 1). -un sensor de velocidad (21) que monitoriza las posiciones de la palanca de cambio o actuador (2) y las envía al circuito de control (4) (ver columna 2, líneas 42-45). La invención reivindicada en la reivindicación nº 1 es un sistema de control de un servomotor que recibe informaciones para el control del movimiento o posicionamiento.
    La diferencia entre el documento D01 y la reivindicación nº 1 reside en que en D01 no se utiliza un servomotor. El efecto técnico de esta diferencia es ubicar el motor en cualquier posición dentro de su rango de operación y mantenerlo estable en dicha posición. El problema técnico objetivo será como ubicar un motor en cualquier posición dentro de su rango de operación y mantenerlo estable en dicha posición. Este problema y su correspondiente solución se encuentran ya recogidos en el documento D02 que divulga un dispositivo de control de la fuerza de conducción para un vehículo y que contiene un servomotor (4) (ver resumen; figura).
    En consecuencia, la reivindicación nº 1 carece de Actividad Inventiva a la vista de lo divulgado en los documentos D01 y D02 (Art 8 LP).
    Reivindicaciones nº 2 y 3
    El objeto de la invención recogido en las reivindicaciones nº 2 y 3 aparece ya contenido en el documento D01 (ver columna 2, líneas 42-45). Por consiguiente, las reivindicaciones nº 2 y 3 carecen de Actividad Inventiva (Art 8 LP).
    Reivindicación nº 4
    El objeto de la reivindicación nº 4 también aparece contenido en el documento D01 (ver columna 2, líneas 27-30). Por lo tanto, la reivindicación nº 4 carece también de Actividad Inventiva (Art 8 LP).
    Reivindicación nº 5
    El objeto de la reivindicación nº 5 está contenido en D02 (ver resumen; figura). En consecuencia, la reivindicación nº 5 carece de Actividad Inventiva (Art 8 LP).
    Reivindicaciones 6 y 7
    La utilización de “sistemas de comunicación con el exterior” y de “ menús de visualización” como los citados en las reivindicaciones nº 6 y 7 son técnicas muy conocidas y por lo tanto, obvias para un experto en la materia. Por consiguiente, las reivindicaciones nº 6 y 7 carecen de Actividad Inventiva (Art 8 LP).
    Reivindicación nº 8
    El objeto de la invención recogido en la reivindicación nº 8 aparece ya en D01 (ver columna 2, líneas 66-68; figuras 1, 2). Por lo tanto, la reivindicación nº 8 carece de Actividad Inventiva (Art 8 LP).
    Reivindicación nº 9
    El objeto de la reivindicación nº 9 aparece recogido en el documento D01 (ver columna 5, líneas 4-6). En consecuencia la reivindicación nº 8 carece de Actividad Inventiva (Art 8 LP).
    Reivindicación nº 10
    La utilización de “un sistema de control remoto” como el descrito en la reivindicación nº 10 es una técnica muy conocida y por tanto, obvia para un experto en la materia. Por consiguiente, la reivindicación nº 10 carece también de Actividad Inventiva.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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