ES2901880T3

ES2901880T3 - Sistema de frenado hidráulico con unidad de control electrónico, así como un procedimiento para su funcionamiento

Info

Publication number: ES2901880T3
Application number: ES18746912T
Authority: ES
Inventors: Claus Müller; Reinhard Loebner; Marcus Clev; Fabian Elwischger
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2038-07-26
Also published as: EP3661821A1; WO2019025282A1; CN110997433A; CN110997433B; DE102017117399A1; EP3661821B1; US11834019B2; US20210129818A1

Abstract

Sistema de frenado hidráulico para el freno de una rueda de un vehículo de acuerdo con un control de presión de freno, que comprende: - una bomba hidráulica (2; 2') accionada por un motor eléctrico (1; 1') para la generación de presión hidráulica; - una unidad de control electrónico (4; 4') para la determinación de al menos un valor de control para la compensación de una desviación de control, basado en una presión de frenado real medida en comparación con una especificación de presión objetivo, que - controla al menos un actuador para aumentar o disminuir la presión de frenado real en adaptación a la especificación de presión objetivo; caracterizado porque la unidad de control electrónico (4') controla el motor eléctrico (1') como un actuador para compensar la desviación de control de tal manera que la bomba hidráulica (2') genera un aumento de presión de la presión de frenado en un sentido de giro y una reducción de la presión del frenado en el otro sentido de giro.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de frenado hidráulico con unidad de control electrónico, así como un procedimiento para su funcionamiento La presente invención hace referencia a un sistema de frenado hidráulico para el freno de una rueda de un vehículo de acuerdo con un control de presión de freno, que comprende una bomba hidráulica accionada por un motor eléctrico para la generación de presión hidráulica; una unidad de control electrónico para la determinación de al menos un valor de control para la compensación de una desviación de control, basado en una presión de frenado real medida en comparación con una especificación de presión objetivo, que controla al menos un actuador para aumentar o disminuir la presión de frenado real en adaptación a la especificación de presión objetivo. Además, la presente invención también hace referencia a un procedimiento para el frenado de una rueda de un vehículo de acuerdo con dicho control de la presión de frenado, así como a un producto de programa informático relacionado. El campo de aplicación de la invención se extiende principalmente a los así denominados como vehículos ferroviarios ligeros (LRV), por ejemplo, tranvías, que por lo general están equipados con frenos de fricción de accionamiento hidráulico. Este tipo de frenos de fricción accionados hidráulicamente se pueden realizar considerablemente más compactos que el equipo de freno neumático debido a las presiones mucho más elevadas del medio de trabajo. Esta clase de componentes compactos permiten, a su vez, una alta proporción de piso bajo en el vehículo.

En los frenos de fricción accionados hidráulicamente que aquí resultan de interés, la fuerza de frenado se aplica a través de un par de fricción de la pastilla de freno y el disco de freno. La presión de compresión de la pastilla requerida en el disco de freno es generada por un pistón al que se aplica presión hidráulica. Cuando se ignoran las influencias de las fluctuaciones en el coeficiente de fricción, las características no lineales de resorte y los niveles eficiencia mecánica variables, la fuerza de frenado resultante en el caso de los generadores de fuerza de frenado activa es directamente proporcional a la presión hidráulica aplicada. En el caso de generadores de fuerza de frenado pasivo accionados por resorte y liberables hidráulicamente, existe una proporcionalidad indirecta con respecto a la presión hidráulica aplicada.

En general, la fuerza de frenado debe poder ajustarse de la forma más libre y precisa posible con respecto al valor y a la tasa de cambio (gradiente). La necesidad de gradientes de presión elevados surge particularmente cuando la rueda/ el juego de ruedas se desliza debido a una conexión de baja fricción y también cuando el vehículo arranca con la activación simultánea de la fuerza de tracción de arranque, lo que requiere una reacción rápida del freno. La solicitud DE 10 2016 219 314 A1 da a conocer un sistema de frenado hidráulico en el cual dos bombas hidráulicas accionadas por un motor eléctrico generan la presión de frenado para dos frenos de disco asociados. Los dos circuitos hidráulicos asociados aquí contienen cada uno dos válvulas que se pueden accionar electromagnéticamente, de las cuales una válvula está prevista para aumentar la presión y la otra válvula para reducir la presión de la presión de frenado. La bomba hidráulica asociada bombea el fluido hidráulico aspirado para el suministro de presión de alimentación, entre otras cosas, a una entrada de presión de alimentación de la válvula electromagnética prevista para el aumento de presión en el contexto de la disposición de la válvula de control. Una unidad de control electrónico (ECU) asume el control de las dos válvulas electromagnéticas para la generación de la presión de frenado de acuerdo con la especificación de presión objetivo.

La solicitud DE 102007 028665 A1 revela un dispositivo de control de frenado que controla o regula la fuerza de frenado regulando la presión de cada cilindro de freno de rueda individual.

Del estado del arte que se conoce en general, el cual está ilustrado aquí en la figura 1 con referencia a un sistema de frenado hidráulico convencional que interesa en este contexto, una bomba hidráulica 2 accionada por un motor eléctrico 1 asume la generación de una presión hidráulica a partir desde depósito 3 para el almacenamiento de fluido hidráulico.

El encendido o apagado binario del motor eléctrico 1 se realiza a través de una unidad de control electrónico 4. El motor eléctrico 1 sólo se enciende mediante la unidad de control electrónico 4 cuando resulta necesario rellenar la presión de alimentación. La presión hidráulica generada por la bomba hidráulica 2 llega a una línea de presión 8 a través de un filtro de presión 5 con una válvula antirretorno 6 conectada en paralelo y otra válvula antirretorno 7 dispuesta en fila aguas abajo. Un transductor de presión 9 para la presión de almacenamiento también está conectado a la línea de presión 8. El transductor de presión 9 para la presión de almacenamiento notifica su señal de medición a la unidad de control electrónico 4 con fines de monitoreo. En el lado de conexión opuesto de la válvula antirretorno 7, la línea de presión 8 está provista de una válvula limitadora de presión 10 que desemboca al depósito 3 en el lado de la salida para lograr la máxima limitación de presión posible. Además, la línea de presión 8 está conectada a un acumulador de presión de aceite 11, por lo general a un acumulador de membrana.

Para aumentar la presión de la presión de frenado P, de acuerdo con un control de presión, la unidad de control electrónico 4 acciona la válvula de control de presión proporcional 12, que aquí se usa como un actuador. Para reducir la presión de acuerdo con la regulación, la unidad de control electrónico 4 acciona la válvula de control de presión proporcional 13, que aquí también sirve como actuador y que desemboca en el depósito 3 del lado de salida. Por el contrario, la otra válvula de control de presión proporcional 12 prevista para la implementación de un aumento de presión está conectada en el lado de entrada con la línea de presión 8 que transporta la presión de alimentación. Además, en este sistema de freno hidráulico convencional, una válvula de freno de seguridad 14 controlable electromagnéticamente está integrada en la línea de presión de freno 15. Esta válvula se acciona independientemente de la regulación en caso de emergencia ante un funcionamiento defectuoso para permitir que el freno se frene de manera segura reduciendo la presión en la línea de presión del freno 15. A este respecto, el actuador del freno, que no se muestra en detalle, está diseñado como un cilindro acumulador de fuerza elástica. El frenado seguro del freno se realiza a través de una válvula limitadora de presión 16 con una boquilla de freno de seguridad 17 conectada aguas abajo, que permite un frenado de emergencia medido. La apertura de la válvula del freno de estacionamiento 18 provoca una reducción máxima de la presión para poder proporcionar la fuerza de frenado máxima después de un freno de seguridad.

La presión de freno real presente en la línea de presión de freno 15 es detectada por un transductor de presión 19 con el fin de que esté disponible como un valor real para la unidad de control electrónico 4 para el control descrito anteriormente.

En este sistema de freno hidráulico convencional, la presión de frenado se regula a través de las dos válvulas de control de presión proporcional 12 y 13 como actuadores; en donde la regulación de la presión de frenado se realiza mediante la medición continua de la misma a través del transductor de presión 19 así como mediante una compensación de la desviación de control por aumento o disminución de la presión mediante un correspondiente control de las válvulas de alivio de presión 12 o 13 como actuadores.

La bomba hidráulica 2 sólo se utiliza para la generación de presión de alimentación debido al funcionamiento sincronizado. Para ello, el motor eléctrico 1 para el accionamiento de la bomba hidráulica 2 se acciona por lo general con un determinado sentido de giro, así como con una dirección específica del par.

El objeto de la presente invención consiste en mejorar aún más un sistema de frenado hidráulico de la clase mencionada en la introducción de tal manera que se reduzca el esfuerzo relacionado con la válvula.

Dicho objeto se resuelve en base a un sistema de frenado hidráulico de acuerdo con el concepto general de la reivindicación 1, en relación con sus características identificativas. En lo referido al procedimiento, el objeto se resuelve de acuerdo con la reivindicación 8. La reivindicación 10 especifica un producto de programa informático que ejecuta este procedimiento.

La presente invención incluye el principio técnico de que, prescindiendo de los actuadores de válvula, la unidad de control electrónico controla el motor eléctrico que actúa como actuador conforme a la invención para compensar la desviación de control de tal manera que la bomba hidráulica aumenta la presión de la presión de frenado en un sentido de giro y disminuye la presión de frenado en el otro sentido de giro.

La solución conforme a la invención se basa en el conocimiento de que después de que sólo la presión de trabajo para la generación de la fuerza de frenado se deriva de la presión de alimentación y el fluido hidráulico es un medio incompresible, la presión de frenado se puede controlar directamente mediante un control adecuado del motor eléctrico. De esta manera se prescinde ventajosamente de válvulas reguladoras de presión convencionales y tampoco se requiere un acumulador de presión adicional. Debido a la estructura técnica simplificada, también se omiten partes de la tubería hidráulica. Las pruebas han demostrado que cuando se alimentan dos generadores de fuerza de frenado de 32 kN, por ejemplo, con un volumen de trabajo de 23 cm3 cada uno, sin un acumulador de presión, se pueden conseguir tiempos de liberación en el rango de 180 ms. Además, fue posible lograr precisiones fiables de control estacionario sin excesos durante el ajuste.

Para obtener un alto nivel de precisión de control, se recomienda que la bomba hidráulica esté diseñada como una bomba de engranajes. Para obtener un diseño compacto, el motor eléctrico debería estar diseñado preferentemente como un motor de rotor externo, en el cual un anillo de imán permanente esté dispuesto preferentemente como un rotor que gira en el exterior. Como motor eléctrico se utiliza preferentemente un motor eléctrico sincrónico de activación continua.

De acuerdo con una medida que perfecciona aún más la presente invención, se propone insertar una válvula de cierre controlada por la unidad de control electrónico en la línea de presión que transporta la presión de frenado sobre la que actúa la bomba hidráulica, para implementar una posición de bloqueo adicionalmente al aumento de presión y a la disminución de presión provocados directamente por la bomba hidráulica.

También se propone insertar una válvula de freno de seguridad en la línea de presión que transporta la presión del freno para aplicar el freno de manera segura en caso de un funcionamiento defectuoso. Cuando, por ejemplo, la bomba hidráulica se bloquea, se puede realizar un frenado seguro del freno por fuera del control utilizado en el funcionamiento normal accionando la válvula del freno de seguridad, para garantizar un frenado seguro, en particular, incluso en caso de un funcionamiento defectuoso del control electrónico.

En el contexto de la solución conforme a la invención, está previsto preferentemente que un transductor de presión para medir la presión real de frenado esté conectado a la línea de presión que transporta la presión de frenado del lado de salida de la válvula de cierre. Este transductor de presión está conectado eléctricamente a la unidad de control electrónico para especificar el valor real.

Preferentemente, el motor eléctrico se regula a través de una unidad de control electrónico en referencia a una velocidad positiva y negativa, así como a un par positivo y negativo. Por lo tanto, el motor eléctrico se controla y opera en los cuatro cuadrantes del sistema de coordenadas de velocidad-par. Una velocidad positiva del motor eléctrico provoca un aumento de la presión de frenado. Una velocidad negativa del motor eléctrico provoca una reducción de la presión de frenado. Con un par positivo ascendente, se acelera la generación de presión de frenado y con un par negativo decreciente, se retrasa la generación de presión de frenado.

En el contexto de la solución conforme a la invención, dicho control se puede implementar en forma de un producto de programa informático, cuyo medio de código de programa se utiliza para ejecutar el procedimiento de control cuando el producto del programa informático se ejecuta en la unidad de control electrónico del sistema de frenado hidráulico. Además, también es posible el almacenamiento de los medios de código del programa en un medio legible por ordenador.

A continuación, en base al dibujo, se presentan en detalle otras medidas de mejora de la presente invención junto con la descripción de un ejemplo de ejecución preferido. Las figuras muestran:

Figura 1: un diagrama de circuito de un sistema de frenado hidráulico convencional según el estado del arte, en el cual se basa la invención.

Figura 2: un diagrama de circuito de un sistema de frenado hidráulico conforme a la invención con un motor eléctrico que actúa como actuador.

La figura 1, que ilustra el estado del arte, ya se ha expuesto en la introducción a la descripción.

Según la figura 2, el sistema de frenado hidráulico conforme a la invención comprende un motor eléctrico 1'que acciona una bomba hidráulica 2' en ambos sentidos de giro. La bomba hidráulica 2' está diseñada como una bomba de engranajes y extrae fluido hidráulico de un depósito 3' del lado de entrada. En el lado de salida de la bomba hidráulica 2', está conectada una línea de presión 8' que transporta la presión de frenado. Desde la línea de presión 8’ deriva una válvula de alivio de presión que transporta la presión de freno para la descargar del exceso de presión en el depósito 3'.

A través de una unidad de control electrónico 4' el motor eléctrico 1' es controlado como actuador para compensar las desviaciones de control de tal manera que la bomba hidráulica 2' aumenta la presión de la presión del frenado en la línea de presión 8' en un sentido de giro, mientras que en el otro sentido de giro se produce una reducción de la presión de frenado.

Además, una válvula de cierre 20, que también puede ser controlada por la unidad de control electrónico 4, se inserta en la línea de presión 8’ que transporta la presión de frenado y sobre la que actúa la bomba hidráulica 2'. Con la válvula de cierre 20, además del aumento y la reducción de presión provocados directamente por la bomba hidráulica 2', también se puede implementar una posición de bloqueo.

Aguas abajo de la válvula de cierre 20 está conectada una válvula de freno de seguridad 14' que también se inserta en la línea de presión 8' que transporta la presión de frenado. La válvula de freno de seguridad 14' se utiliza para frenar de forma segura el freno en el caso de un funcionamiento defectuoso de los componentes del control de la presión. Cuando la válvula de freno de seguridad 14' se acciona independientemente de esto, entonces se puede iniciar un frenado medido causado por la presión de apertura de la válvula de alivio de presión conectada aguas abajo 16' bajo el mencionado inductor 17’ conectado aguas abajo. En paralelo, también existe la posibilidad de aplicar toda la fuerza del freno de estacionamiento después de un freno de seguridad a través de una válvula de freno de estacionamiento 18' que también deriva del lado de salida de la válvula de liberación 14'. La válvula de freno de estacionamiento 18’ accionada elude en este sentido la función del frenado medido de la válvula de alivio de presión 16' por lo demás efectiva.

Además, un transductor de presión 19' mide la presión de freno real en la línea de presión 8' que transporta la presión de frenado y envía el valor medido a la unidad de control electrónico 4' con el fin de especificar el valor real para la regulación descrita anteriormente.

Lista de símbolos de referencia

1 Motor eléctrico

2 Bomba hidráulica

3 Depósito

4 Unidad de control electrónico

5 Filtro de presión

6 Válvula antirretorno

7 Válvula antirretorno

8 Línea de presión

9 Transductor de presión

10 Válvula limitadora de presión

11 Acumulador de presión de aceite

12 Válvula proporcional de control de presión

13 Válvula proporcional de control de presión

14 Válvula de freno de seguridad

15 Línea de presión de frenado

16 Válvula limitadora de presión

17 Inductor

18 Válvula de freno de estacionamiento

19 Transductor de presión

20 Válvula de cierre

P Presión de frenado

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de frenado hidráulico para el freno de una rueda de un vehículo de acuerdo con un control de presión de freno, que comprende:

- una bomba hidráulica (2; 2’ ) accionada por un motor eléctrico (1; 1’ ) para la generación de presión hidráulica; - una unidad de control electrónico (4; 4') para la determinación de al menos un valor de control para la compensación de una desviación de control, basado en una presión de frenado real medida en comparación con una especificación de presión objetivo, que

- controla al menos un actuador para aumentar o disminuir la presión de frenado real en adaptación a la especificación de presión objetivo;

caracterizado porque la unidad de control electrónico (4') controla el motor eléctrico (1') como un actuador para compensar la desviación de control de tal manera que la bomba hidráulica (2') genera un aumento de presión de la presión de frenado en un sentido de giro y una reducción de la presión del frenado en el otro sentido de giro.

2. Sistema de frenado hidráulico según la reivindicación 1,

caracterizado porque la bomba hidráulica

está realizada como una bomba de engranajes.

3. Sistema de frenado hidráulico según la reivindicación 1,

caracterizado porque el motor eléctrico

está realizado como un motor sincrónico de activación continua.

4. Sistema de frenado hidráulico según la reivindicación 3,

caracterizado porque el motor eléctrico

está realizado como un motor de rotor externo.

5. Sistema de frenado hidráulico según la reivindicación 1,

caracterizado porque una válvula de cierre (20) controlada por la unidad de control electrónico (4') se inserta en la línea de presión que transporta la presión del frenado (8') aplicada por la bomba hidráulica (2') para implementar una posición de bloqueo además del aumento de presión y la disminución de presión provocados directamente por la bomba hidráulica (2').

6. Sistema de frenado hidráulico según la reivindicación 1,

caracterizado porque en la línea de presión (8') que transporta la presión de freno está insertada una válvula de freno de seguridad (14'), la cual, junto con una válvula limitadora de presión (16') conectada aguas abajo de ésta y con un inductor conectado aguas abajo (17'), permite que el freno se frene de manera segura en caso de un funcionamiento defectuoso.

7. Sistema de frenado hidráulico según la reivindicación 6,

caracterizado porque en el lado de salida de la válvula de cierre (20) un transductor de presión (19') para medir la presión real de frenado está conectado a la línea de presión (8') que transporta la presión de frenado, que está conectada eléctricamente a la unidad de control electrónico (4') para especificar el valor real.

8. Procedimiento para el frenado de al menos una rueda de un vehículo de acuerdo con un control de presión de freno, en el cual se utiliza una bomba hidráulica (2') accionada por un motor eléctrico (1') para la generación de presión hidráulica, y en el cual al menos un valor de control es determinado por una unidad de control electrónico (4') para compensar una desviación de control basada en una presión de freno real medida en comparación con una especificación de presión objetivo para controlar al menos un actuador para aumentar o disminuir la presión de frenado real en adaptación a la especificación de presión objetivo;

caracterizado porque la unidad de control electrónico (4') controla el motor eléctrico (1') como actuador para compensar la desviación de control de tal manera que la bomba hidráulica (2') genera un aumento de la presión de frenado en un sentido de giro y una disminución de la presión en el otro sentido de giro.

9. Procedimiento según la reivindicación 8,

caracterizado porque el motor eléctrico (1') se regula en referencia a una velocidad positiva y negativa, así como a un par positivo y negativo.

10. Producto de programa informático con medios de código de programa para la ejecución del procedimiento según una de las reivindicaciones 8 ó 9, cuando el producto de programa informático se ejecuta en una unidad de control electrónico (4') de un sistema de frenado hidráulico según una de las reivindicaciones 1 a 7 o está almacenado en un medio legible por computadora.