ES2931103T3 - Unidad para la detección de desgaste y de temperatura de un miembro de freno de un vehículo - Google Patents

Abstract

Un elemento de frenado de un vehículo está unido a una unidad (7) para detectar el desgaste y la temperatura del elemento de frenado; comprendiendo la unidad (7) un conjunto de detección (8), un conector eléctrico adaptado para permitir la conexión de la unidad (7) a un circuito eléctrico del vehículo, y un cableado eléctrico (11) para la conexión del conjunto de detección (8) al conector eléctrico; comprendiendo el conjunto de detección (8) un cuerpo de unión que tiene un eje y está configurado para estar conectado de forma estable al elemento de frenado; el cuerpo del accesorio aloja medios de detección de desgaste (36) y medios sensores de temperatura (35) dispuestos a lo largo del eje e incrustados en el cuerpo del accesorio, mientras que el conector eléctrico alberga una unidad electrónica para recibir y procesar señales y para enviar una señal de salida a través del conector eléctrico. conector (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Unidad para la detección de desgaste y de temperatura de un miembro de freno de un vehículo

REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUDES RELACIONADAS

Esta solicitud de patente reivindica la prioridad de la solicitud de patente italiana N° 102019000005202 presentada el 5/04/2019.

CAMPO TÉCNICO

Esta invención se refiere a una unidad para la detección de desgaste y de temperatura de un miembro de freno, tal como una pastilla de freno, o una zapata de freno para un freno de tambor, u otro dispositivo de freno de fricción de un vehículo, al que hará referencia explícita la siguiente discusión sin pérdida, por ello, de generalidad.

Para controlar las condiciones de funcionamiento de un automóvil, existe una necesidad de conocer de la manera más continua posible tanto el desgaste del dispositivo de freno como también su temperatura de trabajo. Por lo que se refiere a la temperatura de trabajo, de este modo debe medirse no sólo continuamente, sino también con mucha exactitud, puesto que diferencias de incluso justamente unos pocos grados entre las temperaturas detectada y real son inaceptables para el control óptimo de las diferentes condiciones de funcionamiento del vehículo.

TÉNICA ANTERIOR

Hasta ahora, son bien conocidos conjuntos de sensor que hacen posible detectar simultáneamente tanto la temperatura como también el desgaste del dispositivo de freno. Uno de estos conjuntos de sensor se describe en la patente EP 0545063 A1. El conjunto de sensor describe el uso de un circuito eléctrico, que comprende una serie de termistores dispuestos a horcajadas entre dos ramales comunes a todos los termistores. Los termistores son eliminados progresivamente durante el desgaste del dispositivo de freno, resultando una variación de la tensión U en los terminales de una resistencia de referencia y, por lo tanto, del dispositivo de adquisición.

El conjunto de sensor se basa en la evaluación de la señal U mencionada anteriormente, en particular, del gradiente AU/At y de la diferencia entre dos estados estacionarios con un vehículo estacionario con un conjunto de freno en equilibrio térmico con el medio ambiente. La detección de la tensión U depende de la conductancia equivalente y esto significa que la rotura o fallo de uno de los termistores causará el fallo de todo el conjunto de sensor, evaluando de esta manera incorrectamente el gradiente o la diferencia entre los dos estados estacionarios.

Además de esto, el comportamiento de la temperatura de los termistores individuales es una función de su posición relativa en relación a un miembro de freno móvil, tal como el disco de freno de un sistema de freno de disco.

Como resultado, el conjunto de sensor mencionado anteriormente adolece del inconveniente de no ser suficientemente fiable y, sobre todo, exacto.

Además de esto, el conjunto conocido mencionado anteriormente es particularmente grande y, por lo tanto, difícil de usar en cualquier sistema de freno y, en particular, en pastillas de freno para automóviles.

Otros conjuntos de sensor se describen en EP 1174636 A2 y US 2018/128334.

DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN

La finalidad de esta invención es proporcionar una unidad para detectar el desgaste y la temperatura de un miembro de freno de un vehículo, que es extremadamente eficiente y fiable, muy preciso, y prácticamente inmune a las condiciones de uso.

Una finalidad adicional de esta invención es proporcionar una unidad de detección extremadamente compacta, que puede utilizarse independientemente del tipo de vehículo y del tipo y tamaño del miembro de freno con el que está unido.

De acuerdo con esta invención , se proporciona una unidad para detectar el desgaste y la temperatura de un miembro de freno de un vehículo, como se reivindica en la reivindicación 1.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención se describirá ahora con referencia a los dibujos anexos, que ilustran una realización no limitativa de la misma, en donde:

La figura 1 ilustra, en planta y en bloques, un vehículo que tiene un sistema de freno monitorizado y equipado con una pluralidad de unidades de detección del desgaste y de la temperatura, cada una de las cuales producidas de acuerdo con los preceptos de esta invención.

La figura 2 ilustra en vista en planta a una escala muy ampliada, la unidad de detección en la figura 1.

La figura 3 es una vista a lo largo de la dirección de la flecha A en la figura 2.

La figura 4 ilustra, en vista en planta a una escala muy ampliada, dos porciones extremas opuestas de la unidad de detección en la figura 2 con partes retiradas para claridad; y

La figura 5 ilustra una variante de un detalle en la figura 4.

MEJOR MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

En la figura 1, el número de referencia 1 indica, en conjunto, un vehículo que comprende una pluralidad de ruedas 2 y un conjunto de freno 3 relacionado, conocido en sí, para cada rueda 2.

Con referencia a las figuras 2 y 3, cada conjunto de freno 3 comprende un disco de freno 4 y al menos una pastilla de freno 5 que tiene una superficie plana 6 para fricción contra el disco de freno 4.

Cada conjunto de freno 3 está unido a su propia unidad 7 para detectar el desgaste y la temperatura de trabajo de la pastilla de freno 5 correspondiente,

Con referencia a las figuras 2 a 4, cada unidad 7 comprende un conjunto de sensor 8, un conector eléctrico 9 diseñado para permitir la conexión de la unidad 7 correspondiente a una unidad eléctrica 10 para dirigir el vehículo 1 y un cableado eléctrico 11 para conectar el conjunto de sensor 8 correspondiente al conector eléctrico 9.

Con referencia a la figura 2, el conjunto de sensor 8 comprende un cuerpo de fijación 12, preferible, pero no necesariamente cilíndrico, que tiene su propio eje 13 y está insertado y bloqueado, por ejemplo por encolado o utilizando elementos de retención, en un compartimento 14 de la pastilla de freno 5, de manera que su eje 13 se extiende ortogonalmente a la superficie de fricción 6 correspondiente y a su superficie frontal 15 que se encuentra sobre o ligeramente detrás de la superficie de fricción 6 correspondiente.

Convenientemente, el cuerpo de fijación 12 está fabricado de resina aislante, que es resistente a las temperaturas de trabajo de la pastilla de freno, conveniente, pero no necesariamente de Vincolite.

De nuevo con referencia a las figuras 2 y 4, en cada cuerpo de fijación 12 está incrustada una sección terminal 18 de una cinta flexible 19, que tiene una sección terminal 20 opuesta, que se extiende dentro del conector y una sección intermedia 21, que se extiende entre el cuerpo de fijación 12 y el conector 9 en sí.

Convenientemente, la cinta 19 consta de una pieza individual y está fabricada de poliimida, por ejemplo de Kapton, que está comercializado por DuPont.

Una hilera 23 de circuitos eléctricos de detección 24 están dispuestos, independientemente unos de los otros, sobre la sección 18 de la cinta 19. Los circuitos eléctricos 24 están dispuestos en cascada a lo largo del eje 13, y comenzando desde la superficie frontal 15, y están fabricados depositando material conductor de electricidad sobre una superficie externa de la cinta 19.

Con referencia a la figura 4, los circuitos eléctricos 24 tienen primeros terminales 25 correspondientes, que están todos conectados eléctricamente a una pista conductora 26 alojada en el cuerpo de fijación 12 paralelo al eje 13 y segundos terminales 27 están separados eléctricamente unos de los otros.

La pista 26 está conectada, a su vez, eléctricamente a un polo eléctrico con la tensión V1 por medio de una línea eléctrica 29 del cableado 11, mientras que los segundos terminales 27 están conectados a otros polos eléctricos de tensión V2 igual o diferente de la tensión V1, por medio de líneas 31 correspondientes.

Los terminales 25 y 27 están gestionados por una unidad electrónica 28 o CPU, por ejemplo un microprocesador, en el que se unen las líneas 29 y 31, que están conectadas eléctricamente a los polos eléctricos mencionados anteriormente con las tensiones V1 y V2.

La unidad electrónica 28 está configurada para emitir una señal de salida digital S, que indica el desgaste y la temperatura instantánea de la pastilla de freno 5, como se describe mejor a continuación.

La pista 26, las líneas 29 y 31, y al menos parte de los circuitos 24 son fabricados depositando material conductor sobre la superficie exterior de la cinta 19.

De nuevo, con referencia a la figura 4, cada uno de los circuitos 24 tiene una sección 33, que está ortogonal al eje 13 y, por lo tanto, paralela a las superficies 6 y 15, que comprende un detector térmico 35 para detectar la temperatura de la pastilla 5 y un detector de desgaste 36 para detectar el desgaste de la pastilla 5 en sí. En cada circuito 24, el detector térmico 35 y el detector de desgaste 36 están conectados en serie entre sí y con el detector de temperatura 35 dispuesto adyacente a la pista 26.

Cada detector de temperatura 35 consta de un RTD y, preferiblemente, de un RTD de platino. Conveniente, pero no necesariamente, cada RTD se define por una sonda PT100 o dispositivo equivalente. Los detectores de temperatura 35 son los mismos.

Cada detector de desgaste 36 es un detector, que puede cortarse siguiendo el consumo progresivo de la pastilla 5. Con referencia a la figura 4, cada detector de desgaste 36 se define por una porción configurada en forma de V invertida del circuito 24 correspondiente. Cada porción en forma de V tiene un vértice que se extiende adyacente al circuito 24, que lo precede en la dirección del desgaste. La distancia entre dos vértices determina el intervalo de detección del desgaste. Las porciones en forma de V son iguales en términos de tamaño y geometría.

En la variante ilustrada en la figura 5, la hilera 23 de circuitos 24 comprende un circuito adicional 40 entre dos circuitos 24, uno de cuyos terminales está conectado a la pista 26 y el otro a la línea 31 correspondiente, que se une con la unidad electrónica 28. Cada circuito adicional 40 difiere de los otros circuitos 24 en el mero hecho de que no tiene detector de temperatura 35.

De acuerdo con una variante adicional, un circuito de detección adicional está dispuesto entre dos circuitos 24 consecutivos, difiriendo el circuito adicional de los otros en el hecho de que carece de la porción en forma de V. De nuevo con referencia a las figuras 2 a 4, la unidad electrónica 28 está alojada en el conector 9 y tiene dos terminales 46 y 47, o polos de suministro de potencia, y un terminal de salida 49 para la señal S.

De acuerdo con una variante, no existe ningún terminal de salida 49 y la señal de salida está modulada en uno de los dos terminales 46 o 47.

La unidad electrónica 28 tiene una conexión eléctrica con cada una de las líneas 31, y está configurada y ajustada para interaccionar con los circuitos 24, 40 y emitir, durante el desgaste de la pastilla 5, la señal de salida S que, como se ha mencionado anteriormente, depende del desgaste y de la temperatura de trabajo de la pastilla 5 en sí. Por lo que se refiere a la indicación del desgaste, será interpretada por el microprocesador detectando la continuidad eléctrica en los terminales de los circuitos 24, 40, a medida que son interrumpidos.

El funcionamiento de la unidad 7 se describirá ahora considerando, para simplicidad de la explicación, solamente dos circuitos 24 y, por ejemplo, los dos circuitos 24A y 24B en la figura 4 adyacentes a la superficie 15, y comenzando desde la condición, en la que la unidad electrónica 28 detecta la diferencia de la tensión entre la línea 29 y la línea 31 correspondiente del circuito 24A.

Partiendo de esta condición, el microprocesador realizará, lo primero de todo, una auto-diagnosis durante el arranque. Esta etapa detectará la integridad de los circuitos 24, 40. Como resultado de la acción de frenado ejercida por el contacto entre el disco de freno 4 y la pastilla 5, la pastilla de freno 5 comienza a desgastarse y a calentarse en proporción a la intensidad de la presión de frenado y al tiempo de frenado. En cada acción de frenado, y dependiendo de la duración y de la intensidad de la acción de frenado, la variación de la temperatura de la pastilla 5 causa una variación correspondiente de la resistencia eléctrica en el detector de temperatura 35 del circuito 24A. La variación de la temperatura produce una variación de la corriente que pasa a través del detector de temperatura 35, es decir, el RTD, y esta variación es recibida y procesada por la unidad electrónica 28 que, en respuesta, emite la señal S dependiendo de la temperatura detectada a la unidad de dirección 10 del vehículo 1. Preferiblemente, la señal de salida S es una señal de Modulación de la Anchura del Pulso (PWM), cuyo ciclo de trabajo proporciona una indicación de la temperatura, mientras que el intervalo entre paquetes PWM indicará cuál de los circuitos del detector de temperatura y de desgaste está en uso o interrumpido.

Cuando el desgaste de la pastilla 5 excede un valor límite de desgaste D1 (figura 4), el vértice de la porción 36 es interceptado por el disco 4 y es eliminado progresivamente. Cuando el vértice está completamente eliminado, el circuito 24A es interrumpido y, con ello, el paso de corriente a través del circuito 24A en sí. En esta condición, la unidad electrónica 28 detecta una tensión sin carga entre la línea 29 y la línea 31 del circuito 24A interrumpido y genera la señal de salida, que depende del desgaste progresivo de la pastilla 5. En esta condición, el detector de temperatura 35 del mismo circuito 24A es también aislado. La unidad electrónica 28, cuando detecta la interrupción del circuito eléctrico 24A, abandona el circuito 24A y se reconfigura para considerar la diferencia de la tensión entre una línea 29 y la otra línea 31 del circuito 24B, dependiendo de la temperatura de trabajo de la pastilla 5.

Tal condición permanece hasta que la pastilla de freno 5 alcanza un segundo valor límite de desgaste D2 y el disco de freno 4 interrumpe también el circuito 24B eliminando el vértice de la porción 35, cancelando efectivamente el paso de corriente entre una línea 29 y la otra línea 31 del circuito 24B.

Las operaciones descritas anteriormente comienzan de nuevo en el mismo orden y continúan hasta que el último circuito 24 es interrumpido por el disco de freno 4 y una señal será interrumpida cuando sea necesario para sustituir la pastilla 5.

Cuando el circuito 40 sin el detector de temperatura 35 está colocado entre los circuitos eléctricos 24A y 24B, como se ilustra en la figura 5, la unidad electrónica 28 está programada y configurada para utilizar la información de desgaste y de temperatura que proviene desde el circuito 24A y después de la interrupción del mismo circuito 24A, interpreta simultáneamente las señales tanto desde un circuito 24B como también desde el circuito adicional 40, es decir, a través de una línea 29 y de ambas líneas 31 correspondientes.

De esta manera, la unidad electrónica 28 interpreta inicialmente la información de la temperatura desde el circuito 24B y, al principio, la información de desgaste desde el circuito adicional 40. Cuando el circuito adicional 40 está también interrumpido, la unidad electrónica 28 actualiza la información de desgaste desde el circuito 24B, manteniendo al mismo tiempo la información de la temperatura.

En la etapa de auto-diagnosis, suponiendo que uno o más detectores de temperatura 35 han sido desgastados previamente, la unidad electrónica 28 excluirá tal(es) detector(es) de temperatura 35, adquiriendo la temperatura desde el primer detector de temperatura 35 más próximo al disco.

En el estado estable, cuando un detector de temperatura 35 está aislado debido al desgaste progresivo, la lectura resultante proporcionará un valor en la parte superior de la escala.

Si en un cierto número de ciclos de reloj de la unidad electrónica 28, el valor mencionado anteriormente permanece en la parte superior de la escala, la unidad electrónica interpreta esto como un detector de temperatura interrumpido y la misma unidad electrónica 28 lo excluirá de la detección térmica, considerando los últimos datos consistentes como válidos y avanzando para examinar el siguiente detector de temperatura 35.

La unidad producida de esta manera tiene costes de producción más bajos que la solución con circuitos 24 iguales y una detección de la temperatura que es, en cualquier caso, suficientemente precisa en la mayoría de las aplicaciones.

Está claro a partir de lo anterior que la unidad de detección del desgaste y de la temperatura 7 es sencilla y económica de implementar, por una parte, y extremadamente eficiente y fiable, por otra parte.

Lo anterior es debido al hecho de que la unidad 7 consta de una pluralidad de circuitos eléctricos, que son idénticos entre sí en el caso de la solución ilustrada en la figura 4 y diferentes en el caso de la figura 5, pero siempre independientes entre sí y dispuestos en cascada.

Además de esto, en el caso de la solución ilustrada en la figura 4, la unidad 28, independientemente del grado de desgaste de la pastilla 5, valida la información del desgaste y de la temperatura desde un circuito 24 individual y cambia de manera autónoma al circuito 24 siguiente en uso, sólo cuando detecta que el circuito 24 en uso en sí ha sido interrumpido. Tal modo de operación asegura que un circuito eléctrico 24 no afecta o interfiere con los otros circuitos eléctricos 24 durante el desgaste progresivo de la pastilla 5. La solución producida de esta manera hace posible obtener valores de la temperatura detectados que se desvían en pocos grados (normalmente 3° - 5°) de los valores operativos reales.

La disposición en cascada de los varios circuitos eléctricos 24, 40 hace posible limitar las dimensiones de la unidad 7 que, por consiguiente, se aplica sobre cualquier dispositivo de freno y en cualquier posición del mismo.

El uso de una cinta flexible, en general, y de poliimida, por ejemplo de Kapton, en particular, como una base de soporte para todos los circuitos eléctricos 24, 40, hace posible, por una parte, garantizar la flexibilidad del cableado que se extiende entre el cuerpo de fijación 12 y el conector 9 y, por otra parte, utilizar un cuerpo de fijación con las mismas dimensiones generales que un detector de desgaste tradicional, eliminando de esta manera la necesidad de modificar los miembros de freno actuales.

Las dimensiones generales de la unidad 7 están limitadas también por el hecho de que la unidad electrónica 28 está alojada en al mismo conector 9 para la conexión al cableado eléctrico del vehículo 1.

El uso de un RDT de platino, por ejemplo un PT100, hace posible funcionar en rangos de temperatura particularmente altos y hasta temperaturas en el orden de 850°, para tener una curva característica prácticamente lineal, y para funcionar con precisión excelente. Además de esto, los termistores mencionados anteriormente tienen estabilidad excelente y consistente.

Está claro a partir de lo anterior que los termoelementos descritos anteriormente pueden ser sustituidos por otros termistores o depósitos de pasta resistivos, o incluso por diodos, tomando ventaja de la dependencia térmica de los últimos en sus características operativas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Una unidad para la detección de desgaste y de temperatura de un miembro de freno de un vehículo, la unidad que comprende un conjunto de sensor (8), un conector eléctrico (9) adaptado para permitir la conexión de la unidad a un circuito eléctrico de dicho vehículo, y un cableado eléctrico (11 ) para la conexión de dicho conjunto de sensor a dicho conector eléctrico, el conjunto de sensor que comprende:

- un cuerpo de fijación (12) que tiene un eje (13) y configurado para ser conectado de forma estable al miembro de freno;

- medios de detección (36) para detectar desgaste del miembro de freno;

- medos de sensor (35) para la detección de la temperatura del miembro de freno; estando dispuestos dichos medios de detección del desgaste y dichos medios de sensor de la temperatura a lo largo de dicho eje y alojados en dicho cuerpo de fijación, estando dispuesto dicho cuerpo de fijación, que aloja una hilera de circuitos de detección eléctrica, en cascada a lo largo de dicho eje; comprendiendo dicha hilera de circuitos de detección eléctrica una pluralidad de primeros circuitos de detección eléctrica, cada uno de los cuales tiene un detector de desgaste respectivo, y al menos un segundo circuito de detección, que tiene un sensor de temperatura respectivo; caracterizado porque dichos circuitos de detección eléctrica presentan primeros terminales respectivos conectados eléctricamente juntos y a un primer polo eléctrico, y segundos terminales conectados a segundos polos eléctricos respectivos separados unos de los otros.

2. La unidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una unidad electrónica (28) configurada para recibir señales desde dichos medios de detección del desgaste y desde dichos medios de sensor de la temperatura, para procesar dichas señales, y para enviar una señal de salida a través de dicho conector eléctrico; estando alojada dicha unidad electrónica en dicho conector eléctrico y estando conectada eléctricamente a dicho cableado eléctrico.

3. La unidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha hilera de circuitos de detección eléctrica comprende una pluralidad de dichos segundos circuitos de detección, cada uno de los cuales tiene un sensor de temperatura respectivo.

4. La unidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos uno de dichos primeros circuitos de detección comprende un detector de desgaste respectivo y un sensor de temperatura respectivo dispuestos en serie unos con respecto a los otros entre dichos primero y segundo polos eléctricos respectivos.

5. La unidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dichos primeros y segundos circuitos alternan con otro a lo largo de dicho eje.

6. La unidad de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque al menos parte de dichos segundos circuitos de detección comprende un detector de desgaste correspondiente y un sensor de temperatura correspondiente dispuestos en serie unos con respecto a los otros entre dichos primeros y segundos polos eléctricos respectivos.

7. La unidad de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque dichos sensores de temperatura comprenden RTDs respectivos, que son iguales entre sí.

8. La unidad de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque cada RTD comprende una sonda PT100.

9. La unidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dichos primeros y segundos polos están dispuestos dentro de dicho conector eléctrico.

10. La unidad de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende una cinta flexible para soportar dichos medios de detección del desgaste, dichos medios de sensor de la temperatura, y dicho cableado eléctrico; teniendo dicha cinta flexible una sección terminal alojada en dicho cuerpo de fijación y una sección terminal opuesta dispuesta dentro de dicho conector eléctrico.

11. La unidad de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque dicha cinta comprende una película de poliimida.

12. La unidad de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicho cuerpo de fijación está fabricado de resina aislante, que es resistente a las temperaturas de trabajo del freno.

13. La unidad de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque dicha cinta flexible tiene una sección terminal incrustada en dicho cuerpo de fijación; estando constituido dicho cuerpo de fijación de una pieza individual.