SENSOR DE DESGASTE DE FRENO Y DE LONGITUD DE CARRERA Y MÉTODO PARA UTILIZARLO BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta solicitud de patente reclama el beneficio de prioridad nacional de la Solicitud De Patente Provisional
Norteamericana Número De Serie 60/175,493, presentada el 11 de enero de 2000, y titulada "Brake ear And Actuator Stroke
Sensor" . La presente invención generalmente se relaciona con un sistema y un método para monitorear el desgaste de freno y la longitud de carrera del accionador de un sistema de freno aerodinámico del tipo comúnmente utilizado en camiones o remolques . Para aplicar los frenos aerodinámicos de un camión y un remolque, una cámara de freno, una vez llenada con aire comprimido opera una barra de empuje para accionar una palanca para hacer girar un árbol de levas. El árbol de levas hace girar una leva, la cual típicamente tiene la forma de S, y prueba las zapatas de freno a parte y las fuerza contra el interior de un tambor de freno. La palanca usualmente es una disposición automática para corregir el huelgo. La disposición automática para corregir el huelgo y el árbol de levas giran con cada aplicación de freno. La disposición automática para corregir el huelgo gira con respecto al árbol de levas durante un período prolongado de tiempo a medida que las fuerzas de aplicación del freno tienden hacia cero a media que se libera el freno, la disposición automática para corregir el huelgo tiene un mecanismo de ajuste que tiende a hacer girar el árbol de levas en la dirección que aplicaría los frenos. De este modo, a medida que las zapatas de freno se desgastan durante un período prolongado de tiempo, la posición de reposo del árbol de levas cambia con relación a su posición de reposo de inicio . Se conoce que existen dos asuntos principales que son de gran importancia para los operadores de vehículos, estos son la longitud de carrera de la barra de empuje de la cámara de freno y el grado de desgaste de freno. La longitud de carrera es significativa para los operadores de vehículos debido a que la cámara de freno solamente tiene una carrera limitada. Más allá de la carrera limitada, ninguna fuerza de activación se genera. Debido a esto, la longitud de carrera permitida se regula para no ser más de dos pulgadas típicamente, y esto frecuentemente se verifica en las inspecciones de servicio. La carrera excesiva puede provocarse mediante, por ejemplo, falla en el sistema de ajuste en la disposición automática para corregir el huelgo . También es significativo el desgaste de freno para los operadores de vehículos así como es deseable dar servicio a los frenos antes de calzarse a través del forro. De igual manera, es deseable que no se realice algún servicio si no se requiere . La presente invención proporciona un sistema y un método de uso que monitorea la longitud de carrera y el desgaste de freno. Características y ventajas de la presente invención se volverán aparentes con una lectura de la especificación anexada en combinación con un estudio de los dibujos . Un objeto principal de la presente invención es proporcionar un sistema y método que indique cuando el grado de desgaste de freno requiere que los frenos necesiten servicio . Otro objeto principal de la invención es proporcionar un sistema y método que indique cuando la longitud de carrera de una cámara de freno es demasiado larga para generar la fuerza necesaria de activación necesitada para aplicar los frenos, requiriendo de este modo que se le dé servicio a los frenos. Otro objeto principal de la invención es permitir el monitoreo electrónico del desgaste de freno de los frenos de modo que el servicio no se hace en los frenos antes de que sea necesario. Brevemente, y de acuerdo con lo anterior, la presente invención proporciona un sistema novedoso para monitorear el desgaste de freno de los frenos de un vehículo, tal como un camión o un remolque, y la longitud de carrera de los frenos. El sistema incluye una cámara de freno, un árbol de levas giratorio, una palanca para conectar la cámara de freno al árbol de levas, típicamente una disposición automática para corregir el huelgo, un sensor, y un módulo de control electrónico en comunicación con el sensor. Para determinar el desgaste de freno, el sensor envía señales al módulo de control electrónico que proporciona al módulo de control electrónico con datos con respecto a una posición estática del árbol de levas después de una aplicación de freno con relación a una posición de inicio del árbol de levas antes de una aplicación de freno. El módulo de control electrónico entonces determina un ángulo de rotación del árbol de levas y lo compara con un ángulo predeterminado de rotación del árbol de levas. Si el ángulo de rotación es mayor que o igual al ángulo de rotación predeterminado, el módulo de control electrónico transmite una señal a un operador que da servicio a los frenos que es necesaria debido al desgaste de freno. Para determinar la longitud de carrera, el sensor envía señales al módulo de control electrónico que proporciona al módulo de control electrónico con datos con respecto a una posición dinámica máxima del árbol de levas durante una aplicación de freno con relación a una posición estática de inicio del árbol de levas antes de una aplicación de freno. El módulo de control electrónico entonces determina un ángulo de rotación del árbol de levas, determina la longitud de carrera requerida para tal ángulo de rotación, y compara la longitud de carrera con una longitud de carrera predeterminada. Si la longitud de carrera es mayor que o igual a la longitud de carrera predeterminada, el módulo de control electrónico transmite una señal a un operador que da servicio a los frenos que es necesaria debido a la longitud de carrera excesiva. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características de la presente invención que se cree serán novedosas se describen con detalle a continuación. La organización y manera de la estructura y operación de la invención, junto con los objetos y ventajas adicionales de la misma, se puede entender mejor por referencia a la siguiente descripción tomada junto con los dibujos acompañantes en donde números de referencia similares identifican elementos similares en los cuales. La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema de freno de la técnica anterior que incorpora una disposición automática para corregir el huelgo; y La Figura 2 es una vista esquemática de un sistema de freno que tiene una disposición automática para corregir el huelgo que incorpora el sistema novedoso de la presente invención . Mientras esta invención puede ser susceptible a modalidad en formas diferentes, se muestra en los dibujos y se describirá en la presente en detalle, una modalidad específica con el entendimiento de que la presente descripción se considerará una ejemplificación de los principios de la invención, y no pretende limitar la invención a aquello como se ilustra. Se muestra en la Figura 1 un sistema 20 de freno de la técnica anterior. El sistema 20 de freno incluye una barra 24 de empuje que se extiende desde el mismo. Un extremo 26 de la barra 24 de empuje opuesto a la cámara 22 de freno pivotalmente se conecta a un primer extremo 28 'de una palanca 30. La palanca 30 típicamente es una disposición automática para corregir el huelgo del tipo conocido en la técnica, aunque también puede utilizarse una no disposición automática para corregir el huelgo. Un segundo extremo 32 de la palanca 30 se conecta giratoriamente a un primer extremo 34 de un árbol de levas 36. Una leva 38 en S se monta a un segundo extremo 40 del árbol de levas 36. Una leva 38 en S se acopla a las zapatas 42 de freno para la extensión de las mismas contra un tambor de freno (no mostrado) . Durante una aplicación normal de freno, el aire comprimido se suministra a la cámara 22 de freno cuando un operador de vehículo presiona el pedal de freno (no mostrado) en un vehículo, como un camión o un remolque, el aire comprimido suministrado a la cámara 22 de freno provoca que la barra 24 d empuje se extienda desde la cámara 22 de freno a través de una carrera de trabajo. La extensión de la barra 24 de empuje resulta en el pivoteo de la palanca 24, lo cual a su vez provoca que el árbol de levas 36 gire desde su posición inicial, y de este modo gire la leva 38 en S. La rotación de la leva 38 en S fuerza a las zapatas 42 de freno a expandirse con el tambor de freno de una rueda, forzando de este modo que la rueda detenga la rodadura. Cuando se libera el pedal de freno, el aire comprimido en la cámara 22 de freno se libera, permitiendo la retracción de la barra 24 de empuje dentro de la cámara 22 de freno a través de una carrera de regreso. La retracción de la barra 24 de empuje da como resultado en el pivoteo inverso de la palanca 24, lo cual a su vez provoca la rotación inversa del árbol de levas 36 de regreso a su posición inicial, y así la rotación inversa de la leva 38 en S. La rotación inversa de la leva 38 en S retrae las zapatas 42 de freno, sacándolas de contacto con el tambor de freno, permitiendo gue ruede de este modo la rueda. Generalmente, se reguiere un espacio mínimo entre las zapatas 42 de freno y el tambor de freno cuando se libera el pedal de freno. A medida que .las zapatas 42 de freno se desgastan con el tiempo, sin embargo, se incrementa el espacio entre las zapatas 42 de freno y el tambor de freno. Como resultado, la longitud de carrera de trabajo de la barra 24 de empuje debe extenderse para hacer pivotar la palanca 30 y hacer girar el árbol de levas 36 para compensar el espacio requerido incrementado que se necesita para forzar las zapatas 42 de freno en contacto con el tambor de freno. Como la barra 24 de empuje se limita en la longitud de carrera que puede extenderse debido al tamaño físico de la cámara 22 de freno, generalmente la longitud de carrera de una barra de empuje es aproximadamente dos pulgadas, sería considerable conocer cuando la barra 24 de empuje está cerca de su límite de longitud de carrera, es decir, un límite de seguridad máximo en el que la barra 24 de empuje todavía generará la fuerza de activación suficiente de tal manera que los frenos se aplicarán. Como ya se conoce, una disposición automática para corregir el huelgo extenderá el tiempo en el que será capaz de generar una barra de empuje tal fuerza de activación tendiendo a hacer girar el árbol de levas en una dirección que aplicaría los frenos después de cada aplicación de freno, aunque todavía se desea conocer cuando la barra de empuje esté alcanzando su longitud de carrera de seguridad máxima predeterminada para que al sistema 20 se le pueda dar servicio antes de ese tiempo. También, ya que la posición en reposo del árbol de levas 36 cambiará con el tiempo debido a la disposición automática para corregir el huelgo, también se desea conocer la posición en reposo del árbol de levas 36 después de una aplicación de freno con relación a la posición en reposo del árbol de levas 36 antes de una aplicación de freno. La cantidad de rotación angular del árbol de levas 36 (la cual se determina por la diferencia entre las posiciones en reposo del árbol de levas 36 antes y después de una aplicación de freno) proporciona al operador de vehículo y/o mecánico con información con respecto a la cantidad de desgaste de freno que ha ocurrido. En otras palabras, entre más grande la cantidad de rotación angular del árbol de levas 36, más grande la cantidad de desgaste de freno que ha ocurrido cuando el árbol de levas 36 tuviera que girar a un mayor grado, para hacer girar la leva 38 en S a un mayor grado, con el fin de forzar las zapatas 42 de freno contra el tambor de freno . La presente invención proporciona un sistema novedoso para monitorear tanto el desgaste de freno como la longitud de carrera y se ilustra en la Figura 2. Como se muestra, la estructura general del sistema 120 de freno es idéntico a aquel que se muestra en la Figura 1. El sistema 120 de freno tiene una cámara 122 de freno que tiene una barra 124 de empuje que se extiende desde el mismo. Un extremo 126 de la barra 124 de empuje opuesto a la cámara 122 de freno, pivotalmente se conecta a un primer extremo 128 de una palanca 130. Un segundo extremo 132 de la palanca 130 se conecta giratoriamente a un primer extremo 134 de un árbol de levas 136. Una leva 138 en S se monta giratoriamente a un segundo extremo 140 del árbol de levas 136. La leva 138 en S se acopla a las zapatas de freno (no mostradas) que se extenderán para presionar contra el tambor (no mostrado) de una rueda de un vehículo. El sistema novedoso para monitorear tanto el desgaste de freno como la longitud de carrera utiliza un sensor 144. El sensor 144 de preferencia es un sensor de no contacto, como un sensor de rotación angular magnético que utiliza un efecto Hall que detecta elementos. El sensor 144 generalmente está compuesto de dos elementos separados. Un primer elemento 146 del sensor 144 es montado al árbol de levas 136 y, de este modo, es capaz de hacerse girar cuantas veces se haga girar el árbol de levas. Alternativamente, el primer elemento 146 puede montarse a la palanca 130 o a la leva 138 en S. Un segundo elemento 148 del sensor 144 es montado alrededor de una porción 150 fija del vehículo, de modo que el segundo elemento 148 del sensor 144 se fija y puede detectar la rotación angular del primer elemento 146 del sensor 144 con relación a la rotación angular del árbol de levas 136. Un tubo 150 axial es la porción 150 fija preferida del vehículo donde el segundo elemento 148 del sensor 144 se monta ya que el árbol 136 de levas típicamente es localizado cerca del tubo 150 axial. Otras porciones fijas adecuadas del vehículo también pueden utilizarse. Un cableado 152 se extiende desde el segundo elemento 148 del sensor 144 a un módulo 154 de control electrónico proporcionado en el vehículo. El módulo 154 de control electrónico de preferencia es parte de un sistema de frenado automático (ABS) o un sistema de freno electrónico (EBS), aunque puede utilizarse cualquier otro módulo del control electrónico adecuado. El cableado 52 permite la transmisión de señales desde el segundo elemento 148 del sensor 144 al módulo 154 de control electrónico. Mientras un cableado 152 es la forma preferida de transmitir señales desde el segundo elemento 148 del sensor 144 al módulo 154 de control electrónico, se visualiza que existen otros modos para realizar tal función, como por comunicación remota. También, se visualiza que la transmisión de señales puede ser desde el primer elemento 146 del sensor 144 al módulo 154 de control electrónico. Ahora que se ha descrito la estructura, se describe la utilización del sistema para monitorear el desgaste de los frenos de un vehículo y la longitud de carrera de la barra 124 de empuje de la cámara 122 de freno. La función general del sistema 120 de freno excluyendo al sensor 144, el sensor que conecta al cableado 152 y el módulo 154 de control electrónico, es exactamente la misma como aquella descrita en lo anterior con respecto a la Figura 1, y por lo tanto, no se repetirá a menos que sea necesario explicar una función del sensor 144 y el módulo 154 de control electrónico. Para monitorear el desgaste de los frenos de un vehículo, algunas piezas constantes de datos, antes de una aplicación de freno sencilla de un vehículo, debe almacenarse en el módulo 154 de control electrónico para más tarde utilizarse por el módulo 154 de control electrónico. Primero, se proporcionará ún ángulo de rotación del árbol de levas 136 en el que se predetermina una señal. El ángulo predeterminado de rotación del árbol de levas 136 puede ser cualquier ángulo que pueda provocar la rotación del árbol de levas 136, aunque, no será mayor que un ángulo de seguridad máxima en el cual el árbol de levas 136 ya no será capaz de hacer girar la leva 138 en S para que la leva 138 en S pueda forzar las zapatas de freno contra el tambor de freno. El ángulo predeterminado de rotación del árbol de levas 136 se almacena en el módulo 154 de control electrónico. Segundo, el sensor 144 determina una posición estática de inicio del árbol de levas 136 antes de que se realice una aplicación de freno. Tal posición estática de inicio se determina por el segundo elemento 148 del sensor 144 que detecta la posición del primer elemento 146 del sensor 144 con relación a la posición fija del segundo elemento 148 del sensor 144. La posición de inicio del árbol de levas 136 se transmite entonces al módulo 154 de control electrónico como una señal electrónica, donde la posición estática de inicio del árbol de levas 136 se almacena en el módulo 154 de control electrónico. Una vez que estos dos artículos de información son almacenados en el módulo 154 de control electrónico, el vehículo puede utilizarse y el sistema será capaz de monitorear el desgaste de freno de los frenos del vehículo. Como se explicó en lo anterior, durante cada aplicación de freno, el árbol de levas 136 se hará girar a una cierta cantidad con el fin de hacer girar la leva 138 en S, forzando de este modo a las zapatas de freno contra el tambor de freno. Después de cada aplicación de freno, la palanca 130 hará pequeños ajustes que tiendan a hacer girar el árbol de levas 136 en la dirección que aplicaría los frenos, y, de este modo, la posición estática del árbol de levas 136 cambiará con el tiempo. Entre más cambie la posición estática del árbol de levas 136, m con el tiempo, más alto será el grado de desgaste de freno. De este modo, para monitorear los cambios en la posición estática del árbol de levas 136, el segundo elemento 148 del sensor 144 detecta la posición estática del árbol de levas 136 después de cada aplicación de freno detectando la posición del primer elemento 146 del sensor 144 en el árbol de levas 136. El segundo elemento 148 del sensor 144 envía una señal al módulo 154 de control electrónico indicando la posición estática del árbol de levas 136 después de una aplicación de freno. El módulo 154 de control electrónico determina un ángulo de rotación del árbol de levas 136 debido a una aplicación de freno comparando la posición estática de inicio del árbol de levas 136 antes de una aplicación de freno con la posición estática del árbol de levas 136 después de una aplicación de freno. Una vez que se determina el ángulo de rotación del árbol de levas 136, el módulo 154 de control electrónico determina si el ángulo de rotación del árbol de levas 136 es mayor que, igual a, o menor que, el ángulo predeterminado de rotación del árbol de levas 136. Si el ángulo de rotación es mayor que o igual al ángulo predeterminado de rotación del árbol de levas 136, el módulo 154 de control electrónico envía una señal apropiada a un área especificada, es decir, la cabina del tractor o un sistema de tracción de remolque adecuado, de modo que un operador y/o un mecánico sabrán que los frenos necesitan de servicio. Si el ángulo de rotación es menor que el ángulo predeterminado de rotación del árbol de levas 136, el módulo 154 de control electrónico puede ya sea almacenar la información para su uso más tarde, si se desea rastrear el desgaste de freno de corto tiempo o largo tiempo, o el módulo 154 de control electrónico puede pasar por alto la información enviada desde el segundo elemento 148 del sensor 144. Se debe notar que una pluralidad de ángulos predeterminados de rotación puede almacenarse con el módulo 154 de control electrónico para que la cantidad de desgaste de freno pueda señalarse al operador y/o mecánico antes del ángulo de seguridad máximo de rotación, es decir, una señal predeterminada puede mostrar cuándo ha ocurrido el 25% de desgaste de freno, uno puede observar cuándo ha ocurrido el 50% de desgaste de freno, y otro puede observar cuándo ha ocurrido el 75% de desgaste de freno. Con el fin de monitorear la longitud de carrera de la barre 124 de empuje de la cámara 122 de freno, algunas piezas constantes de datos deben almacenarse antes de una aplicación de freno sencilla del vehículo, en el módulo 154 de control electrónico para a su uso más tarde por el módulo 154 de control electrónico. Primero, se predetermina una longitud de carrera de la barra 124 de empuje de la cámara 122 de freno en la cual una señal se proporcionará. La longitud de carrera predeterminada de la barra 124 de empuje de la cámara 122 de freno puede ser cualquier longitud, aunque, no será mayor que una longitud de carrera segura máxima en la cual la cámara 122 de freno aún será capaz de generar una fuerza de activación en la palanca 130 para hacer girar el árbol de levas 136. La longitud de carrera segura máxima normalmente es de aproximadamente dos pulgadas. La longitud de carrera predeterminada se almacena en el módulo 154 de control electrónico. Segundo, el sensor 144 determina una posición estática de inicio del árbol de levas 136 antes de que se realice una aplicación de freno. Tal posición estática de inicio se determina por el segundo elemento 148 del sensor 144 detectando la posición del primer elemento 146 del sensor 144 con relación a la posición fija del segundo elemento 148 del sensor 144. La posición estática de inicio del árbol de levas 136 se transmite al módulo 154 de control electrónico como una señal electrónico, donde la posición estática de inicio del árbol de levas 136 se almacena en el módulo 154 de control electrónico. Una vez que estos dos artículos de información se almacenan en el módulo 154 de control electrónico, el vehículo puede utilizarse y el sistema será capaz de monitorear la longitud de carrera de la cámara 122 de freno. Como se explicó en lo anterior, durante cada aplicación de freno, el aire comprimido en la cámara 122 de freno forzará a la barra 124 de empuje para que se extienda hacia delante para pivotar la palanca 130, la cual hará girar el árbol de levas 136, que girará la leva 138 en S, la cual forzará a las zapatas de freno contra el tambor de freno para detener el rodaje de la rueda. La longitud de carrera de la barra 124 de empuje de la cámara 122 de freno se incrementará con el tiempo, aunque se disminuirá cuando la palanca 130 sea una disposición automática para corregir el huelgo. No obstante, se desea conocer cuándo la longitud de carera de la barra 124 de empuje es excesiva, especialmente si se utiliza con la posibilidad de una falla mediante la disposición automática para corregir el huelgo. De este modo, para monitorear los cambios en la longitud de carrera de la barra 124 de empuje de la cámara 122 de freno, el segundo elemento 148 del sensor 144 detecta la posición dinámica máxima del árbol de levas 136 durante cada aplicación de freno detectando la posición del primer elemento 146 del sensor 144 en el árbol de levas 136. El segundo elemento 148 del sensor 144 envía una señal al módulo 154 de control electrónico indicando la posición dinámica máxima del árbol de levas 136 durante una aplicación de freno. El módulo 154 de control electrónico determina un ángulo de rotación del árbol de levas 136 logrado durante una aplicación de freno comparando la posición estática de inicio del árbol de levas 136 antes de una aplicación de freno con la posición dinámica máxima del árbol de levas 136 durante una aplicación de freno. Una vez que el ángulo de rotación del árbol de levas 136 se determina, el módulo 154 de control electrónico determina la longitud de carrera requerida por la barra 124 de empuje con el fin de lograr el ángulo de rotación del árbol de levas 136. Una vez que se determina la longitud de carrera de la barra 124 de empuje de la cámara 122 de freno, el módulo 154 de control electrónico determina si la longitud de carrera de la barra 124 de empuje es mayor que, igual a, o menos que, la longitud de carrera predeterminada de la barra 124 de empuje. Si la longitud de carrera es mayor que o igual a longitud de carrera predeterminada de la barra 124 de empuje, el módulo 154 de control electrónico envía una señal apropiada a un área específica, es decir, la cabina de un tractor o un sistema de rastreo de remolque adecuado, de modo que un operador y/o mecánico sabrá que los frenos necesitan servicio. Si la longitud de carrera es menor gue la longitud de carrera predeterminada de la barra 124 de empuje, el módulo 154 de control electrónico puede ya sea almacenar la información para su uso más tarde si se desea rastrear una longitud de carrera de corto término o largo término, o el módulo 154 de control electrónico puede pasar por alto la información . Se deberá notar que una pluralidad de longitudes de carrera predeterminadas pueden almacenarse con el módulo 154 de control electrónico para que la cantidad de longitud de carrera pueda señalarse al operador y/o mecánico antes de la longitud de carrera de seguridad máxima, es decir, una señal predeterminada puede mostrar cuándo ha ocurrido el 25% de la longitud de carrera, uno puede observar cuando ha ocurrido el 50% de la longitud de carrera, y otro puede observar cuándo ha ocurrido el 75% de la longitud de carrera. Ambos sistemas también pueden utilizarse en conjunto, y se prefiere actualmente, al utilizarlos en conjunto, proporcionarán al operador y/o mecánico con la mayor información preventiva para cuando los frenos del vehículo necesiten servicio. Mientras una modalidad de la presente invención se muestra y describe, se visualiza que aquellos expertos en la técnica pueden idear varias modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la descripción anterior.