MXPA04008294A - Sistemas modularizados para la toma de fuerza de vehiculos. - Google Patents

Abstract

Un sistema de toma de energia de un vehiculo proporciona la energia para una variedad de sistemas que incluyen una fuente de energia de corriente alterna para equipo electrico convencional que ha de ser alimentado por el vehiculo. En una practica electrica preferida el sistema de toma de fuerza se energiza desde el sistema de energia electrica de corriente directa del vehiculo y genera corriente alterna de voltaje deseado utilizando un derrectificador y transformador escalonado. El manejo del sistema se implementa a traves de bloques modularizados que pueden estar conectados para comunicarse entre si sobre una red en bus del vehiculo. El manejo de la carga puede ser vigilado por una computadora a bordo existente.

Description

SISTEMAS MODULARIZAPOS PARA LA TOMA DE FUERZA DE VEHÍCULOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo técnico La invención se refiere a los sistemas de toma de fuerza para vehículos motorizados, y más específicamente a un sistema modularizado de toma de fuerza integrado en una red de área del controlador o red en bus .

Descripción del problema Los vehículos utilitarios y recreativos con frecuencia se equipan ventajosamente con equipo auxiliar alimentado por el vehículo. Equipo auxiliar como este puede ser accionado hidráulicamente, como puede ser el equipo compactador de basura en los vehículos para recolección de desperdicios, herramientas de taller accionadas por aire comprimido ó dispositivos accionados con electricidad.

El equipo eléctrico auxiliar puede incluir herramientas manuales, fuentes luminosas, instrumentos médicos, computadoras, televisores, ventiladores de caja, bombas y refrigeradores. Con respecto al equipo eléctrico, por lo regular es más económico equipar los vehículos con los aparatos tradicionales de corriente alterna (CA) en lugar de adaptar los aparatos para que funcionen en apagado con energía de corriente directa (CD) de 12 volts del vehículo. Por consiguiente, los vehículos que necesitan equipo eléctrico auxiliar se han dispuesto con sistemas eléctricos auxiliares que, en Estados Unidos, convierten la energía del sistema eléctrico del vehículo en electricidad de CA unifásica, de 60 ciclos a 110 volts RMS . Desde luego, también es posible la conversión de energía a 230 volts trifásicos ó energía de 50 ciclos unifásica.

Los dispositivos hidráulicos y neumáticos necesitan una bomba para presurizar un fluido motor. Estas bombas pueden ser una bomba que se utilice para otros sistemas, como una bomba de dirección asistida en una bomba del sistema de frenos de aire, pero estas por lo regular son bombas de uso especial, delicadas, accionadas por el motor o una bomba de "toma de fuerza" (PTO) montada en la transmisión.

El equipo auxiliar para usos especiales que convierte la potencia del vehículo para hacer funcionar el equipo soporta el funcionamiento PTO. La operación PTO por lo regular ha sido habilitada a elección del operador o conductor a través de controles especiales para el operador. Los vehículos equipados para el funcionamiento PTO en ocasiones pueden demandar mayor potencia del motor. Sería ventajoso integrar completamente las funciones de control y la conducción del motor para el funcionamiento PTO para equipo auxiliar con los sistemas de control de vehículos existentes.

La demanda para el soporte PTO por lo regular se ha cumplido con accesorios después adquiridos. La integración de estos accesorios en los sistemas de vehículos cada vez más complejos es menos que ideal. Tampoco estos accesorios han sido tan confiables, de peso ligero o pequeños como sea posible, ni han proporcionado convenientemente tanta energía como la que puede ser necesaria sin modificación del hardware de un vehículo.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, se proporciona la integración del sistema del equipo auxiliar en un vehículo motorizado que tiene una fuente de energía, como puede ser una batería, generador o motor y una red en bus. Los bloques motores modulares proporcionan los mecanismos para regular o adaptar la aplicación de la capacidad o potencia disponible mediante la fuente de energía al equipo accesorio. El bloque motor modular se comunica sobre la red en bus con los controladores vocacionales existentes como pueden ser los controladores del paquete de instrumentos, los cuales pueden ser utilizados para facilitar, o proporcionar, algo del control necesario.

Una modalidad de la invención propone energía eléctrica de corriente alterna para el sistema de carga de la batería de corriente directa accionado por el motor. Un bloque motor modular tipo de rectificador suministra corriente alterna desde la energía CD producida por un alternador de vehículo o descargada por la batería. Un tablero de conducción se acopla a la red en bus para comunicarse con el bloque de mando modular y proporcionar una interfaz de usuario. El bloque modular incluye una unidad controladora acoplada para comunicación sobre la red en bus para recibir instrucciones emitidas por el tablero de conducción.

Efectos adicionales, características y ventajas serán evidentes en la descripción escrita siguiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las peculiaridades novedosas consideradas características de la invención se establecen en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, la propia invención, así como el modo de uso preferido, otros objetivos y ventajas de esta, se comprenderán mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de una modalidad ilustrativa cuando se lea junto con los dibujos acompañantes, en donde: La Figura 1 es una vista en perspectiva en un corte parcial de un vehículo camión y un sistema eléctrico para el camión.

La Figura 2 es un diagrama en bloques de una red en bus, un sistema eléctrico y el sistema de carga de la batería utilizados para poner en práctica la invención en un vehículo.

La Figura 3 es un diagrama en bloques de un bloque motor modular que se utiliza para poner en práctica el sistema eléctrico de corriente alterna para toma de fuerza de la invención.

La Figura 4 es una vista frontal de un tablero de instrumentos que se utiliza como una interfaz de operador para el manejo del sistema eléctrico de corriente alterna de la invención.

La Figura 5 es un diagrama de flujo de un programa de manejo de carga ejecutado por un controlador del sistema del vehículo o por un controlador del motor para un vehículo en el que se ha puesto en práctica la invención.

La Figura 6A-B son diagramas en bloque de los sistemas hidráulicos de toma de fuerza puestos en práctica utilizando el sistema modularizado de la invención.

La Figura 7 es un diagrama en bloques de un primer sistema de toma de fuerza neumático instrumentado utilizando el sistema modularizado de la invención.

La Figura 8 es un diagrama en bloques de un sistema eléctrico/neumático de toma de fuerza, compuesto, puesto en práctica utilizando el sistema modularizado de la invención.

La Figura 9 es un diagrama en bloques de un dispositivo de control hidráulico o neumático para toma de fuerza.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Ahora con referencia a las figuras, y en particular a la Figura 1, una vista en perspectiva, de un corte parcial de un vehículo 11 muestra un sistema de control eléctrico de un vehículo 10 instalado en el vehículo. El sistema de control eléctrico del vehículo 10 consiste en una red que tiene un esqueleto de red compuesto de un cable par torcido (blindado o no blindado) que funciona como un enlace de datos o bus de datos serial 18. Un nodo del bus 18 es un controlador del sistema del vehículo 24 que es un componente primordial del sistema de control eléctrico del vehículo. El controlador del sistema del vehículo 24 maneja un número de controladores vocacionales conectados al bus 18 como nodos. El controlador del sistema del vehículo 24 también ejecuta un programa de manejo de carga que inspecciona la carga total impuesta sobre el sistema eléctrico del vehículo el tren transmisor de potencia por diferentes accesorios instalados en el vehículo y mediante dispositivos eléctricos y electrónicos energizados por un bloque motor modular eléctrico (MPU) 36, el cual se ubica en una caja de la batería 17. El MPU eléctrico 36 es un tipo de dispositivo de toma de fuerza mediante el cual se instrumenta la invención. El MPU eléctrico 36 traduce la energía CD del vehículo en energía eléctrica de corriente alterna unifásica, de 110 volts. La modularidad se logra instalando el dispositivo PTO con respecto a los carriles del chasis del vehículo. La caja de la batería 17 ofrece una ubicación particularmente ventajosa para el MPU eléctrico 36 que se coloca sobre los carriles del chasis y pone el MPU eléctrico 36 en proximidad con las baterías del vehículo. La proximidad física entre el MPU eléctrico 36 y las baterías lleva al mínimo la longitud de los cables que conectan las baterías al MPU eléctrico. Como resultado, se reducen las pérdidas I2R, un factor de gran importancia en algunas aplicaciones puesto que el MPU eléctrico 36 puede extraer una cantidad considerable de corriente .

En un sentido general, el bus 18 y los diferentes modos unidos a este forman una red de área del controlador (CAN) ó red en bus conforme al protocolo SAE J1939. Las redes en bus son redes que no tienen direcciones de destino para los nodos unidos a las redes, más bien proporcionan la transmisión de los datos en paquetes, identificados de acuerdo a la fuente, tipo de mensaje y prioridad. Los nodos se programan según si responden a un paquete con base en uno o más de los tres identificadores . Múltiples mensajes están predefinidos por el protocolo SAE J1939. Sin embargo, el protocolo SAE J1939 permite la definición de tipos de mensajes privados .

Los componentes activos del vehículo por lo regular se controlan por uno de un grupo de controladores autónomos, vocacionales . Los controladores vocacionales incluyen un paquete de instrumentos 12, una pantalla 14, un controlador de motor 20, un controlador de la transmisión 16, un controlador del sistema de frenos antibloqueo (ABS) 22 y el MPU eléctrico 36, todos los cuales se acoplan a un bus de datos serial 18 para comunicarse entre sí y con el controlador del sistema del vehículo 24. Los controladores autónomos incluyen procesamiento local de los datos y pueden incluir programación. Estos por lo regular son suministrados por el fabricante del componente controlado. Para cada controlador autónomo existe una serie definida de variables que se utilizan para las comunicaciones entre el controlador autónomo y otros componentes de procesamiento de datos acoplados a la red. El control del MPU 36 puede ser instrumentado a través del paquete de instrumentos 12 o una unidad especializada acoplada con el enlace de datos de la red 18.

Las cargas impuestas sobre los sistemas del vehículo 11 y controladas por el controlador del sistema del vehículo 24 por lo regular son cargas eléctricas, no obstante, estas pueden incluir el embrague electrónicamente controlado de los dispositivos mecánicos al tren transmisor de potencial del vehículo 11. La selección de engranajes en una transmisión automática sería un ejemplo de un sistema que afecta la carga mecánica en un tren transmisor de potencia de un vehículo. Otras cargas eléctricamente controladas pero no eléctricas incluyen un controlador del embrague con un compresor acondicionador de aire, la cual puede ser considerada una carga no crítica, permitiéndole ser compartida si la carga en el motor es demasiado grande. El programa de manejo de carga puede, dependiendo de las demandas de energía por parte de los componentes, solicitar potencia disponible aumentada desde el motor a través del controlador del motor 20, o cargas compartidas para mantener la potencia para un sistema de mayor prioridad si se han alcanzado los límites de carga del motor. Los bloques motores modulares de la presente invención pueden imponer una carga eléctrica sobre el motor 30 a través del sistema de carga 47 o una carga mecánica directa en el motor 30. Un programa de manejo de cargas del vehículo puede ventajosamente modificarse para acomodar el manejo de estas cargas.

Los bloques motores modulares de la invención toman la potencia del vehículo y la adaptan para la aplicación a actividades específicas. La aplicación preferida para los bloques motores modulares es proporcionar corriente eléctrica alterna unifásica. La potencia eléctrica para el vehículo 11, sus accesorios y dispositivos soportados por el PU 36 pueden ser suministradas por una o más baterías ácidas de plomo 21, instaladas hacia la parte posterior del vehículo en una caja de batería 17 colgando desde un carril del chasis del vehículo 13, o por un alternador, es parte del sistema de carga 47. La energía eléctrica de las baterías 21 puede ser suministrada por el movimiento de una cerradura de contacto desde una posición de apagado a una posición de encendido, sin arrancar el motor del vehículo 30, o desde el sistema de carga 47 cuando el motor está funcionando.

La Figura 2 es un diagrama en bloques esquemático que muestra el control electrónico de un vehículo 11, basado en una red en bus y el controlador del sistema del vehículo 24. Como ya se mencionó, los diferentes controladores se comunican entre sí sobre un enlace de datos 18, conforme al protocolo SAE J1939. Los controladores locales autónomos también pueden recibir datos directamente de los conmutadores y sensores, como lo hace el controlador del sistema del vehículo 24 desde un bloque de conmutadores 48 y la sección de entrada discreta 50, como puede ser un conmutador encendido/apagado para un radio. Las entradas discretas recibidas por el controlador del sistema del vehículo 24 incluyen la posición de encendido en la cerradura de contactos y la posición del botón de arranque desde el arrancador 53. Cada controlador local puede proporcionar control ó señales de información a los componentes discretamente controlables, locales, como lo hace el controlador del sistema del vehículo 24 con la sección de salida discreta 52, que puede controlar, por ejemplo, los faros del vehículo. El estado de todos los conmutadores puede ser provisto por otros controladores sobre el enlace de datos 18.

El controlador del motor 20 por lo regular se utiliza para vigilar diversos sensores operativos en un vehículo 11 debido a la necesidad inmediata del controlador del motor para estas mediciones en el control del flujo de combustible hacia el motor 30. Algunas de estas mediciones se relacionan con la supervisión del estado de la batería y el funcionamiento del sistema de carga de la batería 47. Estas mediciones proporcionan valores para las variables en un programa de manejo de carga ejecutado por el controlador del sistema del vehículo 24. El controlador del motor 20 recibe las mediciones desde un sensor de voltaje de la batería 40 y un sensor de la corriente de la batería 42. El sensor de voltaje de la batería 40 y el sensor de la corriente de la batería 42 se conectan a las terminales de una batería para proporcionar lecturas de la salida eléctrica en relación con el funcionamiento de la batería y la salida del sistema de carga que se comunican con el controlador del sistema del vehículo 24 sobre el bus 18. De otro modo, los sensores del voltaje y corriente de la batería 40 y 42 pueden estar conectados al controlador del sistema del vehículo 24 o pueden comunicarse con el controlador del sistema del vehículo 24 sobre el bus 18. La medición del voltaje de la batería necesita conexión a través de terminales negativa (o a tierra del chasis 41) y positiva de la batería 21. La medición de la corriente se hace por la medición de la caída de voltaje a lo largo del cable de la terminal negativa en la batería,., la resistencia de la cual se representa por una resistencia 37 conectada entre la terminal negativa de la batería 21 y la conexión a tierra del chasis 41. La resistencia del cable de la terminal negativa 26 es una fracción de un ohm y así una fracción de la resistencia interna (IR) de la batería 21. El efecto de la resistencia del cable terminal de la batería puede ser considerada insignificante en la medición de la diferencia de voltaje entre las terminales de la batería.

El sistema de control eléctrico del vehículo 10 incluye otros componentes que se utilizan para practicar la presente invención. El controlador del paquete de instrumentos 12 proporciona un punto preferido de conexión a la red en bus para un tablero de instrumentos del bloque motor modular 45 utilizado para controlar el MPU 36. Se sugiere que el tablero para el manejo del bloque motor 45 se instale en un tablero de instrumentos del vehículo o en alguna parte que puede alcanzar convenientemente el operador/conductor del vehículo. Con referencia a la Figura 4, se puede observar que el tablero de instrumentos 45 proporciona un conmutador de ENCENDIDO/APAGADO 76 para el MPU 36. Un conmutador para habilitar marcha lenta o velocidad en vacío 78 produce una señal sobre el bus 18 en cuanto a si la potencia del motor se puede modificar según sea necesario para satisfacer la carga. Con el conmutador para habilitar marcha lenta del motor 78 apagado, el controlador del motor 20 no puede aumentar la potencia del motor más allá de un ajuste de marcha lenta baja a menos que el operador utilice el acelerador del vehículo. Cuando el conmutador que habilita la marcha lenta 78 se mueve a la posición de encendido, se hacen disponibles automáticamente salidas de marcha lenta altas, iniciadas por el controlador del sistema del vehículo 24 en respuesta a los cambios en la carga. Los conmutadores de selección de ENCENDIDO/APAGADO de la carga 90, 91 encienden y apagan las salidas de CA particulares. Un voltímetro de CD 70 permite al operador determinar directamente si el sistema eléctrico del vehículo está soportando la carga. Un voltímetro de CA 72 y el amperímetro 74 indican la carga acumulada desde los circuitos activados por los conmutadores de carga 90, 91.

Bajo el control indirecto del controlador del motor está un sistema de carga 47 que se utiliza para recargar la batería 21 y alimentar la energía eléctrica de corriente directa a los sistemas del vehículo. El controlador del motor 20 puede utilizarse para aumentar el rendimiento del motor 30 en respuesta a una petición del controlador del sistema del vehículo 24 generada en respuesta a la ejecución de un programa de manejo de cargas .

El MPU 36 se comunica con otros controladores locales autónomos sobre el enlace de datos (bus) 18, y se conecta para recibir energización eléctrica de corriente directa desde el sistema eléctrico CD del vehículo 51 soportado por la batería 21 y el sistema de carga de la batería 47. El MPU 36 convierte la energía de corriente directa a energía de corriente alterna y proporciona la corriente alterna sobre los tomacorrientes CA 365, 366 para las cargas de CA, como puede ser la carga 46.

Con relación a la Figura 3, se muestra con mayor detalle el bloque motor modular eléctrico 36. El bloque motor modular 36 proporciona la corriente alterna en una tensión o voltaje y en los hertz seleccionados por el cliente tras la instalación del sistema o, si se desea, en frecuencias variables según sea necesario para la aplicación. Por lo regular, la corriente alterna que proporciona el MPU 36 conforma la energía doméstica estándar en el mercado donde el vehículo se comercializa. En Estados Unidos un MPU eléctrico por lo regular estará configurado para proporcionar energía de 110 volts, de 60 ciclos, unifásica. De otro modo, se puede proporcionar energía trifásica o de 230 volts. La energía de 50 ciclos, de 210 volts se impleraenta fácilmente como energía de 110 volts, de 60 ciclos. Los enchufes tomacorriente (adaptadores) 365 y 366 se proporcionan según sea necesario para las clavijas que se utilizan con la energía seleccionada. Los elementos centrales del bloque motor modular 36 son un inversor de energía (de rectificador) 362 y un transformador de voltaje escalonado 363. La energía de corriente directa se proporciona en las entradas al inversor 362 y la corriente alterna (unifásica o trifásica) se proporciona en las salidas del inversor a la frecuencia deseada. La frecuencia de operación se determina por la programación del microprocesador/microcontrolador 361 que también maneja las comunicaciones a y desde el enlace de datos (bus) 18. El inversor 362 puede incluir circuitería formadora de ondas según se desee, por ejemplo para obtener un voltaje de salida sinusoidal, limpio. El microprocesador 361 recibe las señales sobre el bus 18 que indican cual de los adaptadores de salida de energía 365, 366, si los hay, activar. El microprocesador 361 también recibe entradas de las medidas de voltaje corriente línea por línea desde el paquete sensor 364. Estos datos se empaquetan y transmiten sobre el enlace de datos (bus) 18. El microprocesador 361 puede ser programado para controlar la conmutación en el transformador escalonado 363 a fin de determinar el número de devanados embragados en los devanados primarios y secundarios del transformador para determinar el voltaje de salida.

Tal vez se desee que los adaptadores de salida 365 y 366 estén conectados a una fuente de energía externa. Con el MP 36 apagado, el inversor 362 no funcionará. No obstante, los adaptadores de salida 365, 366 pueden todavía ser encendidos y una fuente externa de corriente alterna conectada al conector externo 82. Los adaptadores de salida 365, 366 entonces pueden encenderse por el microprocesador 361 y utilizar normalmente los adaptadores de salida sin extraer energía del vehículo. Una opción como esta puede ser útil cuando se dispone de una fuente de energía externa, siendo por lo regular la energía de línea mucho más económica que la energía generada a bordo de un vehículo. El conmutador 80 puede estar conectado para ser operado por el microprocesador 361. Se prefiere que el conmutador 80 nunca esté cerrado cuando el inversor 362 esté funcionando, no habiendo por lo regular medidas tomadas para garantizar la coincidencia precisa de la fase y la frecuencia entre una fuente de la línea externa y una salida del inversor 362, aunque, desde luego, es posible proporcionar esto con mayores costos. Una carga 46 puede estar conectada a cualquiera o ambos adaptadores de salida 365, 366.

Cuando las cargas 46 estén siendo energizadas sobre la energía interna del vehículo, es posible ejecutar un programa de manejo de cargas, de preferencia por el controlador del sistema del vehículo 24. El programa para el manejo de cargas 99 se ejecuta como un bucle continuo. Tras la activación (arranque) el programa comienza con la recepción de un informe de carga del bloque motor modular (paso 100) . Con el paso 102 se recopilan otros informes de carga desde otros controladores ocasionales (por ejemplo la salida del par de torsión del motor desde un controlador de transmisión 16) o generado a partir de las entradas de datos. Después, en el paso 104 la potencia disponible del motor se determina (que puede abarcar desde 0 si el vehículo está apagado, hasta decenas de kilowatts) . En el paso 106 una carga total se compara con la potencia del motor. Si la carga total no es menor o igual a la potencia del motor (es decir, la carga supera la potencia del motor) , el programa avanza hacia el paso 108 para determinar si la potencia del motor es menor que la capacidad del motor. Si la potencia del motor está por debajo de la capacidad del motor, la potencia disponible se incrementa (paso 110) siguiendo la rama SÍ desde el paso de decisión 108. La capacidad del motor puede ser un límite arbitrario o puede elegirse. Por ejemplo, la capacidad del motor depende de si la habilitación de velocidad en vacío está encendida o apagada.

Si la salida es igual a o mayor que la potencia del motor, la rama NO se toma desde el paso 108. Se puede observar que la potencia del motor es igual a 0 si el motor no está encendido (es decir, la carga 46 est siendo alimentada desde la batería 21) . La ejecución avanza al paso 111 donde se determina si la carga de la batería todavía está en un nivel aceptable y si la velocidad de descarga no es excesiva. La carga de la batería 21 puede ser extrapolada a partir de la condición de la batería a partir de cualquier número de programas de supervisión del estado de la batería, como se describe en la patente de Estados Unidos 6,417,668. Puede establecerse la velocidad de descarga como límite previamente programado. Si se utiliza demasiado la batería o se agota en gran medida, se ejecuta el paso 112 para dejar caer la carga de prioridad más baja. Por ejemplo las luces de funcionamiento del vehículo pueden apagarse si es de día o el vehículo no está en movimiento (según se determina a partir del controlador de la transmisión y el reloj del sistema) . Si el consumo de energía no es grave, el programa permite sostener todas las cargas durante un tiempo. Después de los pasos 110, la rama SÍ del paso 111 o después de ejecutar el paso 112, la ejecución del programa regresa al paso 100. De otro modo, el programa puede incluir pasos para encender el motor durante un tiempo para recargar la batería. Los límites aplicados en estos pasos dependen de si está cerrado el interruptor que habilita la velocidad en vacío.

Cuando, en el paso 106, se determina la carga menor que o igual a la potencia del motor, el programa avanza a lo largo de la rama SÍ hacia el paso 114, donde se determina si la potencia del motor es menor que la capacidad. Si se determina que la potencia es menor que la capacidad del motor para sostener la potencia en el paso 104, el paso 116 se ejecuta para determinar si todas las cargas solicitadas están siendo soportadas. Si no lo están, en el paso 118 se restablece la carga de prioridad más alta en cierre de la admisión. Si todas las cargas ya están siendo soportadas, se determina en el paso 120 si la carga total es menor que la potencia del motor (120) . Si la carga es menor que la potencia del motor, la potencia se escalona hacia abajo a lo largo de la rama SÍ ejecutando el paso 122. De otro modo, después de la rama NO del paso 120 o después del paso 122 ó 118, la ejecución del programa regresa al paso 100.

Cuando, en el paso 114, se determina que la potencia del motor es igual o mayor que la capacidad, se toma la rama NO para el paso 120, donde además se determina si la potencia excede la capacidad del motor (por ejemplo si el motor está funcionando en un área de linea roja o el flujo de combustible excede un límite. Si es SÍ, la potencia del motor se escalona hacia abajo en el paso 126 y la ejecución del programa regresa al paso 100. Si la respuesta es NO, la ejecución del programa regresa de inmediato al paso 100.

Con referencia ahora a las Figuras 6A a la 9, se describen las modalidades alternativas de los bloques motores modulares . En las modalidades de las Figuras 6A a la 8, los bloques motor modulares por lo regular se instrumentan como paquetes de válvulas inteligentes que proporcionan una función semejante a los interruptores del inversor en el MPU eléctrico 36. En las Figuras 6A-B un controlador del sistema hidráulico 136 pone en práctica un sistema de energía hidráulica que proporciona fluido hidráulico a presión hacia una pluralidad de accionadores hidráulicos 618, como puede ser el que se encuentra en una unidad compactadora de basura y como pueden instalarse en un camión. En la modalidad de la Figura 6A, la bomba hidráulica 606 es un dispositivo auxiliar. En la modalidad de la Figura 6B, una transmisión automática 636 se deriva como una fuente de presión hidráulica. Se dispone de una estación de control para el operador mediante una unidad controladora por palanca 614 que proporciona dos palancas de mandos 626 y un interruptor de encendido/apagado 622. Durante la práctica un sistema de toma de fuerza donde se genera presión hidráulica mediante una bomba auxiliar, el eje motor o eje de salida de un motor 30 puede ser acoplado por un embrague 604 a una bomba hidráulica 606. El embrague 604 a su vez se acciona por un controlador hidráulico del sistema 136 en respuesta al estado del interruptor de encendido/apagado 622, la presión de salida de la bomba hidráulica 606 según se detecta por un sensor de presión 610 y las posiciones de la palanca de mandos 626.

En cualquier sistema hidráulico, el controlador hidráulico del sistema 136 puede regular una pluralidad de válvulas en un paquete de válvulas 608 que acoplan a elección el fluido hidráulico a los accionadores hidráulicos 612. No obstante, se prefiere que el paquete de válvulas 608 sea un dispositivo inteligente acoplado directamente al enlace de datos 18. La palanca de mandos 614 y la pantalla 616 se acoplan al paquete de instrumentos 12 y proporcionan el medio para controlar los accionadores e indicar el estado del sistema, como puede ser la presión disponible. Las señales de presión del sensor de presión 610 se regresan al controlador hidráulico del sistema 136 y pueden ser transmitidas sobre el enlace de datos J1939 18 para la recepción por el paquete de instrumentos 12 para la presentación final sobre la pantalla 616. Para un sistema hidráulico la modularidad se logra instalando la bomba al frente del motor. La bomba preferentemente es accionada por engranajes.

La Figura 7 muestra cómo se pone en práctica la toma de fuerza neumática de la invención. Los camiones están tradicionalmente equipados con sistemas de frenos de aire 704 que funcionan en apagado de presión de aire proporcionada desde una bomba de aire 702 a través de una válvula de retorno 750. Los sistemas de frenos de aire 704 se regulan mediante un controlador ABS 22. La presión neumática para la toma de fuerza se gradúa mediante un tanque de almacenamiento de aire auxiliar 706 que se presuriza desde una bomba de aire 702 por una válvula de retorno 750. La presión de aire en el tanque auxiliar 706 se reporta por un sensor de presión de aire 707 al controlador del sistema neumático 736 que a su vez transmite los datos sobre el bus J1939 18 para la recepción mediante el instrumento y el bloque de conmutadores 12 para la pantalla sobre un panel de manejo o conducción 712 y para el uso mediante el ECU 20 en la determinación de los tiempos para hacer funcionar la bomba de aire 702 y para el uso del controlador del sistema neumático 736 para proporcionar una interfaz a través de a cual un operador activa del controlador del sistema neumático 736 por las señales transmitidas sobre el enlace J1939 18. El controlador del sistema neumático 736 incluye los solenoides para la activación de una pluralidad de válvulas en un paquete de válvulas 710 conectado para recibir el aire comprimido sobre una línea de aire desde el tanque auxiliar 706. El paquete de válvulas 710 acopla selectivamente el aire comprimido desde el tanque auxiliar 706 para un carga 708 que puede consistir en herramientas accionadas por aire como un taladro accionado por aire.

En la Figura 8 se ilustra un sistema de toma de fuerza mixto o compuesto que depende de dos unidades tipo MPU, el motor 836 y el controlador del sistema neumático 736. El sistema de toma de fuerza compuesto es un sistema ejemplar que tiene una carga reumáticamente accionada energizada por aire a presión desde un sistema de compresión de aire auxiliar. El sistema de compresión de aire a su vez es accionado por un motor eléctrico 802. El controlador de la energía del motor 36 proporciona corriente alterna trifásica a frecuencias variables según sea necesario para accionar una bomba de aire 804 a la velocidad necesaria para satisfacer las demandas de presión de aire de la carga 808. El controlador de la energía del motor 36 proporciona conversión de la energía CD del vehículo para impulsar un motor síncrono 802. El motor 802 a su vez impulsa una bomba de aire 804 que suministra el aire comprimido a un tanque de aire 806. La presión de aire en el tanque de aire 806 se mide por un sensor 830. El sensor 830 transmite reportes de lectura de presión sobre el enlace de datos 18 para que los utilice el controlador del sistema del vehículo 24 y/o el controlador de la energía del motor 836 o el controlador del sistema neumático 736. El controlador de la energía del motor 836 se programa para mantener una presión objetivo en el tanque de aire 806 y funciona en respuesta a las caídas de presión recibidas directamente desde el sensor o como un mensaje formateado desde el controlador del sistema del vehículo 24 o el controlador del sistema neumático 736. El controlador de energía del motor 836 opera en respuesta a las solicitudes del usuario introducidas sobre un panel de manejo del bloque motor 45 conectado al instrumento y al bloque de conmutadores 12. El controlador del sistema neumático 736 proporciona señales de activación a un paquete de válvulas 862 que acopla aire desde el tanque de aire 806 a los dispositivos accionados por aire (carga) 808. El controlador de la energía del motor 836 puede operar completamente en respuesta a las solicitudes que se originan con el controlador del sistema neumático 736, que a su vez se basan en entradas del usuario relacionadas con el control de la carga 808. La velocidad de uso del aire puede utilizarse para controlar la velocidad a la cual se hace funcionar la bomba 804 con el controlador de la energía del motor 836 modificando la frecuencia de salida de la energía para el motor 802.

La Figura 9 muestra una instrumentación de un MPU como un paquete de válvulas hidráulicas o neumáticas, posiblemente incluye el sensor de presión. El paquete de válvulas 710 consiste en un microprocesador 901 que maneja comunicaciones sobre el bus J1939 18 y que proporciona señales de activación para cada uno de una pluralidad de solenoides 903, 905, 907 y 909. Los solenoides 903, 905, 907 y 909 a su vez controlan la posición del embrague 604 y las válvulas 808A-C. El microprocesador 901 puede recibir una señal de presión sobre un conversor A/D 950 cuando el conversor A/D se conecta para recibir una señal de presión desde una señal de presión semejante.

La invención proporciona los componentes para poner en práctica un sistema de toma de fuerza modularizado por completo. Los bloques motores modularizados controlan la conversión de la potencia del vehículo en eléctrica o mecánica, la traducen en una forma conveniente para aplicación a una carga. Los bloques motores modulares se adaptan para unirse a un punto conveniente en el vehículo y para comunicación después de conexión a un sistema de control del vehículo. Se hace una interfaz modular dimensionando para adaptar fácilmente un tablero de instrumentos del vehículo de trabajo rudo y comunicarse con un paquete de instrumentos del vehículo. Las fuentes de energía, si son necesarias, como las bombas neumáticas o hidráulicas, pueden ser estandarizadas y colgadas desde el frente de un motor para ser alimentadas por un tren de engranajes del motor. Del mismo modo se fabrica un conversor, como puede ser un conversor eléctrico, modular adaptándolo para compartir espacio con las baterías del vehículo en un compartimiento o caja de batería. Los sistemas de toma de fuerza de acuerdo con la invención son no obstante completamente integrados con un sistema de control del vehículo motorizado para el funcionamiento eficiente soportado por la máquina motriz del vehículo.

Aunque la invención se ha demostrado solo en una de sus formas, no se limita de este modo pero es susceptible a diferentes cambios y modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un vehículo motorizado que contiene: una fuente de energía del sistema del vehículo: una red en bus ; un bloque motor modular acoplado con la red en bus para recibir señales de control, el bloque motor modular consiste en medios decodificadores de señales para generar señales de conmutación en respuesta a las señales de control y los interruptores para aplicación de energía sensibles a las señales de conmutación para controlar la conversión selectiva de la energía de la fuente de energía del sistema del vehículo para una carga; al menos un primer controlador vocacional acoplado a la red en bus para comunicación; y un manejador de toma de fuerza modular que tiene una interfaz de operador y se acopla al controlador vocacional para transmitir la señal de control del bloque motor modular sobre la red en bus .

2. El vehículo motorizado de conformidad con la reivindicación 1, además comprende: un controlador del sistema del vehículo acoplado para comunicación sobre la red en bus, el controlador del sistema del vehículo se programa para ejecutar un programa de manejo de carga utilizando los datos de carga procedentes del bloque motor modular como datos de entrada.

3. El vehículo motorizado como se establece en la reivindicación 2, además comprende: un controlador de motor acoplado para comunicación sobre la red en bus; el programa de manejo de cargas que proporciona solicitudes para aumentar la potencia del motor desde el controlador del motor con aumentos en la carga.

. El vehículo motorizado de conformidad con la reivindicación 3, además comprende: el programa de manejo de cargas que proporciona desprendimiento de carga cuando la demanda de salida es superior a los límites predeterminados.

5. El vehículo motorizado como se menciona en la reivindicación 1, además comprende: un motor,- el sistema de energía del vehículo que incluye una batería y un sistema de carga de batería impulsado por el motor; un sistema de distribución de energía eléctrica de corriente directa conectado a la batería y al sistema de carga de la batería permitiendo que la carga sea transferida desde el sistema de carga de la batería a la batería y desde la batería al sistema de carga de la batería para dispositivos que utilizan energía eléctrica; el bloque motor modular se acopla al sistema de distribución de energía eléctrica de corriente directa para recibir energía, el bloque motor modular tiene un receptáculo de suministro de energía de corriente alterna, el bloque motor modular incluye un inversor sensible a las señales de conmutación para traducir la energía de corriente directa en energía de corriente alterna; medios en el bloque motor modular para determinar una carga sobre el receptáculo de suministro de energía de corriente alterna; y el bloque motor modular incluye medios para transmitir los datos de carga sobre la red en bus.

6. El vehículo motorizado como se establece en la reivindicación 4, además comprende: un motor; el sistema de energía del vehículo además consiste en una bomba hidráulica modular impulsada por el motor; y el bloque motor modular se acopla con la bomba hidráulica modular e incluye una pluralidad de válvulas para acoplar selectivamente el fluido hidráulico presurizado de la bomba hidráulica con la carga.

7. El vehículo motorizado como se establece en la reivindicación 4, además consiste en: un motor; el sistema de energía del vehículo además consiste en un sistema presurizador de aire impulsado por el motor; y el bloque motor modular se acopla con el sistema presurizador de aire e incluye una pluralidad de válvulas para acoplar selectivamente el aire presurizado a una carga.

8. Un sistema de toma de fuerza de un vehículo que consiste en: una máquina motriz del vehículo; un sistema de energía del vehículo acoplado con la máquina motriz del vehículo para la energizacion; una red en bus del vehículo que incluye un nodo controlador del motor para la máquina motriz del motor y un nodo controlador del sistema del vehículo, el nodo controlador del motor es sensible a las peticiones del nodo controlador del sistema del vehículo para cambiar la salida de la máquina motriz, y el nodo controlador del sistema del vehículo se programa para ejecutar un programa de manejo de cargas; y un sistema conmutador de energía acoplado para comunicación sobre la red en bus del vehículo con el nodo controlador del sistema del vehículo, y además acoplado con el sistema de energía del vehículo para la energización, el sistema conmutador de energía está bajo el control de un elemento controlador que además se encarga de reportar las cargas al nodo controlador del sistema del vehículo.

9. El sistema de toma de energía como se establece en la reivindicación 8, además consiste en: el sistema de energía del vehículo que es un sistema de almacenamiento, generación y distribución de corriente directa; el sistema de conmutación de energía estando acoplado con el sistema de almacenamiento, generación y distribución de la corriente directa del vehículo, y además incluye un derectificador, un transformador escalonado y un receptáculo de suministro de energía de corriente alterna, todos bajo el control del elemento controlador.

10. El sistema de toma de fuerza del vehículo de conformidad con la reivindicación 9, además consiste en: una pluralidad de receptáculos de suministro de energía de corriente alterna; controles del operador que permiten la activación selectiva de cada uno de la pluralidad de los receptáculos de suministro de energía de corriente alterna .

11. El sistema de toma de fuerza del vehículo de conformidad con la reivindicación 10, además consiste en: una conexión de energía externa; y medios para acoplar los receptáculos de suministro de energía de corriente alterna con la conexión de energía externa.

12. El sistema de toma de fuerza del vehículo de conformidad con la reivindicación 11, el programa de manejo de cargas además comprende: pasos para el desprendimiento de carga si la demanda de energía excede la capacidad del vehículo para satisfacer la demanda de energía.

13. El sistema de toma de fuerza del vehículo como se establece en la reivindicación 8, además consiste en: el sistema de energía del vehículo además consiste en una bomba hidráulica accionada por la máquina motriz del vehículo; y el bloque motor modular se acopla a la bomba hidráulica e incluye una pluralidad de válvulas para acoplar selectivamente el fluido hidráulico presurizado a una carga.

14. El sistema de toma de fuerza del vehículo como se establece en la reivindicación 4, además consiste en: el sistema de energía del vehículo además consiste en un sistema presurizador de aire impulsado por la máquina motriz del vehículo; y el bloque motor modular estando acoplado al sistema presurizador de aire e incluye una pluralidad de válvulas para acoplar selectivamente el aire presurizado a una carga .

15. Un aparato que consiste en: un motor; una batería; un sistema de carga de la batería accionado por el motor; un sistema de distribución de energía eléctrica de corriente directa conectado con la batería y al sistema de carga de la batería permitiendo que la carga sea transferida desde el sistema de carga de la batería hasta la batería y a otros subsistemas del vehículo; una red en bus ; un bloque motor modular acoplado con el sistema de energía eléctrica de corriente directa para la energización y a la red en bus para comunicaciones, y con un elemento controlador para comunicación sobre la red en bus, al menos un primer receptáculo de suministro de energía de corriente alterna y medios para determinar la carga sobre al menos el primer receptáculo de suministro de energía de corriente alterna; una interfaz para el manejo del bloque motor modular para el uso por parte del operador; y un controlador de la instrumentación conectado con la red en bus para las comunicaciones con el bloque motor modular y que permite la conexión con la interfaz para el manejo del bloque motor modular.

16. El aparato como se establece en la reivindicación 15, además consiste en: un controlador del sistema del vehículo acoplado a la red en bus para comunicaciones, el controlador del sistema del vehículo estando programado para ejecutar un programa de manejo de cargas en respuesta a las cargas medidas sobre el primer receptáculo de suministro de energía de corriente alterna.

17. El aparato como se establece en la reivindicación 16, además consiste en: el programa de manejo de cargas que incluye medios para solicitar potencia de motor aumentada desde el controlador del motor con los aumentos en la carga.

18. El vehículo motorizado de conformidad con la reivindicación 17, además consiste en: el programa de manejo de cargas que incluye medios para el desprendimiento de carga cuando la demanda de la salida es superior a un límite predeterminado.

19. Un sistema de toma de fuerza completamente modularizado, el sistema de toma de fuerza para un vehículo motorizado consiste en: una fuente de energía; una red de control del vehículo; un paquete de instrumentos del vehículo en comunicación con la red de control del vehículo; una unidad de control de energía modular acoplado con la red de control del vehículo para recibir instrucciones y sensible a estas para traducir la energía desde la fuente de energía para aplicación a una carg ; y una interfaz adaptada para adaptarse a un panel de control del vehículo y comunicarse con la red de control del vehículo a través del paquete de instrumentos del vehículo .

20. Un sistema de toma de energía completamente modularizado como se establece en la reivindicación 19, además consiste en: un motor del vehículo; y la fuente de energía que es un dispositivo de conversión de energía unido al motor del vehículo que ha de ser alimentado.

21. El sistema de toma de fuerza completamente modularizado como se establece en la reivindicación 20, además consiste en: el dispositivo de conversión de energía que es una bomba neumática o hidráulica, que está colgado desde el frente de un motor para ser alimentado mediante un tren de engranaje desde el motor.

22. El sistema de toma de fuerza completamente modularizado como se establece en la reivindicación 20, en donde la fuente de energía es un sistema eléctrico de corriente directa y un dispositivo de conversión de energía está provisto mediante un inversor eléctrico.

23. El sistema de toma de fuerza completamente modularizado como se establece en la reivindicación 22, en donde el inversor eléctrico está ubicado en una caja de batería con una batería del vehículo.