CONTROL DE TORSIÓN DE TRACCIÓN DE MARCHA AL VACÍO PARA EMBRAGUE MAESTRO AUTOMATIZADO DE VEHÍCULO
Antecedentes de la Invención Campo de la Invención La presente invención se refiere a controles para embragues maestros de vehículo, de preferencia embragues de fricción húmedos, utilizados en sistemas de transmisión mecánica parcial o totalmente automatizada. En particular, la presente invención se refiere a un control para un embrague maestro del vehículo, de preferencia un embrague húmedo, donde en condiciones de marcha al vacío, el embrague maestro es vinculado a una capacidad de transferencia de torsión de tracción de marcha al vacío relativamente baja. Descripción del Estado de la Técnica Se conocen en el estado de la técnica sistemas de transmisión mecánica parcial y totalmente automatizada para vehículo, que utilizan embragues maestros de fricción, como puede verse por referencia a las patentes de los Estados Unidos Nos.
4,361,060; 4,595,986; 4,850,236; 4,648,290; 5,389,053; 5,487,004;
,487,005; y 5,509,867, cuyas divulgaciones son incorporadas en la presente por referencia. Se conocen controles para embragues maestros de fricción automatizados, habitualmente embragues de fricción secos, utilizados en sistemas de transmisión automatizada para vehículos, como puede verse por referencia a las patentes de los Estados Unidos Nos. 4,081,065; 4,646,891; 4,860,861; 5,275,267; 5,293,316; 5,314,050; 5,337,868; 5,337,874; 5,383,823; 5,393,274; 5,411,124; 5,404,301; 5,630,773; 5,624,350; y 5,738,609, cuyas divulgaciones son incorporadas en la presente por referencia. Compendio de la Invención De acuerdo con la presente invención, se provee un control para un embrague maestro de fricción automatizado, tal como un embrague de fricción húmedo, el cual utiliza la información disponible en enlaces de datos para vehículos, estándar en la industria, tales como enlaces de datos que cumplen con los protocolos, SAE J1922, SAE J1939 y/o ISO 11898, para proveer un mejorado control de embrague y mejoradas características funcionales del embrague en comparación con el estado de la técnica . Detectando y controlando la torsión de volante del motor utilizando un motor controlado electrónicamente conectado a un enlace de datos estándar en la industria (ver la patente de los Estados Unidos No. 5,509,867, cuya divulgación es incorporada en la presente por referencia), y controlando la condición vinculada de un embrague maestro de fricción, se provee un sistema de tren de tracción de embrague maestro que provee un "impulso por moverse" en condiciones de marcha al vacío. En consecuencia, es un objetivo de la presente invención el de proveer un mejorado control para una línea de tracción de vehículo que incluye un embrague maestro de fricción, que proveerá una torsión de "impulso por moverse" en condiciones de marcha al vacío. Este y otros objetivos y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de una lectura de la siguiente descripción de la forma de realización preferida, tomada en conjunción con los dibujos anexos. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema de transmisión mecánica automatizada para vehículo, que utiliza ventajosamente el control de embrague maestro de torsión de tracción de marcha al vacío de la presente invención. La figura 2 es una ilustración esquemática de un mecanismo de control accionado por fluido a presión para controlar la condición vinculada de un embrague maestro de vehículo . La figura 3 es una vista parcial en secciones de un embrague maestro de fricción húmedo, para vehículo, del tipo utilizado en el sistema de la figura 1. La figura 4 es una ilustración esquemática del sistema de control de embrague maestro de torsión de tracción de marcha al vacío de la presente invención, el cual incluye tanto hardware como software (mostrados en bloques punteados) . La figura 5 es una ilustración esquemática, en formato de diagrama de flujo, de la lógica de control de embrague maestro de torsión de tracción de marcha al vacío de la presente invención . Descripción de la Forma de Realización Preferida Un sistema de transmisión mecánica automatizada 10, para vehículo, que utiliza ventajosamente el control de embrague maestro de torsión de tracción de marcha al vacío de la presente invención, es ilustrado esquemáticamente en la figura 1. El sistema 10 incluye un motor controlado por combusti-ble 12, un embrague maestro de fricción húmedo 14 y una transmisión mecánica de velocidades múltiples 16. El motor 12 es típicamente un motor a diesel o a gasolina y tiene un miembro de salida o cigüeñal 18 que impulsa discos de fricción 14A del embrague 14, los cuales son inter-digitados con los discos de fricción 14B, fijos rotacionalmente a la flecha de entrada 20 de la transmisión 16. La transmisión 16 puede ser del tipo simple o compuesto, como se ilustra en la patente de los Estados Unidos No. 5,370,561, cuya divulgación es incorporada en la presente por referencia. La transmisión 16 tiene una flecha de salida 22, la cual impulsa una flecha de tracción 24 conectada a la entrada 26 de un mecanismo de eje de tracción 27 del vehículo. Un controlador de motor 28, el cual es de preferencia controlado electrónicamente y por un microprocesador, es provisto para controlar la alimentación de combustible del motor y para proveer información de salida a un enlace electrónico de datos DL, de preferencia cumpliendo con el estándar de la industria SAE J1939 o un protocolo comparable. El sistema 10 también incluye un accionador de embrague 30 para controlar la operación del embrague 14 y un accionador de transmisión 32 para controlar la operación de la transmisión 16. Un sensor 33 es provisto para detectar la posición de estrangulamiento y proveer una señal THL indicativa del mismo. La información sobre la posición de estrangulamiento también puede ser obtenida a partir del enlace de datos. Los motores electrónicos controlados por un enlace de datos SAE J1939 o similar típicamente tienen cuatro modos de operación, (i) combustible de acuerdo con la posición de estrangulamiento, (ii) combustible de acuerdo con la velocidad solicitada del motor, (iii) combustible de acuerdo con la torsión bruta solicitada del motor, y (iv) combustible de acuerdo con la velocidad solicitada del motor y la torsión bruta solicitada del motor . Una unidad de control a base de microprocesador 34 es provista para recibir señales de entrada 36 y procesarlas de acuerdo con lógica de control para generar señales de salida de comando 38 a accionadores del sistema. La ECU 34 puede ser separada de o integral con el controlador del motor. Los diversos controladores, sensores y/o accionadores pueden comunicarse por conducto de un enlace de datos que cumpla con un protocolo estándar en la industria, tal como SAE J1939 o similar. Sensores adecuados, tales como sensores para detectar la velocidad del motor ES, la velocidad de la flecha de entrada IS y/o la velocidad de la flecha de salida OS, y accionadores, son conocidos por los técnicos en la materia y ejemplos de los mismos, no destinados a ser limitativos, pueden verse por referencia a las patentes de los Estados Unidos Nos. 4,361,060; 4,873,881; 4,974,468; 5,135,218; 5,279,172; 5,305,240; 5,323,669; 5,408,898; 5,441,137; 5,445,126; 5,448,483, y 5,481,170. El embrague 14 es definido como un "embrague húmedo", ya que sus miembros de fricción 14A y 14B están expuestos a líquido, tal como aceite sintético Dextron III o similares, para fines de transferencia de calor y/o lubricación. En la forma de realización ilustrada, el paquete de embrague 14C está contenido dentro de un alojamiento 14D, el cual está conectado al conducto de fuente 14E y un conducto de descarga 14F. Aunque se ilustra un sistema enfriador forzado, la presente invención también es aplicable a embragues húmedos donde los miembros de fricción están en un sumidero relativamente estático o similar. Aunque la forma de realización preferida utiliza un embrague húmedo 14 de discos múltiples, la presente invención también es aplicable a embragues húmedos de un solo disco y/o embragues secos. Como es sabido (ver la antes mencionada patente de los Estados Unidos No. 5,509,867), un enlace de datos que cumple con el protocolo SAE J1939, o un protocolo comparable, transmite información mediante la cual puede leerse o determinarse la torsión de salida de motor (también llamada "torsión del volante") . Estos enlaces de datos también permite un comando al motor para ajustar la alimentación de combustible tal que se logre una velocidad particular del motor y/o una torsión particular del motor. Utilizando esta información y la capacidad de control del motor, el embrague maestro 14 puede ser controlado para proveer un desempeño acrecentado del sistema. Un conjunto accionador de embrague, operado por presión de fluido 30, es ilustrado esquemáticamente en la figura 2. Un pistón operador de embrague 42 es recibido en un cilindro 44 y es polarizado en la dirección de desvinculación por resortes 46. Fluido a presión, tal como un fluido hidráulico o aire a presión, introducido a la cámara 48, actuará sobre la cara de pistón 50 para mover el pistón 42 en la dirección vinculada contra la polarización de los resortes. Una válvula controlada por solenoide, de tres vías, dos posiciones 52, es provisto para presurizar y descargar selectivamente la cámara 48. Un controlador de válvula 54 responde a señales de control del controlador del sistema 34, energizando el solenoide 52A de la válvula 52, de preferencia por modulación de anchura de pulso (PWM) . Aunque se ilustra un conjunto accionador tipo fluido a presión 30, la presente invención es también aplicable a controles de embrague usando otros tipos de accionadores de embrague, tales como accionadores de rampa de bola o similares (ver las patentes de los Estados Unidos Nos. 5,441,137 y 5,485,903, cuyas divulgaciones son incorporadas en la presente por referencia) . El material de fricción de los discos de embrague 14A y 14B puede ser un material estándar o puede ser carbón pirolíti-co, como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 4,700,823, o similares. La estructura de un típico embrague maestro de fricción húmedo 14 puede verse por referencia a la figura 3. Brevemente, la salida del motor 18, mostrada como un volante amortiguado, está conectada a la flecha de entrada 20 de la transmisión por el paquete de discos de fricción vinculable y desvinculable 14C. El embrague está contenido dentro de un alojamiento 14D, el cual mantendrá el fluido lubricante y de enfriamiento, tal como aceite sintético Dextron III o similar. El pistón anular 42 está contenido deslizable y selladamente en un cilindro 44 y se polariza en la dirección desvinculada por los resortes 46. El sistema 10 puede también incluir un freno de inercia, también conocido como freno de flecha de entrada o freno de cambios a velocidad superior 60, para decelerar o detener la flecha de entrada 20 para cambios a velocidad superior mas rápidos. Los frenos de inercia son conocidos, como puede verse por referencia a las patentes de los Estados Unidos Nos. 5,086, 659 y 5,713,445. Se ha descubierto que, a velocidad de marcha al vacío del motor (alrededor de 850 a 900 rpm) , con la transmisión vinculada en una relación baja, tal como el primer engrane, es deseable que el motor genere en el volante, y el embrague maestro esté ligeramente vinculado para transferir, una pequeña cantidad de torsión suficiente para ocasionar movimiento lento o de arrastre del vehículo si los frenos del vehículo no están aplicados . Esto proveerá un modo de operación similar al experimentado por conductores de automóviles de pasajeros equipados con transmisiones tipo convertidor de torsión. Las ventajas de tal aportación de una característica de
"impulso por moverse" en un control automático de embrague maestro de fricción y línea de tracción es que el vehículo sentirá y actuará como un carro de pasajeros familiar equipado con una transmisión automática, el vehículo podrá ser maniobrado a bajas velocidades usando solamente el pedal del freno, y las puestas en marcha del vehículo serán mas rápidas, con menos sacudidas pues los recules del sistema han sido admitidos. La cantidad de torsión del volante o de salida generada por el motor a velocidad de marcha al vacío, y susceptible de ser transferida por el embrague en la condición de vinculación de "impulso por moverse" (es decir, la torsión de tracción de marcha al vacío) debe ser suficiente para permitir arrastre si los frenos no están aplicados, pero suficientemente pequeña para permitir que el embrague disipe la energía térmica desarrollada al patinar el embrague debido a la aplicación de los frenos del vehículo . A guisa de ejemplo, para un vehículo de trabajo medio (MV A clase 6, teniendo un peso bruto del vehículo de 19,501 a 25,000 libras), una torsión del volante de alrededor de 20 a 30 libras-pie aportará alrededor de 3 caballos de fuerza, lo que es suficiente para mover el vehículo y lo cual genera una cantidad de calor a patinado pleno (900 rpm) que puede ser disipada sustancialmente de manera continua por un embrague húmedo. Por supuesto, la cantidad de torsión de "impulso por moverse" susceptible de transferirse por el embrague debe también ser seleccionada de modo que solamente se ocasione desgaste aceptable durante el patinado cuando el vehículo es mantenido en una condición de paro mediante la aplicación de los frenos. Para fines de explicar un ejemplo de la forma de realización preferida de la presente invención, se asume que el sistema incluye un enlace de datos tipo SAE J1939, que la velocidad del motor (ES) y la torsión bruta del motor (TEG) pueden ser leídas y/u ordenadas en el enlace de datos, y que la torsión del volante del motor (TFW) es igual a la torsión bruta del motor (TEc,) menos ciertas torsiones por fricción y accesorios (Tp) . Usando esta relación, (TFW = TEG - Tp) , con un valor conocido o calculado de la torsión parásita (Tp) , el valor de la torsión bruta del motor por solicitarse para una salida deseada de torsión de volante es conocido. La figura 4 bosqueja todo el sistema de control de torsión de tracción de marcha al vacío, el cual comprende tanto hardware como software (bloques sombreados). La función del controlador del motor es la de mantener (o controlar) la velocidad del motor a un valor deseado. Para vincular el embrague, el controlador de presión enviará un comando PWM al sistema hidráulico accionado por solenoide, el cual a su vez presuriza el pistón de embrague 42 para vincular el embrague 14. La torsión del embrague vinculado (especialmente a valores relativamente bajos, tales como 0 a 50 libras-pie) es sustancial-mente proporcional de manera directa al comando PWM. Para vincular el embrague al nivel de torsión de tracción de marcha al vacío, el controlador del motor primero mantendrá la velocidad del motor a unas rpm de marcha al vacío deseadas, enviando la solicitud de torsión de motor apropiada al motor vía el enlace de comunicaciones DL SAE J1939. Cuando la espira de control del motor alcanza su equilibrio, la cantidad de solicitud de torsión será igual a la torsión de fricción del motor (a rpm de marcha al vacío deseadas), mas la torsión del embrague (cero si no está vinculado) . El sistema tratará entonces de vincular el embrague gradualmente al nivel de la torsión de tracción de marcha al vacío deseada (26 libras-pie) . Para hacer esto, el sistema usa el valor de solicitud de torsión como la referencia de retroalimentación. Al ir siendo vinculado gradualmente el embrague, se incrementa la carga al motor y, por ende, se reduce la velocidad del motor. En respuesta al cambio de velocidad, el controlador del motor incrementará la solicitud de torsión al motor para mantener la velocidad del motor a las rpm de marcha al vacío deseadas. Cuando la solicitud de torsión alcanza el valor de 26 libras-pie por encima de la torsión parásita del motor (TEG = Tp + 26) y la velocidad del motor se estabiliza a velocidad de marcha al vacío, la torsión del embrague vinculado será entonces igual a 26 libras-pie. El sistema tratará de mantener la vinculación de embrague a este nivel desde este punto en adelante. Si por alguna razón, cambia el valor de la solicitud de torsión (debido a cambios de temperatura o de otra manera), el sistema ajustará el comando de torsión del motor (PWM) en consecuencia, para mantener el valor de solicitud de torsión a 26 libras-pie sobre la torsión parásita del motor y, por ende, mantendrá la torsión del volante constante a 26 libras-pie. Usando comandos y retroalimentación por el enlace de datos DL SAE J1939, con el embrague 14 desvinculado (por tanto, la carga es cero) , el sistema hará que la velocidad del motor se estabilice a velocidad de marcha al vacío (alrededor de 850 a 900 rpm) . La torsión bruta detectada del motor en este punto es igual a la torsión parásita (Tp) . El embrague es entonces vinculado gradualmente, y el motor de nuevo estabilizado a velocidad de marcha al vacío hasta que la torsión bruta del motor es igual a la torsión parásita mas la torsión de tracción de marcha al vacío seleccionada (TEG = Tp + TID) , en el cual punto la torsión del volante (TFW) y la capacidad de torsión del embrague 14 serán ambas iguales a la torsión de tracción de marcha al vacío deseada. Cuando está en una condición de vehículo detenido o baja velocidad (OS < REF) con la posición de estrangulamiento del operador igualándose a cero, el motor será ordenado a la velocidad de marcha al vacío con una torsión bruta del motor que se iguala a la torsión de tracción de marcha al vacío, mas la torsión parásita (Tp + TID) , y el embrague será ordenado hacia la condición de capacidad de torsión de tracción de marcha al vacío. La característica de "impulso por moverse" puede también requerir que la transmisión esté vinculada en un engrane bajo, un engrane de arranque aceptable, o en el engrane de reversa. Los engranes de arranque aceptables variarán con el número de relaciones de la transmisión hacia adelante, como es sabido. En consecuencia, podrá verse que se provee un nuevo y mejorado control de embrague maestro y línea de tracción que proporciona una torsión de tracción de marcha al vacío. Aunque la presente invención ha sido descrita con un cierto grado de particularidad, se entenderá que la descripción de la forma de realización preferida es a guisa de ejemplo únicamente y que son posibles numerosos cambios de forma y de detalle sin apartarse del espíritu y los alcances de la invención, tal y como se reivindica en lo sucesivo.