BRPI0722286A2

BRPI0722286A2 - Sistema e método para controle de uma sapata de freio

Info

Publication number: BRPI0722286A2
Application number: BRPI0722286-6A
Authority: BR
Inventors: Samsioe Jens; Lingman Peter
Original assignee: Volvo Lasvagnar Ab
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2014-04-15
Also published as: US8606478B2; US20100280729A1; EP2231454A4; WO2009075614A1; EP2231454B1; CN101896384A; EP2231454A1

Description

"SISTEMA E MÉTODO PARA CONTROLE DE UMA SAPATA DE FREIO"

CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um sistema e a um método para controle e proteção de um dispositivo de sapata de freio de veículos, particularmente de caminhões, de ônibus e de outros veículos comerciais pesados de bens de consumo (de mercadorias).

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO

0 sistema de freio de um veículo usualmente compreende uma sapata de freio que é uma montagem básica de freio a tambor ou freio a disco com pastilhas de freio ajustadas para cada eixo de rodas ou roda que produz uma força de 15 frenagem necessária para desacelerar o veículo ou trazer o veículo para uma parada. Se uma sapata de freio é excessivamente utilizada, tal como se ela for aplicada diversas vezes ao longo de um período de tempo prolongado, fadiga ou esmorecimento, isto é, perda gradual ou súbita de 20 força de frenagem, pode ocorrer. Isto é devido para o fato de que, se pastilhas de freio são excessivamente utilizadas, suas temperaturas de trabalho otimizadas são excedidas e seus coeficientes de fricção diminuem, na medida em que determinados elementos de uma pastilha de 25 freio podem começar a se fundir e/ou a se vaporizar. Adicionalmente, aplicações de freio muito freqüentes podem provocar grandes variações de temperatura no freio e, portanto, provocar fadiga térmica do disco.

De maneira a proteger uma sapata de freio, muitos 30 veículos são equipados com um freio auxiliar suplementar, por exemplo, um retardador. Um retardador é um dispositivo que é permanentemente montado para o motor ou transmissão do veículo para aumentar a capacidade de frenagem do veículo durante aplicação de freio prolongada. Um tal freio auxiliar suplementar pode ser utilizado para proteger uma sapata de freio e determinar ao motorista maior controle e desempenho de freio aperfeiçoado.

Veículos modernos são também freqüentemente equipados 5 com um sistema de controle de cruzeiro adaptativo ou inteligente que pode automaticamente ajustar a velocidade do veículo para manter uma distância de seguimento segura para um veículo se deslocando à frente ou manter o veículo em uma velocidade pré-ajustada. Um dispositivo ACC 10 usualmente utiliza um radar, instalado atrás da grade do veículo, para detectar a velocidade e a distância do veículo à frente. Se o veículo à frente reduz (diminui) ou se desloca vagarosamente ou a velocidade pré-ajustada é excedida, o dispositivo ACC envia um sinal para o motor ou 15 sistema de frenagem do veículo para desacelerar. Após isso, quando a estrada está desimpedida, o dispositivo ACC re- acelera o veículo de volta para uma velocidade pré- ajustada. Por conseqüência, o dispositivo ACC controla o comportamento de frenagem do veículo.

A patente norte americana número US 6.044.321 descreve

um tal sistema de controle de cruzeiro adaptativo para um veículo, em que aplicação de um freio é definida por uma manutenção de uma distância veículo-para-veículo definida. No caso em que o controle de cruzeiro adaptativo decide que 25 uma operação de frenagem é necessária para manutenção da distância veículo-para-veículo definida, um retardador é aplicado e se aplicação do retardador não for suficiente, um freio automático é continuamente operado até que a distância veículo-para-veículo venha a ser conquistada.

Infelizmente, o comportamento de frenagem aplicado

pelo sistema de controle de cruzeiro adaptativo em concordância com o estado da técnica não é aplicável para veículos pesados carregados, tais como caminhões, na medida em que a operação contínua dos freios, particularmente das sapatas de freio, facilmente resulta em sobre-utilização do sistema de frenagem de veículos. Mas, também, os freios de todas as outras espécies de veículos mostram uma fadiga aumentada devido para a ativação contínua de sapatas de 5 freio por um sistema de controle de cruzeiro adaptativo de maneira a manter a distância para um veículo à frente quando tracionando atrás de um veículo vagaroso, por exemplo, em uma encosta de inclinação severa.

Conseqüentemente, foi sugerido no pedido de patente 10 internacional número WO 2007/078230, desengatar o dispositivo ACC no caso em que a temperatura dos freios excede um limiar de pré-ajuste. Mas, que também significa que o motorista necessita ser informado que o dispositivo ACC está desativado e este motorista deve tomar (assumir) o 15 controle imediatamente, o que reduz o conforto de direção e que não é desejado pelo motorista.

RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

É conseqüentemente um objetivo da presente invenção o de proporcionar um sistema e um método automatizados para controle e proteção de uma sapata de freio em um veículo, o que reduz o risco de problemas de fadiga térmica prejudiciais das sapatas de freio.

Este é um objetivo solucionado por um sistema e por um 25 método para controle e proteção de uma sapata de freio de um veículo em concordância com a reivindicação de patente independente 1 e reivindicação de patente independente 15, respectivamente, posteriormente; e bem como por um dispositivo de controle de cruzeiro compreendendo um tal 3 0 sistema em concordância com reivindicação de patente independente 20 posteriormente, ou desempenho de um tal método também em concordância com reivindicação de patente independente 20 posteriormente.

A presente invenção é fundamentada sobre a idéia geral de que uma sapata de freio é o mais bem protegida se aplicações freqüentes ou de longa duração de uma sapata de freio são minimizadas. Em razão disso, o sistema compreende uma unidade de controle que limita a usabilidade da sapata 5 de freio para um tempo de aplicação total pré-determinado da sapata de freio dentro de um intervalo de tempo pré- determinado .

0 tempo de aplicação total da sapata de freio pode ser adicionado a partir de diversos curtos tempos de aplicação 10 da sapata de freio durante o intervalo de tempo pré- determinado. Isto significa que, por exemplo, se o tempo de aplicação total da sapata de freio é pré-determinado para 12 segundos dentro de um intervalo de tempo de 60 segundos, a sapata de freio pode ser aplicada 3 vezes por 4 segundos 15 durante o intervalo de tempo de 60 segundos. Isto assegura que a sapata de freio não é sobre-utilizada e fadiga e dano devidos para a excessiva utilização da sapata de freio são minimizados.

A aplicação das sapatas de freio é preferivelmente 20 iniciada se/quando o veículo alcança uma distância mínima para um veículo se deslocando à frente ou excede uma velocidade máxima. A distância mínima e a velocidade máxima podem vantajosamente ser detectadas por um dispositivo de controle de cruzeiro adaptativo, em que a distância mínima 25 é definida como a distância que o veículo pelo menos necessita para não colidir com um veículo à frente, se o veículo à frente subitamente para ou desacelera significativamente. A velocidade máxima é a velocidade a mais alta em que o veículo pode se deslocar na estrada com 30 segurança. Tanto a distância mínima e quanto a velocidade máxima são dependentes das condições de ambiente, tais como inclinação de estrada, condições de estrada, condições climáticas e/ou condições características de veículo, tais como velocidade de veículo, peso de veículo, capacidade de carga, força de frenagem e/ou condições interveículo (entre veículos), tal como velocidade interveículo (entre veículos).

Por outro lado, o tempo entre as aplicações das 5 sapatas de freio não é determinado. Por conseqüência, a sapata de freio pode ser aplicada, por exemplo, por 3 segundos, liberada por 15 segundos, re-aplicada por 5 segundos, liberada por 12 segundos, re-aplicada por 2 segundos, liberada por 20 segundos e então re-aplicada por 10 2 segundos, e ainda assim facilmente preenche a condição do tempo de aplicação total máximo de 12 segundos dentro do intervalo de tempo pré-determinado de 60 segundos.

Em uma concretização adicional preferida da presente invenção, o intervalo de tempo de liberação depende de se o 15 veículo alcança a distância mínima para o veículo à frente ou excede a velocidade máxima, novamente. Isto significa que, por exemplo, se o veículo está rodando descendo uma estrada inclinada, as sapatas de freio são aplicadas por alguns segundos até que a distância para o veículo á frente 20 venha a ser significativamente grande e então as sapatas de freio são liberadas e o veículo é possibilitado de vir a "rolar" para a distância mínima e/ou para a velocidade máxima novamente.

Preferivelmente, durante a aplicação das sapatas de 25 freio, a força de frenagem requerida e, por conseqüência, o tempo de aplicação e a resistência da sapata de freio são calculados de maneira a possibilitar que o veículo venha a rodar por uma pluralidade de segundos sem re-aplicação das sapatas de freio antes que a distância mínima e/ou uma 30 velocidade máxima venham a ser re-alcançadas. Este cálculo da força de frenagem requerida leva também em consideração condições de ambiente, tais como, inclinação de estrada, condições de estrada, condições climáticas, e/ou condições características de veículo, tais como velocidade de veículo, peso de veículo, capacidade de carga, força de frenagem e/ou condições interveículo, tal como velocidade interveículo.

0 tempo de aplicação total das sapatas de freio e o intervalo de tempo pré-determinado são preferivelmente pré- ajustados por um manufaturador do veículo ou manufaturador dos freios e pode ser otimizado para o veículo e capacidade de carga permissível do veículo.

Em uma outra concretização preferida da presente 10 invenção, o tempo de aplicação total máximo e o intervalo de tempo são pré-determinados de cada vez que o veículo começa a tracionar ou é ativado. Mas, é também possível que o motorista em si mesmo pode iniciar a determinação de tempo de aplicação total e intervalo de tempo. Isto possui 15 a vantagem de que o tempo de aplicação total pode ser adaptado para a condição de veículo corrente (atual), por exemplo, tracionando com ou sem carga, por intermédio do que as sapatas de freio podem ser adicionalmente protegidas.

Em uma concretização adicional preferida da presente

invenção, o veículo adicionalmente compreende pelo menos um dispositivo de freio auxiliar que pode ser aplicado através de todo o processo de desaceleração.

Adicionalmente, o veículo preferivelmente compreende 25 um dispositivo de controle de cruzeiro adaptativo possuindo uma unidade de detecção de distância para detecção de uma distância para um veículo à frente e/ou uma unidade de limitação de velocidade para limitação da velocidade máxima de um veículo. No caso em que uma distância pré-determinada 3 0 para o veículo à frente venha a ser detectada ou em que o veículo venha a exceder a velocidade máxima, os freios auxiliares e/ou as sapatas de freio são aplicados/as de maneira a desacelerar o veículo.

No caso em que o veículo à frente estiver muito vagaroso ou em que o veículo se desloca descendo uma estrada inclinada, é possível que a força de frenagem aplicada pelos freios auxiliares não seja suficiente para a desaceleração requerida. Então, o sistema pode adicionalmente aplicar as sapatas de freio para provisão de uma suficiente força de frenagem.

Adicionalmente, um dispositivo de controle de cruzeiro compreendendo uma concretização preferida do sistema da presente invenção ou sendo adaptado para desempenhar uma concretização do método da presente invenção é preferido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO

A seguir, a presente invenção irá agora ser descrita em maiores detalhes com referência para os Desenhos das Figuras acompanhantes. As concretizações ilustradas dos Desenhos das Figuras são exemplificativas unicamente e não são intencionadas para restringir o escopo da presente invenção para as mesmas. 0 escopo da presente invenção é definido pelas reivindicações de patente posteriormente.

Os Desenhos das Figuras mostram:

Figura 1: é uma vista de topo esquemática de um veículo compreendendo um sistema em concordância com uma concretização da presente invenção;

Figura 2: é uma ilustração de um cenário de seguimento em descida;

Figuras 3A - 3C: é uma ilustração adicional do cenário de seguimento em descida;

Figuras 4A - 4C: é uma comparação esquemática comparando entre uma estratégia de frenagem padrão (standard) e uma concretização da estratégia de frenagem da presente invenção;

Figura 5: é um diagrama do fator de duração de frenagem (BD) como uma função de tempo (t); Figura 6: é uma simulação de um comportamento de diferente parâmetro de veículo quando utilizando uma concretização preferida do método da presente invenção;

Figura 7: é um diagrama de uma aceleração como uma

função de peso de veículo e inclinação de descida; e

Figura 8: é um arquivo de Iog de um teste desempenhado com um caminhão compreendendo uma concretização preferida do sistema da

presente invenção.

As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações nelas representadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

A Figura 1 mostra um veículo (10) compreendendo um sistema (12) para controle das sapatas de freio (14) do 20 veículo (10). Uma montagem de freio a disco ou a tambor constituindo uma sapata de freio (14) é montada (fixada) sobre cada extremidade de cada eixo de rodas do veículo (10) . Quando o motorista do veículo (10) pressiona o pedal de freio de pé (18), a sapata de freio (14) produz a força 25 de frenagem necessária para trazer o veículo para uma parada através das rodas (16). O sistema (12) compreende um dispositivo ACC (20) que detecta a velocidade e a distância de quaisquer usuários da estrada á frente do veículo (10) e automaticamente ajusta a velocidade do veículo para manter 30 uma distância de seguimento segura. O dispositivo ACC (20) utiliza um ou mais dispositivos de freio auxiliar e a sapata de freio do veículo para manter a velocidade desejada e para manter a distância desejada para um veículo à frente do veículo. 0 sistema (12) distribui a força de frenagem desejada pelo dispositivo ACC para os dispositivos de freio auxiliar e para as montagens de freio a disco ou a tambor da sapata de freio (14). Esta combinação (mistura) de força de frenagem para os dispositivos de freio auxiliar 5 e para a sapata de freio é bem conhecida para a pessoa especializada no estado da técnica e não é descrita em detalhes. 0 veículo pode ser um veículo único ou uma combinação de veículo, por exemplo, uma combinação de trator/trailer. 0 veículo é preferivelmente um veículo 10 pesado, tal como um caminhão, ônibus ou um veículo de construção.

As Figuras 2 e 3A até 3C ilustram um cenário de seguimento em descida com capacidade de frenagem ineficiente de freios auxiliares, que é a aplicação típica para a presente invenção.

A Figura 2 mostra um veículo (10) (veículo ego) que está exatamente em torno de seguir um veículo (24) (veículo alvo) descendo em uma longa descendente (longo trecho em descida) , em que o veículo ego (10) é mais pesado do que o 20 veículo alvo (24), por exemplo, devido à capacidade de carga, o que resulta em uma força de inclinação de descida mais alta. 0 veículo (10) é equipado com um dispositivo ACC (20) compreendendo uma concretização preferida do sistema da presente invenção (12) e um radar instalado atrás da 25 grade do veículo (10) para detectar a velocidade e a distância do outro veículo (24). 0 dispositivo ACC (20) é disposto para manter o veículo (10) se deslocando em uma velocidade pré-ajustada quando nenhum veículo está à frente do veículo (10), e para manter o veículo (10) em uma 30 distância desejada (d) atrás de um veículo quando existe um veículo à frente do veículo (10). Na medida em que o veículo (10) é mais pesado do que o veículo (24), a força de freio requerida é mais alta para o veículo (10) do que para o veículo (24). Conseqüentemente, as forças de frenagem dos freios auxiliares não são suficientes para manter uma distância constante para o veículo à frente.

Quanto mais cedo o veículo (10) fica excessivamente próximo para o veículo alvo (24) , o dispositivo ACC (20) envia um sinal para o sistema (12) para desacelerar o veículo (10) que por sua vez aplica as sapatas de freio (14) de veículo (10) de maneira a manter a distância desejada (d) entre os veículos (10) e (24). As sapatas de freio (14) são aplicadas na medida em que o freio auxiliar sozinho não pode manter a distância desejada (d) . A distância entre os veículos (10) e (24) pode ser definida como uma brecha de tempo em segundos ou como uma distância em metros.

A frenagem e manutenção de distância problemática são ilustradas nas Figuras 3A até 3C. Como mostrado na Figura 3A, o veículo ego (10) possuindo pelo menos um dispositivo de freio auxiliar e pelo menos uma sapata de freio se aproxima do veículo à frente (24) (= veículo alvo), por intermédio do que o veículo ego (10) possui uma velocidade mais alta do que o veículo alvo (24) (Vego > Valvo). Em adição, é assumido que o veículo ego (10) e o veículo alvo (24) estão se deslocando em descida possuindo uma aceleração (aego) e (aalvo) devido para a inclinação da estrada, por intermédio do que uma capacidade de freio auxiliar insuficiente adiciona para a aceleração (a&go) do veículo ego (10).

Em uma determinada distância (dl), derivada a partir da velocidade interveículo (vrel) e uma distância mínima crítica (dcrítica) que não tem que ser de sub-rodagem (under- run) [ (dcrítica) define a distância mínima absoluta que o veículo ego tem que manter de maneira a não colidir com o veículo à frente] e/ou que o motorista seleciona, sapatas de freio são aplicadas com desaceleração: & freio £(&ega—inclinação (dl)) + £ ( Vre^f d) í

em que [a.ego^incUnação (dl) J é a aceleração do veículo ego (10) antes da distância (dl), (vrel) é a velocidade relativa interveículo: [vrei = Vaivo ~ Vegolr e (d) é a distância entre o veículo ego (10) e o veículo alvo (24).

A distância (dl) não é constante, mas é uma função de (Vrel), na medida em que no caso o veículo ego (10) é muito mais rápido do que o veículo alvo (24), uma reação mais antecipada é necessitada como para um veículo ego vagaroso (10) .

O tempo necessitado para que o veículo ego (10) venha a desacelerar para a mesma velocidade como o veículo alvo (24) é (t12). Durante este tempo, a distância entre o veículo alvo (24) e o veículo ego (10) deve adicionalmente ser diminuída para (d2), ver a Figura 3B. É, conseqüentemente, necessário que a determinação de distância (dl) leve em consideração que o veículo ego (10) está ainda se aproximando do veículo alvo (24) para um tempo (t 12). A distância (d2) deveria ser igual ou maior para uma distância mínima absoluta (dcrítica), o veículo ego deveria manter para o veículo alvo (24).

Como mostrado na Figura 3C, a desaceleração é mantida em (cífreio) até que a distância entre o veículo ego (10) e o veículo alvo (24) venha a ser (d3). Lá os freios são liberados e o veículo ego (10) re-acelera com grosseiramente (âego-indinação), assumindo que condições de ambiente não mudam muito. A distância que o veículo ego (10) pode rolar até que este venha a alcançar uma distância ( dmínima ) para o veículo alvo (24), onde os freios necessitam ser aplicados novamente, é (d3 - . Observe-se que a

distância fdm/n,n,a J é somente idêntica para (dl), se grosseiramente a mesma velocidade relativa (vrel) é determinada. No caso em que o veículo alvo (24) acelera ou desacelera ou as condições de ambiente mudam, difere a partir de (dl).

As acelerações (aego) do veículo ego (10) são

diretamente acopladas para como as sapatas de freio e freios auxiliares deveriam ser aplicadas/os de maneira a evitar fadiga das sapatas de freio. No sistema da presente invenção, fadiga é definida como função de tempo de 10 aplicação de sapatas de freio. Para evitar fadiga, o sistema adiciona os tempos de aplicação das sapatas de freio e limita a usabilidade das sapatas de freio para um tempo de aplicação pré-determinado durante um intervalo de tempo pré-determinado.

Foi descoberto pelos inventores por testagem empírica

que fadiga pode ser muito bem evitada, se o tempo de aplicação total pré-determinado está na faixa de 10 segundos até 20 segundos durante um intervalo de tempo pré- determinando na faixa entre 40 segundos e 60 segundos. No 20 seguimento, o tempo de aplicação total pré-determinado é ajustado para 15 segundos e o intervalo de tempo é pré- determinado para 50 segundos.

A abordagem para indiretamente controlar a fadiga das sapatas de freio por aplicação das sapatas de freio intermitentemente por um curto tempo, também significa que a distância (d) deveria ser possibilitada para diminuir para a distância mínima antes que as sapatas de

freio venham a ser aplicadas. Em outras palavras, o veículo ego (10) não mantém uma distância pré-determinada (dajugte) para o veículo alvo (24) como descrito no estado da técnica, mas a distância (d) é possibilitada de vir a variar em torno de uma distância (dajUBte) ·

A variação em torno da distância determinada (dajuete), é criada por controle da força de frenagem de veículos seguindo, isto é, por permutação entre utilização de freios auxiliares e freios auxiliares e/ou sapatas de freio. Em situações onde os freios auxiliares são saturados devido para o fato de tração em descida, as sapatas de freio são brevemente aplicadas (preferivelmente na faixa de 3 segundos até 5 segundos) de maneira a aumentar a distância corrente (d) para um veículo à frente.

As sapatas de freio são aplicadas no último instante quando a distância corrente (d) é igual para uma distância mínima critica fd™,. A distância mínima () é a distância a mais curta possibilitada entre o veículo ego (10) e o veículo alvo (24) e esta distância varia com a velocidade relativa interveículo (vrel), a severidade da inclinação de estrada, condição de carregamento, e desempenho de freio auxiliar. Os diferentes valores de distância preenchem a seguinte relação:

(dmínima) — (d) ^ (dajUS£g) .

A Figura 4 mostra a estratégia de frenagem da presente invenção em comparação com a estratégia de frenagem em concordância com o estado da técnica, em que o estado da técnica é mostrado na Figura 4A e a estratégia da presente invenção é ilustrada na Figura 4B.

A Figura 4A mostra o veículo alvo (24) e o veículo ego (10). Em uma determinada distância (dajU8te), ajuste pelo motorista ou pelo sistema ACC1 o veículo ego (10) aplica as sapatas de freio em adição para os freios auxiliares (FB + AB) de maneira a reduzir a distância (d) para o veículo alvo à frente (24) . Na medida em que a distância para o veículo à frente e a distância para um ponto de alerta de frenagem (26) seja um tanto longa, as sapatas de freio são somente ligeiramente aplicadas resultando em uma força de frenagem relativamente pequena e em um aumento relativamente pequeno em distância. Conseqüentemente, depois de um curto período de tempo, o veículo ego (10) re- alcançou a distância (dajUste) e as sapatas de freio foram re-aplicadas, o que pode resultar em uma sobre-utilização das sapatas de freio provocando fadiga.

A distância (ãajuste) pode ser ajustada pelo motorista por intermédio de uma HMI (human machine interface interface homem máquina) , particularmente um interruptor, botão ou menu. É também possível que o sistema venha armazenando um valor de ajuste previamente (dajuste) ou até mesmo que o sistema venha monitorando o comportamento do motorista e venha sugerindo valores (dajuste) dependendo de situações de tração e correspondentemente valores de ajuste (dajuste) já experimentadas/os .

Na medida em que, em concordância com a presente invenção, a utilização das sapatas de freio seja limitada para um tempo de aplicação total pré-determinado durante um intervalo de tempo pré-determinado, é vantajosamente também utilizar uma nova e inventiva estratégia de frenagem. Ao invés de aplicação das sapatas de freio na determinada distância (dajuste), o veículo ego (10) é possibilitado de vir a rolar para o veículo alvo (24) até uma distância mínima (d»,-,,·»,) . Não até que a distância mínima ^djiunima) para o veículo alvo (24) venha a ser alcançada, as sapatas de freio são aplicadas com força de frenagem razoável por diversos segundos (preferivelmente de 3 segundos até 5 segundos) , por intermédio do que a distância para (d) para o veículo alvo (24) é significativamente aumentada. Em um ponto de retorno (volta) (28), bem antes do ponto de alerta de frenagem (26), a aceleração retorna (volta) para uma desaceleração de maneira que a distância para o veículo à frente começa a aumentar. Preferivelmente, o aumento em distância (d) é tão grande que as sapatas de freio não necessitam ser aplicadas por um tempo um tanto longo (por exemplo, de mais do que 10 segundos) e, conseqüentemente, têm capacidade de se refrigerarem. Por intermédio disso, fadiga térmica é reduzida e o tempo de vida útil das sapatas de freio é aumentado.

Para cálculo das distâncias requeridas, tempos de aplicação e tempos de liberação, o sistema da presente invenção preferivelmente utiliza um parâmetro chamado fator de duração de frenagem (BD). É compreendido por uma pessoa especializada no estado da técnica que a seguinte descrição se refere a uma concretização preferida. Qualquer outra possível abordagem para determinação das distâncias, tempos de aplicação, tempos de liberação, força de frenagem, etc., são também incluídos dentro do escopo do presente pedido de patente.

0 fator de duração de frenagem (BD) que monitora os tempos de aplicação das sapatas de freio utilizadas nesta concretização preferida é definido por:

f2

BD(t) = jdt + BD(t 1)

f1

(1)

se as sapatas de freio são aplicadas; e t2

BD(t) = -jadt + BD(U)

<1

(2)

se as sapatas de freio não são aplicadas;

em que (a) é uma constante.

A constante (a) é determinada pela divisão do tempo de aplicação total pré-determinado com o intervalo de tempo pré-determinado. Como explanado anteriormente, os inventores descobriram que as sapatas de freio podem ser mais bem protegidas por ajustamento do tempo pré- determinado para 15 segundos e o intervalo de tempo para 50

segundos, o que resulta em a = —.

50

0 fator de duração de frenagem (BD) pode também depender de um ou mais dos seguintes parâmetros: velocidade de veículo, pressão de freio, temperatura de disco de freio, temperatura ambiente, tipo de disco de freio, tipo de pastilhas de freio. É também possível ter diferentes fatores de duração de frenagem dependendo destes parâmetros. A constante (a) pode também variar dependendo destes e de outros parâmetros. 0 fator de duração de frenagem (BD) pode ser calculado durante um intervalo de tempo fixo, isto é, o cálculo de fator de duração de frenagem (BD) é feito durante um intervalo de tempo fixado e após isso ajustado para zero antes que o próximo cálculo seja feito. 0 fator de duração de frenagem (BD) pode também ser calculado durante um intervalo de tempo flutuante, isto é, o cálculo de fator de duração de frenagem (BD) é feito continuamente.

A Figura 5 mostra um diagrama ilustrando o desenvolvimento e sumarização do fator de duração de frenagem (BD) sobre (ao longo de) tempo (t). As sapatas de freio do veículo não tendo sido utilizadas por um longo tempo, por conseqüência, o fator de duração de frenagem (BD) é zero em tempo (t) = 0. 0 tempo de aplicação total pré-determinado (32) e, conseqüentemente, o limite de fator de duração de frenagem (BD) máximo é ajustado para 15 segundos dentro de um intervalo de tempo (30) de 50 segundos neste exemplo. Quando o fator de duração de frenagem (BD) alcança este limite, a utilização das sapatas de freio é limitada. 0 tempo de aplicação da sapata de freio é indicado pelo sinal de referência (34), em que o tempo de liberação da sapata de freio é indicado pelo sinal de referência (36).

Como pode ser observado na Figura 5, em tempo (t) = 5, o veículo freia por 5 segundos. Ajustado para as equações anteriormente, isto resulta em um fator de duração de frenagem (BD) de 5 em tempo (t) = 10 pela utilização da equação (1), na medida em que o veículo está freiando:

10

15

10

SD(f = 10) = jdt + BD(t = 5) = 5 + 0 = 5

Após isso, os freios não são engatados por 3 segundos. Isto resulta em um fator de duração de frenagem (BD) de 4,1; pela utilização da equação (2), na medida em que o veículo não está freiando. A constante (a) é aqui 15/50.

BD(t = 13) = - J— df + BD(t = 10) = -—* 3 + 5 = 4.1 ■iq 50 50

Em (t) = 13, os freios são re-aplicados por 10 segundos, resultando em um fator de duração de frenagem (BD) de 14,1 pela utilização da expressão (1).

23

BD(t = 23)= J df + BD(f = 13) = 10 +4.1 = 14.1

13

Em (t) =23, os freios são liberados por 7 segundos e após isso re-aplicados por 2 segundos, o que novamente resulta em um fator de duração de frenagem (BD) de 14. 3J? 1 c

BD(t = 30) = - \±?-dt + BD(t = 23) = -— *7 + 14.1 = 12 23 50 50

32

SD(í = 32) = J df + BD(f = 30) = 2 + 12 = 14

30

Isto significa que o limite de fator de duração de frenagem (BD) máximo é aproximadamente alcançado e o próximo tempo de liberação deveria ser suficientemente longo de maneira a possuir tempo suficiente para que as sapatas de freio viessem a se refrigerar. Isto por sua vez significa que a distância para o veículo à frente ou a desaceleração do veículo ego conseguida depois da última frenagem tem que ser grande para que as sapatas de freio possam novamente ser liberadas por tempo suficiente para permitir que as mesmas venham a se refrigerar.

Conseqüentemente, a distância (d) que tem que ser conseguida pela ativação de sapatas de freio para possibilitar que as sapatas de freio venham a se refrigerar e preencher a condição do ajuste de tempo de aplicação total durante um intervalo de tempo pré-determinado tendo que ser cuidadosamente calculado e, nesta concretização, é fundamentado em uma adição estimada, de um ciclo (as sapatas de freio são aplicadas, liberadas e re-aplicadas) para o fator de duração de frenagem BD(t), simbolizado (ABDgstimado) / que é definido por:

15

ABDgstimado — t — TroIagam

Uma "simulação avançada" tem que (neste caso, uma solução analítica), conseqüentemente, ser feita em cada amostra para calcular uma estimativa do "tempo de rolagem" (Troiagem), isto é, o tempo deveria tomar o veículo seguindo para re-alcançar (dmínima) uma vez que as sapatas de freio são liberadas. 0 tempo de rolagem, ou tempo restante de sapatas de freio, é calculado pelas seguintes equações (estimativa é desempenhada durante uma ativação de sapata 5 de freio) , em que é adicionalmente assumido que a velocidade do veículo à frente (ValvoJ é constante e que a força de frenagem a partir dos freios auxiliares e das forças de resistência, tais como, por exemplo, inclinação de estrada, ar, rolagem, etc, são todas constantes:

10

Vegoaa(t) — Vego(tFBapl) + 3ego(tFBapl) * t , eitl que :

(t) s [início de aplicação FB = tFBapl, fim de aplicação FB = trareI] ;

15

dest(t), é a distância estimada, se as sapatas de freio são liberadas em tempo (t);

Vesoest(t), é a velocidade de veículo ego estimada, se as sapatas de freio são liberadas em tempo (t);

20

d(tFBapl) , indica a distância em tempo t = tFbapi;

Yaivo (tFBapi) * indica a velocidade de veículo alvo em tempo t = tFbapl ;

aeffo(tFBaPi)r indica a aceleração de veículo alvo em

tempo t = tFbapl ΐ

25

Yego(tFBapi) r indica a velocidade do veículo seguindo em tempo t = tFbapi ;

em que t = tFBapi é quando (dmínima) é alcançada e as sapatas de freio têm que ser utilizadas.

Por escolha de que dest(t) = d (tFBapi), e assumindo

condições estacionárias (velocidade constante de veículo alvo, inclinação de estrada constante, forças de resistência constantes), o tempo de rolagem, (Trolagem)r pode ser calculado:

T-X-JUit- ~ (Ve90(*FBapl ) ~ Valvo (tFBapl) - T(tFBapl) * aego(tFBapl))

aego(tFBapp)

Vego(tFBapl) - Valvo (tFBapl) - T(tFBapl) * aego(tFBapl) ^ o(d(tFBapl) --- T(tFBapx) * Vego(tFBapl) ^ ãego(tFBapl) --- -------:-- ^ 3ego(tFBapl) 5

Isto significa que o incremento para o fator de duração de frenagem (BD), isto é, (ABDest), pode ser calculado.

Na medida em que BD(t) e o incremento (ABDest) dependem

de uma pluralidade de variáveis, o fator de duração de frenagem (BD) pode ser indiretamente controlado por qualquer valor adequado. Na maior parte das situações, a estratégia para aplicação das sapatas de freio até que o 15 incremento (ABDest) tenha alcançado zero e então liberação das sapatas de freio e possibilitação de uma rolagem com freios auxiliares saturados pode ser desempenhada sem problemas, na medida em que também significa que o fator de duração de frenagem (BD) não irá, nunca, exceder o valor 20 permitido pré-ajustado de 15 segundos.

A Figura 6 mostra uma simulação do método anteriormente explanado, em que é assumido que um caminhão possuindo um peso total de 40 toneladas está se deslocando descendo estrada possuindo uma inclinação de 6 % com uma 25 velocidade de 20 m/s. Como pode ser observado na Figura 7, a utilização total dos freios a motor do veículo (= freios auxiliares) irá criar uma aceleração de 0,25 m/s2.

A Figura 7 mostra a aceleração (aego) do veículo ego (10) como função de peso (m) e inclinação de descida (a), em que os pesos (m) para caminhões estão na faixa de tipicamente a partir de 20 toneladas até 60 toneladas. 0 freio a motor de veículo (VEB) ( = freio auxiliar) é totalmente engatado e a posição de marcha é selecionada para determinar uma velocidade de motor de aproximadamente (caixa de marchas discreta) 1800 rpm. A velocidade do veículo ego (10) é assumida para 20 m/s. Como pode ser observado, em situações extremas [60 toneladas e 16 % de inclinação de estrada (a)] a aceleração (aego) do veículo ego (10) devido para a força de inclinação de descida é de 1,2 m/s2. Para situações mais realísticas [40 toneladas e inclinação (a) < 8 %] a aceleração é sempre < 0,5 m/s2. Mensurações sobre uma estrada possuindo uma inclinação de (a) = 6 % determinaram uma aceleração máxima de 0,25 m/s2 para um veículo possuindo 40 toneladas.

Conseqüentemente, a aceleração crítica assumida (acrítica) para a simulação mostrada na Figura 6 é ajustada para 0,25 m/s2. É adicionalmente assumido que uma ativação de sapatas de freio confortável irá mudar a aceleração a partir de 0,25 m/s2 para -1 m/s2 (isto é, a desaceleração é

4 vezes mais alta do que a aceleração), e que uma velocidade de um veículo alvo é constante, [ (Valvo) = constante]. As sapatas de freio são intencionadas para serem totalmente recuperadas depois de terem sido aplicadas, o que corresponde para um fator de duração de frenagem (BD) baixo [isto é, (BD) = 0] quando em tempo para re-aplicar as sapatas de freio de maneira a aumentar a distância para o veículo à frente.

Na Figura 6, os diversos parâmetros de veículo são mostrados como função do tempo de aplicação de sapatas de freio. 0 primeiro diagrama da Figrura 6 - Figura 6A mostra a velocidade do veículo ego (vego) que varia entre 18 m/s para 22 m/s, em que a (Valvo) é constante em 20 m/s.

O segundo diagrama da Figura 6B mostra o desenvolvimento dos valores de brecha de tempo (38) - em outras palavras a distância - em relação para o tempo de aplicação (34) e o tempo de liberação (36) das sapatas de freio. A curva de topo na Figura 6B mostra o desenvolvimento dos valores de brecha de tempo (38) que são aumentados a partir de 1,2 segundos até aproximadamente 2 segundos de maneira a assegurar que as sapatas de freio não são sobre-utilizadas. As curvas inferiores (mais baixas) mostram a correspondente aplicação das sapatas de freio que são aplicadas por 4,7 segundos (34) e liberadas por 18,5 segundos (36). Isto assegura que o fator de duração de frenagem (BD) é zero depois de cada ciclo [ver para (BD) a Figura 6C] . Pode também ser observado na Figura 6B que as sapatas de freio são aplicadas ligeiramente mais duramente no começo da intervenção de freio (1,2 m/s2) para reduzir a velocidade relativa de uma maneira confortável [ver o sinal de referência (40)].

O último diagrama de Figura 6, Figura 6C, ilustra o comportamento do fator de duração de frenagem (BD) como calculado depois das equações determinadas anteriormente. Como pode ser observado, o fator de duração de frenagem (BD) alcança zero, o que significa que é totalmente recuperado quando em tempo para re-aplicar as sapatas de freio, de maneira a re-aumentar a distância para o veículo à frente.

O comportamento de simulação é assemelhado em realidade como pode ser observado por comparação da Figura

6 e da Figura 8, em que a Figura 8 mostra uns arquivos de Iog a partir de um teste desempenhado na inclinação de descida de Kallebãck, Suécia, em que um caminhão foi utilizado rodando com 10 km/h mais rápido do que um veículo alvo. A função padrão (standard) ACC do caminhão foi desativada e substituída por uma concretização preferida do sistema da presente invenção.

Quanto mais longa a distância entre o caminhão e o alvo é maior do que (cL,^^) ao caminhão foi possibilitado acelerar por requisição de um torque de motor definido (utilizando um controlador simples para controle da aceleração) para simular os efeitos de um caminhão carregado em uma inclinação.

Se a distância é de menos do que (d^,·^) as sapatas de freio são aplicadas em concordância com a estratégia de frenagem da presente invenção como ilustrado na Fignra 4B. Quanto mais breve os freios são ativados, um cálculo está rodando para verificar quando a distância para o veículo alvo é aumentada excessivamente, que o tempo esperado (trolagem) para acelerar novamente com a mesma aceleração antes de ativação dos freios comparado com o tempo de ativação de freio corrente não aumenta o fator de duração de frenagem (BD)1 o que significa que o fator de duração de frenagem (BD) foi retornado para zero antes que as sapatas de freio sejam re-aplicadas. Isto é normalmente determinado se o tempo de liberação de freio esperado é 50/15 vezes mais alto do que tempo de ativação de freio corrente. 0 comportamento do fator de duração de frenagem (BD) é ilustrado no gráfico (42) da Figura 8.

Como mostrado na Figura 8 o caminhão acelera com 0,4 m/s2 até que a distância para o veículo alvo tenha diminuído para (dm;(aqui cerca de 1,3 segundos) , na medida em que o caminhão está rodando 10 Km/h mais rápido do que o veículo alvo. A mensuração da distância para o veículo alvo é ilustrada no gráfico (44), em que a correspondente brecha de tempo é mostrada no gráfico (46).

Se a distância Cdminima; foi alcançada, os freios são aplicados com aproximadamente -1,5 m/s2 por cerca de 4 segundos. Sob aquele tempo a velocidade dos caminhões é reduzida e a distância aumenta. 0 gráfico (48) da Figura 8 mostra o comportamento de velocidade do caminhão que é significativamente reduzida por aplicação das sapatas de freio - ver o sinal de referência (47) - e então ao caminhão é possibilitado re-acelerar para a velocidade anterior - ver o sinal de referência (49). A correspondente aplicação das sapatas de freio é indicada pelo gráfico (50) com tempos de aplicação indicados por (34) e tempos de liberação indicados por (36).

Os freios são liberados quando o tempo calculado para aceleração com a mesma aceleração antes de frenagem é suficiente para possibilitar que o fator de duração de frenagem (BD) (aumentado com 1 segundo) venha a retornar para zero se diminuindo o mesmo com -15/50 enquanto os freios não são aplicados. Dessa maneira, o resultado para o fator de duração de frenagem (BD) depois de um ciclo de frenagem/não frenagem é de aproximadamente zero.

Para conseguir o tempo de liberação necessário dos freios, a taxa de desaceleração necessária é um tanto alta (cerca de 4 vezes a aceleração positiva devido para a inclinação), que é de cerca de -1,2 m/s2 para -1,6 m/s2 ou até mesmo mais, dependendo da velocidade relativa, mas é neste exemplo limitada de qualquer forma para o limite de ACC global de -2 m/s2. A frenagem é adaptada para começar suavemente, de maneira que, a despeito dos altos níveis, a frenagem é experimentada como confortável. 0 tempo de ativação de freio de cerca de 3 segundos - 4 segundos e o nível de freio são determinados para refletir o comportamento de um motorista de caminhão normal em uma situação de tração em descida.

A diferença entre a tração sobre uma estrada plana e uma estrada em descida pode ser observada por comparação da variação nos gráficos antes e depois de 130 segundos, o que é indicado pela linha vertical (52) .

Antes de 130 segundos na linha de tempo, ambos os veículos estavam rodando sobre um plano e, depois disso ambos os veículos estão tracionando descendo a inclinação em Kallebãck. Aqui, o fator de duração de frenagem (BD) não retorna totalmente para zero depois de um ciclo, mas é aumentado com aproximadamente por um fator de 1,4 depois de cada ciclo. Isto é devido para a ultrapassagem de limite da aceleração diretamente depois da liberação dos freios enquanto acelerando em descida, na medida em que o cálculo somente considera a aceleração diretamente mensurada antes de frenagem, o que é correto para aceleração homogênea provocada por um veículo totalmente carregado em uma inclinação.

A presente invenção não deveria ser considerada como sendo limitada para as concretizações exemplificativas descritas anteriormente, e deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que um número de variações e de modificações é conceptível dentro do escopo de proteção e conceito inventivo da presente invenção como estabelecidos pelas reivindicações de patente posteriormente.

Claims

1. Um sistema para controle de uma sapata de freio de um veículo possuindo pelo menos um dispositivo de sapata de freio, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende uma unidade de controle que limita a usabilidade da sapata de freio para um tempo de aplicação total pré- determinado da sapata de freio dentro de um intervalo de tempo pré-determinado e a unidade de controle adicionalmente ajusta uma força de frenagem da sapata de freio de maneira que uma desaceleração proporcionada durante o tempo de aplicação da sapata de freio possibilita que o veículo venha a rodar sem re-aplicação da sapata de freio para um tempo restante de sapata de freio pré- determinado .

2. 0 sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema adicionalmente compreende uma unidade de cálculo que calcula um fator de duração de frenagem (BD) para adição dos períodos de tempo de aplicação e dos períodos de tempo de liberação da sapata de freio dentro do intervalo de tempo pré-determinado para o tempo de aplicação total da sapata de freio.

3. 0 sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de cálculo adicionalmente calcula um incremento (ABD) para o fator de duração de frenagem (BD) que determina o tempo restante de sapata de freio, em que o incremento (ABD) é preferivelmente adicionado para o fator de duração de frenagem (BD).

4. 0 sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o sistema adicionalmente compreende uma detecção de distância e unidade de cálculo para detecção de uma distância para um veículo à frente e cálculo de uma distância mínima para um veículo à frente e/ou uma unidade de limitação de velocidade para ajustamento de um limite de velocidade máximo para o veículo, e em que a unidade de controle aplica a sapata de freio se/quando uma distância mínima pré-determinada para um veículo à frente é detectada e/ou a velocidade máxima de ajuste é excedida.

5. 0 sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a distância mínima e/ou a velocidade máxima são/é determinadas dependendo das condições ambientes, particularmente inclinação de estrada, condições de estrada e/ou condições climáticas.

6. O sistema de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a distância mínima e/ou a velocidade máxima são/é determinadas dependendo de uma condição característica de veículo, particularmente velocidade de veículo, peso de veículo e/ou desempenho de freio auxiliar.

7. O sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 até 6, caracterizado pelo fato de que a distância mínima e/ou a velocidade máxima determinadas são/é constantemente re-determinadas pela unidade de cálculo.

8. O sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 até 7, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle ajusta adicionalmente a força de frenagem da sapata de freio em concordância com a distância mínima detectada, o limite de velocidade detectado, e/ou o desempenho de frenagem do freio auxiliar.

9. O sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle ajusta a força de frenagem levando em consideração condições ambientes, particularmente inclinação de estrada, condições de estrada, condições climáticas.

10. O sistema de acordo com as reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle ajusta a força de frenagem levando em consideração condições características de veículo, particularmente velocidade de veículo, peso de veículo, capacidade de carga, e/ou condições interveículo, particularmente velocidade interveículo.

11. 0 sistema de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o sistema adicionalmente compreende uma unidade de armazenamento, na qual o tempo de aplicação total da sapata de freio e o intervalo de tempo pré-determinado por um manufaturador de veículo ou manufaturador de freio são armazenados.

12. 0 sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 11, caracterizado pelo fato de que a unidade de cálculo é adicionalmente adaptada para pré- determinar o tempo de aplicação total da sapata de freio e o intervalo de tempo, preferivelmente de cada vez que o veículo começa a tracionar ou é ativado.

13. 0 sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sistema adicionalmente compreende uma interface homem/máquina que possibilita que um motorista do veículo venha a iniciar a pré-determinação do tempo de aplicação total da sapata de freio e o intervalo de tempo.

14. 0 sistema de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o tempo de aplicação total pré-determinado da sapata de freio está em uma faixa entre 10 segundos e 20 segundos e o intervalo de tempo pré-determinado está em uma faixa entre 45 segundos e 65 segundos.

15. Um método para controle de uma sapata de freio de um veículo possuindo pelo menos um dispositivo de sapata de freio, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas de: • limitação da usabilidade da sapata de freio para um tempo de aplicação total pré-determinado da sapata de freio dentro de um intervalo de tempo pré-determinado; e • ajustamento de uma força de frenagem da sapata de freio de maneira que uma desaceleração proporcionada durante o tempo de aplicação da sapata de freio possibilita que o veículo venha a rodar sem re-aplicação da sapata de freio para um tempo restante de sapata de freio pré- determinado .

16. 0 método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de cálculo de um fator de duração de frenagem (BD) para adição dos períodos de tempo de aplicação e dos períodos de tempo de liberação da sapata de freio dentro do intervalo de tempo pré-determinado para o tempo de aplicação total da sapata de freio.

17. 0 método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de cálculo de um incremento (ABD) para o fator de duração de frenagem (BD) que determina o tempo restante de sapata de freio, em que o incremento (ABD) é preferivelmente adicionado para o fator de duração de frenagem (BD).

18. 0 método de acordo com as reivindicações 16 ou17, caracterizado pelo fato de que: • 0 fator de duração de frenagem (BD) é calculado em concordância com: <formula>formula see original document page 30</formula> para a aplicação âa sapata de freio; e <formula>formula see original document page 31</formula> para a liberação da sapata de freio, e/ou • 0 incremento (ABD) para o fator de duração de frenagem (BD) é calculado em concordância com: Abd = t - a * Tup_roll com Tup_rojj indicando o tempo restante de sapata de freio; e em que (a) é uma constante, determinada pela divisão do tempo de aplicação total pré- determinado com o intervalo de tempo pré- determinado .

19. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o método é desempenhado sobre um sistema conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 até 14.

20. Dispositivo de controle de cruzeiro, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema para controle de uma sapata de freio de um veículo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 até 14, em que o controle de cruzeiro desempenha um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 15 até 19.