ES2221897T3 - Procedimiento para la determinacion de la carga de la rueda de un automovil. - Google Patents
Procedimiento para la determinacion de la carga de la rueda de un automovil.Info
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Abstract
Procedimiento para la determinación de la carga de una rueda de un automóvil a la que está asignada un resorte neumático (2a-2d) con el que la estructura del vehículo está amortiguada respecto a la rueda del automóvil, caracterizado porque - una carga de la rueda estacionaria se calcula y se almacena a partir del producto de la superficie efectiva de la sección transversal del resorte neumático (2a-2d) y de la presión en el resorte neumático (2a-2d), partiendo de la posición de reposo de la estructura del vehículo en la región de la rueda del automóvil, - una carga de la rueda dinámica se calcula a partir del producto de la rigidez del resorte del resorte neumático (2a-2d) y de la desviación del resorte neumático (2a-2d) respecto a su posición de reposo, y - para la determinación de la carga de la rueda se suman la carga de la rueda estacionaria y la carga de la rueda dinámica.
Description
Procedimiento para la determinación de la carga
de la rueda de un automóvil.
La invención se refiere a un procedimiento para
la determinación de la carga de la rueda de una rueda de un
automóvil a la que está asignada un resorte neumático, con el que
la estructura del vehículo está amortiguada respecto a la rueda del
automóvil. Un procedimiento genérico se conoce del documento
US-A-5.373.445.
Los automóviles modernos disponen habitualmente
al menos de un sistema de estabilidad de marcha como, por ejemplo,
un sistema de antibloqueo de frenos (ABS) o un programa de
estabilidad regulado electrónicamente (ESP), que evita un giro
indeseado del automóvil alrededor del eje vertical. Los programas
actuales de estabilidad de la marcha supervisan con sensores la
rotación de las ruedas del automóvil, y extraen a partir de ello
las magnitudes bajo control necesarias para un proceso de
regulación, por ejemplo, la fuerza de frenado en cada una de las
ruedas de cada una de las ruedas. Los programas existentes de
estabilidad de la marcha se podrían mejorar si además del número de
revoluciones por unidad de tiempo se pudiera supervisar la carga de
las ruedas. De este modo, es evidente que en un proceso de frenado,
una rueda con una menor carga de la rueda se ha de solicitar con
una menor fuerza de frenado que una rueda con una mayor carga de la
rueda, para evitar en la misma situación de marcha del automóvil un
bloqueo de la rueda. Además, a partir de las cargas de las ruedas
se pueden calcular otras magnitudes físicas importantes del
automóvil como, por ejemplo, su peso o su masa y las distribuciones
de carga en los ejes. Hasta ahora no se ha dado a conocer ningún
procedimiento con el que se puedan determinar de un modo exacto y
con poco coste las cargas de las ruedas de las ruedas del
automóvil.
La invención se basa en el objetivo de conseguir
un procedimiento con el que se puedan determinar las cargas de las
ruedas de las ruedas de un automóvil de un modo sencillo.
El objetivo se alcanza conforme al procedimiento
según la reivindicación 1.
El cálculo de las cargas estacionarias de las
ruedas se realiza tomando como base la posición de reposo de la
estructura del vehículo en la región de la rueda del vehículo. Por
el concepto de posición de reposo de la estructura del vehículo en
la región de la rueda del automóvil se ha de entender la posición de
la estructura del vehículo que éste adopta de modo estacionario
cuando sobre él actúa exclusivamente su peso (incluyendo la
carga).
Por el concepto de carga de la rueda estacionaria
se ha de entender la carga de la rueda que se genera en una rueda
debido únicamente a la masa del vehículo que descansa en la
dirección vertical. Por el concepto de carga de la rueda dinámica
se ha de entender la carga de la rueda que se genera en una rueda
como consecuencia de una estructura del vehículo que oscila en
dirección vertical o de las ruedas.
Con la invención se consigue la ventaja de que en
un automóvil que dispone de un sistema de suspensión neumática se
pueden calcular de un modo sencillo las cargas de las ruedas en las
ruedas a las que está asignado un resorte neumático. En caso de que
a cada rueda del automóvil esté asignado un resorte neumático,
entonces se pueden calcular las cargas de las ruedas de todas las
ruedas del automóvil. El sistema de suspensión neumática, para el
cálculo de las cargas de las ruedas, no necesita componentes de los
que no se disponga ya en un sistema de suspensión neumática
convencional. Por esta razón, no se incrementan los costes de un
sistema de suspensión neumática en la que se calculan las cargas de
las ruedas respecto a un sistema de suspensión neumática
convencional.
En el cálculo de la carga de la rueda
estacionaria, se puede tomar para la superficie efectiva de la
sección transversal un valor fijo. Esto es posible, en particular,
cuando la superficie efectiva de la sección transversal de resorte
neumático sólo varía ligeramente, o bien no varía dependiendo de su
desviación, tal y como es el caso, por ejemplo, en un resorte
neumático con un émbolo de desenrollado exactamente cilíndrico.
Para el cálculo de la carga de la rueda dinámica también se puede
tomar un valor constante para la rigidez del resorte. Sin embargo,
para el cálculo de la carga de la rueda estacionaria se tiene en
cuenta la dependencia con la altura de la superficie efectiva de la
sección transversal, y en el cálculo de la carga de la rueda
dinámica se tiene en cuenta la dependencia en altura de la rigidez
del resorte, tal y como se reivindica en la reivindicación 2. La
ventaja de esta variante se ve en el hecho de que tanto la carga de
la rueda estacionaria como también la carga de la rueda dinámica, y
con ello la carga total de la rueda, se pueden calcular de modo
exacto. La superficie efectiva de la sección transversal
dependiente de la altura, y la rigidez del resorte del resorte
neumático dependiente de la altura se pueden determinar a partir de
una tabla o a partir de una línea característica de un modo
sencillo.
Conforme a una variante de la invención según la
reivindicación 3
- -
- la estructura del vehículo está amortiguada con resortes neumáticos respecto a al menos un eje del vehículo que contiene un estabilizador transversal, y
- -
- a partir del producto de la rigidez del resorte del estabilizador transversal y de la diferencia de las desviaciones de los resortes neumáticos respecto a su posición de reposo se calcula una fuerza igualadora y
- -
- para la determinación de la carga de la rueda de una rueda del eje del vehículo se suman la carga de la rueda estacionaria y la carga de la rueda dinámica y, corregido el signo, la fuerza igualadora.
El estabilizador transversal se opone a una
posición oblicua del vehículo, e intenta volver a
"presionarlo" hacia su posición horizontal. Por medio de esto,
se generan en las ruedas del eje que está asignado al estabilizador
transversal fuerzas adicionales (llamadas fuerzas igualadoras en la
reivindicación). Cuando el vehículo, por ejemplo, está inclinado
hacia la izquierda, el estabilizador transversal descarga la parte
izquierda del vehículo y carga la parte derecha del vehículo, para
presionar al vehículo a la posición horizontal.
Correspondientemente a esto, en el cálculo de la carga de la rueda
para la rueda del automóvil de la parte izquierda se ha de sumar a
la carga de la rueda estacionaria y a la carga de la rueda dinámica
una fuerza igualadora negativa, y para la rueda de la parte derecha
del vehículo se ha de sumar una fuerza igualadora positiva (para
más detalle, ver la descripción de las figuras). La ventaja de la
variante se ha de ver en el hecho de que en el cálculo de toda la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil también se tienen en
cuenta las influencias de un estabilizador transversal, y con ello
es posible un cálculo exacto de la carga de la rueda, también en
una posición inclinada del automóvil (por ejemplo, en la conducción
en curva).
Una variante de la invención según la
reivindicación 4 está caracterizada porque
- -
- a la rueda del automóvil está asignado un amortiguador, y a partir del producto de los coeficientes de amortiguación y de la velocidad que la rueda del automóvil tiene relativa a la estructura del automóvil se calcula una fuerza de amortiguación, y porque
- -
- la fuerza de amortiguación se suma a la carga de la rueda.
La ventaja de esta variante se ha de ver en el
hecho de que en el cálculo de la carga de la rueda de una rueda de
un automóvil también se tiene en cuenta la fuerza ejercida por un
amortiguador sobre la rueda. En el caso de un amortiguador con
coeficientes de amortiguación ajustables, para el cálculo de la
fuerza de amortiguación se usa el coeficiente de amortiguación
ajustado actual, tal y como se reivindica en la reivindicación
5.
Conforme a una variante de la invención según la
reivindicación 6, la posición de reposo de la estructura del
vehículo en la región de cada una de las ruedas del automóvil y la
carga de la rueda de cada una de las ruedas del automóvil a las que
está asignado un resorte neumático se determina inmediatamente
después de la conexión del encendido, e inmediatamente después de
un proceso de regulación en el resorte neumático asignado a la
rueda.
La ventaja de esta variante se ha de ver en el
hecho de que el automóvil se encuentra inmediatamente después de la
conexión del encendido en reposo respecto a su movimiento vertical.
Con ello, en ese instante es posible de un modo sencillo una
determinación exacta de la carga de la rueda estacionaria. Las
cargas de las ruedas determinadas inmediatamente después de la
conexión del encendido se almacenan en la unidad de control del
sistema de suspensión neumática, de manera que posteriormente están
disponibles para el cálculo de la carga total de la rueda.
Preferentemente se lleva a cabo una determinación de la carga de la
rueda estacionaria después de la conexión del encendido únicamente
bajo un valor límite prefijado de velocidad. Un nuevo cálculo de la
carga de la rueda estacionaria y de la posición de reposo durante
la marcha del automóvil sólo es necesaria cuando en el resorte
neumático asignado a esta rueda se ha llevado a cabo un proceso de
regulación, o cuando aparece una desviación respecto a la posición
de reposo, ya que en este caso se puede haber modificado la presión
y la posición en altura en este resorte neumático, y con ello
también la carga de la rueda estacionaria en la rueda
correspondiente. En caso de que durante la marcha no tenga lugar en
un resorte neumático ningún proceso de regulación y no se produzca
ninguna desviación estacionaria respecto a la posición de reposo,
entonces la carga de la rueda de la rueda asignada a este resorte
neumático se vuelve a calcular cuando el encendido del automóvil se
conecte de nuevo después de una desconexión. Otra ventaja de la
invención se ha de ver en el hecho de que un cálculo de las cargas
de las ruedas estacionarias y de las posiciones de reposo
estacionarias se produce en el menor número de ocasiones posible,
gracias a lo cual se reduce el coste de cálculo.
Conforme a una variante de la invención según la
reivindicación 7, se evita una determinación de la posición de
reposo de la estructura del automóvil en la región de cada una de
las ruedas del automóvil y una determinación de la presión en un
resorte neumático, con cuya ayuda se calcula la carga de la rueda
estacionaria, durante una conducción en curva, una posición
inclinada o un entrecruce del automóvil. La ventaja de esta
variante se ha de ver en el hecho de que una determinación de la
presión en un resorte neumático no se lleva a cabo cuando el
resultado de la determinación se podría falsear como consecuencia
de la situación de marcha del automóvil. Una conducción en curva del
automóvil, por ejemplo, se puede reconocer en el giro del volante.
Una posición inclinada o un entrecruce del automóvil se puede
reconocer a partir de las señales de los sensores de altura que
están asignados a los resortes neumáticos del automóvil.
Conforme a una variante de la invención según la
reivindicación 8
- -
- a cada rueda del automóvil está asignado un resorte neumático
- -
- para cada rueda se calcula la carga de la rueda estacionaria y
- -
- a partir de la suma de la carga de la rueda estacionaria se determina el peso del automóvil.
La variante de la reivindicación 6 está orientada
a un automóvil que presenta un resorte neumático asignado a cada
rueda del automóvil. La ventaja de la variante se ha de ver en el
hecho de que en este tipo de automóviles, el peso o la masa del
automóvil se puede calcular a partir de las cargas de las ruedas
estacionarias de un modo sencillo. El peso calculado se puede usar,
por ejemplo, como magnitud de entrada para un programa de
estabilidad de la marcha. Además es posible advertir al conductor
del automóvil cuando se ha superado el peso máximo autorizado del
automóvil.
Conforme a una variante de la invención según la
reivindicación 9
- -
- a partir de la suma de las cargas de las ruedas estacionarias de las ruedas de al menos un eje del vehículo se determina la carga estacionaria del eje correspondiente a éste
- -
- se calcula al menos para este eje del vehículo la distribución estacionaria de carga del eje a partir del cociente de la carga estacionaria del eje respecto al peso del vehículo.
La ventaja de esta variante se ha de ver en que
el hecho de superar las cargas permitidas de los ejes, que son
diferentes para el eje delantero y el eje trasero, se puede
reconocer rápidamente y que, dado el caso, se puede dar una
indicación al conductor. Puesto que el eje delantero de un vehículo
normalmente no está cargado sustancialmente por el equipaje
adicional y la carga del eje del eje trasero de puede determinar
por separado, con la variante se puede reconocer de un modo rápido
y fiable una sobrecarga del automóvil.
Conforme a una variante de la invención según la
reivindicación 10
- -
- se determina a partir de la suma de las cargas de las ruedas de las ruedas de al menos un eje del vehículo la carga del eje dinámica correspondiente a éste y
- -
- se calcula al menos para este eje del vehículo la distribución dinámica de carga del eje a partir del cociente de la carga dinámica del eje respecto al peso del vehículo.
La ventaja de esta variante se ha de ver en el
hecho de que se puede determinar la distribución de carga del eje
en el automóvil de un modo sencillo. La distribución dinámica de
carga del eje calculada de esta manera se puede usar como magnitud
de entrada para un programa de estabilidad de la marcha.
Un ejemplo de realización y otras ventajas de la
invención se explican conjuntamente con las siguientes figuras, en
las que se muestra:
Figura 1 un sistema de suspensión neumática en
una representación esquemática,
Figura 2 un resorte neumático en una sección
transversal,
Figura 3 un diagrama.
La Figura 1 muestra en una representación muy
esquematizada un sistema de suspensión neumática para un automóvil,
en el que sólo se muestran los elementos necesarios para las
explicaciones posteriores. El sistema de suspensión neumática
dispone de resortes neumáticos 2a, 2b que están asignados al eje
delantero del automóvil, y de resortes neumáticos 2c, 2d que están
asignados al eje trasero del automóvil. Con los resortes neumáticos
2a a 2d, una estructura del vehículo (no mostrada) del automóvil
está alojada de modo amortiguado respecto a los ejes. Los resortes
neumáticos 2a, 2b están unidos entre ellos por medio de una
conducción transversal 4a y los resortes neumáticos 2c, 2d por
medio de una conducción transversal 4b. Cada conducción transversal
4a, 4b contiene dos válvulas de bloqueo transversal 6a, 6b y 6c,
6d, de las cuales una está asignada respectivamente a un resorte
neumático 2a a 2d. Además, la conducción transversal 4a, 4b está
unida con otra conducción 8, a través de la cual los resortes
neumáticos 2a a 2d se llenan de aire comprimido con ayuda del
compresor 12, o bien a través de la cual se extrae de los resortes
neumáticos 2a a 2d por medio de la válvula 14 aire comprimido a la
atmósfera. Para ello, las entradas de control de las válvulas
correspondientes 6a a 6d, 14 y del compresor 12 se controlan por
parte de la unidad de control 10.
Además de los componentes mencionados hasta el
momento, el sistema de suspensión neumática dispone en la
conducción 8 de un sensor de presión 24 y de sensores de altura 16,
18, 20 y 22, cada uno de los cuales está asignado a un resorte
neumático 2a a 2d del sistema de suspensión neumática. Con el sensor
de presión 24 se puede medir la presión en los resortes neumáticos
2a a 2d. Con los sensores de altura 16 a 22 se puede medir la
posición en altura actual de los resortes neumáticos 2a a 2d, o
bien la posición en altura de la estructura del vehículo. El modo
concreto de realizar esto se explica posteriormente.
Con la ayuda del sistema de suspensión neumática
representado en la Figura 1, la carga de la rueda FS_{i} en una
rueda de un automóvil se puede calcular según la siguiente
fórmula:
(1)FS_{i} =
P_{i} \ x \ A_{i}; i = 2a, \ 2b, \ 2c, \
2d
en este caso, P_{i} significa la
presión de aire en el resorte neumático i, y A_{i} la sección
transversal efectiva en el resorte neumático i. En caso de que, por
ejemplo, se calcule la carga de la rueda estacionaria para la rueda
del automóvil en la posición "delantera izquierda", entonces
se calcula en la fórmula 1 el producto correspondiente para el
resorte neumático
2a.
El cálculo de la carga de la rueda estacionaria
de una rueda de un automóvil se realiza partiendo de la posición de
reposo para la estructura del vehículo en la región de la rueda del
automóvil, es decir, en la determinación de la carga de la rueda
estacionaria se parte del hecho de que la estructura del vehículo en
la región del automóvil se encuentra en reposo. El modo de
determinar la posición de reposo se explica posteriormente con
detalle.
El aire comprimido en cada resorte neumático 2a a
2d se mide para el cálculo de la carga de la rueda estacionaria,
preferentemente, por pasos para cada uno de los resortes neumáticos
uno detrás del otro. A partir del resorte neumático 2a se explica a
continuación cómo sucede esto en la posición parada del automóvil
(en la posición parada del automóvil prácticamente se garantiza que
la estructura del vehículo se encuentra realmente en reposo en la
región de cada una de las ruedas del automóvil). En primer lugar,
la unidad de control 10 suministra corriente a la entrada de la
válvula de bloqueo transversal 6a, de manera que ésta pasa desde el
estado básico mostrado en la Figura 1 a su estado de conexión. El
resto de válvulas 6b a 6d y la válvula 14 permanecen en su estado
básico mostrado en la Figura 1. El resorte neumático 2a se une
entonces a través de la conducción transversal 4a y de la
conducción 8 con el sensor de presión 24. Después de un periodo de
tiempo que va de 0,2 a 1 segundo se ha ajustado en el sensor de
presión 24 la presión de aire existente en el resorte neumático 2a,
y a continuación se mide de modo continuo a lo largo de un
intervalo temporal que preferentemente va de 1 a 5 segundos. El
sensor de presión 24 conforma a partir de los valores medidos un
valor medio, y transmite éste a la unidad de control 10. En la
unidad de control 10, se le asigna al resorte neumático 2a el valor
medio de presión medido y se almacena (la unidad de control 10
"sabe", que el valor medio de presión transmitido corresponde
al resorte neumático 2a, ya que para la medición de presión ha
controlado la válvula de bloqueo transversal 6a correspondiente a
éste). Después de haberse realizado la medición de presión, la
unidad de control 10 ya no suministra corriente a la entrada de
control de la válvula de bloqueo transversal 6a, de modo que esta
vuelve a ir a su estado básico.
La presión de aire se puede medir en los resortes
neumáticos 2b a 2d de la misma manera. La unidad de control 10 ha
de controlar entonces únicamente la válvula de bloqueo transversal
6b a 6d correspondiente.
De esta manera, la presión de aire -tal y como se
ha explicado anteriormente- también puede ser medida durante la
marcha del vehículo. El tiempo de abertura de la válvula de la
válvula de bloqueo transversal correspondiente se prolonga entonces
únicamente a una duración de aprox. 2 a 10 segundos, de manera que
el valor de presión correspondiente en un resorte neumático 2a a 2d
está durante un mayor intervalo temporal en el sensor de presión
24, y con ello es posible una conformación del valor medio a lo
largo de un intervalo temporal mayor. Con ello, las oscilaciones de
presión que se producen durante la marcha en el resorte neumático
2a a 2d, que son debidas a una oscilación de la estructura del
vehículo alrededor de su posición de reposo, se filtran con la
conformación del valor medio. Gracias a ello, por medio de la
conformación del valor medio también se puede medir durante la
marcha del vehículo la presión en el resorte neumático 2a a 2d que
existe en éste en la posición de reposo de la estructura del
vehículo, aunque la estructura del vehículo no se encuentre
realmente en reposo.
En el cálculo de la carga de la rueda
estacionaria se puede emplear un valor constante para la superficie
efectiva de la sección transversal del resorte neumático. Esto es
posible, en particular, cuando este no depende, o sólo depende de
un modo reducido, de la altura actual del resorte neumático 2a a 2d.
En la mayoría de los casos la superficie efectiva de la sección
transversal de los resortes neumáticos 2a a 2d, sin embargo, es una
función de su posición en altura actual. Debido a esto,
preferentemente ésta se determina con ayuda de los sensores de
altura 16 a 22 y se extrae de una tabla o de una línea
característica (ver Figura 3) la superficie efectiva de la sección
transversal del resorte neumático 2a a 2d correspondiente a la
posición en altura actual. En la determinación de la carga de la
rueda estacionaria, es fundamental para la determinación de la
superficie de la sección transversal la posición de reposo del
resorte neumático 2a a 2d correspondiente, es decir, la posición en
altura del resorte neumático que se adopta cuando la estructura del
vehículo y las ruedas del vehículo se encuentran en la región del
resorte neumático en dirección vertical en reposo.
Cuando durante la determinación de la posición de
reposo de un resorte neumático (que es lo mismo que la posición de
reposo de la estructura del vehículo en la región de este resorte
neumático) no se produce ninguna variación de la posición en altura
actual, como normalmente suele ser el caso, por ejemplo, en el
estado de parada del automóvil, entonces la posición de reposo de
los resortes neumáticos 2a a 2d se puede determinar directamente a
partir de la señal de los sensores de altura 16 a 22, y se puede
almacenar conjuntamente con el resorte neumático 2a a 2d
correspondiente en la unidad de control. En caso de que la posición
de descanso de los resortes neumáticos 2a a 2d se determine cuando
la posición en altura actual de los resortes neumáticos 2a a 2d,
por ejemplo debido a una oscilación de la estructura del vehículo o
de la rueda, varíe continuamente, entonces en la unidad de control
10 se hace media de la señal correspondiente de los sensores de
altura 16 a 22 a lo largo de un intervalo de tiempo mayor. En este
caso se filtran las oscilaciones alrededor de la posición de reposo
de los resortes neumáticos 2a a 2d. El intervalo temporal a lo largo
del que se hace la media tiene preferentemente un valor que va de
15 a 150 segundos.
A partir de las cargas de las ruedas FS_{i}; i
= 2a a 2d, se puede calcular el peso del vehículo FG del automóvil
de la siguiente manera:
(2)FG =
FS_{2a} + FS_{2b} + FS_{2c} +
FS_{2d}
Las cargas estacionarias en los ejes ALVS, ALHS
en el eje delantero y en el eje trasero se pueden calcular de la
siguiente manera:
(3)ALVS =
FS_{2a} +
FS_{2b}
(4)ALHS =
FS_{2c} +
FS_{2d}
La distribución estacionaria de la carga del eje
ALVT se puede calcular según la siguiente fórmula:
(5)ALVT =
ALVS/FG
Este valor está siempre entre 0 y 1. En el caso
de que se dé, por ejemplo, un valor de 0,6, entonces esto significa
que un 60% de toda la masa del vehículo descansa sobre el eje
delantero, y correspondientemente un 40% descansa sobre el eje
trasero.
Las magnitudes calculadas -como se ha indicado
más arriba- para la posición de reposo de los resortes neumáticos 2a
a 2d, las cargas de las ruedas, las cargas de los ejes y el peso
del vehículo, se almacenan en la unidad de control 10 y están allí
disponibles para otros cálculos.
Con ayuda del sistema de suspensión neumática
mostrado en la Figura 1, también se pueden calcular las cargas de
las ruedas dinámicas en las ruedas del automóvil según la siguiente
fórmula:
(6)FD_{i} =
k_{i} \ x \ (h_{i} \ (t) - h_{\text{i, Reposo}}); \ i = 2a, \ 2b, \
2c, \
2d
En este caso, FD_{i} significa la carga de la
rueda dinámica en la rueda i, k_{i} la rigidez del resorte del
resorte neumático i correspondiente, h_{i}(t) la posición
en altura actual del resorte neumático i, y h_{\text{i, Reposo}}
la posición de reposo del resorte neumático i. Así pues, la
diferencia que está en paréntesis en la fórmula 6 proporciona el
desvío del resorte neumático i respecto a su posición de descanso.
La posición en altura h_{i}(t) actual se determina
haciendo que la unidad de control 10 para el resorte neumático i
tenga en cuenta en el instante t la posición en altura del resorte
neumático i actual indicada por el sensor de altura 16 a 22
correspondiente. La posición de reposo h_{\text{i, Reposo}}, se
determina en la unidad de control 10 de la manera que ya se ha
explicado anteriormente. En el caso de que ya esté almacenada una
posición de reposo correspondiente en la unidad de control 10,
entonces se puede hacer uso de ésta, y no es necesaria una nueva
determinación de la posición de descanso del resorte neumático
i.
Para la rigidez del resorte k_{i} del resorte
neumático i se puede partir de un valor constante. Esto es posible
en particular cuando no depende, o depende sólo ligeramente, de la
posición en altura actual del resorte neumático i. Sin embargo,
preferentemente se tiene en cuenta la dependencia respecto a la
altura de la rigidez del resorte k_{i}. En este caso, en la
unidad de control 10 está almacenada una tabla o una línea
característica (ver Figura 3), a partir de la cual se puede
determinar la rigidez del resorte para la altura h_{i}(t)
actual.
Con la ayuda del sistema de suspensión neumática
mostrado en la Figura 1 se puede tener también en cuenta la
influencia de un estabilizador transversal existente en el eje
delantero. La fuerza ejercida por un estabilizador transversal en
el eje delantero se calcula según la siguiente fórmula:
(7)F_{\text{Stab, V}} = k_{V} \ x
\ ((h_{2b} (t) - h_{\text{2b, Reposo}}) - (h_{2a}
(t)-h_{\text{2a,
Reposo}}))
En este caso F_{stab} significa la fuerza del
estabilizador transversal, k_{V} la rigidez del resorte del
estabilizador transversal, h_{2b}(t) la posición en altura
actual y h_{\text{2b, Reposo}} la posición de reposo del resorte
neumático 2b, y h_{2a}(t) la posición en altura actual y
h_{2a}, _{Reposo} la posición en altura del resorte del resorte
neumático 2a. Así pues, la diferencia indicada entre paréntesis en
la fórmula 7 proporciona la inclinación transversal del automóvil
en el eje delantero.
La fuerza generada por medio de un estabilizador
transversal en el eje trasero de un automóvil se calcula de modo
correspondiente según la siguiente fórmula:
(8)F_{\text{Stab, H}} = k_{h} x
((h_{2c} (t) - h_{\text{2c, Reposo}}) - (h_{2d}
(t)-h_{\text{2d,
Reposo}}))
Si se quiere tener en cuenta la influencia de los
estabilizadores transversales en el cálculo de las cargas de las
ruedas dinámicas, entonces se han de calcular éstas según las
siguientes fórmulas:
(9)FD_{\text{2a, total}} =
FD_{2a} + F_{Stab,
V}
(10)FD_{\text{2b, total}} =
FD_{2b} + F_{Stab,
V}
(11)FD_{\text{2c, total}} =
FD_{2c} + F_{Stab,
H}
(12)FD_{\text{2d, total}} =
FD_{2d} + F_{Stab,
H}
A partir de las magnitudes calculadas se obtiene
la carga total de la rueda _{\text{Fi, total}} en la rueda del
automóvil i:
(13)F_{\text{i, total}} =
FS_{i} + FD_{\text{i, total}}; i = 2a, \ 2b, \ 2c, \
2d
F_{\text{i,
total}} \ \text{en la rueda del automóvil
i.}
Con las magnitudes mencionadas más arriba se
puede calcular la carga del eje dinámica en el eje delantero y en el
eje trasero según las siguientes fórmulas:
(14)ALVD_{\text{Carga del eje}} =
F_{\text{2a, total}} + F_{\text{2b,
total}}
(15)ALHD_{\text{Carga del eje}} =
F_{\text{2c, total}} + F_{\text{2d,
total}}
A continuación, se explica cómo con ayuda del
sistema de suspensión neumática mostrado en la Figura 1 se puede
tener en cuenta la influencia de un amortiguador, cada uno de los
cuales está asignado a un resorte neumático 2a a 2d. La fuerza
ejercida por un amortiguador se calcula según la siguiente
fórmula:
(16)F_{\text{Amortig, i}} =
K_{\text{Amortig, i}} \ x \ v_{i}; \ i = 2a, \ 2b, \ 2c, \
2d
En este caso, F_{\text{Amortig, i}} significa
la fuerza del amortiguador en la rueda i, K_{\text{Amortig, i}}
significa el coeficiente de amortiguación del amortiguador en la
rueda i, v_{i} la velocidad que tiene la estructura del vehículo
relativa a la rueda del automóvil i. La velocidad v_{i} se puede
calcular para cada rueda i según la siguiente fórmula:
(17)v_{i} =
(H_{i}(t) - H_{i}(t- \delta t)) / \delta t; i = 2a, \ 2b, \ 2c, \
2d
En este caso, H_{i}(t) significa la
posición en altura actual del resorte neumático en el instante t y
H_{i}(t-\deltat) significa la posición en
altura actual del resorte neumático i en el instante
t-\deltat.
Si en el cálculo de la carga total de la rueda se
han de tener en cuenta las fuerzas ejercidas por medio de los
amortiguadores, entonces se han de sumar las fuerzas de
amortiguación según la fórmula 16 a las cargas totales de las ruedas
F_{\text{i, total}} según la fórmula 13.
En el cálculo de la fuerza de amortiguación se
puede partir de un valor constante para el valor del coeficiente de
amortiguación K_{\text{Amortig, i}}. En el caso de que, por el
contrario, se usen en el automóvil amortiguadores con coeficientes
de amortiguación regulables, entonces en el cálculo de la fuerza de
amortiguación se tiene en cuenta preferentemente el coeficiente de
amortiguación ajustado por el sistema electrónico de regulación del
amortiguador.
Los valores de presión y los valores de altura
necesarios para la determinación de las cargas de las ruedas
mencionadas más arriba se realizan por medio del sensor de presión
24 y de los sensores de altura 16 a 22 sólo cuando la unidad de
control 10 registra que está conectado el encendido del vehículo y
que tanto las puertas como el maletero están cerrados. En este
caso, la masa del automóvil que influye en la carga de las ruedas
ya no se modifica de un modo considerable. Además, una activación
de la medición de presión por medio de la unidad de control 10
tiene lugar únicamente cuando la desviación de altura en cada
resorte neumático 2a a 2d está en un intervalo de tolerancia
respecto a una posición teórica predeterminada para el resorte
neumático correspondiente. Después del proceso de regulación en un
eje del automóvil, la unidad de control 10 vuelve a medir la
presión en los resortes neumáticos 2a a 2d que están asignados a los
ejes, ya que se ha podido modificar como consecuencia del proceso
de regulación.
No se lleva a cabo una medición por parte de la
unidad de control 10 durante una conducción en curva del vehículo,
ya que por medio de las influencias de los estabilizadores
laterales sobre los resortes neumáticos 2a a 2d se podría falsear
el resultado. Además, no se lleva a cabo por parte de la unidad de
control 10 una medición de presión durante un proceso de regulación
de nivel, para que éste se pueda finalizar en el menor espacio de
tiempo posible.
La figura 2 muestra un resorte neumático 2a a 2d
en sección transversal. El fuelle 26 del resorte neumático 2a a 2d
se desenrolla en un émbolo de desenrollado 28. En este caso, en el
émbolo de desenrollado 28 se conforma un pliegue de desenrollado
30. En la posición en la que las tangentes 32 discurren en el
fuelle 26 del resorte neumático de modo perpendicular respecto a la
fuerza del resorte o a la fuerza de apoyo F se encuentra el círculo
exterior de limitación de la superficie efectiva de la sección
transversal A.
La figura 3 muestra un diagrama en el que están
representados la superficie efectiva de la sección transversal A y
la rigidez del resorte k de un resorte de neumático 2a a 2d a lo
largo de la altura h. Del diagrama se puede extraer una línea
característica 34 que reproduce la dependencia de la superficie
efectiva de la sección transversal A respecto a la altura h.
Además, del diagrama se extrae una línea característica 36 que
representa la dependencia de la rigidez del resorte k de un resorte
neumático respecto a la altura. En la unidad de control 10 está
almacenada para todos los resortes neumáticos 2a a 2d que muestran
una dependencia diferente un diagrama correspondiente, de manera que
la unidad de control para el cálculo de las cargas de las ruedas,
conociendo la posición en altura h actual del resorte neumático,
puede determinar el valor actual para la superficie de la sección
transversal A y para la rigidez del resorte k.
| 2a, 2b, 2c, 2d | resortes neumáticos |
| 4a, 4b | conducción transversal |
| 6a, 6b, 6c, 6d | válvulas de bloqueo transversales |
| 8 | conducción |
| 10 | unidad de control |
| 12 | compresor |
| 14 | válvula de salida |
| 16, 18, 20, 22 | sensores de altura |
| 24 | sensor de presión |
| 26 | fuelle |
| 28 | émbolo de desenrollado |
| 30 | pliegue |
| 32 | tangente |
| 34, 36 | línea característica |
Claims (10)
1. Procedimiento para la determinación de la
carga de una rueda de un automóvil a la que está asignada un resorte
neumático (2a-2d) con el que la estructura del
vehículo está amortiguada respecto a la rueda del automóvil,
caracterizado porque
- -
- una carga de la rueda estacionaria se calcula y se almacena a partir del producto de la superficie efectiva de la sección transversal del resorte neumático (2a-2d) y de la presión en el resorte neumático (2a-2d), partiendo de la posición de reposo de la estructura del vehículo en la región de la rueda del automóvil,
- -
- una carga de la rueda dinámica se calcula a partir del producto de la rigidez del resorte del resorte neumático (2a-2d) y de la desviación del resorte neumático (2a-2d) respecto a su posición de reposo, y
- -
- para la determinación de la carga de la rueda se suman la carga de la rueda estacionaria y la carga de la rueda dinámica.
2. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil según la
reivindicación 1, caracterizado porque en el cálculo de la
carga de la rueda estacionaria se tiene en cuenta la dependencia de
la altura de la superficie efectiva de la sección transversal y en
el cálculo de la carga de la rueda dinámica, la dependencia de la
altura de la rigidez del resorte del resorte neumático
(2a-2d).
3. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil según una de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque
- -
- la estructura del vehículo está amortiguada con resortes neumáticos (2a-2d) al menos respecto a un eje del vehículo que contiene un estabilizador transversal, y porque
- -
- a partir del producto de la rigidez del resorte del estabilizador transversal y de la diferencia de las desviaciones de los resortes neumáticos (2a-2d) respecto a su posición de reposo se calcula una fuerza igualadora, y porque
- -
- para la determinación de la carga de la rueda de una rueda del eje del vehículo se suman la carga de la rueda estacionaria y la carga de la rueda dinámica y la fuerza igualadora con el signo corregido.
4. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
- -
- a la rueda del automóvil está asignado un amortiguador, y a partir del producto del coeficiente de amortiguación y de la velocidad relativa que tiene la rueda del automóvil respecto a la estructura del vehículo se calcula una fuerza de amortiguación y porque
- -
- la fuerza de amortiguación se suma a la carga de la rueda.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque en un amortiguador con coeficientes de
amortiguación regulables se usa el coeficiente de amortiguación
ajustado actual para el cálculo de la fuerza de amortiguación.
6. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la posición de
reposo de la estructura del vehículo en la región de cada una de
las ruedas del automóvil y la carga de la rueda estacionaria de cada
una de las ruedas del automóvil a las que está asignado un resorte
neumático (2a-2d) se determina inmediatamente
después de la conexión del encendido e inmediatamente después de un
proceso de regulación en el resorte neumático asignado a la
rueda.
7. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque no se realiza
una determinación de la posición de reposo de la estructura del
vehículo en la región de una rueda del automóvil ni una
determinación de la presión en un resorte neumático
(2a-2d), con cuya ayuda se calcula la carga de la
rueda estacionaria, durante una conducción en curva, una posición
inclinada o un entrecruce del automóvil.
8. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque
- -
- a cada rueda del automóvil está asignado un resorte neumático (2a-2d) y porque
- -
- para cada rueda se calcula la carga de la rueda estacionaria, y porque
- -
- a partir de la suma de las cargas de las ruedas estacionarias se determina el peso del automóvil.
\newpage
9. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de un automóvil según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque
- -
- a partir de la suma de las cargas de las ruedas estacionarias de las ruedas de al menos un eje del vehículo se determina la carga del eje estacionaria correspondiente a éste, y porque
- -
- al menos para este eje del vehículo se calcula la distribución estacionaria de carga de los ejes a partir del cociente de la carga del eje estacionaria respecto al peso del vehículo.
10. Procedimiento para la determinación de la
carga de la rueda de una rueda de un automóvil según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque
- -
- a partir de la suma de las cargas de las ruedas de las ruedas de al menos un eje del vehículo se determina la carga del eje dinámica correspondiente a éste, y porque
- -
- al menos para este eje del vehículo se calcula la distribución de carga dinámica de los ejes a partir del cociente de la carga del eje dinámica respecto al peso del vehículo.
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