ES2256251T3 - Sistema de pedal para automoviles con una unidad sensora de desplazamiento. - Google Patents
Sistema de pedal para automoviles con una unidad sensora de desplazamiento.Info
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Abstract
Sistema de pedales para automóviles con palancas de pedal próximas entre sí y lugares para la instalación de unidades sensoras que detectan las posiciones de los pedales, que constan respectivamente de por lo menos un cabezal sensor (3) fijo y por lo menos un elemento sensor (4) móvil, unido cinemáticamente a la palanca de pedal (1), y está dispuesto dentro del campo de actuación del correspondiente cabezal sensor (3), caracterizado porque la dirección de actuación principal de los cabezales sensores es sensiblemente perpendicular al eje de pedales (2) y está orientada paralela entre sí, y porque los elementos sensores se corresponden respectivamente con su palanca de pedal, que se pueden mover dentro de su dirección de actuación, variando la distancia respecto al plano frontal de los cabezales sensores.
Description
Sistema de pedal para automóviles con una unidad
sensora de desplazamiento.
La invención se refiere a un sistema de pedales
para automóviles, con palancas de pedal contiguas entre sí y con
lugares para la instalación de unidades sensoras que detectan las
posiciones de los pedales, y que constan respectivamente de por lo
menos un cabezal sensor fijo y por lo menos un elemento sensor
móvil, unido cinemáticamente a la palanca del pedal, y que está
dispuesto dentro del campo de actuación del correspondiente cabezal
sensor.
Un sistema de esta clase se describe por ejemplo
en la solicitud de patente alemana 19958241.6, de acuerdo con la
cual la unidad sensora está realizada como un detector de distancia
inductivo cuyo cabezal sensor fijo está realizado como cuerpo de
bobina y el elemento sensor como cuerpo metálico. El cuerpo de
bobina y una unidad electrónica de conversión para las señales de
salida de ésta van fijados a una pieza soporte común.
También es usual reunir, por ejemplo, un pedal de
embrague y un pedal de freno contiguo a éste en una carcasa común,
en la que van articuladas las palancas de pedal.
También se conoce por la patente DE 198 28 533 A
un dispositivo para captar las posiciones de los pedales de
embrague y de freno, donde en los dos pedales contiguos entre sí
están dispuestos sendos elementos sensores, en forma de un imán
permanente. Entre los pedales y en un soporte fijo va fijado un
componente en el cual se reúnen dos cabezales sensores Hall
orientados en sentido opuesto, cuya dirección de actuación está
orientada paralela al eje de los pedales. Por lo tanto, los
elementos sensores se desplazan frente a los cabezales sensores, y
en dirección transversal a su dirección de actuación principal. Con
el fin de evitar desviaciones accidentales en los valores de
medición, es preciso que las palancas de los pedales estén
articuladas sin holgura y sin desgaste, tanto en dirección axial
como radial. La sensibilidad natural de un sensor sin contacto
físico de esta clase en las tres dimensiones del espacio exige
también efectuar un ajuste en el plano transversal a la dirección
de actuación principal, antes de la puesta en
servicio.
servicio.
Por la patente US 4.327.414 A se conoce un
dispositivo de medida para la determinación digital del ángulo de
giro de un pedal de freno, donde está formada una escala angular por
los dientes de un segmento de medida unido al pedal, que sobresalen
radialmente y se pueden detectar por un procedimiento
electromagnético. Dos bobinas inductivas sensibles están orientadas
hacia el eje de pedales, sobre los dientes que se van desplazando
en arco frontalmente en dirección transversal al eje de las bobinas,
y detectan su presencia o ausencia. Con el fin de posibilitar unos
impulsos de recuento uniformes es preciso que el segmento dentado
esté dispuesto exactamente concéntrico con el eje de pedales. Al
efectuar la instalación del eje de la bobina ésta ha de estar
orientada exactamente con respecto al segmento dentado. Para poder
distinguir el sentido de giro se necesitan dos bobi-
nas.
nas.
También se conoce por la patente W09508751 un
dispositivo sensor para captar el ángulo de giro de una columna de
dirección, en el que se determina la distancia entre una bobina de
alta frecuencia (figura 2) y un disco de leva que gira, por medio
de las diferentes frecuencias de resonancia, que exigen una
complejidad considerable en cuanto a mando y evaluación.
La invención tiene como objetivo crear un sistema
que se pueda fabricar con un coste reducido y que permita la
determinación exacta del ángulo en todo el campo de giro.
Este objetivo se resuelve por medio de la
invención según la reivindicación 1. En la alineación de los
cabezales sensores perpendicular al eje de pedales, su dirección de
actuación principal puede ser radial o tangencial. Los elementos
sensores están situados siempre en este campo de actuación, por lo
que las señales de los sensores dependen directamente de sus
distancias.
De este modo se pueden determinar las posiciones
de pedal más diversas dentro de un amplio campo angular. Puesto que
los cabezales sensores tienen la misma orientación, resulta
fácilmente posible situarlos sobre una tarjeta de circuitos común,
aproximadamente a una misma altura, en cuyo caso un desplazamiento
lateral del plano de la tarjeta de circuitos tiene unas
repercusiones despreciables sobre los valores de medición Por este
motivo se necesita únicamente el ajuste en la dirección de
actuación, que puede efectuarse individualmente para cada sensor,
para calibrar la señal en la posición de reposo del pedal
respectivo, por ejemplo, mediante el ajuste mecánico del elemento
sensor móvil, o preferentemente mediante la compensación electrónica
de los valores de la señal. Al efectuar el ajuste electrónico de
las unidades sensoras de tipo, por ejemplo, capacitivo, inductivo,
magnético o acústico, no se requiere efectuar ningún ajuste mecánico
entre los elementos sensores y los correspondientes cabezales
sensores, de manera que éstos se pueden instalar en el sistema de
pedales en una relación de posición fija entre sí, lo que puede
realizarse en un proceso de montaje sencillo sin ningún ajuste
mecánico.
Dado que el volumen de trabajo de fabricación,
montaje y ajuste para las dos unidades sensoras apenas si es
ligeramente superior al necesario para una sola, se tiene la
posibilidad de concebir el sistema de pedales por principio para
las dos unidades sensoras, incluso para el caso de que el cliente
solamente quisiera controlar uno de los pedales. En este caso
simplemente se renuncia a equipar el punto para la instalación
correspondiente al segundo cabezal sensor.
Unos perfeccionamientos ventajosos de la
invención se deducen de las características que figuran en las
subreivindicaciones.
En una disposición especialmente ventajosa de
todos los elementos funcionales, según la reivindicación 2, el
conjunto de la carcasa de pedales, con los pedales y los cabezales
sensores y los accesorios opcionales para éstos, forma un módulo
funcional completo, en el que están reunidas no sólo las funciones
mecánicas sino también todas las funciones de detección, y que por
lo tanto está realizada también como sistema sensor completo. La
disposición de todos los elementos para poco ajuste exige un mínimo
de tolerancias de fabricación. Debido a la orientación uniforme de
los cabezales sensores, el sistema sensor puede abarcar también las
posiciones de varias palancas de pedal, sin que la disposición
compleja exija mayor trabajo de ajuste. Según el deseo del cliente,
el conjunto se puede equipar con uno o varios cabezales sensores,
sin que para ello se requieran unas medidas de adaptación
especiales.
Al reunir los dos cabezales sensores activos
sobre la tarjeta de circuitos, según la reivindicación 3, se reduce
el trabajo de fabricación y montaje para el conjunto. La tarjeta de
circuitos forma una base plana para los cabezales sensores, y los
alinea en su posición en el espacio, sin especial trabajo, en altura
y en dirección de actuación. Una ventaja especial consiste en que
las conexiones eléctricas para la alimentación de corriente o los
datos se pueden conducir a través de un interfaz de conexión común y
por cables comu-
nes.
nes.
La unidad según la reivindicación 4 representa un
conjunto completo con un mínimo de conexiones exteriores. En este
caso es especialmente importante que los cabezales sensores y los
correspondientes elementos eléctricos y electrónicos están entre sí
en una relación fija, por ejemplo a través de una tarjeta de
circuitos común, lo que permite un ajuste exacto y una
correspondencia segura. Una ventaja especial radica en que un
conjunto dañado o que se tenga que ampliar, se puede sustituir sin
problemas por otro nuevo, sin necesidad de un ajuste mecánico.
Gracias a la unidad electrónica de evaluación se
tiene la posibilidad de reducir el volumen de electrónica. Por
ejemplo, los dos cabezales sensores pueden estar unidos en Multiplex
con los mismos elementos electrónicos. Para ello resulta
especialmente ventajoso que el sistema electrónico puede funcionar
con un solo microcontrolador, relativamente caro. Si la filosofía
de seguridad aplicada prevé duplicar los elementos sensores y la
electrónica, el efecto de ahorro resulta todavía más
significativo.
Mediante los puestos de memoria según la
reivindicación 5 se tiene la posibilidad de realizar el conjunto
como módulo funcional completo, que suministra valores de salida
normalizados, por lo que la instalación o una sustitución no
requieren ninguna otra adaptación al sistema electrónico del
vehículo.
La realización de las unidades sensoras como
sensores de distancia inductivos que trabajen, por ejemplo, según
el principio de las corrientes de Foucault, según la reivindicación
6, ofrece la ventaja de que los valores de las señales no se ven
afectados en gran medida por las influencias del medio ambiente, por
ejemplo, de los campos magnéticos. En el caso de un sensor de Hall,
conforme al estado de la técnica, existe el riesgo de que las
propiedades magnéticas se alteren debido al depósito de partículas
de hierro y, por lo tanto, que cambien también sus señales de
sali-
da.
da.
La carcasa según la reivindicación 7 facilita el
montaje del conjunto y la correspondencia exacta entre los
elementos sensores y los cabezales sensores.
Gracias a los espacios libres según la
reivindicación 8 se tiene la posibilidad de colocar los elementos
sensores cerca de los cabezales sensores, incrementando de este modo
la sensibilidad de la unidad sensora.
La base de enchufe según la reivindicación 9
facilita la instalación y sustitución del conjunto, mientras que el
enclavamiento según la reivindicación 10 permite una sujeción
sencilla y segura, donde las conexiones de enchufe según la
reivindicación 11 representan una conexión con el exterior
correspondientemente sencilla y segura.
Mediante el perfeccionamiento según la
reivindicación 12 se tiene la posibilidad de generar en el campo de
giro detectado de los pedales una curva de intensidad sensiblemente
lineal, especialmente fácil de evaluar, que facilita el ajuste del
sistema.
La disposición según la reivindicación 13 permite
disponer los dos cabezales sensores con una separación lateral
correspondientemente reducida y formar un conjunto compacto.
El doble cabezal según la reivindicación 14
incrementa la redundancia del sistema sensor, puesto que también en
el caso de una avería en uno de los cabezales sensores se conserva
la capacidad de funcionamiento. Debido a la constante comparación
de los valores de medición de los cabezales sensores, se pueden
detectar rápidamente las averías en uno de los sensores. La
disposición en oposición de los dos elementos sensores significa
que éstos se acercan o se alejan alternativamente de los cabezales
sensores. Esto da lugar a una variación especialmente nítida y
fácil de evaluar de una señal suma o diferencia. El hecho de reunir
los cabezales sensores en un conjunto da lugar a un efecto de
ahorro especialmente grande.
El conjunto según la reivindicación 15 representa
un subcentro electrónico periférico en el que se puede aprovechar
la capacidad de los componentes electrónicos y en particular del
microcontrolador, también para tratar señales del entorno próximo
del entorno de los pedales, por ejemplo, de la columna de dirección
o del salpicadero, llevándolos al bus de datos común. Para ello
resulta también ventajoso que el conjunto esté situado en un punto
de fácil acceso y, por lo tanto, que sea fácilmente sustituible.
En el dibujo está representado un ejemplo de
realización de la invención, que a continuación se describe con
mayor detalle. Las figuras muestran:
Figura 1 esquemáticamente, una sección a través
de un sistema de pedales de un automóvil,
Figura 2 otra sección parcial a través del
sistema de pedales según la figura 1,
Figura 3 una sección parcial de un sistema de
pedales modificado,
Figura 4 una vista lateral del sistema de pedales
según las figuras 1 y 2,
Figura 5 una vista en perspectiva de otro sistema
de pedales,
Figura 6 un esquema de funcionamiento de una
parte del sistema de pedales según la figura 4.
Según la figura 1, hay una palanca de pedal 1 de
un sistema de pedales articulado que gira alrededor de un eje de
pedales 2 en una carcasa 5, realizada como caballete de pedales, que
se puede instalar, por ejemplo, en el recinto de pedales de un
automóvil. En la palanca de pedal 1, consistente por ejemplo en
plástico reforzado con fibra de vidrio, va colocado un elemento
sensor 4 de un material ferromagnético. Encima de la palanca de
pedal 1 se encuentra un cabezal sensor 3 en posición fija, en forma
de un cuerpo de bobina que induce un campo electromagnético alterno
orientado hacia el elemento sensor 4 y transversal al eje de
pedales, y que junto con el elemento sensor 4 forma una unidad
sensora inductiva. La distancia frontal del elemento sensor 4 con
respecto al cabezal sensor 3 varía en función de la posición angular
de la palanca de pedal 1. Esto provoca una variación del
acoplamiento electromagnético entre el cabezal sensor 3 y el
elemento sensor 4, que se refleja en señales eléctricas que se
pueden medir. El elemento sensor 4 presenta una curvatura convexa a
modo de leva, cuyo trazado está realizado de tal manera que las
señales de salida del cabezal sensor varían de forma sensiblemente
proporcional a la posición angular de la palanca de pedal 1.
El elemento sensor 4 presenta un contorno curvo
fácil de reducir, y se puede unir a la palanca de pedal 1 con un
pequeño gasto, colocándolo en un molde de colada. Esta parte de la
unidad sensora, por lo tanto, no produce ningún gasto adicional
durante la ulterior instalación en la carcasa. El cabezal sensor 3
se puede instalar en el recinto de pedales, con independencia del
montaje de la palanca de pedal 1, sin que se produzca ninguna
obstrucción mutua. En la posición de partida que está representada,
un extremo del elemento sensor está muy próximo al cabezal sensor.
El acoplamiento electromagnético es en este caso
correspondientemente intenso.
El cabezal sensor 3 está colocado sobre una
tarjeta de circuitos 6, en la que van además otros componentes
eléctricos y electrónicos 7. Estas piezas están integradas en un
conjunto 8, realizado como módulo de enchufe cerrado, que se
introduce en una base de enchufe 9 debidamente bien accesible de la
carcasa 5, y que se fija en ella mediante elementos de
enclavamiento 18 en una relación de posición fija. El conjunto 8,
dotado de una carcasa de plástico, lleva un conector de enchufe que
no está representado con mayor detalle, a través del cual se puede
unir con los conductores de conexión eléctricos del automóvil para
la alimentación de corriente y la transmisión de datos. El conjunto
8 lleva una carcasa de plástico cerrada que no influye en el campo
electromagnético entre el cabezal sensor y el elemento sensor.
De acuerdo con la figura 2, la palanca de pedal 1
está girada a una posición de funcionamiento en la que ha aumentado
notablemente la distancia al cabezal sensor 3. El acoplamiento
electromagnético y por lo tanto la señal han sufrido la
correspondiente variación. Mediante una parte de los componentes
electrónicos se pueden convertir las señales del sensor en señales
de salida corregidas, para ser tratadas en otro dispositivo
electrónico del automóvil.
De acuerdo con la figura 3, la unidad sensora
presenta dos cabezales sensores 3 contiguos entre sí, a los que se
enfrentan, en la palanca de pedal 1, dos elementos sensores de
pendiente opuesta, a modo de palanca basculante. Los dos elementos
sensores están unidos en este caso en sus tramos finales próximos
entre sí en la zona central común formando una sola pieza, que
constituye un componente a modo de mariposa lo que viene a reducir
el gasto de fabricación. Los elementos sensores están conformados
excéntricos respecto al eje de pedales 2, de tal manera que se van
acercando o alejando alternativamente del cuerpo de bobina 3
respectivo. Esto provoca una variación especialmente intensa de la
señal diferencial entre los dos cabezales sensores 3.
En la posición de partida, representada con línea
de trazos, una de las piezas metálicas 4 está muy próxima a uno de
los cabezales sensores 3, mientras que el otro elemento sensor 4 se
encuentra en la posición más alejada del cuerpo de la bobina 3. En
la posición final de la palanca de pedal 1, representada con línea
continua, se han invertido las distancias de los elementos a sus
cabezales sensores 3.
La figura 4 muestra el sistema de pedales
conforme a las figuras 1 y 2, con dos de las palancas de pedal 1
que se pueden accionar independientes entre sí, por ejemplo, para
frenar o embragar. Las dos palancas de pedal 1 están representadas
en dos posiciones de funcionamiento diferentes, correspondientes a
las figuras 1 ó 2, respectivamente. Están articuladas sobre el eje
de pedales continuo común 2, que va anclado en las paredes
laterales de la carcasa 5. Las palancas de pedal 1 llevan en la zona
del eje de pedales y en caras enfrentadas entre sí, unos salientes
10 laterales a modo de leva, sobre los cuales van situados los
elementos sensores 4. Los salientes 10 ensanchan el apoyo de la
palanca de pedal 1 sobre el eje de pedales 2. Encima de los
salientes 10 se encuentran en un lado de la tarjeta de circuitos 6
los cabezales sensores cilíndricos orientados en paralelo con
respecto a su dirección de actuación principal, cuya reducida
distancia entre centros es aproximadamente igual a la distancia
entre los centros de los salientes 10, extendiéndose la línea de
unión entre los puntos centrales de los sensores, paralela al eje
de pedales 6. La tarjeta de circuitos 6 también se extiende
paralela al eje de pedales 2, de manera que para las dos unidades
sensoras resultan unas condiciones de acoplamiento
electromagnéticas iguales entre los cabezales sensores 3 y sus
elementos sensores 4, que son insensibles frente a la holgura
lateral de las palancas de pedal 1.
La base de enchufe 9 está formada por unos
puentes de guía laterales, que sobresalen sólo ligeramente del
conjunto 8 y que dejan libre el campo de movimiento de los elementos
sensores 4, de manera que éstos se pueden girar dentro del espacio
libre 11 formado de esta manera, hasta la inmediaciones de los
cabezales sensores 3.
La carcasa 5, el eje de pedales 2, las palancas
de pedal 1 y el conjunto 8 forman un mecanismo de pedales completo,
que se puede instalar en el espacio para los pedales del automóvil
totalmente prefabricado y ensayado.
En la figura 5 está reproducido un mecanismo de
pedales de esta clase, en una representación realista. La carcasa 4
está formada como un cuerpo de plástico a modo de carcasa, fundido
por inyección y reforzado con nervios, al igual que las palancas de
pedal 1, reforzadas con fibra de vidrio. El conjunto 8 está
introducido en la base de enchufe 9 desde el lado abierto de
maniobra, facilitando el montaje. Dado que este conjunto está
dispuesto en una zona del automóvil que está atravesada por multitud
de otros cables de señales, resulta ventajoso unir estos cables con
el conjunto 8, aprovechando sus elementos funcionales también para
el tratamiento de esas señales externas, dotándolo, en caso de
necesidad, de elementos funcionales adicionales, sin que por ello
sea necesario incrementar considerablemente el gasto de construcción
y montaje.
La figura 6 muestra un esquema funcional del
conjunto 8 conforme a las figuras 1 y 4. Los componentes 7 (figura
1) del conjunto 8 forman unidades funcionales en forma de una
alimentación de corriente 12, un sistema electrónico de evaluación
13 y un interfaz 14. La alimentación de corriente 12, alimentada por
la red de a bordo con una tensión estándar V, está unida por medio
de conductores de alimentación de corriente 16 con los demás
elementos funcionales (3, 13, 14), que entre sí están comunicados
por líneas de datos 17. Los dos cabezales sensores 3 suministran
sus señales de salida al sistema electrónico de evaluación común 13,
que procede a la corrección de las señales y que a través del
interfaz 14 está comunicado con una salida de señales 15 que sale
al exterior. El sistema electrónico de evaluación 13 dispone de unos
puestos de memoria 19 en los que están almacenados los valores de
corrección característicos para los dos cabezales sensores, y que
se han obtenido, por ejemplo, en el curso de un proceso de ajuste
inicial.
Claims (15)
1. Sistema de pedales para automóviles con
palancas de pedal próximas entre sí y lugares para la instalación
de unidades sensoras que detectan las posiciones de los pedales, que
constan respectivamente de por lo menos un cabezal sensor (3) fijo
y por lo menos un elemento sensor (4) móvil, unido cinemáticamente a
la palanca de pedal (1), y está dispuesto dentro del campo de
actuación del correspondiente cabezal sensor (3),
caracterizado porque la dirección de actuación principal de
los cabezales sensores es sensiblemente perpendicular al eje de
pedales (2) y está orientada paralela entre sí, y porque los
elementos sensores se corresponden respectivamente con su palanca
de pedal, que se pueden mover dentro de su dirección de actuación,
variando la distancia respecto al plano frontal de los cabezales
sensores.
2. Sistema de pedales según la reivindicación 1,
caracterizado porque todos los cabezales sensores se pueden
reunir en un conjunto común (8), porque el sistema de pedales
presenta una carcasa común (5) para los dos palancas de pedal (1),
y porque el conjunto (8) se puede anclar directamente en la carcasa
(5).
3. Sistema de pedales según la reivindicación 2,
caracterizado porque los cabezales sensores (3) están
situados sobre una cara plana de una tarjeta de circuitos común (6)
del conjunto (8).
4. Sistema de pedales según la reivindicación 3,
caracterizado porque la tarjeta de circuitos (6) soporta
otros componentes eléctricos y electrónicos para la alimentación de
corriente así como para el control de los cabezales sensores y para
la evaluación de las señales detectadas generadas por éstos, y
porque la tarjeta de circuitos (6) forma junto con los componentes
y una carcasa opcional de plástico la unidad autónoma (8) con una
alimentación de corriente común para los dos cabezales sensores (3)
y un dispositivo de evaluación común.
5. Sistema de pedales según la reivindicación 4,
caracterizado porque el sistema de evaluación (13) está
dotado de puestos de memoria (19) correspondientes a los distintos
cabezales sensores (3) para los valores de corrección para los
distintos cabezales (3) obtenidos a partir de procesos de
ajuste.
6. Sistema de pedales según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las
unidades sensoras están formadas como sensores inductivos de
distancia comprendiendo en cada caso por lo menos un cuerpo de
bobina que sirve de cabezal sensor (3) y por lo menos un cuerpo
metálico que forma el elemento sensor.
7. Sistema de pedales según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa
(5) presenta un lugar de instalación fijo para el conjunto (8).
8. Sistema de pedales según la reivindicación 7,
caracterizado porque la carcasa (5) presenta en la zona de
los cabezales sensores (3) unos espacios libres (11) para los
elementos sensores (4).
9. Sistema de pedales según la reivindicación 7 u
8, caracterizado porque la carcasa (5) presenta una base de
enchufe (9) para el conjunto (8).
10. Sistema de pedales según la reivindicación 9,
caracterizado porque el conjunto (8) se puede enclavar en la
base de enchufe (9).
11. Sistema de pedales según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto
(8) está dotado de conexiones de enchufe para las conexiones
eléctricas exteriores.
12. Sistema de pedales según la reivindicación 1,
caracterizado porque los elementos sensores están dispuestos
en las proximidades del eje de pedales 2, y están dotados de una
curvatura de forma espiral alrededor del eje de pedales (2).
13. Sistema de pedales según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
elementos sensores (4) están situados en las caras enfrentadas
entre sí de las palancas de pedal (1).
14. Sistema de pedales según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo
menos uno de los cabezales sensores (3) presenta dos de los cuerpos
de bobina, a los que les corresponden dos elementos sensores (4)
que actúan en sentido opuesto, porque los cabezales sensores fijos
(3) están dispuestos próximos entre sí, porque los dos elementos
sensores (4) con inclinación en sentido opuesto están situados en
forma de mariposa entre el eje de pedales (2) y los cuerpos de
bobina (3), y porque todos los cabezales sensores (3) están
integrados en el conjunto (8).
15. Sistema de pedales según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto
presenta conexiones para líneas de señales eléctricas exteriores
procedentes del entorno del sistema de pedales, porque las señales
exteriores conducidas por estas líneas se pueden tratar en el
sistema electrónico de evaluación del conjunto, y porque las
señales internas y exteriores tratadas se pueden enviar a través de
un bus de datos común.
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