ES2353599T3 - Freno electromecánico y su procedimiento de mando. - Google Patents
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Abstract
Accionador para freno electromecánico, comprendiendo un pulsador (12) y un primer órgano motor (20) dispuesto para desplazar el pulsador (12) enfrente de una pila de discos y para aplicar una presión de frenado sobre la pila de discos, comprendiendo el accionador un segundo órgano motor que comprende un conjunto piezoeléctrico (23) apto a asegurar una modulación de la presión de frenado aplicada sobre la pila de discos, caracterizado porque el conjunto piezoeléctrico (23) está dispuesto en el accionador para presentar una extremidad fija (23B) con relación a la caja del accionador.
Description
La invención se refiere a un accionador para freno electromecánico, un freno comprendiendo tal accionador, y un vehículo comprendiendo al menos semejante freno, así como un procedimiento de puesta en práctica de dicho accionador.
SEGUNDO PLANO DE LA INVENCIÓN
Se conocen frenos electromecánicos comprendiendo una pila de discos y al menos un accionador que tiene un pulsador y un motor eléctrico dispuesto para desplazar el pulsador en frente de la pila de discos para aplicar dicho pulsador contra ésta.
El motor eléctrico está accionado para apretar el pulsador contra la pila de discos con una presión igual a una presión nominal que es en función de la intensidad del frenado deseado, pudiendo ser esta presión nominal modulada en respuesta a la detección de un deslizamiento de la rueda así frenada, esto con el fin de evitar el bloqueo de dicha rueda.
El motor eléctrico debe por consiguiente ser dimensionado para asegurar las funciones siguientes:
-aproximación rápida bajo par despreciables del pulsador hacia la pila de discos;
-aplicación de una presión nominal sobre la pila de discos, a velocidad controlada generalmente lenta pero bajo par elevado;
-modulación de la presión nominal, requiriendo unos desplazamientos cortos pero muy rápidos, bajo par elevado.
Esta última condición es muy apremiante y obliga a retener motores de potencia, y por consiguiente de masa, importante, que tienen como inconveniente presentar una gran inercia.
Se ha propuesto, por ejemplo en el documento DE 198 58 764 A, disponer un conjunto piezoeléctrico en el pulsador del accionador, permitiendo el conjunto piezoeléctrico asegurar una modulación de la presión normal, mientras que el motor eléctrico solo está utilizado para la aplicación de la presión nominal, lo que permite la utilización de motores eléctricos menos potentes y por consiguiente menos pesados y menos consumidores de energía.
Sin embrago, en la configuración propuesta en este documento, el conjunto piezoeléctrico es móvil con el pulsador, lo que complica la conexión eléctrica del conjunto piezoeléctrico.
El estado de la técnica de la invención es igualmente ilustrado por los documentos US5090518A,US6179097Aotambién EP0984190A.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención tiene por objeto proponer un accionador para freno electromecánico comprendiendo un conjunto piezoeléctrico, en el cual la conexión eléctrica del elemento piezoeléctrico es particularmente simple.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención tiene precisamente por objeto un accionador para freno electromecánico comprendiendo un pulsador y un primer órgano motor dispuesto para desplazar el pulsador en frente de una pila de discos y para aplicar una presión de frenado sobre la pila de discos, comprendiendo el accionador un segundo órgano motor que tiene un conjunto piezoeléctrico apto a asegurar una modulación de la presión de frenado aplicada sobre la pila de discos, en el cual, según la invención, el conjunto piezoeléctrico está dispuesto en el accionador para presentar una extremidad fija.
Así, el conjunto piezoeléctrico no se desplaza con el pulsador, lo que facilita considerablemente su conexión eléctrica, que se trate de su alimentación o de una lectura de tensión en sus bornes. Ya no es, en efecto, necesario prever conexiones con unos hilos libres, o también contactos deslizantes o pivotantes, que son factores de reducción de la fiabilidad del accionador.
Según un modo preferido de realización de la invención el accionador comprende:
-Una caja en la cual el pulsador desliza según un eje de deslizamiento,
-un manguito dispuesto en la caja alrededor del pulsador para girar alrededor de dicho eje de deslizamiento y unido a dicho pulsador por una unión helicoidal;
-un motor eléctrico formando el primer órgano motor que está dispuesto en la caja alrededor del manguito y que está dispuesto para accionar dicho manguito en rotación;
-el conjunto piezoeléctrico que es de forma tubular y que está dispuesto en la caja alrededor del motor eléctrico, teniendo dicho conjunto piezoeléctrico, además de la extremidad fija, otra extremidad formando tope axial para el manguito, estando el conjunto piezoeléctrico dispuesto para provocar un desplazamiento del manguito en una dirección paralela al eje de deslizamiento.
Según un aspecto particular de la invención, el motor eléctrico está unido al pulsador por una cadena cinética irreversible.
Ventajosamente, el accionador está asociado con unos medios de medida de una tensión eléctrica a unos bornes del conjunto piezoeléctrico.
La invención se refiere igualmente a un freno comprendiendo al menos tal accionador, y un vehículo comprendiendo al menos tal freno.
La invención es igualmente relativa a un procedimiento de puesta en práctica de un accionador electromecánico según la invención, en el cual se eleva la tensión a unos bornes del conjunto piezoeléctrico, al menos cuando éste no es activo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se entenderá mejor con la descripción a continuación haciendo referencia a las figuras de los dibujos anexos entre los cuales:
-la figura 1 es una vista en sección de un freno electromecánico de aeronave según la invención;
-la figura 2 es una vista en sección de un accionador electromecánico que equipa el freno ilustrado a la figura 1;
-la figura 3 es un diagrama par/velocidad ilustrando la elección del motor eléctrico equipando el accionador ilustrado a la figura 2;
-la figura 4 ilustra un esquema-bloque de un mando del accionador de la figura 2.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Haciendo referencia a la figura 1, una rueda de aeronave 1 está montada en rotación sobre un eje 2 mediante rodillos 3 alrededor de un eje de rotación X. La rueda 1 está equipada de un freno comprendiendo una pila de discos que tiene un eje central confundido con el eje X y compuesta de discos rotores 4 que son móviles en rotación con la rueda 1 gracias a una unión por chavetas periférica 5, y de discos estatores 6 que están dispuestos en alternancia con los rotores 4 y que están ligados en rotación a un tubo de torsión 7 gracias a una unión por chavetas interior 8. El tubo de torsión 7 está el mismo unido a una corona 9 por unos tornillos 10. La corona 9 está parada en rotación en frente del eje 2 por uno medio de parada no representado aquí, de manera que los discos estatores 6 están inmóviles en rotación.
La corona 9 lleva unos accionadores electromecánicos 11 de los cuales uno solo está representado a la figura 1. Los accionadores 11 comprenden cada uno un pulsador 12 móvil en translación, que está accionado por un órgano motor no visible aquí para apretar la pila de discos mediante una placa de presión 13.
Los accionadores electromecánicos 11 están dispuestos circunferencialmente sobre la corona 9, estando repartidos alrededor del eje central X.
Haciendo referencia a la figura 2, cada accionador 11 comprende una caja que tiene aquí un cuerpo cilíndrico 14, un fondo 15 formando platina de enganche sobre la corona 9, y una tapa 16.
El pulsador 12 está montado para deslizar en la caja según un eje de deslizamiento Y, que es esencialmente paralelo al eje X cuando el accionador 11 está montado sobre la corona 9. Una varilla 17 solidaria al fondo 15 que tiene un perfil no circular (por ejemplo hexagonal) está introducida en una cavidad de forma homologa al pulsador 12 para impedir el pulsador 12 girar con relación a la caja del accionador.
Alrededor del pulsador 12 se extiende un manguito 18 montado en la caja para girar alrededor del eje Y. El manguito 18 está unido al pulsador 12 por una unión helicoidal asegurada por unos rodillos satélites fileteados 19 que están obligados a desplazarse longitudinalmente con el pulsador 12 y que cooperan con un fileteado interno del manguito (no representado).
Alrededor del manguito 18 se extiende un motor eléctrico 20, comprendiendo un rotor 20A solidario en rotación al manguito 18, y un estator 20B montado fijo en la caja.
Cuando el motor eléctrico 20 está alimentado, una rotación está impuesta al rotor 20A que acciona con él el manguito 18. Una rotación del manguito 18 provoca por consiguiente el desplazamiento axial del pulsador 12, en el sentido correspondiente, según el eje Y.
El manguito 18 está parado axialmente por un rodamiento de rodillos 21 que se apoya sobre una arandela 22.
La arandela 22 está ella misma apoyada contra una de las extremidades 23A de un conjunto piezoeléctrico 23, aquí unitario y teniendo una forma cilíndrica hueca, y extendiéndose alrededor del motor 20, estando alojado en el cuerpo cilíndrico 14 de la caja.
Según una disposición esencial de la invención, el conjunto piezoeléctrico 23 está dispuesto en el accionador para presentar una extremidad fija, aquí la extremidad 23B, que se apoya contra una parte fija de la caja, en este caso una cara interna del cuerpo cilíndrico 14.
Esta disposición permite organizar muy simplemente la alimentación eléctrica del conjunto piezoeléctrico 23, puesto que, contrariamente al arte anterior, éste no se desplaza en el accionador.
Cuando una tensión eléctrica está impuesta en el conjunto piezoeléctrico 23, entre dos bornes de este conjunto piezoeléctrico, en particular entre la periferia externa y la periferia interna de dicho conjunto, éste se dilata o se contracta (efecto piezoeléctrico inverso) según una dirección paralela al eje Y.
El accionador funciona de la manera siguiente.
Se alimenta el motor eléctrico 20 de manera a provocar por una parte un desplazamiento de acercamiento del pulsador 12 entre una posición de espera alejada de la pila de discos y una posición de contacto contra la pila de discos, y por otra parte un desplazamiento de puesta en presión de la pila de discos para aplicar una presión de frenado igual a una presión nominal, determinada en función de la intensidad de frenado deseada.
Cuando la presión nominal está aplicada, el pulsador 12 está en compresión, mientras que el manguito 18 está en extensión bajo el mismo esfuerzo que el que sufre el pulsador 12. El rodamiento de rodillos 21 transmite este esfuerzo a la arandela 22, y después al conjunto piezoeléctrico 23 que se encuentra pues en compresión bajo el mismo esfuerzo que el que sufre el pulsador 12.
La relación detallada de la tensión diferencial entre los bornes del conjunto piezoeléctrico 23 da entonces directamente una medida representativa del esfuerzo que sufre el pulsador 12, y por consiguiente de la presión que impone a la pila de discos (efecto piezoeléctrico directo).
Esta característica puede aprovecharse para utilizar el conjunto piezoeléctrico 23 como captador de esfuerzo durante fases donde no está activamente utilizado para asegurar una modulación de frenado, por ejemplo durante la aplicación de un esfuerzo de frenado de aparcamiento. A tal efecto, el accionador está asociado a medios de medida de tensión a los bornes del conjunto piezoeléctrico 23, pudiendo por ejemplo estos bornes estar contenidos en una caja de mando del accionador.
Es habitual, para frenos de aeronaves, modular la presión de frenado con el fin de evitar un bloqueo de la rueda 1, que se caracteriza por una caída de la velocidad de rotación de dicha rueda. Con este fin, en los accionadores conocidos no equipados de un conjunto piezoeléctrico, se acciona el motor eléctrico para modular la presión de frenado.
En este caso, se utiliza el conjunto piezoeléctrico 23 para asegurar la modulación del frenado, empleándose el motor 20 únicamente para asegurar el desplazamiento de acercamiento y el desplazamiento de puesta en presión para el pulsador 12.
Para esto, se impone entre los bornes del conjunto piezoeléctrico 23 una tensión eléctrica que provoca una variación de la longitud axial del conjunto piezoeléctrico 23. Es así que esta variación puede provocar un ligero desplazamiento axial del manguito 18 (del orden de algunas centésimas de milímetro) y por consiguiente del pulsador 12, en un sentido que tiende a modular, es decir aflojar o reforzar el esfuerzo ejercitado por el pulsador 12 sobre la pila de discos. Se puede así realizar un aflojamiento del efecto piezoeléctrico con relación a un esfuerzo estático máximo, o inversamente el efecto piezoeléctrico puede aumentar el esfuerzo aplicado sobre la pila de discos a partir de un esfuerzo estático mínimo. Mientras el motor 20 está mantenido en posición angular. El desplazamiento del pulsador así obtenido es del orden de algunas centésimas de milímetro, lo que de hecho es ampliamente suficiente, dado la rigidez del freno y de la pila de discos, para provocar una variación significativa del esfuerzo de frenado.
La utilización de un segundo órgano motor para efectuar la modulación de frenado presenta varias ventajas.
En lo que se refiere primero al motor eléctrico se observa que el desplazamiento de acercamiento se efectúa a un par despreciable y a gran velocidad. Corresponde al punto de funcionamiento PF1 ilustrado sobre el diagrama de la figura 3. Para lo que es del desplazamiento de puesta en presión, se efectúa bajo un par importante, pero a baja velocidad. Corresponde al punto de funcionamiento PF2 del mismo diagrama.
Si hubiéramos deseado asegurar la modulación de frenado mediante el motor eléctrico 20, hubiéramos tenido en cuenta puntos de funcionamiento repartidos en la región R ilustrada en puntos sobre el diagrama, y que corresponden a desplazamientos rápidos bajo fuerte par característicos de la modulación de la presión de frenado. Esta opción obligaría entonces a elegir un motor eléctrico cuya potencia P (cuya característica está ilustrada en puntos) debe ser compatible con todos los puntos de funcionamiento retenidos.
Con la elección de confiar la modulación de la presión de frenado al conjunto piezoeléctrico 23, el motor eléctrico 20 no tiene pues que cubrir los puntos de funcionamiento situados en la región R del diagrama correspondiendo a la modulación de la presión de frenado, pero únicamente los puntos de funcionamiento PF1 y PF2. Se puede entonces retener un motor cuya potencia P’ (cuya característica está ilustrada en trazos llenos en el diagrama de la figura 3) es mucho más débil que la potencia P.
El motor eléctrico 20 así seleccionado es por lo tanto mucho menos pesado y presenta un consumo eléctrico notablemente disminuido.
En lo que se refiere ahora al conjunto piezoeléctrico 23, éste es particularmente bien adaptado para efectuar la modulación de la presión de frenado. En efecto, el conjunto piezoeléctrico 23 presenta una respuesta muy rápida en comparación con la del motor eléctrico que tiene la desventaja de una inercia importante, lo que permite velocidades de desplazamiento muy importantes, particularmente interesantes para efectuar una modulación de la presión de frenado. El recorrido limitado del conjunto piezoeléctrico 23 es sin embargo compatible con el recorrido necesario a la modulación de la presión de frenado, dado la gran rigidez del freno en la dirección axial. Así, gracias a la utilización de dos órganos motores, en este caso el motor eléctrico 20 y el conjunto piezoeléctrico 23, dedicados cada uno a una tarea particular, el funcionamiento del accionador está optimizado, procurando a la vez una ganancia de peso apreciable.
Otra ventaja de las disposiciones de la invención reside en el hecho de que las exigencias de rendimiento y de precisión de la cadena cinemática que va del motor eléctrico 20 al pulsador 12 pueden ser notablemente disminuidas. En efecto, en un accionador electromecánico clásico sin conjunto piezoeléctrico, es importante disponer de un excelente rendimiento para evitar pérdidas de energía por rozamiento que son factores de consumo eléctrico y de calentamiento, así como de una precisión elevada para controlar finamente la presión de frenado aplicada. En el accionador de la invención, la precisión en cuanto a la presión aplicada mediante el motor eléctrico 20 puede aflojarse en la medida en que el conjunto piezoeléctrico 23 regula esta presión de frenado. El relajamiento de las exigencias de rendimiento y de precisión permite por consiguiente importantes economías para la fabricación del accionador.
La cadena cinemática entre el motor eléctrico 20 y el pulsador 12 puede por otra parte preverse irreversible, lo que es difícilmente considerable en un accionador electromecánico clásico. En efecto, el principal inconveniente ligado a la irreversibilidad es el riesgo de atascamiento. Para evitar este riesgo, los accionadores clásicos son por consiguiente concebidos con una cadena cinemática reversible, lo que impone conservar el motor eléctrico constantemente alimentado durante las fases de frenado con el fin de mantener el esfuerzo de frenado, e igualmente prever un órgano de bloqueo para asegurar el mantenimiento
De una presión de bloqueo del freno cuando la aeronave está parada y que el motor eléctrico no está alimentado.
Gracias al conjunto piezoeléctrico 23, este riesgo de bloqueo es notablemente disminuido. En efecto, antes de maniobrar el motor eléctrico 20 en sentido inverso para provocar el alejamiento del pulsador 12 con relación a la pila de discos, se impone a los bornes del conjunto piezoeléctrico 23 una tensión eléctrica que provoca la contracción deseada de dicho conjunto. Esta contracción provoca un aflojamiento substancial de la presión de frenado, lo que hace posible el accionamiento del pulsador 12 por el motor eléctrico 20. Se puede así prever una cadena cinemática irreversible entre el motor eléctrico 20 y el pulsador 12, lo que permite no solamente cortar la alimentación del motor eléctrico una vez la puesta en presión efectuada, generando así importantes economías energéticas, pero igualmente de pasar de un órgano de bloqueo.
La figura 4 ilustra una manera de accionar el motor eléctrico 20 y el conjunto piezoeléctrico 23.
Una consigna de posición angular Cnom destinada al motor eléctrico 20 está generada por un calculador de frenado (no representado). Esta consigna corresponde a la presión de frenado nominal elegida en función de la intensidad de frenado deseada. Esta consigna es sea constante, sea lentamente variable.
El motor eléctrico 20 desplaza entonces el pulsador 12 en respuesta a la consigna Cnom, lo que tiene como consecuencia desplazar el pulsador 12 de una cantidad de.
Este desplazamiento puede ser minorado de una cantidad dp, resultado de la imposición de una tensión de consigna Vp entre los bornes del conjunto piezoeléctrico 23. El desplazamiento resultando del pulsador 12, es por consiguiente igual a:
d = de-dp
Este desplazamiento d genera, teniendo en cuenta la rigidez axial del freno, una presión de frenado correspondiente sobre la pila de discos, dicha presión a su vez genera un par C de frenado de la rueda 1. La velocidad de rotación de la rueda 1 está medida para detectar eventuales deslizamientos de la rueda. Un filtro antideslizamiento 30 aprovecha esta medida de velocidad de rotación para generar la tensión de consigna Vp (que es nula en caso de ausencia de deslizamiento).
La invención no se limita a las modalidades particulares de la invención que acaban de describirse, si no al contrario abarca cualquier variante que entré en el marco de la invención tal como definido por las reivindicaciones.
En particular, aunque se haya indicado que el conjunto piezoeléctrico aseguraba él solo la totalidad de la modulación de la presión de frenado, es posible, quedando en el marco
de la invención, accionar el motor eléctrico 20 de manera que solamente asegure una parte de esta modulación. Puede ser el caso en particular si el recorrido del conjunto piezoeléctrico no le permite asegurar un aflojamiento casi completo de la presión de frenado, lo que se revela necesario por ejemplo cuando la rueda se encuentra sobre una placa de hielo en el pavimento. 5 En este caso se acciona el motor eléctrico para que afloje la presión de frenado en asistencia al conjunto piezoeléctrico. Así, en la mayoría de las condiciones de frenado, la totalidad de la modulación de la presión de frenado está asegurada por el conjunto piezoeléctrico. Es solo en ciertas circunstancias excepcional que el conjunto piezoeléctrico está asistido por el motor eléctrico. En estas situaciones, el conjunto piezoeléctrico solo asegura una parte de la
10 modulación de la presión de frenado.
Aunque se haya ilustrado un conjunto piezoeléctrico unitario, se podrá prever un conjunto constituido de varios elementos unitarios dispuestos en serie.
Aunque se haya ilustrado un conjunto piezoeléctrico como siendo de estructura tubular, se podrán utilizar otras disposiciones, como por ejemplo una pluralidad de barras 15 piezoeléctricas dispuestas paralelamente a ellas mismas según una superficie tubular
funcionando entonces las barras piezo-eléctricas en paralelo.
Según otra disposición, se podrá igualmente prever una barra piezoeléctrica única
que se extiende en el eje del pulsador, por consiguiente en el interior de dicho pulsador,
teniendo a la vez una extremidad fija.
20
Claims (7)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Accionador para freno electromecánico, comprendiendo un pulsador (12) y un primer órgano motor (20) dispuesto para desplazar el pulsador (12) enfrente de una pila de discos y para aplicar una presión de frenado sobre la pila de discos, comprendiendo el accionador un segundo órgano motor que comprende un conjunto piezoeléctrico (23) apto a asegurar una modulación de la presión de frenado aplicada sobre la pila de discos, caracterizado porque el conjunto piezoeléctrico (23) está dispuesto en el accionador para presentar una extremidad fija (23B) con relación a la caja del accionador.
-
- 2.
- Accionador según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende:
-una caja (14,15,16) en la cual el pulsador (12) se desliza según un eje de deslizamiento (Y),-un manguito (18) dispuesto en la caja alrededor del pulsador (12) para girar alrededor de dicho eje de deslizamiento (Y) y unido a dicho pulsador (12) por una unión helicoidal;-un motor eléctrico (20) formando el primer órgano motor que está dispuesto en la caja alrededor del manguito (18) y que está dispuesto para accionar dicho manguito (18) en rotación;-el conjunto piezoeléctrico (23) que es de forma tubular y que está dispuesto en la caja alrededor del motor eléctrico (20), teniendo dicho conjunto piezoeléctrico (23), además de la extremidad (23B) fija, otra extremidad (23A) formando tope axial para el manguito (18), estando el conjunto piezoeléctrico dispuesto para provocar un desplazamiento del manguito(18) en una dirección paralela al eje de deslizamiento (Y). -
- 3.
- Accionador según la reivindicación 2, caracterizado porque el motor eléctrico (20) está unido al pulsador (12) por una cadena cinemática irreversible.
-
- 4.
- Accionador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque está asociado a unos medios de medida de una tensión eléctrica a unos bornes del conjunto piezoeléctrico (23).
-
- 5.
- Freno electromecánico comprendiendo al menos un accionador según una de las reivindicaciones precedentes.
-
- 6.
- Vehículo comprendiendo al menos un freno según la reivindicación 5.
-
- 7.
- Procedimiento de puesta en práctica de un accionador para freno electromecánico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se constata una tensión eléctrica a unos bornes del conjunto piezoeléctrico 23), al menos cuando éste no es activo.
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