Sistema y Método de control para la Distribución Energética de un Vehículo

DESCRIPCIóN

OBJETO DE LA INVENCIóN

La presente invención tiene por objeto un sistema y su método de control para la distribución energética de un vehículo.

ANTECEDENTES El sistema de Control con Interruptor Inercial para la Distribución Energética de un Vehículo motivo de esta invención se desarrolla en respuesta a la necesidad de disminuir el constante aumento de contaminantes emitidos por vehículos automotores y el consumo desmedido de las reservas mundiales de hidrocarburos. Esto debido a que el sistema de control aquí propuesto permite ahorrar el consumo de energía del vehículo, sin sacrificar las funciones básicas de operación y confort de mismo.

Actualmente en México, el sector del transporte aporta gran parte del total de contaminantes de origen antropogénico, esto debido a que, de la energía contenida en un litro de gasolina, tan solo el 13 % es suministrado a las ruedas, de los cuales un 3% es para vencer la fricción aerodinámica y 4% para la resistencia al rodamiento, sin considerar que el consumo de gasolina incrementa mas del 10% cuando se utiliza el aire acondicionado en tránsito denso.

El aire acondicionado en un vehículo se considera como uno de los Dispositivos de Carga de Automóviles (DCA). Los DCA se refieren a dispositivos, que no requieren

un funcionamiento continuo, que se instalan para satisfacer alguna necesidad de operación del automóvil y/o para el bienestar del pasajero y, obtienen la energía para su funcionamiento directamente de la potencia del motor, principalmente por medio de bandas y poleas, pero cuando los DCA son activados, se produce una disminución de la potencia suministrada a las ruedas del tren motriz, lo cual trae como consecuencia un aumento en el consumo de combustible.

Con la finalidad de aminorar los inconvenientes de disminución de potencia del motor y mayor consumo de combustible, se presenta un "sistema de control con interruptor inercial para el control de distribución energética de un vehículo" el cual consta de un dispositivo que una vez cumplidos los parámetros de control, determina mediante el estado inercial del vehículo, si hay un Incremento en la Razón de Potencia demandada (IRP), con lo cual el dispositivo toma acciones de control de los DCA. Actualmente los DCA se encuentran desacoplados lógicamente de las exigencias de potencia del automóvil y, en algunos casos responden a parámetros como temperatura ambiente del interior del vehículo. Dado lo anterior, las ventajas de ésta invención respecto a lo conocido en el estado de la técnica es que se monitorea el valor de dichos parámetros para que, una vez que se obtiene un valor preestablecido, la distribución de energía a los DCA se controle en función del estado inercial y la demanda de potencia. En el estado de la técnica se conocen varias patentes, por ejemplo US 6,981,544 que consiste en un controlador del compresor y válvula, para la unidad de enfriamiento y calefacción del automóvil, siendo estas independientes a la del suministro de potencia del motor, dicho lo anterior esta patente no afecta a la invención que aquí se presenta.

La patente US 6,709,155 consta de un dispositivo para determinar la temperatura del automóvil debajo de una pared adyacente del interior, donde una unidad de procesamiento mide una señal eléctrica y da una salida proporcional a la temperatura del automóvil. El sensor utilizado es solar y mide la radiación y el ángulo de incidencia de la luz, además incluye un conductor térmico para determinar la temperatura. En esta invención se mide la temperatura mediante un transductor estándar genérico que no ocupa ninguna compensación y medición de radiación solar y el control es dado por el estado inercial del vehículo. La patente US 4,946,350 consiste en un dispositivo con sensores de carga del motor, presión y velocidad del móvil para controlar mediante una unidad de control y una válvula las exigencias de potencia del motor. Tal patente difiere con la nuestra ya que el control se efectúa a través de una válvula del compresor que abre y cierra compensando la carga excedida, mientras que la presente no tiene ningún manipulador análogo de presión como válvula, sino simplemente es un control eléctrico tipo ON-OFF digital que interrumpe o pone en acción al compresor, siendo esto una implementación más económica y sencilla que la anterior, además que no requiere modificaciones al compresor. Cabe señalar que el presente invento está basado en los principios físicos asociados a la inercia, la cual es la tendencia de los cuerpos a mantener el estado, de movimiento o reposo, en el que se encuentran. Dicho estado tiende a no modificarse a menos que fuerzas externas actúen sobre su masa. Para el presente caso, las fuerzas de interés son: la que proporciona el motor para aumentar la velocidad del vehículo y la fuerza de gravedad que actúa sobre el vehículo cuando cambia su estado potencial aunque no varíe su velocidad de desplazamiento con respecto a la carretera. Esta es la

razón por la cual se utiliza un sensor inercial que identifica cuando el automóvil pasa de un estado inercial a otro mayor, lo cual implica que requiere toda la potencia disponible que pueda suministrarle el motor. Otra particularidad del presente invento es que no altera el cableado o dispositivos originales del vehiculo, conservando con esto las garantías del fabricante. El control de los DCA se da por adaptadores conectados a la caja de fusibles o por adaptaciones complementarias a las poleas de los DCA. Otra de las patentes con aplicaciones en el sistema de aire acondicionado es la Patente US 7,017,659 que mediante la manipulación del flujo de aire a través de conductos la temperatura es controlada, tal patente busca controlar la temperatura del automóvil difiriendo en el objetivo con la invención aquí presentada, ya que ésta mide la temperatura con fines de habilitar el control de administración de potencia y no es para el control de temperatura tal como lo explica la patente. La patente US 4,862,700 incluye a la aceleración como parámetro que se desea controlar, proponiendo una estrategia para evitar el desplazamiento del refrigerante del aire acondicionado por la inercia cuando el automóvil arranca. Por tanto, dicha patente no interfiere con la nuestra, ya que controla el flujo del refrigerante por la adversidad de la inercia del fluido y no administra la potencia del motor en función a los dispositivos de carga.

BREVE DESCRIPCIóN DE LAS FIGURAS

FIGURA 1: Diagrama de bloques del Sistema de Distribución Energética del Vehículo. FIGURA 2: Diagrama de bloques del Interruptor inercial del sistema de control de la distribución energética en un vehiculo, cuando el vehiculo esta en estado inercial.

FIGURA 3. Diagrama de bloques del Interruptor inercial del sistema de control de la distribución energética en un vehiculo, cuando el vehículo esta en estado diferente al inercial FIGURA 4. Diagrama de bloques de la Unidad de Control.

FIGURA 5. Diagrama de bloque de la interconexión entre el Interruptor inercial, la unidad de control y los medios de sensado del Sistema de control para la distribución energética de un vehiculo.

FIGURA 6. Diagrama de flujo del Método de Control del Sistema de control para la distribución energética de un vehiculo.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

La presente invención trata de un Sistema para la Distribución Energética de un Vehículo instalado en el interior de un vehiculo con un ángulo de inclinación que represente la posición o estado inercial del vehiculo, y cuando el vehiculo se desplace y su estado inercial cambie por ejemplo debido a la inclinación de una pendiente, para lo cual requerirá mayor potencia para subir, el sistema motivo de esta invención detectara un cambio y en respuesta a este, podrá determinar si desconecta momentáneamente un DCA para suministrar la potencia al tren motriz. El sistema motivo de esta invención, esta representado en la figura 1 y esta comprende: Un Interruptor inercial (1), unido a una unidad de control (2), donde dicha unidad de control (2) se comunica con uno o más medios de sensado (3) de las condiciones que proveen los Dispositivos de Carga del vehiculo. La unidad de control (2) tiene comunicación con al menos un Dispositivos de Carga (4): en adelante DCA (4) del

vehículo. La relación entre el número de medios de sensado (3) y el numero de dispositivos de carga (4) es proporcional. El Interruptor inercial (1), representado en la figura 1 y 2, comprende un cuerpo tubular (5) preferentemente de cobre que tiene conectados en un punto de su longitud un LED Infrarrojo (6) y en un punto opuesto a este, un fototransistor (7), y esta conectado a la unidad de control (2). En el interior del cuerpo tubular (5), se localiza un cuerpo esférico (8) ubicado en una primera posición cuando el vehiculo esta en estado inercial (ver figura 2), y cuando el cuerpo esférico (8) esta en esta primera posición permite la comunicación entre el LED Infrarrojo (6) y el fototransistor (7) (ver figura 2).

El sistema para la distribución energética de un vehiculo esta enfocado principalmente a los autos que no tienen sistemas para controlar la eficiencia de la distribución de potencia o consumo de combustible y el interruptor inercial (1) opcionalmente puede ser un sensor inercial o un acelerómetro, cuyo objetivo es determinar cuando vehiculo se desplace y este desplazamiento se origine un cambio en su estado inercial y que este cambio propicie que el cuerpo esférico (8) cambia a una segunda posición e inhiba la comunicación entre el LED infrarrojo (6) y el fototransistor (7) y de acuerdo a esto, la unidad de control (2) a la cual esta conectada el interruptor inercial (1), tomará acciones de temporización. Para conocer bajo que condiciones de estado inercial el cuerpo esférico interrumpirá o no la comunicación entre el LED Infrarrojo (6) y el fototransistor (7) debemos introducimos al mundo de la dinámica de cuerpos y llevar a cabo un análisis de la siguiente manera.

Diagrama de cuerpo libre

Notación: MR ² = M* R

F _g =m _b -g

S = RS

CM dt dt

^{CM d} dt ^~ dt ^~

K = ±I _CM ω ² +±MRW

Donde: s — distancia R = radio θ— ángulo

Vcm = velocidad el centro de masa ω = velocidad angular Acm = aceleración del centro de masa K = energía cinética Ip - momento de inercia alrededor del eje de rotación Icm = momento de inercia alrededor del centro de masa M = masa

Ahora para nuestro caso particular tenemos un cuerpo esférico que rueda sobre un plano inclinado, por lo cual, vamos a igualar la energía cinética con la potencial para tener la relación de la aceleración del centro de masa respecto a θ .

La unidad de control (2) de DCA, obtiene su suministro de energía del acumulador automotriz de 12 V que pasa por un reductor de voltaje para reducirlo a 5 V y así, alimentar a la unidad de control (2) con el voltaje requerido. La lógica se encuentra basada en la tecnología de circuitos secuenciales (TTL) para la toma de decisiones. La unidad de control (2) tiene la finalidad de administrar el consumo de energía del automóvil y comprende:

Un circuito de temporización (9) y un microcontrolador (10) y están representados en la figura 4. El circuito temporizador (9) esta conectado al fototransistor (7) del sensor inercial (1), y cierra el circuito cuando el cuerpo esférico (8) del sensor inercial (1) permite la comunicación entre el LED Infrarrojo (6) y el fototransistor (7).

En la figura 5, esta representada la conexión entre el interruptor inercial (1) y la Unidad de control (2), se puede observar que el microcontrolador (10), en el cual se predefine un rango de valores para cada DCA (4), por ejemplo, se predefine el rango de temperatura a la cual el sistema activara o desactivara el sistema de Aire acondicionado, que es un ejemplo de un DCA (4).

En el método de control del sistema aquí propuesto, la Unidad de Control (2) monitorea los valores emitidos por los medios de sensado (3) de DCA, para controlar a los dispositivos de carga (4) en función del estado inercial del vehículo, es decir: El interruptor inercial (1) detecta un cambio en la inercia del vehículo debido a un cambio positivo en la aceleración o una pendiente pronunciada y requiere mayor potencia del motor; es decir el cuerpo esférico (8) del interruptor inercial (1) cambia de una primera posición (ver figura 2) a una segunda posición (ver figura 3), y con esta segunda posición interrumpe la comunicación entre el sensor Infrarrojo (6) y el fototransistor (7), lo que se

traduce como una señal para la unidad de control (2), que tomará acciones en relación a la información que le transmiten los medios de sensado (3) de DCA, y si el valor de temperatura sensado que recibe la Unidad de control (2) esta dentro del rango óptimos preestablecidos, la unidad de control (2) desactivara el suministro de energía a dispositivos de carga (4), en este caso el de aire acondicionado; y así, la potencia del motor estará dirigida al tren motriz hasta que el cuerpo esférico (8) regrese a su primera posición o el medio de sensado (3) de temperatura envié un valor fuera del rango óptimo preestablecido a la unidad de control (2) o se alcance el tiempo considerado para mantener interrumpido el suministro de energía al DCA (4).

El tipo y cantidad de los medios de sensado (3) de DCA, están en función a los parámetros que influyen en el desempeño de cada uno de los DCA que deban ser controlados, por ejemplo los medios de sensado (3) de DCA opcionalmente son al menos uno, de entre los siguientes: medios sensores de temperatura, medios sensores de carga de batería, medios sensores de velocidad del automóvil, medios sensores de velocidad angular del motor, medios sensores.de la demanda de electricidad actual del vehículo, pero cualquiera que sea el medio de sensado (3), esta conectado a la Unidad de Control (2) a la cual le envía continuamente los valores sensados emitidos por cada DCA (4). El sistema para la Distribución Energética de un Vehículo comprende el método de control que esta representado en la figura (6), y la simbología se describe a continuación: DCA _x Valor preestablecido del DCA correspondiente x = {1,2,3,....,n) n Nésimo DCA a controlar

a Aceleración del vehículo

a _re f Aceleración a la cual se desea funcione el interruptor inercial

Vrefid Valor de referencia del DCA _x V _refx2 Valor de referencia 2 del DCA _x V _x Valor actual del DCA _x

Valor de tolerancia para realizar deshabilitar el DCA _x

Timerstop _x Tiempo predeterminado para deshabilitar al DCA _x

Tiempo de temporización predeterminado para caso V _re π>V _x +z _x >

V _ref2 t _2x Tiempo de temporización predeterminado para caso a>a _ref

Timer _x Tiempo a partir de que se inicializó el timer 1

El método de control del sistema de control para la distribución energética de un vehículo, motivo de esta invención se describe como: ,

a) La unidad de control (2) recibe el valor Vx sensado por los medios de sensado (3). b) La unidad de control (2) compara si la condición: Vrefxi >Vx>Vrefx ₂ . se cumple. En caso de cumplirse, continua en la etapa (c).

En caso de no cumplirse, regresa a la etapa (a). c) La unidad de control (2) compara la condición: a>aref que determina si el vehículo donde esta instalado el sistema tiene un cambio en su estado inercial que propicie el requerimiento de potencia del tren motriz, y esto se realiza mediante la señal que envía el interruptor inercial, que debido al cambio de

posición del vehiculo, el cuerpo esférico (8) se desplaza a una segunda posición con la cual interrumpe la comunicación entre el LED Infrarrojo (6) y el fototransistor (7), que propicia que el LED infrarrojo (6) se encienda y el fototransistor (7) transmita una señal al circuito temporizador (9).

En caso de cumplirse, continua en la etapa (d). En caso de no cumplirse, continua en la etapa (e). d) La unidad de control (2) carga un Timer Stop, establece la condición: Timer Stop

= t2x. Continúa en la etapa (g). e) La unidad de control (2) intenta cumplir la condición: Vrefx ₁ >Vx+Zx>Vrefx ₂ .

En caso de cumplirse, continua en la etapa (f) En caso de no cumplirse, regresa a la etapa (a), f) La unidad de control (2) carga un Timer Stop, establece la condición: Timer Stop x = tx. Continúa en la etapa (g) g) La unidad de control (2) inicia un conteo. h) La unidad de control (2) determina el estado de la condición: Timer x > Timer Stop En caso de cumplirse, continua en (i). En caso de no cumplirse, continua en (J)- i) La unidad de control (2) conecta DCAx y continua en (k). j) La unidad de control (2) desconecta DCAx y continua en (k). k) Se presentan cambios mesurables en la condición Vx. 1) Los medios de sensado (3) recolectan información de Vx. m) Los medios de sensado (3) envían la información Vx a la unidad de control, y el método de control inicia en (a).