CAMPO DA INVENÇÃO

[1] A presente invenção diz respeito a um sistema centralizado de resfriamento de freios, rodas, pneus e rolamentos de veículos automotores, controlado por um Módulo ECU Central, podendo ser utilizado em veículos leves, pesados, tratores, dollys, semi-reboques e reboques, trens, dentre outros semelhantes.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO E CARACTERÍSTICAS DO PRESENTE INVENTO

[2] A temperatura de lonas, pastilhas, tambor e discos de freios, pneus e rolamentos é diretamente afetada por diversos fatores, dentre eles a aplicação dos freios no rodar do veículo, a força de frenagem, a velocidade do veículo, a força G, o tempo de frenagem, o relevo do terreno, a temperatura do ar e o fluxo de ar que passa por baixo do veículo.

[3] Todos estes fatores influenciam no aumento da temperatura dos componentes de rodagem e frenagem do veículo. Percebeu-se que estes fatores, bem como as informações a eles pertinentes, não eram utilizados pelos sistemas de resfriamento já existentes no estado da técnica, posto que poderiam afetar diretamente no funcionamento e no aprimoramento da utilização de tais sistemas.

[4] As frenagens geram calor aos freios e estes conduzem o calor para as outras peças do eixo, como a ponta de eixo, tambor, disco, pastilha, lona, cubo, rolamento, roda(s) e pneu(s). Isso ocorre pelos três processos termodinâmicos de liberação de calor: radiação, condução e convecção.

[5] As fontes geradoras de calor, em um pneu, são: velocidade, peso incidente sobre o pneu, calibragem correta para o peso, desenho da banda conforme tipo de terreno, posição no veículo, mistura química da banda de rodagem e qualidade do composto do pneu, bem como a utilização dos freios. Este último elemento é o único que pode ser trabalhado para o resfriamento, considerando a calibragem correta dos pneus, sendo este um dos objetos do sistema de resfriamento ora descrito.

[6] O calor gerado pelo atrito das pastilhas aos discos ou das lonas aos tambores (que pode variar de 200^C a 800^C) é transferido para os mancais, mangas, cubos de roda, rolamentos e para as próprias rodas, que por sua vez transferem este calor aos pneus, seja por condução térmica através do talão; por convecção do ar quente, que passa pelo tambor ou disco; por irradiação da pista de contato; do atrito do conjunto disco/pastilha ou tambor/lona, diretamente para os pneus e rolamentos.

[7] Sabe-se que temperaturas acima de 80^C são extremamente prejudiciais aos pneus, gerando efeitos como bolhas, trincas e bakelização, transformando a borracha em bakelite, causando danos irreparáveis à banda de rodagem, talão, lateral e carcaça do pneu, sendo um dos maiores causadores de perdas de pneus em frotas. Essas consequências impedem a utilização dos pneus até o final de sua vida útil (sejam eles novos ou em primeira, segunda e até a terceira recapagem), que acabam por ser descartados devido a vazamentos gerados por trincas nas partes que foram bakelizadas pelo excesso de calor. Tal fato causa enormes prejuízos a frotas e usuários finais, afetando de 60% a 80% dos pneus sucateados, impedindo que os mesmos sejam recapados e, portanto, obrigando frotas e usuários finais a adquirir pneus novos com um custo maior, quando poderiam estar utilizando pneus recapados (pela metade ou até um quarto do custo), gerando grande desperdício financeiro, bem como grande poluição ao meio ambiente.

[8] Em temperatura mais baixa (de BO^C a 80^C), os pneus podem ter um melhor rendimento quilométrico, estimando-se uma extensão entre 1% a 10% do que ao rodar em temperaturas altas (de 80°C a 120°C).

[9] Os freios de veículos trabalham com temperaturas entre 180^C e 850^C, o que influencia diretamente na durabilidade das lonas de freios, pastilhas, tambores e discos. Assim como os pneus, os freios podem até duplicar sua vida útil, desde que trabalhem em temperaturas mais amenas, o que também aumenta a segurança do sistema em trechos de serra e sinuosos, por manter os freios por mais tempo em condição ideal de temperatura, além de atrasar a falha do mesmo ("fading" por temperatura).

[10] O presente sistema de resfriamento também limpa os resíduos de lonas, pastilhas e fuligem, acumulados no tambor ou nos discos, o que permite um menor acúmulo de calor. Estas melhorias geram economia de grande monta a usuários finais de veículos e empresas de transporte.

[11] Além da economia de componentes como pneus, sistemas de freio e rolamentos, o presente sistema permite uma maior segurança e uma frenagem em menor distância, por garantir que o freio tenha por mais tempo um coeficiente de atrito mais alto, pela temperatura média mais baixa na pista de contato do material de atrito, bem como um tempo maior de capacidade de frenagem máxima e a diminuição do“fading", além de redução ou atraso no superaquecimento dos freios (que pode gerar acidentes de grande monta e incêndios em veículos em virtude da ignição espontânea). Ainda, o presente sistema ajuda na redução de distâncias de frenagem, o que traz melhorias de segurança ao usuário.

[12] O presente sistema, diferentemente dos demais sistemas de resfriamento existentes, permite seu funcionamento mesmo quando o veículo está parado e com a chave desligada, sendo que este é justamente o momento em que as temperaturas dos pneus se tornam mais altas, pois todo o fluxo de ar do veículo é cessado devido à estática e pelo fato de que sistemas elétricos geralmente funcionam com a chave do veículo ligada (para que o alternador gere tensão e corrente para carregar a bateria).

[13] Com a chave desligada e logo após chegar de uma viagem ou percurso, o veículo possuirá uma grande quantidade de energia acumulada nos freios, que tende a se dispersar para as rodas e pneus e, nesse momento, com o veículo parado e sem ventilação do fluxo do ar que passa por baixo do veículo em movimento, é que as temperaturas se tornam maiores, danificando o talão dos pneus (única área do pneu em contato direto com a roda do veículo). O presente sistema, ao permitir o funcionamento mesmo com o veículo desligado, soluciona este problema técnico existente.

[14] Outro fator importante que contribui para o aumento da temperatura é o fator humano, relacionado a como o motorista/operador dirige o veículo. Fatores como velocidade média, fluxo do trânsito, peso do veículo (PBT) e relevo do terreno (subidas/descidas), bem como a força G aplicada nas frenagens e o tempo de acionamento, são diferentes motivos de aquecimento do conjunto de freios, pneus, rodas, etc. O presente sistema contribui para a diminuição também destes fatores, pois permite monitorar e armazenar a informação da Força G aplicada nas frenagens do veículo, de modo que o sistema de resfriamento possa se adequar de forma automática em relação a tais fatores, alterando os tempos de utilização e intensidades do sistema, aumentando sua eficiência de forma a reduzir as temperaturas e otimizar a vida útil do sistema de resfriamento.

[15] Outro diferencial do presente sistema em relação ao estado da técnica, é a utilização de ventiladores sem escovas (brushless), com proteção IP69 e controle de corrente. Ventiladores ou turbinas que utilizam escovas têm durabilidade de 2 a 6 meses, sendo tal período considerado uma vida útil muito curta para aplicação em sistemas de resfriamento em veículos, posto que exigem trocas e manutenções constantes, tornando seu uso demasiadamente custoso e, ao cabo, inviável.

[16] Da mesma forma, a utilização de termopares torna o equipamento mais caro e difícil de instalar, com maior quantidade de itens a serem instalados e suscetíveis a falhas. Sistemas que utilizam termopares, ainda, possuem a desvantagem de apenas funcionar a partir de determinada temperatura, gerando fonte de calor significativa nos sistemas de freio; ademais, aumenta a dificuldade de mensurar, calibrar e ajustar, em virtude das inúmeras variáveis como, por exemplo, o tipo de terreno, clima, fator humano (motorista), modelo de veículo, entre outros, o que gera a perda de eficiência do sistema.

[17] Sistemas autuais não se comunicam ou estão interligados a sistemas de TPMS (Tyre Pressure Monitoring System) do(s) veículo(s), que realizam o monitoramento da pressão e temperatura de pneus. O presente sistema pode ser interligado a sistemas de TPMS do veículo, a fim de detectar as temperaturas monitoradas e assim controlar os tempos de funcionamento, a potência aplicada e o funcionamento dos ventiladores do sistema.

[18] O presente sistema permite, ainda, a leitura dos parâmetros da rede CAN BUS (J1939), captando informações direto do módulo ECU do veículo, tais como: acionamentos da luz do freio, velocidades, condições de temperatura dos pneus, temperatura do ar, nível de bateria e status da ignição. A leitura destas informações permite que o sistema controle de maneira inteligente e centralizada o funcionamento dos ventiladores, seu tempo de acionamento e potência, de acordo com a variação de tais informações.

[19] Dessa forma, o sistema ora descrito, diferentemente dos sistemas atuais do estado da técnica, permite detectar de forma automática uma descida de serra ou uma emergência, acionando-se automaticamente e mudando sua parametrização conforme o tempo de descida e o número de acionamentos dos freios do veículo. De igual forma, o sistema pode ser acionado manualmente pelo motorista/operador.

[20] O sistema possui, também, um sensor de temperatura ambiente diretamente no Módulo ECU Central, que detecta quando as temperaturas estão muito baixas, para atrasar e/ou impedir o funcionamento do sistema em climas muito frios, favorecendo o aquecimento do freio e pneus nesse tipo de condição (o que, neste caso, é desejável).

[21] Outros diferenciais do presente sistema englobam a utilização de entrada e saída de ar direcionado para freios no tambor/discos e nas laterais do veículo para captação de ar frio, bem como a leitura dos níveis da bateria e/ou do alternador do veículo, a fim de detectar se estes estão em plenas condições de alimentar os ventiladores do sistema.

[22] Cumpre ressaltar que veículos com ar condicionado possuem dois alternadores ou um alternador de maior capacidade, enquanto veículos sem ar condicionado possuem apenas um alternador com menor capacidade. Independente do modelo do veículo, a presente invenção prevê a utilização de sistema de alimentação (alternadores) em paralelo ou dedicado, com ou sem baterias extras, tocado pelo eixo cardam do veículo trator e podendo ser levado ao veículo rebocado, através da utilização de mão amiga, fornecendo a energia até os ventiladores.

[23] A presente invenção também possui acionamento por botão de funcionamento direto em potência máxima enquanto o veículo estiver ligado e botão de desligar, para o não funcionamento total do sistema.

[24] O presente sistema permite, ainda, a leitura dos parâmetros de diferentes módulos de forma simultânea ou de forma individual pelo Módulo ECU Central, para implementar as informações: a) da rede CAN BUS (J1939) para análise dos parâmetros de acionamentos da luz do freio, velocidades, condições de temperatura dos pneus, temperatura do ar, nível de bateria, status da ignição; b) TPMS, a fim de detectar as temperaturas monitoradas por aquele sistema; c) dos acelerômetros de 3 (três) eixos do veículo, a fim de detectar, por exemplo, a ocorrência de fortes frenagens, ou mesmo se o veículo encontra-se em um declive/aclive ou em uma reta; d) da utilização da sinaleira e luz do freio do veículo, pelo sinal do terra ou do positivo da luz do freio, para monitorar seu tempo de uso e a quantidade, tempo e forma de utilização dos freios, contando assim a quantidade de frenagens e o tempo de cada frenagem; e) do nível de bateria, funcionamento do alternador e status da ignição do veículo para definição dos tempos de ventilador e potência de funcionamento do mesmo; f) acionamento do botão do motorista para acionamento de forma contínua do ventilador e em potência máxima, acionamento pela lógica de funcionamento do módulo, ou pelo fato do veículo estar desligado ou, ainda, pela temperatura ambiente.

[25] A utilização de todas estas informações, de forma centralizada e inteligente pelo Módulo ECU Central do sistema, é o grande diferencial em relação aos demais sistemas de resfriamento encontrados no estado da técnica.

[26] Em suma, a presente invenção possui diversos diferenciais em relação aos sistemas de resfriamento atuais, solucionando diversos problemas técnicos existentes.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[27] A Figura 1 apresenta uma representação esquemática do sistema de resfriamento de freios, rodas, pneus e rolamentos de veículos, com suas respectivas referências:

(1) Módulo ECU Central;

(2) Módulo TPMS;

(3) Chave de ignição do veículo;

(4) Sinaleiras/Luz de Freios;

(5) Bateria do veículo;

(6) Ventilador(es);

(7) Captador de ar externo;

(8) Conduto de entrada de ar;

(9) Flange entrada de ar frio;

(10) Flange saída de ar quente; (11) Alternador auxiliar;

(12) Conduto de saída de ar forçado;

(13) Módulo ECU do Veículo;

[28] A Figura 2 apresenta uma visão detalhada do sistema de resfriamento de freios, rodas, pneus e rolamentos de veículos, com suas respectivas referências conforme descrito na Figura 1, de forma detalhada em um único eixo do veículo.

[29] A Figura 3 apresenta um fluxograma das operações do sistema, com a centralização das informações para o funcionamento no Módulo ECU Central.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

VISÃO GERAL DO SISTEMA

[30] A presente invenção diz respeito a um sistema centralizado de resfriamento de freios, rodas, pneus e rolamentos de veículos automotores, controlado por um Módulo ECU Central(l), podendo ser utilizado em veículos leves, pesados, tratores, dollys, semi-reboques e reboques, trens, dentre outros semelhantes.

[31] O sistema utiliza-se de um ou mais Ventilador(es)(6), preferencialmente sem escovas (brushless) e dotados de proteção IP69 e controle de corrente por RPM, gerenciados de forma inteligente pelo Módulo ECU Central(l), fixados ao chassi ou ao monobloco do veículo e conectados a nacas e Condutos de saída de ar forçado(12), de forma que o ar seja canalizado diretamente aos cubos das rodas dos eixos do veículo.

[32] O sistema permite resfriar entre l^C a 40^C a temperatura de pico dos pneus, bem como suas temperaturas médias na mesma proporção. Ainda, permite resfriar de l^C a 150^C as temperaturas de pico das lonas/pastilhas e de l^C a 150^C as temperaturas de pico do tambor/discos. [BB] O sistema utiliza, individualmente ou em conjunto, através da coleta e processamento de dados pelo Módulo ECU Central(l), informações de: temperatura ambiente, Inclinômetro para aferição longitudinal e horizontal, Acelerômetro (força G) de 3 eixos (X, Y e Z), informações do Módulo ECU do Veículo(13) através rede CAN BUS (J1939), botão liga/desliga do sistema pelo motorista, leitura do nível de tensão da Bateria do Veículo(5), detecção do status da chave de ignição do veículo(3), pressão e temperatura de pneus pelo Módulo TPMS(2) ou pelo Módulo ECU do Veículo(13), detecção do acionamento e tempo de acionamento do sinal do terra ou o sinal de positivo das Sinaleiras/Luz de freios(4) e preparação do sistema para funcionamento com o veículo desligado.

[34] As informações coletadas pelo sistema são utilizadas para alimentar o Módulo ECU Central(l), de modo que este gerencie o uso dos ventiladores do sistema de resfriamento de freios de forma inteligente, em relação à potência aplicada ao sistema, o tempo de ventilador ligado com o veículo ligado e o tempo de ventilador ligado com o veículo desligado.

FUNCIONAMENTO DETALHADO DO SISTEMA

[35] A Figura 3 demonstra o fluxograma de funcionamento do sistema, utilizando- se das referências contidas na Figura 1 para melhor apresentação do funcionamento como um todo.

[36] O sistema funciona com o Módulo ECU Central(l), que sempre estará conectado à Bateria do Veículo(5) e ao(s) alternador(es) original(is) ou ao Alternador Auxiliar(ll) do veículo. Opcionalmente, o sistema poderá ser conectado a pelo menos um dos outros módulos ou periféricos já descritos, como por exemplo às Sinaleiras/Luz de Freios(4), à chave de ignição do veículo(3), ao Módulo ECU do Veículo(13) através da Rede CAN BUS J1939, ao Módulo TPMS(2), ao Inclinômetro e ao Acelerômetro, de modo a otimizar ainda mais seu funcionamento e, consequentemente, ter um melhor desempenho em seu uso e aumentar a vida útil dos componentes, vez que todas as informações coletadas destes módulos ou periféricos são tratadas e, de forma inteligente, utilizadas pelo Módulo ECU Central(l) para controlar o uso do(s) Ventilador(es)(6) do sistema.

[37] O Módulo ECU Central(l) se comunica com todos os outros módulos ou periféricos originais do veículo através de ligação do chicote pré-existente do veículo ou de um chicote dedicado do próprio Módulo ECU Central(l), efetuando assim a leitura das informações dos referidos módulos ou periféricos.

[38] O Módulo ECU Central(l) controla todo o funcionamento do sistema, através da leitura e utilização das informações colhidas dos módulos acessórios, detalhando- se abaixo o que cada um destes módulos acessórios contribuem para o sistema.

[39] Em relação à Bateria do Veículo(5) e ao alternador original ou Alternador Auxiliar(ll) do veículo, cumpre referir que são os dois acessórios que sempre serão utilizados pelo sistema para permitir seu correto e básico funcionamento. O sistema colhe as informações da tensão, da corrente e se o veículo está ligado ou desligado. O Módulo ECU Central(l) recebe e parametriza tais informações para definir o modo, tempo e potência de funcionamento do(s) Ventilador(es)(6).

[40] Em relação às Sinaleiras/Luz de Freios(4), estas informam o status de funcionamento do veículo (se ligado ou desligado), o tempo de acionamento dos freios e a quantidade de acionamentos no tempo, após ligar o veículo. O Módulo ECU Central(l) recebe e parametriza tais informações para definir o modo, tempo e potência de funcionamento do(s) Ventilador(es)(6).

[41] Em relação à Chave de ignição do veículo(3), esta verifica e confirma, em complemento às informações da Bateria(5) e do Alternador(ll), se o motorista ou operador está com o veículo ligado ou não.

[42] Em relação ao Botão de liga/desliga do Módulo ECU Central(l), este verifica e informa se o motorista ou operador acionou a chave manual de ligado ou desligado do sistema, para o funcionamento ou não do(s) Ventilador(es)(6), garantindo um acionamento de forma continuada do(s) ventilador(es) até que a chave seja desligada ou a alimentação do veículo seja descontinuada. O Módulo ECU Central(l) recebe e parametriza tais informações para definir o funcionamento ou não do(s) Ventilador(es)(6).

[43] O Botão de liga/desliga do Módulo ECU Central(l) pode ser utilizado, por exemplo, quando a temperatura ambiente esteja muito baixa, bastando desligar, manualmente, o Módulo ECU Central(l), para atrasar e/ou impedir o funcionamento do sistema e favorecer o aquecimento do freio e dos pneus nesse tipo de condição, evitando assim seu congelamento.

[44] O Módulo ECU do Veículo(13) transmite ao Módulo ECU Central(l) os parâmetros do TPMS original do veículo, via rede CAN BUS J1939, fornecendo informações de pressão e temperatura dos pneus, velocidade, acionamento de luzes de freio e o funcionamento de luzes de freio. O Módulo ECU Central(l) recebe e parametriza tais informações para definir o modo, tempo e potência de funcionamento do(s) Ventilador(es)(6).

[45] O sistema pode ser conectado a um Módulo TPMS(2) que não o original do veículo, efetuando a leitura dos parâmetros de pressão e temperatura dos pneus, informando ao Módulo ECU Central(l), que recebe e parametriza tais informações para definir o modo, tempo e potência de funcionamento do(s) Ventilador(es)(6).

[46] Em relação ao Acelerômetro, este informa as variações de forças G em frenagens, curvas e acelerações nos três eixos (X, Y e Z), ao Módulo ECU Central(l), que recebe e parametriza tais informações para definir o modo, tempo e potência de funcionamento do(s) Ventilador(es)(6).

[47] Em relação ao Inclinômetro, este informa os parâmetros de inclinação horizontal ou vertical do veículo, o que possibilita a aferição pelo sistema se o veículo está em uma subida ou uma descida, ao Módulo ECU Central(l), que recebe e parametriza tais informações para definir o modo, tempo e potência de funcionamento do(s) Ventilador(es)(6).

[48] O(s) Ventilador(es)(6), além de receberem os comandos do Módulo ECU Central(l) acerca do modo de seu acionamento e funcionamento (velocidade e período de tempo de acionamento), também enviam informações sobre o seu próprio funcionamento ao Módulo ECU Central(l), como parâmetros de consumo, RPM e velocidade. Tais informações também são parametrizadas pelo Módulo ECU Central(l) para definir o modo, tempo e potência de funcionamento do(s) Ventilador(es)(6).

[49] Os Condutos de entrada de ar(8) e os captadores de ar externo(7) podem ou não ser utilizados pelo sistema; sua utilização permite que o ar com temperatura mais baixa seja captado pelo sistema, especialmente em veículos que possuem laterais fechadas, otimizando ainda mais seu funcionamento e poder de resfriamento.

[50] Os flanges de entrada de ar frio(9), localizados no espelho do cubo quando o freio é a tambor ou no cubo de roda quando o freio é à disco, permitem direcionar o ar frio canalizado e assoprado pelo(s) Ventilador(es)(6), através dos Condutos de saída de ar forçado(12), diretamente a cada cubo/lona ou disco de freio/pastilha, aumentando sua vida útil, preservando os pneus e rolamentos e otimizando, ainda mais, o sistema de resfriamento.

[51] O flange de saída de ar quente(lO) está localizado no espelho do cubo quando o freio é a tambor ou no cubo de roda quando o freio é à disco, permitindo retirar parte do calor dissipado pelo sistema e liberar o fluxo de ar do(s) Ventilador(es)(6). A ausência deste componente acarreta na diminuição da eficiência do sistema, em virtude da queda de rendimento do(s) Ventilador(es)(6), por restringir e estrangular o fluxo de ar. [52] O Módulo ECU Central(l) parametriza as informações recebidas dos componentes do sistema através de algoritmo próprio, observados os seguintes parâmetros que afetam o acionamento do sistema, o estágio (velocidade) dos ventiladores e o tempo de acionamento:

• Chave de ignição do veículo: posição da chave (veículo ligado ou desligado);

• Bateria do veículo: se permitido ligar o sistema e em qual modo; e quando desligar o sistema;

• Temperatura Ambiente (via Módulo ECU Central ou Módulo ECU do Veículo): se liga ou desliga o sistema e compensa o tempo de acionamento do(s) Ventilador(es) pela temperatura;

• Temperatura e Pressão dos Pneus, através do Módulo TPMS ou do Módulo ECU do Veículo: se liga ou desliga o sistema e compensa o tempo de acionamento do(s) Ventilador(es) pela temperatura dos pneus;

• Sinaleiras/Luz de Freios (contador de frenagens e tempo de frenagem): contabiliza e compensa os acionamentos do freio do veículo, a fim de compensar acionamentos contínuos ou excessivos; permite ainda atrasar o início de funcionamento do sistema de modo a permitir um pré-aquecimento do sistema de freios no início da operação;

• Acelerômetro (força G): compensação do tempo de acionamento do(s) Ventilador(es) com base na força G medida;

• Inclinômetro (veículo em subida ou descida): contabiliza e compensa o tempo de subida e descida; e indica o tempo de funcionamento e em qual eixo o sistema atuará.

[53] O sistema permite, ainda, seu funcionamento mesmo quando o veículo está desligado. O Módulo ECU Central(l) detecta o status da chave de ignição do veículo(B) e o nível da Bateria do veículo(5), de modo a verificar se está ligado ou desligado.

[54] Caso detectado que o veículo foi desligado, o sistema irá funcionar de forma a resfriar os freios até que a bateria atinja uma tensão mínima de operação pré determinada ou por um tempo pré determinado, sem comprometer a capacidade de carga e de partida do veículo, através da lógica de gerenciamento da bateria contida no Módulo ECU Central(l).