Dispositivo electrónico para conmutación de señal que permita la utilización de un sistema de vibraciones multiaxial para la realización de ensayos en un único grado de libertad mediante controlador de vibraciones externo en "lazo cerrado" formado por dos bloques funcionales.

El bloque demultiplexor (1) se encarga de demultiplexar la señal de control de vibraciones (3') que se recibe por el conector de entrada (3) hacia el grado de libertad seleccionado en el bloque de selección (2): canal X (4), canal Y (5) y canal Z (6) según la selección requerida el mando de selección del modo de funcionamiento (9), que puede trabajar en modo manual o en modo automático controlado por el controlador externo de vibraciones. Este controlador hará uso del puerto de comunicaciones (8) habilitado en el bloque de selección (2) del dispositivo para regir el funcionamiento en modo automático del bloque multiplexor (1), comunicando ambos bloques funcionales mediante un bus de comunicación de 5 hilos (7).

Conmutador electrónico de señal para control automático de sistema de vibraciones multiaxial mediante controlador externo.

Campo de la invención

La presente invención tiene como objetivo inicial su aplicación en el campo de los ensayos de vibraciones para dispositivos de vehículos automóviles. No obstante, su uso no queda limitado a este sector tecnológico, siendo aprovechable en otras áreas de la técnica en la que los ensayos de durabilidad y fatiga vibratoria sean un requerimiento funcional de un componente, ensayos en los que sea necesario utilizar equipos de vibraciones que puedan funcionar con diferentes modos de funcionamiento.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de vibración electrodinámicos (patente europea EP1481232) son unos medios de ensayo habituales para los dispositivos de vehículos automóviles. Con estos equipos se realizan ensayos de caracterización vibratoria y durabilidad mecánica de dispositivos de automóvil con el objetivo de verificar que los mismos cumplen los requerimientos especificados por el fabricante para la vida útil del componente en el vehículo. Estos equipos trabajan generando vibración en una única dirección de funcionamiento por lo que no requieren ningún dispositivo adicional para la configuración del eje de vibraciones.

En la actualidad y debido al incremento en la calidad de los vehículos, los requerimientos y exigencias a los dispositivos son cada vez más altas y por esta razón se han ido actualizando los procedimientos de ensayo para hacerlos cada vez más realistas con el objetivo de que los resultados obtenidos sean lo más parecidos a la realidad posible. Este motivo ha hecho que se haya avanzado considerablemente en el desarrollo de procedimientos de ensayos de vibraciones, lo que ha llevado parejo un avance en el desarrollo de nuevos equipos de ensayo de vibraciones. Uno de estos avances viene dado por la utilización de sistemas de vibración hidráulicos multiaxiales con múltiples grados de libertad (solicitudes de patente europea EP0220794A2 y EP1825245A1) que permiten realizar los ensayos de vibración en varios ejes simultáneamente y bajo diferentes modos de funcionamiento (documento de patente US3800588A).

La utilización de un sistema de vibraciones multiaxial con múltiples grados de libertad permite verificar el comportamiento vibratorio de los dispositivos aplicando uno o varios grados de libertad. Esto permite el estudio del comportamiento vibratorio de dispositivos cuando son excitados tanto por perfiles de vibración generados por la reproducción de señales adquiridas en carretera (reproducción de señales temporales de aceleración, velocidad o desplazamiento) como por perfiles sintéticos generados en laboratorio (perfiles seno, perfiles "random" o aleatorios, barridos en frecuencia, o combinaciones, etc.).

El funcionamiento de un sistema de vibraciones multiaxiales es mucho más complejo que el de un sistema monoaxial electrodinámico ya que permiten trabajar en diferentes modos de funcionamiento gracias a los múltiples grados de libertad configurables. Además los sistemas multiaxiales están ideados para permitir trabajar en diferentes modos de funcionamiento tanto en "lazo abierto" como en "lazo cerrado". En modo de funcionamiento de "lazo abierto" un controlador interno propio del sistema opera directamente sobre los actuadores de cada uno de los grados de libertad del mismo en función de las señales medidas por los acelerómetros y por los sensores de desplazamiento internos que están asignados a cada uno de los grados de libertad del sistema, combinando las órdenes a los actuadores para conseguir el resultado programado y requerido. En modo de funcionamiento "lazo cerrado" estos sistemas trabajan mediante un controlador electrónico externo y uno o varios acelerómetros posicionados sobre el componente (en los puntos de control asignados), que miden los niveles locales de aceleración, enviando esa información al controlador. De esta forma se cierra el lazo de medida permitiendo al sistema regular su funcionamiento de forma externa y controlar los niveles de aceleración en el componente durante el ensayo, siendo transparente al controlador el control interno sobre los actuadores del sistema de vibraciones multiaxial.

Este modo de funcionamiento en "lazo cerrado" mediante controlador externo de vibraciones permite que el equipo de vibraciones multiaxial pueda funcionar como si fuese un sistema con un único grado de libertad, es decir, aplicando un perfil de vibraciones en una única dirección. En este modo externo de funcionamiento, se utiliza un controlador de vibraciones con funcionamiento en "lazo cerrado". Este controlador de vibraciones tal y como se divulga en la Patente US2003229738 opera sobre una interfaz lógica en la que se utilizan dos variables principales, la primera variable es la frecuencia o el intervalo de frecuencias en los que va a trabajar el sistema y la segunda variable es el nivel de aceleración o densidad espectral de potencia que el equipo tiene que alcanzar. A partir de esas dos variables, este software y el controlador electrónico establecen todos los parámetros de control del sistema, así como los niveles de seguridad y alertas.

Este modo de funcionamiento con controlador externo presenta un problema grave cuando se quieren concatenar señales o ensayos en varias direcciones independientes, ya que exige que un técnico de ensayo realice la conmutación en las direcciones de vibración, tanto a nivel físico (hardware) como a nivel lógico (software), pues ambos niveles tendrán que ser configurados de forma independiente para cada dirección de ensayo.

Mediante la implementación de una solución a este problema de concatenación de ensayos de un único grado de libertad utilizando grados de libertad diferentes mediante un controlador de vibraciones externo en "lazo cerrado" se podrá utilizar un equipo de vibraciones multiaxial para la realización de ensayos consecutivos de un grado de libertad sobre dispositivos de vehículos automóviles aplicando perfiles en direcciones linealmente independientes y de forma consecutiva sin la necesidad de que un operario controle manualmente los cambios de dirección o de grado de libertad, realizándose la misma de forma automática y directa, lo que supone una mejora en la disponibilidad de recursos humanos, en la minimización del error humano así como una reducción de tiempos muertos de máquina.

Descripción de la invención

La presente invención propone como novedad la implementación de un sistema electrónico que permita la utilización de un sistema de vibraciones multiaxial para la realización de ensayos en un único grado de libertad mediante controlador de vibraciones externo en "lazo cerrado".

Este sistema trabajará como una interfaz que se intercalará entre el controlador externo de vibraciones de un grado de libertad y el sistema de vibraciones multiaxiales, comunicándose con ambos para permitir la concatenación de ensayos unidireccionales en diferentes direcciones, por lo que este sistema electrónico de conmutación tendrá capacidad para interpretar eventos del sistema de control de vibraciones externo, así como para generar las señales de salida adecuadas y en el canal correspondiente del sistema de vibraciones multiaxial para cambiar su modo de funcionamiento.

Un sistema de vibraciones multiaxial dispone generalmente de un canal externo para controlar cada uno de los grados de libertad disponibles. Sobre cada uno de esos canales de control se tendrá que generar una señal de control que permita al sistema tener la información necesaria para reproducir los niveles de vibración solicitados en esa dirección.

Si se trabaja con un equipo de vibraciones multiaxial con varios grados de libertad en modo monoaxial se tendrá que generar una señal de control o "drive" en una única dirección, la dirección en la que se quiere hacer vibrar el sistema así como los dispositivos que se deben ensayar. El problema principal se manifiesta cuando el sistema de control de vibraciones en "lazo cerrado" sólo dispone de un canal de salida para generar la señal de control o "drive". Si se quieren combinar segmentos de ensayo según varios grados de vibración principales, será necesario dedicar la asistencia de personal técnico que supervise el funcionamiento del sistema y cuando se termine cada segmento de ensayo, realice el cambio en el cableado de control del sistema, así como en los parámetros de control del sistema, para adaptarse a los nuevos requerimientos antes de lanzar el siguiente segmento. Esto puede ser un inconveniente...

1. Conmutador electrónico de señal para el control automático de un sistema de vibraciones multiaxial y la realización de ensayos en un único grado de libertad mediante controlador de vibraciones externo, caracterizado porque dicho conmutador (15) comprende:

- un módulo demultiplexor (1) encargado de demultiplexar la señal de control (3') proveniente del controlador de vibraciones externo (20) hacia el canal de control externo (4, 5, 6) del sistema de vibraciones multiaxial (21) correspondiente al grado de libertad de ensayo seleccionado por una señal de selección (7');

- un módulo selector (2) encargado de generar la señal de selección (7').

2. Conmutador electrónico de señal según la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo selector (2) dispone de unos medios de selección, estando configurado el módulo selector para generar la señal de selección (7') de manera manual en función de la selección efectuada por dichos medios de selección.

3. Conmutador electrónico de señal según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo selector (2) está configurado para generar la señal de selección (7') de manera automática en función de una señal de control del módulo selector (22) proveniente del controlador de vibraciones externo (20).

4. Conmutador electrónico de señal según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque los medios de selección del módulo selector (2) están configurados para seleccionar el modo de funcionamiento manual o automático de generación de la señal de selección (7').

5. Conmutador electrónico de señal según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de selección del módulo selector (2) comprenden un selector (9).

6. Conmutador electrónico de señal según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el módulo selector (2) dispone de medios de visualización (11) para indicar al usuario el modo de funcionamiento seleccionado.

7. Conmutador electrónico de señal según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo demultiplexor (1) dispone de una toma de alimentación (10) a través de la cual se alimenta el conmutador (15).

8. Conmutador electrónico de señal según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de un bus de comunicación (7) encargado de enviar la señal de selección (7') desde el módulo selector (2) al módulo demultiplexor (1), estando el módulo demultiplexor (1) configurado para alimentar al módulo selector (2) a través de dicho bus de comunicación (7).

9. Conmutador electrónico de señal según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo demultiplexor (1) dispone de tres canales de salida (4, 5, 6).

10. Conmutador electrónico de señal según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los canales de salida (4, 5, 6) del módulo demultiplexor (1) disponen de fusibles para la protección del módulo de control de los actuadores del sistema de vibraciones multiaxial (21).

11. Sistema de control automático de un sistema de vibraciones multiaxial para la realización de ensayos en un único grado de libertad mediante controlador de vibraciones externo, que comprende un conmutador electrónico de señal (15) según cualquiera de las reivindicaciones 1-10 y el controlador de vibraciones externo (20) que suministra la señal de control (3') al conmutador electrónico de señal (15).

12. Sistema de control automático según la reivindicación 11, donde el controlador de vibraciones externo (20) dispone de tantos canales de lectura independientes (4', 5', 6') como grados de libertad del sistema de vibraciones multiaxial (21).

13. Sistema de control automático según cualquiera de las reivindicaciones 11-12, donde el controlador de vibraciones externo (20) dispone de medios de generación de una señal de control del módulo selector (22) para demultiplexar la señal de control (3') por un canal de salida (4, 5, 6) determinado.