Sistema para la ayuda a la conducción de vehículos automóviles basado en la gestión de la información sobre emisiones contaminantes.

Sistema para la ayuda a la conducción de vehículos automóviles basado en la gestión de la información sobre emisiones contaminantes.

Este sistema cuantifica, en tiempo real, el nivel de emisiones producido por un modelo concreto de vehículo equipado con motor de combustión interna basándose en el conocimiento de los valores instantáneos de los parámetros de funcionamiento, tales como velocidad, régimen de revoluciones del motor, marcha utilizada, información sobre la inyección de combustible, etc.; esta información sobre emisiones, asociada con la de situación geográfica del vehículo en el momento del cálculo obtenida mediante coordenadas GPS, constituyen datos de salida que pueden mostrarse al conductor y/o enviarse a una central receptora para un posterior tratamiento que permita obtener valiosas estadísticas o configurar un mapa que, en tiempo real y con un coste mínimo, indique los niveles de contaminación en la zona interesada.

OBJETO DE lA INVENCiÓN.

El objeto de esta invención es un sistema que resuelve el siguiente problema técnico: Dado un modelo concreto de vehículo automóvil en marcha, provisto con motor de combustión interna calcular, en tiempo real, el nivel de emisiones que está produciendo. Para ello utiliza un conjunto de dispositivos relacionados entre sí que se sirven los valores instantáneos de los parámetros de funcionamiento del vehículo tales como: su velocidad, aceleración, régimen de revoluciones del motor, marcha que utiliza, información sobre la inyección de combustible, etc. De los valores de estos parámetros específicos de funcionamiento del vehículo, unidos a los de otros parámetros circunstanciales que son función del tipo exacto de combustible empleado, de la edad del vehículo y de las características de la orografía del terreno por el que aquél circula se obtiene, una vez gestionados en conjunto por procedimientos adecuados, una información en tiempo real sobre el

nivel de emisiones contaminantes emitidos. Esta información, combinada con la localización geográfica exacta del vehículo obtenida mediante coordenadas GPS y asociada al momento del cálculo, puede mostrarse al conductor y/o enviarse a una central receptora de datos para su posterior tratamiento y explotación práctica.

SECTOR DE lA TÉCNICA AL QUE PERTENECE.

La invención se encuadra en el sector de vehículos automóviles accionados con motores de combustión interna y más concretamente en la parte del mismo que se refiere al cálculo o estimación instantáneos de sus parámetros de funcionamiento y a la relación de éstos con el nivel de emisiones producidas en el momento del cálculo.

ESTADO DE LA TÉCNICA.

Existe una especial preocupación por el control y disminución de las emisiones a la atmósfera de todo tipo de contaminantes. Al ser los vehículos automóviles accionados por motores de combustión interna, uno de los agentes que realizan mayores aportaciones de estos contaminantes, es de vital importancia limitar las mismas en la medida de lo posible. Existen numerosos sistemas y áreas de trabajo encaminados a conseguir este objetivo. Algunas de las tendencias más relevantes en la actualidad son: 1. Desarrollo de sistemas de propulsión basados en combustibles no fósiles (pila de hidrógeno, hidráulicos, solares, eléctricos, etc.) 2. Optimización de los motores de combustión interna de forma que se reduzcan sus emisiones, incluyendo nuevos combustibles (bioetanol, biomasa o biodiesel) 3. 0ptimización del conjunto restante de los componentes del vehículo con el mismo objetivo (aerodinámica, eficiencia en los sistemas de transmisión o de otros subsistemas; mejora de la tracción) . 4. 0ptimización de las infraestructuras involucradas en el transporte, por ejemplo la utilización de materiales absorbentes para firmes o con una mejor interacción con el vehículo. Sin embargo, hasta la fecha, el desarrollo de sistemas que ayuden a modificar el comportamiento del conductor del vehículo en beneficio de una reducción de las emisiones perjudiciales producidas por este último es escaso, siendo muy limitado el uso de realimentación del nivel de emisiones en tiempo real o decalado en el tiempo y menos aún de un grupo de conductores o en un entorno global. Los contaminantes fundamentales a los que nos referimos en el párrafo anterior son:

1. Dióxido de Carbono. CO2. Se produce en toda combustión de productos basados en el carbono.

2. Óxidos de nitrógeno. NOx. Se produce durante el proceso de combustión como reacción entre el nitrógeno y el oxígeno del aire.

3. Dióxido de azufre. S02. Nace en los procesos de combustión como combinación del azufre presente en los combustibles con el oxígeno.

4. Ozono. 03

5. Compuestos orgánicos volátiles. COV.

6. Partículas. Cuerpos sólidos de pequeño tamaño en suspensión. Se caracterizan por su diámetro equivalente en micras. Por ejemplo PM10

7. Contaminantes orgánicos. Como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) , dioxinas y otros compuestos.

8. Metales pesados. Para poder reducir las emisiones es fundamental que el conductor disponga de la realimentación necesaria; de esta manera será capaz de modificar su comportamiento. Esta realimentación debe realizarse desde tres perspectivas: temporal, geográfica y social. A la perspectiva temporal pertenece la realimentación en tiempo real, consistiendo ésta en las indicaciones sobre emisiones mostradas por el panel de instrumentos u otro dispositivo disponible en el momento de la conducción así como de la realimentación decalada en el tiempo, con resúmenes de consumos por trayecto o diarios o en cualquier otro horizonte temporal. Para esta última es necesario añadir a la información sobre emisiones el momento y lugar en que se produjeron, tratar todos estos datos y facilitárselos al conductor o al agente interesado. Un segundo grupo de información es la asociada a coordenadas geográficas y temporales tales como rutas de contaminación, sistemas de propuestas de rutas alternativas, etc. siendo los destinatarios de esta información el conductor o terceros agentes interesados. Respecto a la información social, ésta puede referirse a un solo conductor o a un grupo, es decir, la información agregada de varios conductores, o a la posición de un individuo en un grupo.

DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS.

Para una mejor comprensión de la descripción que se realizará a continuación se acompaña la Figura 1 en la que se esquematizan, en un diagrama de bloques, los distintos dispositivos componentes que constituyen la totalidad del sistema y sus interrelaciones. Para hacer las correspondientes referencias a dichos componentes se utilizan números y letras que los identifican.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN Y FORMA DE UTILIZACiÓN.

El sistema para la ayuda a la conducción objeto del invento facilita información sobre emisiones contaminantes al conductor del vehículo o a otros agentes interesados en el momento adecuado, de forma que sea posible tomar las decisiones apropiadas para reducir las emisiones contaminantes generadas. Las novedades fundamentales de esta invención son las siguientes: -A diferencia de las Patentes U.S.6.594.579 ó 6.988.033, que determinan la eficiencia energética y el consumo de combustible del vehículo, el sistema objeto del invento estima, además, las emisiones de contaminantes producidas por el mismo. -Las patentes U.S. 6.148.656 ó 3.998.095 muestran diferentes sistemas para medir la emisión de contaminantes mediante dispositivos físicos. A diferencia de esas invenciones la invención que se describe calcula las emisiones de contaminantes a partir de los parámetros de funcionamiento del vehículo en lugar de medirlas directamente con dispositivos específicos, que es algo realmente costoso y difícil de realizar, especialmente cuando el vehículo se encuentra en movimiento. -Además, el sistema objeto del invento es capaz de estimar las emisiones de contaminantes en tiempo real. Todo ello permite que la calidad de la información suministrada al conductor sea elevada, su coste bajo y el momento del suministro el óptimo. A continuación se describe, desglosada en sus diferentes dispositivos, la composición del sistema objeto del invento. Cada uno de los bloques (Dn) de la Figura 1 representa un dispositivo que se comunica con su correspondiente conjunto de sensores y actuadores (StAn) o con otros dispositivos, cuyas funciones se describen más adelante; el bloque (C) representa al conductor del vehículo o a otro agente interesado.

Para la denominación de cada dispositivo se ha utilizado la terminología inglesa por ser el estándar admitido en el mercado. Así ECU es el acrónimo de Electronic Control Unit, OBD el de On Board Diagnosis y GPS el de Global Positioning System:

Dispositivo Motor (Motor ECU) (01, Fig.1) . Se encarga de controlar el funcionamiento del motor del vehículo, tomando lecturas de los sensores de funcionamiento instalados por el fabricante del mismo, tales como el sensor de temperatura de los gases de escape, el de consumo instantáneo, el de régimen de revoluciones del motor, el de velocidad, el del acelerador, el de la marcha que está siendo utilizada y cualquiera otros sensores que incorporara el vehículo; este dispositivo procesará la información adquirida y generará salidas que orientarán al conductor sobre las actuaciones que sea pertinente realizar. Dispositivo Instrumentos (Instrumentos ECU) (02, Fig.1) . Se encarga de suministrar al conductor la información deseada, en el interior del vehículo. Dispositivo Diagnosis a Bordo (OBD ECU) (03, Fig.1 ) . Se encarga de tomar datos de otros diferentes dispositivos del vehículo mayoritariamente...

1. Sistema para la ayuda a la conducción de vehículos automóviles basado en la gestión de la información sobre emisiones contaminantes, caracterizado por comprender los siguientes dispositivos:

Un dispositivo Motor capaz de recabar periódicamente los valores de los parámetros de funcionamiento captados por los sensores instalados en el vehículo tales como: sensor de temperatura de los gases de escape, sensor de consumo instantáneo, sensor de revoluciones del motor, sensor de velocidad, sensor de aceleración, sensor de la marcha que está siendo utilizada. Un dispositivo Instrumentos constituido por una interfaz hombre-máquina (visual o auditiva) que recibe y muestra al conductor información en tiempo real, en el interior del vehículo. Un dispositivo Diagnosis a Bordo, que lee la información recabada por el dispositivo Motor y genera señales de alarma cuando los sensores instalados en el vehículo indiquen un mal funcionamiento del motor y/o cuando las cantidades de gases contaminantes generados por éste superen un valor umbral previamente establecido. Un dispositivo GPS que suministra los valores de las coordenadas geográficas y, con ayuda de mapas, de la pendiente del terreno del lugar en que se encuentre el vehículo, así como su velocidad y aceleración.

Un dispositivo Comunicación con el Exterior capaz de transmitir en tiempo real los datos generados por los demás dispositivos, a una Central de Datos remota. Un dispositivo Emisiones que recibe información procedente de otros dispositivos y es capaz de cuantificar la cantidad de cada uno de los diferentes contaminantes emitidos.

Un dispositivo remoto Central de Datos que recibe en tiempo real los datos procedentes del vehículo y los procesa.

2. Sistema para la ayuda a la conducción de vehículos automóviles basado en la gestión de la información sobre emisiones contaminantes, según reivindicación 1, caracterizado porque el combustible utilizado en el vehículo puede ser gasolina, gasoleo, biodiesel, bioetanol o biomasa, indistintamente.

3. Sistema para la ayuda a la conducción de vehículos automóviles basado en la gestión de la información sobre emisiones contaminantes, según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema es aplicable indistintamente en vehículos cuyo sistema de propulsión esté formado por motores de combustión interna o motores híbridos.

4. Procedimiento para la puesta en práctica del sistema de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque mediante un conjunto de dispositivos que sirviéndose de los valores instantáneos de los parámetros de funcionamiento del vehículo, consiste en la obtención del nivel de emisiones contaminantes, de manera que el dispositivo Emisiones utiliza la información suministrada por el dispositivo Motor sobre el valor de consumo instantáneo del vehículo para realizar una valoración de las emisiones de CO2, NOx, S02, 0 3, COV (Compuestos Orgánicos Volátiles) , partículas HC, PAH, o cualquier otra, ; dicha valoración se mostrará al conductor del vehículo en tiempo real mediante el dispositivo Instrumentos y juntamente con los datos suministrados, con ayuda de mapas, por el dispositivo GPS, y en el momento de la valoración, se enviará también en tiempo real, por medio del dispositivo Comunicación con el Exterior, al dispositivo remoto Central de Datos, donde será procesada convenientemente para su conveniente explotación.

5. Procedimiento, según reivindicación 48, caracterizado porque para realizar una valoración de las emisiones de CO2, el dispositivo Emisiones utiliza exclusivamente las informaciones de velocidad (V) , de aceleración (a) del vehículo y de pendiente (r) del terreno suministrada, con ayuda de mapas, por el dispositivo GPS; con estos datos puede calcularse el valor de la Potencia Específica del Vehículo Estimada mediante la formula matemática siguiente: PEVR = (0, 278/3, 6) v* ( (0, 305/3, 6) a + 9, 81 sen (arc tan (r/1 00) ) +1, 132)

+ (0, 0000065/3, 63) V. En la que (v) es velocidad del vehículo en metros por segundo, (a) es su aceleración en metros por segundo al cuadrado, ( r) es la pendiente del terreno expresada en porcentaje y (PEVR) es la Potencia Especifica del Vehículo Estimada expresada en kiolowatios por tonelada (kw/t) . La valoración de la emisión de CO2 se realizará siguiendo las etapas i) e ii) que a continuación se indican:

i) Calculando la PEVR, según se ha indicado anteriormente.

ii) Determinando el intervalo en el que se encuentra el valor de la PEVR y a partir de éste el valor de la emisión de CO2 en g/s. Dicha valoración se mostrará en tiempo real al conductor del vehículo mediante el dispositivo Instrumentos y juntamente con los datos de posición del vehículo y pendiente del terreno suministrados por el dispositivo GPS en el momento de la valoración, se enviará igualmente, por medio del dispositivo Comunicación con el Exterior, en tiempo real, al dispositivo remoto Central de Datos donde será procesada convenientemente para su explotación.

6. Procedimiento, según reivindicación 48 , caracterizado porque el dispositivo Emisiones utiliza la edad de cada tipo y modelo concreto de vehículo como parámetro adicional en el procedimiento de calculo de emisiones contaminantes y para la generación de alarmas cuando se sobrepase el umbral de contaminación permitido para vehículos con esa edad.

7. Procedimiento, según reivindicación 4a, caracterizado porque el dispositivo Emisiones utiliza la clase exacta de combustible empleado en cada tipo y modelo concreto de vehículo como parámetro adicional en el procedimiento de cálculo de emisiones contaminantes y para la generación de alarmas cuando se sobrepase el umbral de contaminación permitido a los vehículos usuarios según el combustible que utilicen.

8. Procedimiento, según reivindicación 4a, caracterizado porque el dispositivo Emisiones combina la información referente al calculo de emisiones contaminantes con las coordenadas geográficas y temporales del lugar en que se produjeron,

facilitando al agente interesado los llamados "mapas de contaminación" del vehículo.

9. Procedimiento, según reivindicación 4a, caracterizado porque el dispositivo Emisiones realiza tanto los cálculos de emisiones instantáneas del vehículo como el cálculo de medias aritméticas o geométricas de valores de emisiones en un periodo temporal, a un régimen determinado del motor, en un rango de velocidades preestablecido o en entornos geográficos concretos, incluyendo entornos urbanos e interurbanos.

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Fig.1