Por Patrick Fu, Application Manager, Dewesoft China

Los frenos de estacionamiento eléctricos (sistemas EPB) ahora se pueden considerar un subconjunto de la tecnología de freno por cable y generalmente funcionan con el actuador - Unidad de engranaje del motor - una MGU, es decir, el actuador EPB.

La confiabilidad de MGU es definitivamente un factor clave en el correcto funcionamiento y ensamblaje de EPB. El software galardonado Dewesoft X y los dispositivos de adquisición de datos llave en mano se pueden aplicar de manera beneficiosa al control de calidad automatizado como una medida de verificación integrada para los fabricantes de MGU.

Los frenos de estacionamiento eléctricos se utilizan en vehículos de pasajeros para mantener el vehículo estacionado en pendientes y carreteras planas y, recientemente, están cada vez más equipados como instalaciones predeterminadas para los automóviles modernos. Esta funcionalidad se lograba tradicionalmente con un freno de estacionamiento manual.

Electric park brake in the center console in a Volkswagen TouranFreno de estacionamiento eléctrico en la consola central en un Volkswagen Touran
Imagen cortesía de Wikicommons

En los últimos años, con los frenos de estacionamiento eléctricos, el conductor activa el mecanismo de sujeción con un botón y luego las pastillas de freno se aplican eléctricamente a los frenos traseros.

El freno de estacionamiento eléctrico o electrónico (EPB), también conocido como freno de estacionamiento automático (APB), es una función esencial que ofrece al conductor una mayor comodidad y conveniencia. Además, como no se usa la palanca manual, los fabricantes de automóviles tienen más libertad de elección en cuanto a dónde ubicar las partes operativas dentro de los automóviles modernos.

Esta función de freno de estacionamiento eléctrico tiene una multitud de usos además de desactivar y activar los frenos, como en pendientes o auto-hold. Hill-hold evita que el automóvil se desplace accidentalmente cuando se detiene o se pone en marcha. La retención automática mantiene la presión del freno aplicada después de que el conductor suelta el pedal. En caso de que los sensores ABS detecten algún movimiento, se aumenta la presión de frenado. Si se presiona el acelerador, o se suelta el embrague en un manual, los frenos se sueltan en consecuencia.

Actualmente, hay dos sistemas principales de freno de estacionamiento en uso, el tipo de tracción por cable y el tipo electrohidráulico. Ambos métodos incluyen una luz de advertencia visual en el tablero. El segundo de estos es ahora el más común. En un futuro próximo se empezará a utilizar un tercer tipo totalmente eléctrico.

Electric-hydraulic caliper system
Sistema de pinza electrohidráulica

Los sistemas de pinza electrohidráulica se emplean generalmente como parte de un sistema de control más grande, como un programa de estabilidad electrónico (ESP). El sistema EPB se controla electrónicamente y consta del interruptor EPB, la pinza EPB y la unidad de control electrónico (ECU), donde la unidad de engranajes del motor (MGU, es decir, el actuador EPB) está equipada con una pinza que es operada por la señal de la ECU a través de un simple toque de interruptor.

Cuando el conductor presiona el interruptor para activar el freno de estacionamiento, la unidad ESP genera automáticamente presión en el sistema de frenado y presiona las pastillas de freno contra el disco. Luego, las pinzas se bloquean en su posición mediante una válvula solenoide controlada eléctricamente. La pinza permanece bloqueada sin necesidad de presión hidráulica. Para soltar el freno, el ESP vuelve a generar presión brevemente, un poco más de la necesaria para bloquear la pinza, y se suelta la válvula.

Se ha verificado ampliamente que el EPB normalmente ocupa menos espacio y se desconecta automáticamente al conducir, lo que resulta útil para conducir en tráfico denso y estacionar en colinas. Obviamente, brindará una mejor asistencia al conductor y ahora ha sido presentado por múltiples proveedores.

Aplicación de emisión y medición

En este caso, el usuario final, ubicado en Shenzhen, China, es un ensamblador de MGU para el fabricante líder de movilidad eléctrica BYD Auto, que estaba preocupado por la garantizar la calidad de MGU y buscaba constantemente una forma estadística sólida para clasificar los MGU no calificados antes de que los productos finales salieran de la línea de montaje. La calificación de este subsistema es fundamental para determinar la confiabilidad del ensamblaje de EPB.

Un método subjetivo para detectar piezas defectuosas es la percepción de ruido, que se deriva físicamente de vibraciones anormales. El oído de un inspector de control de calidad detectaba previamente de forma aproximada este ruido de forma empírica; en general, el ruido en funcionamiento difiere significativamente del de las unidades calificadas.

En la actualidad, teniendo en cuenta la coherencia y la precisión, y dado que la prueba de sonido in situ no es aplicable, el fabricante se esfuerza por introducir métodos cuantitativos de verificación. En lugar de una simple evaluación auditiva, es probable que la tarea se maneje a través de la comprensión del patrón de vibración.

La medición de la aceleración (vibración) es más práctica que un esquema acústico para la operación en el sitio. Este patrón de vibración revela físicamente las defecciones interiores. En este caso, se trata de la vibración a lo largo de las direcciones X, Y donde el eje Z de la coordenada construida es perpendicular a la cubierta de la MGU.

En la práctica, la verificación viene sin referencias ni cumplimientos listos para usar. Es decir, es probable que el usuario recopile múltiples pruebas de contraste entre productos calificados y no calificados, descubriendo diferencias numéricas en los espectros.

Configuración de la solución de prueba

Esta aplicación es un proyecto, mediante el cual el sistema DAQ de Dewesoft y el sistema de prueba se colocan en un gabinete en el sitio, integrándose en un banco de pruebas para monitorear las aceleraciones de cada MGU como medidas de control de calidad efectivas. La instalación funcionará como una estación en una línea de ensamblaje para realizar la validación de la calidad del producto.

La automatización se implementa necesariamente con un controlador lógico programable (PLC), un ordenador digital industrial que ha sido reforzado y adaptado para el control de procesos de fabricación, como líneas de montaje, en este caso, un SIMATIC WinCC® de SIEMENS.

Los procesos de fabricación son cada vez más complejos debido a los crecientes requisitos de calidad, junto con los rápidos cambios de producto y las modificaciones frecuentes. Para garantizar la mayor productividad posible al mismo tiempo, debe ser posible tomar decisiones rápidas y orientadas a objetivos con respecto a la optimización de procesos en todos los niveles dentro de una empresa. Esto requiere un flujo de información integrado en todos los niveles operativos y ubicaciones.

SIMATIC WinCC® es un sistema de visualización de procesos escalable, que incluye lo que generalmente se denomina control de supervisión y adquisición de datos (SCADA), que se usa comúnmente para monitorear y controlar procesos físicos totalmente automatizados con controladores SIEMENS. El sistema proporciona control de operaciones e ingeniería, funciones de diagnóstico integradas y análisis de producción flexible.

En esta aplicación de prueba se utilizan el sistema DAQ Dewesoft SIRIUS y el sistema de adquisición de datos Dewesoft X

El Software de adquisición de datos Dewesoft X está diseñado para pruebas y mediciones: registro de datos, análisis de datos, informes de datos y todo lo demás. Incluye funciones para una amplia gama de industrias, como la automotriz, aeroespacial y de defensa, energía y manufactura y en ingeniería civil, así como aplicaciones específicas como:

En este caso, la solución de prueba Dewesoft es un analizador FFT intuitivo llave en mano para tareas NVH basado en su versátil dispositivo de adquisición de datos SIRIUS®. Las configuraciones de los canales de entrada son flexibles y el número de canales de entrada puede variar de 1 a 1000 canales.

En combinación con el Software Dewesoft X DAQ, este sistema modular de adquisición de datos llave en mano puede funcionar con cualquier sensor con alta precisión. El software admite una amplia variedad de interfaces de entrada y salida. En este caso, SIRIUS funciona como una E / S mejorada para el sistema SCADA.

MGU Test bench HMI
HMI del banco de pruebas MGU

El sistema DAQ Dewesoft consta de los siguientes elementos.

Sistema de adquisición de datos y sensores::

  • Dewesoft SIRIUS 6xACC, 2xACC +: Funciona como un analizador de espectro FFT en tiempo real que proporciona todas las funciones principales para el análisis espectral con promediado avanzado.
  • Dewesoft DS-REM-CTRL: Funciona como un "joystick" para simplificar el control del proceso de medición.
  • Acelerómetro triaxial Dytran 3093B: unciona como una sonda para captar la aceleración de la pieza.

Dewesoft Dewesoft SIRIUS 6xACC, 2xACC+ data acquisition system and IEPE signal conditionerDewesoft Dewesoft SIRIUS 6xACC, 2xACC + sistema de adquisición de datos y acondicionador de señal IEPE

Dytran accelerometer built-in fixtureAccesorio integrado de acelerómetro Dytran

Software

Piezas de terceros y relacionadas

  • SIEMENS S7-1200: Funciona como controlador para procesar comandos y accionar actuadores.
  • PC industrial: Ejecución de Dewesoft X y plataformas relacionadas con terceros
  • Brake control driver embedded on an ECU provided by BYD Electric motor (a component of MGU) driver. Controlador de control de freno integrado en una ECU proporcionada por el controlador de motor eléctrico BYD (un componente de MGU).
  • Banco de pruebas mecánico con pinza de freno. Cada MGU bajo prueba se colocará en la pinza como un conjunto.
  • Fuente de alimentación programable: Suministro de energía para todos los instrumentos..

Setup diagram: The blue lines with arrows denotes the data link for PLC while the orange ones are for Dewesoft.Diagrama de configuración: Las líneas azules con flechas indican el enlace de datos para el PLC, mientras que las naranjas son para Dewesoft.

Mediciones

Al comienzo de cada inspección o medición, se le indica al operador que monte la MGU para probarla correctamente en la etapa de trabajo, es decir, una pinza de freno. Posteriormente, el operador inicia toda la instalación para impulsar el dispositivo, en el que se instala un acelerador triaxial, en la posición adecuada para hacer contacto con la superficie superior de la MGU. Luego, las configuraciones se realizan básicamente para una prueba real posterior.

MGU under testMGU bajo prueba

Con el objetivo de simplificar significativamente las mediciones para adaptarse a la operación de campo en lugar de un entorno de laboratorio, sustituimos los teclados y ratones.

Flujo de trabajo regular:

  • Las piezas se preparan fuera de la línea de montaje
  • Asegúrese de que el MGU se haya montado correctamente en la pinza de freno
  • Manténgase alejado de los actuadores
  • Inicio del funcionamiento de MGU antes de la grabación de Dewesoft
  • MGU funcionando tan pronto como se haya encendido
  • Espere hasta que el acelerador triaxial esté en contacto con la MGU
  • Presione el botón en DS-REM-CTRL para almacenar los datos de aceleración
  • Dewesoft implementa FFT frente al umbral predefinido y define la alarma de salida
  • El PLC hace sonar una alarma si el resultado excede y se detiene por completo
  • Todos los actuadores se reinician
  • WinCC registra el estado junto con el correspondiente S/N del producto
  • Detener el registro de Dewesoft
  • Revisa la parte con los ojos
  • Repite la prueba
  • Reclasifique la pieza a la columna no calificada si se encuentra con el mismo caso
  • Reinicie el flujo de prueba.

Se supone que el procedimiento de prueba debe ser lo más breve posible en el taller, de lo contrario, todo el ciclo de producción se verá afectado y retrasado. Y, sin duda, también se tiene en cuenta la repetibilidad.

El valor máximo absoluto y el espectro de aceleraciones serán los criterios para determinar si un producto está calificado o no.

  • No es posible determinar una referencia utilizando métodos estadísticos como criterio estándar.
  • Las pruebas de contraste múltiple entre productos calificados y no calificados se consideran confiables para revelar diferencias numéricas en los espectros. Con este fin, los clientes prueban más de 500 unidades MGU calificadas y 200 unidades no calificados para sacar una conclusión sobre cómo se deben establecer los criterios. 
  • Establezca un límite superior para el valor Abs max de las aceleraciones X, Y en 8g, donde la dirección X o la dirección Y exceda se considerará no calificado.
  • Tome el promedio lineal de cientos de espectros para determinar el límite superior del patrón de vibración en el dominio de la frecuencia y haga una curva de referencia.
  • Con el cálculo en línea realizado, ya sea Abs max (valor único) o análisis FFT, que cumple las condiciones, se activará una alarma con salida digital.

El dispositivo Dewesoft SIRIUS DAQ cuenta con un contador, cuyo colector abierto es elevado a 24V por la fuente de alimentación. El nivel puede estar en línea con la lógica del PLC SIEMENS. SIEMENS PLC realiza un punto final en caso de cualquier alarma de piezas no calificadas. El operador puede comprobar la pieza.

WinCC registra toda la información, incluido el resultado, el S / N, la hora y la fecha, en un archivo TXT. Los archivos de datos brutos de Dewesoft están ordenados por tiempo y están destinados a una revisión de la medición, especialmente para el seguimiento de los no calificados.

Resultados de la prueba

Antes de la medición, se establece un umbral personalizado que combina la curva de referencia en el dominio de la frecuencia y las entradas del usuario (máximo de aceleraciones X, Y).

Frequency domain reference curve setup inside Dewesoft X DAQ softwareConfiguración de la curva de referencia de dominio de frecuencia dentro del software Dewesoft X DAQ

Cada grabación dura aproximadamente 10 segundos, normalmente 3 ciclos de trabajo de MGU, a una frecuencia de muestreo de 5000 Hz. El máximo absoluto de aceleraciones X, Y, así como los espectros, se considerarán para definir la calificación.

El impacto cuando el acelerador apenas toca la MGU es generalmente mucho mayor que 8 g, especialmente en la dirección Z. Como resultado, el técnico comienza a medir después del contacto completo para descartar el valor anormal.

Básicamente, la solución de automatización integrada con Dewesoft DAQ se considera una forma eficaz de detectar productos no calificados. El cliente introducirá el método y la configuración en procesos estandarizados y considerará la extensión a más y otras líneas.

The Measurement display inside Dewesoft X DAQ softwareLa pantalla de medición dentro del software Dewesoft X DAQ

Conclusión

El fabricante de MGU ha usado métodos de control de calidad estadístico durante años y la solución proporcionada es ciertamente más concluyente y eficiente que el análisis empírico del pasado. Toda la configuración está predefinida y bloqueada por el supervisor técnico de antemano para evitar un funcionamiento defectuoso no deseado por parte de otros.

Normalmente, la carga de trabajo de la tarea de inspección es de alrededor de 800 piezas para cualquier operador en cada turno. El nuevo enfoque para implementar la automatización puede ahorrar tiempo e incluso garantizar un mayor nivel de precisión y consistencia.

Para la automatización de procesos industriales, los versátiles sistemas y software DAQ de Dewesoft proporcionan no solo registro de datos brutos a toda velocidad, sino también análisis de espectro de frecuencia en línea directo en tiempo real durante la medición, que es capaz de mejorar la E / S del PLC SIEMENS para una aplicación integral.