BRPI0715651A2 - sistema de propulsço de quatro rodas, e, mecanismo de direÇço para um veÍculo - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE PROPULSçO DE QUATRO RODAS, E, MECANISMO DE DIREÇçO PARA UM VEÍCULO. Um sistema de propulsão de quatro rodas para veículos bilateralmente simétricos é caracterizado por sistemas de movimentação separados para as rodas dianteiras e traseiras. Cada sistema de propulsão é operável para independentemente movimentar cada roda. As rodas traseiras do veículo são rodas de direção que são conectadas com a armação de veículo para rotação independente em tomo de um eixo geométrico vertical. A direção e movimentação das rodas são controladas por um controlador. A combinação de direcionamento independente para as rodas traseiras e acionamento independente de todas quatro rodas provê o veículo com um raio de volta zero para melhor mobilidade bem como tração melhorada sobre superfícies instáveis.
Description
"SISTEMA DE PROPULSÃO DE QUATRO RODAS, E, MECANISMO DE DIREÇÃO PARA UM VEÍCULO"
Este pedido reivindica o benefício do pedido provisional U.S. No. 60/714.588, depositado em 7 de setembro de 2005. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Sempre foi um compromisso entre tração e manobrabilidade em veículos, particularmente veículos de equipamento pesado, tratores, e similares. Tratores não foram geralmente considerados para sistemas de movimentação de quatro rodas porque se acreditou que a deliberada distribuição de peso e freios bilateralmente independentes sobre as rodas de acionamento seriam suficientes para a força tratora máxima. Além disto, existem dificuldades na provisão de uma força de propulsão às rodas de direção dianteiras de tais veículos. Se às rodas de direção fosse dada capacidade de movimentação, seria vantajoso fazer rodas de direção maiores para maior tração. Todavia, rodas de direção dianteiras maiores interfeririam com o chassi do veículo, limitando assim sua utilidade. Em adição, os diferenciais convencionados requeridos para propulsionar as rodas de direção são complexos e caros. Com o advento de veículos com raio de volta zero, capazes de virar em uma direção reversa dentro do comprimento do veículo, existe uma necessidade maior de tração melhorada. Alguns de tais veículos têm rodas de direção que pivotam em torno de eixos verticais em lugar de rodas de cáster menos direcionalmente estáveis. A presente invenção refere-se a veículos com raio de volta zero, nos quais as rodas de direção são tanto acionadas quanto giradas em torno de seus eixos verticais para controlar as forças de direção e propulsão para as mesmas.
BREVE DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR
Vários dispositivos foram usados para diminuir raio de volta de tratores de movimentação de quatro rodas. Kubota usa um mecanismo de volta de duas velocidades, em que velocidades variáveis são suadas para o eixo dianteiro em relação ao traseiro. Kubota também fabrica um sistema onde embreagens são usadas em lugar de um diferencial entre as rodas traseiras de modo que, em voltas estreitas, o sistema é praticamente um veículo de quatro rodas com as três rodas externas sendo propulsionadas. Outros usaram eixos dirigíveis onde o eixo inteiro pivota em torno de seu eixo geométrico vertical. Outros métodos de diminuir raios de volta enquanto mantêm a propulsão das quatro rodas incluem a direção das quatro rodas, direcionamento por patinagem, tal como provida por Ingersoll Rand, e direcionamento articulado. Todavia, outros que não direcionamento por patinagem, nenhum desses dispositivos permitem um raio de volta zero. Além disto, os veículos com raio de volta zero conhecidos na técnica não são providos com propulsão das quatro rodas por causa das complexidades de propulsão das rodas de direção, como exposto acima. A presente invenção foi desenvolvida a fim de superar estas e outras desvantagens dos dispositivos anteriores por meio da provisão de um veículo com propulsão nas quatro rodas, o qual também tem capacidades de raio de volta zeros. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
O sistema de propulsão de quatro rodas da invenção é apropriado para uso com veículos bilateralmente simétricos tendo um par de rodas dianteiras e um par de rodas traseiras. Cada das rodas traseiras é conectada com o veículo para rotação em torno de um eixo geométrico vertical para prover direcionamento para o veículo. Um primeiro sistema de propulsão independentemente gira as rodas dianteiras em torno de eixos horizontais e um segundo sistema de propulsão independentemente gira as rodas traseiras em torno de eixos horizontais para propulsionar o veículo em direções à frente e reversa. O segundo sistema de propulsão ainda gira independentemente as rodas traseiras em torno de seus eixos verticais para dirigir o veículo. As rodas traseiras podem ser viradas através de 360 graus para prover o veículo com um raio de volta zero. Um controlador é conectado com o primeiro e segundo sistemas de movimentação para controlar a operação dos mesmos para propulsionar e direcionar o veículo em uma direção desejada. O controlador é também preferivelmente conectado com cada roda para receber sinais das rodas que correspondem à rotação horizontal das mesmas e à posição de volta ou giro das rodas traseiras.
Os sistemas de movimentação compreendem bombas hidráulicas ou motores. O segundo sistema de propulsão inclui duas bombas, uma para fornecer uma força de propulsão para as rodas traseiras e outra para fornecer uma força de direcionamento para as rodas traseiras.
Em uma configuração alternativa, o primeiro sistema de propulsão para as rodas dianteiras inclui uma fonte de alimentação, um divisor de potência conectado com a fonte de alimentação, e um par de mecanismos de movimentação opostos conectado com o divisor de potência e as rodas dianteiras. Cada mecanismo de movimentação inclui uma primeira embreagem diferencial conectada com o divisor de potência e uma segunda embreagem diferencial conectada com a primeira embreagem diferencial. Primeiro e segundo dispositivos de frenagem são conectados entre a primeira e segunda embreagens diferenciais para controlar o fornecimento de potência do divisor de potência para cada roda. A operação dos primeiro e segundo dispositivos de frenagem controla o grau e direção de potência de propulsão sendo fornecida da fonte de alimentação para as rodas. Em uma forma de construção preferida, bombas hidráulicas atuam como os dispositivos de frenagem e válvulas e controles apropriados evitam a necessidade de bombas separadas.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Outros objetivos e vantagens da invenção ficarão aparentes de um estudo da seguinte descrição quando observada à luz dos desenhos acompanhantes, nos quais:
A figura 1 é uma vista esquemática do sistema de propulsão de quatro rodas de acordo com a invenção; as figuras 2 e 3 são vistas frontal e em perspectiva, respectivamente, de uma das rodas de direção traseiras do veículo;
a figura 4 é uma vista esquemática de um sistema de propulsão preferido para as rodas dianteiras do veículo; e
a figura 5 é uma vista esquemática um sistema de propulsão preferido para as rodas traseiras do veículo. DESCRIÇÃO DETALHADA
Com referência à figura 1, o sistema de propulsão de quatro rodas de acordo com a invenção será descrito. O sistema é usado para propulsionar e orientar um veículo bilateralmente simétrico. Tais veículos incluem equipamento agrícola, tratores, máquinas de cortar relva, e outros tipos de maquinário pesado, que incluem rodas dianteiras 2, 4 e rodas traseiras 6, 8. Um primeiro sistema de propulsão 10 é conectado com as rodas dianteiras para girar independentemente cada roda em direções à frente ou reversas em torno de eixos horizontais para propulsionar o veículo. As rodas têm um eixo geométrico vertical fixo em relação ao veículo e, assim, são não dirigíveis, exceto que limitado direcionamento é atingido por meio de rotação das rodas 2 e 4 a diferentes velocidades ou em diferentes direções. Um controlador 12 é conectado com o primeiro sistema de propulsão para controlar o fornecimento de potência ou força de propulsão para as rodas dianteiras através do primeiro sistema de propulsão.
Um segundo sistema de propulsão 14 é conectado com o controlador e com as rodas traseiras 6 e 8 a fim de girar independentemente cada roda em direções à frente ou reversas em torno de eixos horizontais para propulsionar o veículo. Assim, o veículo tem capacidade de movimentação das quatro rodas sob controle do controlador 12, que assiste o veículo em atravessar solo instável.
Diferentemente das rodas dianteiras, as rodas traseiras 6, 8 são rodas de direção. A fim de acomodar direcionamento das mesmas, as rodas traseiras são conectadas com o veículo para rotação em torno de um eixo geométrico vertical. Nas figuras 2 e 3 é mostrada uma das rodas traseiras 6 que tem um eixo geométrico horizontal H que passa através do centro do eixo 16, sobre o qual a roda é montada, e um eixo geométrico vertical V que passa através do centro de um eixo vertical 18. O eixo vertical é conectado em sua extremidade inferior com uma armação 20 que passa acima e para baixo do lado da roda. O eixo horizontal 16 é conectado com a extremidade inferior da armação. Como mostrado mais particularmente na figura 3, um eixo vertical de roda 18 passa através da armação 22 de um veículo e é rotativa com respeito à armação. Isto permite que a roda 6 seja giradas em torno de seu eixo geométrico vertical V a fim de dirigir o veículo. Preferivelmente, a roda pode ser girada através de 360 graus. A outra roda traseira 8 é conectada na mesma maneira que a roda 6 para ser também dirigível. Um sistema de direção é conectado entre o controlador 12 e as
rodas traseiras 6 e 8, como mostrado na figura 1. O sistema de direção é operável para girar independentemente as rodas em torno de seus eixos verticais. Porque as rodas traseiras podem ser giradas através de 360 graus, o veículo tem um raio de volta zero, que permite que ela seja girada em torno dentro de seu comprimento. Um motor 26 é operado por meio do controlador 12 para girar a eixo vertical 18 para girar a roda de direção associada 6. O motor pode ser um motor elétrico, um motor hidráulico, ou um motor a ar, como será apreciado por aqueles com conhecimento comum na técnica. De acordo com uma forma de construção preferida da invenção como mostrada na figura 3, o motor 26 compreende uma bomba hidráulica. O controlador controla válvulas (não mostradas) entre a bomba 26 e a eixo vertical 18 para controlar o fornecimento de fluido hidráulico para o eixo para girar a eixo em direções opostas.
Cada roda é também conectada com o controlador 12 para prover sinais de realimentação que indicam a direção e velocidade de rotação horizontal de cada roda bem como a posição de rotação das rodas traseiras com respeito a seus eixos verticais. Os sinais de realimentação podem ser usados para ultrapassar certas alimentações ou entradas para o controlador por meio de um operador do veículo para prevenir que o veículo seja propulsionado em uma maneira perigosa. Por exemplo, à medida que a velocidade de avanço do veículo aumenta, o raio de volta do veículo é aumentado para prevenir que o veículo se incline excessivamente por girar de forma demasiadamente fechada a alta velocidade.
Um sistema de propulsão preferido para as rodas dianteiras do veículo é mostrado na figura 4. Este sistema de propulsão é exposto na patente U.S. No. 6.957.731. O sistema de propulsão da figura 4 inclui uma fonte de alimentação 102 conectada com um divisor de potência 104 através de um eixo propulsor 106. O divisor de potência inclui eixos de saída 108 e 110, os quais são conectados com as primeiras embreagens diferenciais 112 e 114, respectivamente. Primeiros diferenciais 112 e 114 têm uma única entrada que recebe potência dos eixos de saída 108, 110 a partir do divisor de potência, e duas saídas, as quais são conectadas com segundos diferenciais 130, 132 através de seus respectivos eixos de saída. Mais particularmente, os eixos de saída 134 e 136 conectam o primeiro diferencial 112 com o segundo diferencial 130, enquanto os eixos de saída 138 e 140 conectam o primeiro diferencial 114 com o segundo diferencial 132. Eixos de saída 134, 138 giram em uma primeira direção, enquanto os eixos de saída 136, 140 giram na direção oposta. Os segundos diferenciais 116, 118 têm duas entradas e uma única saída. Porque o divisor fornece a mesma saída para as embreagens diferenciais, o sistema de propulsão é bilateralmente simétrico.
Cada segunda embreagem diferencial tem um eixo de propulsão de saída 116, 118 conectado com a roda 2, 4. A operação de cada embreagem diferencial é individualmente controlada pelos dispositivos de frenagem 124, 126, 142, e 144. Os dispositivos de frenagem podem ser de qualquer tipo convencional incluindo bombas ou geradores. A ação de frenagem de um dos dispositivos de frenagem reduz ou paralisa a rotação do correspondente eixo girando em uma primeira direção e engata a embreagem diferencial do primeiro eixo de diferencial, com o qual ela é conectado, permitindo assim que potência seja transmitida para o eixo de saída que gira na direção oposta. O eixo rotativo transmite potência, girando o outro eixo de saída que está também conectado com o segundo diferencial. Porque os dispositivos de frenagem são controlados independentemente através do controlador 12 por meio de um operador, a quantidade de força de propulsão aplicada a cada roda a partir da fonte de alimentação pode ser controlada para propulsionar a roda em uma direção à frente ou reversa bem como para prover direção coordenada do veículo.
Por exemplo, se elementos de frenagem 124, 126 forem engatados, potência a partir da fonte de alimentação é transmitida para as segundas embreagens diferenciais 130, 132 pelos eixos de saída 136 e 140, respectivamente, facilitando assim o movimento reverso. Se elementos de frenagem 142, 144 forem engatados, potência a partir da fonte de alimentação é transmitida para as segundas embreagens diferenciais 130, 132 pelos eixos de saída 134 e 138, respectivamente, provendo assim movimento à frente.
Para executar a volta correta, os elementos de frenagem 142, 126 são engatados, causando assim com que potência a partir da fonte de alimentação se transmita para as segundas embreagens diferenciais 130, 132 pelos eixos de saída 134 e 140, respectivamente, facilitando assim uma volta de raio zero para a direita. Uma volta à esquerda de raio zero é realizada por meio de engate de elementos de frenagem 124 e 144.
O sistema de propulsão e direção preferido para as rodas de direção traseiras 6 e 8 será descrito com referência à figura 5. Uma bomba de deslocamento variável 150 é conectada com o controlador e alimenta fluido hidráulico para um primeiro motor hidráulico 152, o qual, por sua vez, é conectado com o eixo horizontal 16 de uma das rodas traseiras. A conexão seria através da armação de roda 20. Uma segunda bomba de deslocamento variável 154 alimenta fluido hidráulico para um segundo motor hidráulico 156, o qual é conectado o eixo vertical 18 da roda sob controle do controlador. O primeiro motor hidráulico 152 atua o eixo horizontal para propulsionar a roda para frente ou para trás. O segundo motor hidráulico 156 atua o eixo vertical para girar a roda para a esquerda ou para a direita. Sinais de realimentação são enviados dos eixos horizontal 16 e vertical 18 para o controlador 12.
Rotação do eixo vertical é atingida por indexação do segundo motor hidráulico 156. Um codificador envia um sinal para o controlador 12 de modo que o controlador sabe o ângulo para o qual cada das rodas traseiras está apontando. Com um tal arranjo, as rodas traseiras podem girar em torno de seus eixos verticais até um ângulo muito maior que as rodas de tração ou direção tradicionais.
Motores hidráulicos podem também ser usados para independentemente acionar as rodas dianteiras 2 e 4 em lugar do sistema de propulsão mostrado na figura 4. Os motores seriam supridos por meio de uma bomba de deslocamento variável sob controle do controlador em uma maneira similar para o eixo horizontal sistema de propulsão da figura 5 para as rodas traseiras. Em adição, cada dos motores de propulsão e direção pode compreender motores elétricos ou pneumáticos, como é conhecido na técnica.
Na operação, um operador pode usar uma alavanca de comando, não mostrada, para prover alimentação para o controlador que é usado para propulsionar e orientar o veículo. Se um operador empurrar a alavanca de comando durante todo o tempo para a esquerda, o veículo ficaria imóvel, mas as rodas traseiras girarão em torno de seus eixos verticais e seriam dirigidas para 90 graus à direção das rodas dianteiras e também, por conseguinte, 90 graus para onde a máquina está voltada. Se um operador então moveu a alavanca de comando para frente, ainda mantendo-a durante todo o tempo para a esquerda, o veículo iniciaria a fazer uma volta muito fechada para a esquerda. A roda dianteira direita rolaria para a frente, e a roda dianteira esquerda rolaria para trás, ambas sob potência. As rodas traseiras seriam impulsionadas para frente, isto é, elas empurrariam a parte traseira do veículo para a direita em um ângulo reto para onde o veículo está voltado. Se um operador então puxar a alavanca de comando para trás, ainda com a alavanca de comando durante todo o tempo para a esquerda, a roda dianteira esquerda 2 seria impulsionada para frente e a roda dianteira direita 4 seria impulsionada em reverso.
As rodas traseiras não se modificariam em relação a seus eixos verticais, mas sua rotação horizontal seria ser revertida. Se o sistema de propulsão para as rodas dianteiras for do tipo mostrado na figura 4, as bombas que são usadas em lugar de freios podem ser usadas para prover o óleo hidráulico para propulsionar as rodas traseiras. Uma válvula é integrada no sistema de modo que o óleo vai à direção apropriada para adiante para os motores de roda nas rodas traseiras.
Embora formas preferidas e formas de construção preferidas da invenção tenham sido ilustradas e descritas, será aparente para aqueles de conhecimento comum na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas sem desviar dos conceitos inventivos acima expostos.
Claims (13)
1. Sistema de propulsão de quatro rodas para um veículo bilateralmente simétrico tendo pares de rodas dianteiras e traseiras, respectivamente, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um primeiro sistema de propulsão para girar independentemente cada das rodas dianteiras em torno de um eixo geométrico horizontal para propulsionar o veículo; (b) um segundo sistema de propulsão para girar independentemente cada das rodas traseiras em torno de um eixo geométrico horizontal para propulsionar o veículo, ditas rodas traseiras ainda sendo conectadas com dito veículo para rotação em torno de eixos verticais, respectivamente, dito segundo sistema de propulsão girando independentemente as rodas traseiras em torno de seus eixos verticais para dirigir o veículo; e (c) um controlador conectado com dito primeiro e segundo sistemas de movimentação para controlar a operação dos mesmos para dirigir e propulsionar o veículo.
2. Sistema de propulsão de quatro rodas como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito controlador é ainda conectado com cada roda para receber sinais que são relacionados com a velocidade de rotação das rodas e a posição das rodas traseiras em relação aos eixos verticais.
3. Sistema de propulsão de quatro rodas como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um de ditos primeiro e segundo sistemas de movimentação compreende: (a) uma fonte de alimentação; (b) um divisor de potência conectado com dita fonte de alimentação; e (c) um par de mecanismos de movimentação opostos conectado com dito divisor de potência e as rodas, cada mecanismo de movimentação incluindo: (1) uma primeira embreagem diferencial conectada com dito divisor de potência e uma segunda embreagem diferencial conectado com dita primeira embreagem diferencial; e (2) primeiro e segundo dispositivos de frenagem conectados entre ditas primeira e segunda embreagens diferenciais para controlar o fornecimento de potência de dito divisor de potência para a roda, pelo que a operação de dito primeiro e segundo dispositivos de frenagem controla o grau e direção de potência de propulsão sendo fornecida de dita fonte de alimentação para as rodas.
4. Sistema de propulsão de quatro rodas como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um de dito primeiro e segundo sistemas de movimentação compreende um de um motor elétrico, um motor hidráulico, um motor pneumático, uma bomba, um alternador, e um gerador.
5. Sistema de propulsão de quatro rodas como definido na reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ditos motores compreendem bombas hidrostáticas e motores hidráulicos.
6. Sistema de propulsão de quatro rodas como definido na reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma bomba de deslocamento variável conectada entre dito controlador e dito motor hidráulico.
7. Sistema de propulsão de quatro rodas como definido na reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que dito segundo sistema de propulsão compreende primeira e segunda bombas de deslocamento variáveis conectadas com primeiro e segundo motores hidráulicos, um de ditos motores hidráulicos fornecendo potência para o eixo horizontal de cada das rodas traseiras para propulsão e o outro de ditos motores hidráulicos fornecendo potência para o eixo vertical de cada das rodas traseiras para direção.
8. Mecanismo de direção para um veículo, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um eixo; (b) um par de rodas conectadas com dito eixo para rotação em torno de eixos horizontais, ditas rodas ainda sendo rotativas em torno de eixos verticais com respeito ao dito eixo; e (c) um sistema de propulsão conectado com ditas rodas para propulsionar ditas rodas em torno de ditos eixos horizontais, respectivamente, e para girar ditas rodas em torno de ditos eixos verticais, respectivamente, a fim de dirigir o veículo.
9. Sistema de direção como definido na reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um controlador conectado com dito sistema de propulsão para controlar a operação do mesmo para dirigir e propulsionar o veículo.
10. Sistema de direção como definido na reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que dito sistema de propulsão compreende um de um motor elétrico, um motor hidráulico, um motor pneumático, uma bomba, um alternador, e um gerador.
11. Sistema de direção como definido na reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que dito sistema de propulsão compreende bombas hidrostáticas e motores hidráulicos.
12. Sistema de direção como definido na reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma bomba de deslocamento variável conectada entre dito controlador e dito motor hidráulico.
13. Sistema de direção como definido na reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que dito sistema de propulsão compreende primeira e segunda bombas de deslocamento variáveis conectadas com primeiro e segundo motores hidráulicos, um de ditos motores hidráulicos fornecendo potência para o eixo horizontal de cada de ditas rodas para propulsão e o outro de ditos motores hidráulicos fornecendo potência para o eixo vertical de cada de ditas rodas para direção.
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