ES2238948T3 - Aparato de direccion para un vehiculo automovil. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de volante para un vehículo automóvil con un módulo inductivo (1) que tiene un estator (3) fijado solidariamente con el vehículo (2) y un rotor (5) fijado solidariamente con el volante (4), comprendiendo un transmisor de giro basado en un resolver para la transmisión sin contacto, de energía eléctrica y de datos entre el vehículo (2) y el volante (4), así como para la determinación del ángulo del volante (4) y un motor anular de campo giratorio para la generación de un par de fuerza entre el vehículo (2) y el volante (4), y donde el estator (3) y el rotor (5) comprenden bobinas (6.1, ..., 9.y¿) cooperando entre sí de modo que se obtiene un acoplamiento inductivo de las bobinas (6.1, ..., 6.x, 8.1, ..., 8.y) dispuestas en el estator (3) con las bobinas (7.1, ..., 7x¿, 9.1, ..., 9.y¿) respectivas dispuestas en el rotor (5), para efectuar las funciones de transmisor de giro y de motor de campo giratorio.

Description

Aparato de dirección para un vehículo automóvil.

La invención se refiere a un dispositivo de volante para un vehículo automóvil con un módulo inductivo que incluye un estator fijado solidariamente al vehículo y un rotor fijado solidariamente al volante, para la transmisión sin contacto, de energía eléctrica y de datos entre el vehículo y el volante, para la determinación del ángulo de giro del volante así como la generación de un par de fuerza entre el vehículo y el volante.

Se conoce por el documento DE 197 36 346 C1 un dispositivo para la transmisión de energía eléctrica entre el vehículo y el volante en el que se utiliza un transmisor de ángulo basado en un resolver. Como puede verse en el proceso correspondiente, con este dispositivo es posible la determinación simultánea del ángulo de giro del volante así como la transmisión de datos entre el volante y el vehículo.

Sin embrago en este documento no se da a conocer la posibilidad de aplicar un dispositivo de este tipo para la generación de pares de fuerza entre volante y vehículo.

La generación de pares de fuerza se conoce por ejemplo en las direcciones convencionales para acentuar la fuerza ejercida por el conductor del vehículo, o en las llamadas direcciones "steer by wire" para la generación de pares de fuerza resistentes en el volante con el fin de efectuar una realimentación háptica para el conductor del vehículo.

Así por ejemplo el documento DE 198 22 170 A1 da a conocer un dispositivo de dirección asistida para la generación de un apoyo al volante en reacción a una señal de mando del volante, en el que se utilizan electromotores para la generación de la fuerza de apoyo, y en el que, debido al motor dispuesto en la zona de la transmisión del volante, necesariamente se produce una disposición descentrada de los componentes.

Se conoce, por el documento EP 04 47 626 B1, un actuador para una dirección cibernética en el que, para la generación de pares de fuerza, se disponen electromotores situados axialmente en un eje de dirección, y para el movimiento de un piñón de una dirección asistida así como para la simulación de un par de fuerza en el volante.

Sin embargo en este dispositivo no está previsto el uso de la misma base técnica en el volante para la transmisión de energía y de datos y para simultáneamente desempeñar la función de sensor de ángulo del volante, y como puede verse por la disposición separada del volante escogida, esta posibilidad tampoco está sugerida.

Partiendo del estado de la técnica descrito, el objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de volante para un vehículo automóvil, en el cual, mediante una unidad compacta basada en principios inductivos, se incluyan las funciones de transmisión de energía y de datos entre el vehículo y el volante, así como la determinación del ángulo del volante y la generación de un par de fuerza. Una unidad de este tipo debe ser realizada ocupando un espacio pequeño y con el menor número de componentes posible, de forma que a su vez sea de coste óptimo.

Este objeto se consigue mediante un dispositivo de volante basado en un módulo inductivo que tiene un estator fijado solidariamente con el vehículo y un rotor fijado solidariamente con el volante, comprendiendo un transmisor de giro basado en un resolver para la transmisión sin contacto de energía eléctrica y de datos entre el vehículo y el volante, así como para la determinación del ángulo del volante y un motor anular de campo giratorio para la generación de un par de fuerza entre vehículo y volante, y donde el estator y el rotor comprenden bobinas cooperando entre sí de modo que se obtiene un acoplamiento inductivo de las bobinas dispuestas en el estator con las bobinas respectivas dispuestas en el rotor, para efectuar las funciones de transmisor de giro y de motor de campo giratorio.

En el dispositivo de volante según la invención se prevé ventajosamente, que para la realización de la función de transmisor de giro y de motor de campo giratorio, se dispongan por lo menos tres bobinas equidistantes sobre una circunferencia alrededor del eje de rotación del volante, en el estator y en el rotor respectivamente.

Para compensar las discontinuidades de superposición entre las bobinas del rotor y las del estator, se prevé un número y/o disposición de las bobinas en el estator y en el rotor diferente.

De este modo, en una forma de realización se prevé que las bobinas estén dispuestas concéntricas entre sí en un plano perpendicular al eje de giro del volante, mientras que en otra forma de realización, están dispuestas en planos desplazados axialmente entre sí, pudiendo estar dirigidos los ejes de las bobinas radialmente o paralelos al eje de giro de volante, en ambas realizaciones.

Se consigue un acoplamiento inductivo entre estator y rotor especialmente efectivo cuando éstos comprenden piezas conductoras de flujo de forma esencialmente anular, que en la zona de las bobinas tienen una sección radial en forma de "E" y en la zona entre las bobinas tienen una sección radial en forma de "U", estando las piezas conductoras de flujo constituidas por un material termoplástico cargado con un material magnético blando.

La realización de las piezas conductoras de flujo está prevista ventajosamente mediante el moldeo termoplástico de las bobinas de un plástico cargado con un material magnético blando.

Se puede obtener una unidad más compacta todavía, que gracias al ahorro de componentes es de coste más óptimo, mediante la realización de las funciones de transmisión de giro y de motor de campo giratorio en el estator con las mismas bobinas.

Otro paso adicional en el sentido de ahorro de espacio y de coste se obtiene mediante una forma de realización, en la que las funciones de transmisión de giro y de motor de campo giratorio se efectúan en el estator y en el rotor con las mismas bobinas, siendo excitadas cada una de las bobinas o de grupos de bobinas del estator y del rotor de forma defasada en el tiempo.

Además se prevé que el volante esté unido directamente con una transmisión que determina la posición de las ruedas a través de la columna de dirección y del eje del volante, contribuyendo los pares de fuerza generados por el motor de campo giratorio al apoyo de la fuerza de volante aplicada por el conductor, y contribuyendo la posición angular del volante, determinada mediante el transmisor de giro, a determinar la posición de las ruedas del vehículo, a través de motores eléctricos auxiliares, y contribuyendo los pares generados por el motor de campo giratorio como pares de fuerza resistentes al giro del volante, a realizar una realimentación háptica para el conductor.

Otras ventajas de la invención resultan del resto de subreivindicaciones de la patente así como de la descripción siguiente sobre la constitución y funcionamiento de los ejemplos de realización mostrados en los dibujos.

La Fig. 1 muestra una representación esquemática en sección de un volante montado sobre un eje de giro con un módulo según la invención fijado sobre él.

La Fig. 2 muestra una sección a través de una pieza conductora de flujo de un estator o de un rotor (por ejemplo a lo largo de la línea A-A o B-B de la Fig. 1) con una disposición equidistante de

a) 4 bobinas

b) 6 bobinas

La Fig. 3 es una representación esquemática en sección de un volante montado sobre un eje de giro con un módulo, según la invención, montado sobre él, en una realización según la reivindicación 9, en el que se han previsto las mismas bobinas de estator para la función de transmisión y para la función de motor.

Como puede verse en la Fig. 1 el dispositivo de volante según la invención comprende un módulo inductivo 1 que tiene como componente esencial un estator 3 unido solidariamente al vehículo 2 y un rotor 5 unido solidariamente al volante 4. Tanto el estator 3 como el rotor 5 comprenden piezas conductoras de flujo 6, 7, 8, 9 en forma de anillo y concéntricas, que consisten por ejemplo en un plástico cargado con un material magnético blando.

La pieza conductora de flujo 6, que como se ve en la Fig. 2a soporta cuatro bobinas de hilo de cobre aislado 6.1, ..., 6,4, coopera con la pieza conductora de flujo 7, que de forma similar pero con seis bobinas, tiene bobinas 7.1, ..., 7.6 dispuestas equidistantes sobre una circunferencia, para la realización de un transmisor de par, con el fin de transmitir sin contacto energía eléctrica y datos entre el vehículo 2 y el volante 4, así como para la determinación del ángulo de giro del volante 4, para lo cual la pieza conductora de flujo 6 está fijada solidariamente al estator 3 y la pieza conductora de flujo 7 al rotor 5. El transmisor de par se excita mediante dos bobinas primarias dispuestas entre sí a 90º, que se forman por la conexión en serie de las bobinas situadas una frente a otra 6.1 y 6.3, así como las bobinas 6.2 y 6.4. De esta forma se obtiene una amplia disposición con simetría de rotación, para la transmisión de energía y de datos.

Por el lado del rotor, el transmisor de par está constituido de forma similar pero con seis bobinas 7.1, ..., 7.6, de las cuales, las situadas una frente a otra están conectadas entre sí, de modo que se forman tres bobinas secundarias dispuestas a 60º. Para la detección del ángulo de giro basta en principio la medición de la tensión en una bobina secundaria, sin embargo, para la optimización del acoplamiento entre primario y secundario en la transmisión de energía y para evitar las discontinuidades de superposición en la detección de ángulo, se precisan las otras dos bobinas secundarias.

Debido a la resistencia óhmica de los bobinados y a la inductividad del transmisor de par, se produce un desfase en función de la carga entre las tensiones primaria y secundaria. Por este motivo, con el fin de garantizar en todo momento la determinación del ángulo del volante, es necesario disponer entre los consumidores del circuito secundario que en cada instante tienen distintos consumos, y el secundario del transmisor, una fuente intermedia que proporcione un consumo de corriente constante en el transmisor.

Las piezas conductoras de flujo 8 y 9, que están construidas de forma idéntica, y que, tal como puede verse en la Fig. 2B, tienen cada una seis bobinas de hilo de cobre aislado 8.1, ..., 8.6 y 9.1, ..., 9.6, cooperan entre sí para la realización de un motor de campo giratorio, con el fin de generar un par de fuerza entre el vehículo 2 y el volante 4, para lo cual la pieza conductora de flujo 8 está fijada al estator 3 y la pieza conductora de flujo 9 está fijada al rotor 5. De forma similar al transmisor de par descrito anteriormente, mediante la conexión en serie de las bobinas situadas una frente a otra en el estator, en este caso 8.1 y 8.4, 8.2 y 8.5 así como 8.3 y 8.6., se obtienen los imanes inductores dispuestos a 60º que generan el campo magnético giratorio mediante el control correspondiente.

Este campo giratorio proporciona un anclaje magnético para ejercer un par de fuerza, que puede ser por ejemplo en el caso más sencillo, un dipolo formado por dos bobinas dispuestas una frente a otra en el rotor 9.1 y 9.4, o bien estructuras magnéticas complejas obtenidas por la inclusión de bobinas de rotor adicionales.

Mediante la posibilidad de controlar individualmente las bobinas de rotor 9.1, ..., 9.6, se puede realizar un "anclaje dinámico" , que permita también realizar, cualquier perfil de par de fuerza en un campo magnético giratorio y amplitud constante y velocidad de giro dentro de ciertos límites.

De este modo es factible también la forma de realización representada esquemáticamente en la Fig. 3 con una sola bobina de estator 6, que hace las funciones de bobina primaria para el transmisor de par y de bobina inductora para el motor de campo giratorio, pues en este caso no es necesaria una variación de la amplitud o de la frecuencia de la excitación de las bobinas de estator, que para la función de transmisión del ángulo de giro era perjudicial pero que para la función de motor de campo giratorio con el "anclaje magnético" anterior era imprescindible.

Claims (14)

1. Dispositivo de volante para un vehículo automóvil con un módulo inductivo (1) que tiene un estator (3) fijado solidariamente con el vehículo (2) y un rotor (5) fijado solidariamente con el volante (4), comprendiendo un transmisor de giro basado en un resolver para la transmisión sin contacto, de energía eléctrica y de datos entre el vehículo (2) y el volante (4), así como para la determinación del ángulo del volante (4) y un motor anular de campo giratorio para la generación de un par de fuerza entre el vehículo (2) y el volante (4), y donde el estator (3) y el rotor (5) comprenden bobinas (6.1, ...,9.y') cooperando entre sí de modo que se obtiene un acoplamiento inductivo de las bobinas (6.1, ..., 6.x, 8.1, ..., 8.y) dispuestas en el estator (3) con las bobinas (7.1, ..., 7x', 9.1, ..., 9.y') respectivas dispuestas en el rotor (5), para efectuar las funciones de transmisor de giro y de motor de campo giratorio.

2. Dispositivo de volante según la reivindicación 1, caracterizado porque para la realización de la función de transmisor de giro y de motor de campo giratorio, se disponen por lo menos tres bobinas equidistantes sobre una circunferencia alrededor del eje de rotación del volante (4), en el estator (3) y en el rotor (5).

3. Dispositivo de volante según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las bobinas (6.1, ...,9.y') previstas para realizar las funciones de transmisor de giro y de motor de campo giratorio, están dispuestas concéntricas entre sí en un plano perpendicular al eje de giro del volante.

4. Dispositivo de volante según las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque las bobinas (6.1, ...,9.y') previstas para realizar las funciones de transmisor de giro y de motor de campo giratorio están dispuestas en planos desplazados axialmente entre sí, y perpendiculares al eje de rotación del volante

5. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado porque los ejes de las bobinas (6.1, ...,9.y') previstas para realizar las funciones de transmisor de giro y de motor de campo giratorio, están dispuestos en dirección radial respecto al eje de giro del volante.

6. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado porque los ejes de las bobinas (6.1, ...,9.y') previstas para realizar las funciones de transmisor de giro y de motor de campo giratorio, están dispuestos paralelos al eje de giro del volante.

7. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 6, caracterizado porque el número y/o la disposición de las bobinas (6.1, ..., 6.x, 8.1, ..., 8.y) en el estator (3) y de las bobinas (7.1, ..., 7x', 9.1, ..., 9.y') en el rotor (5) son diferentes.

8. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 7, caracterizado porque el estator (3) y el rotor (5) comprenden piezas conductoras de flujo (6, 7, 8, 9) de forma esencialmente anular, que en la zona de las bobinas tienen una sección radial en forma de "E" y en la zona entre las bobinas tienen una sección radial en forma de "U".

9. Dispositivo de volante según la reivindicación 8, caracterizado porque las piezas conductoras de flujo (6, 7, 8, 9) están constituidas por un material termoplástico cargado con un material magnético blando.

10. Dispositivo de volante según la reivindicación 9, caracterizado porque las piezas conductoras de flujo (6, 7, 8, 9) están realizadas mediante el moldeo termoplástico de las bobinas con un plástico cargado con un material magnético blando.

11. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 10, caracterizado porque en el estator (3) están previstas las mismas bobinas (6.1, ...,6.x) para la realización de las funciones de transmisión de giro y de motor de campo giratorio.

12. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 10, caracterizado porque en el estator (3) y en el rotor (5) están previstas las mismas bobinas (6.1, ..., 6.x, 7.1, ..., 7.x') para la realización de las funciones de transmisión de giro y de motor de campo giratorio, siendo excitadas cada una de las bobinas o grupos de bobinas del estator (3) y del rotor (5) de forma defasada en el tiempo.

13. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 12, caracterizado porque el volante (4) está unido directamente por el vástago del volante (10) a con una transmisión que determina la posición de las ruedas a través de la columna de dirección, contribuyendo los pares de fuerza generados por el motor de campo giratorio al apoyo de la fuerza de volante aplicada por el conductor.

14. Dispositivo de volante según una de las reivindicaciones de la 1 a la 12, caracterizado porque la posición angular del volante, determinada mediante el transmisor de giro, influye sobre la posición de las ruedas del vehículo a través de motores eléctricos auxiliares, y contribuyendo los pares generados por el motor de campo giratorio como pares resistentes al giro del volante, a fin de realizar una realimentación háptica para el conductor.