ES2240589T3 - Volante de direccion con aislamiento de vibraciones. - Google Patents
Volante de direccion con aislamiento de vibraciones.Info
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Abstract
Volante de dirección de vehículo con amortiguador de vibraciones, con un buje (12; 12¿, 12¿¿), con un alojamiento (13) del volante de dirección y una zona de ataque (14) para el conductor, en particular una corona de volante de dirección (16), caracterizado porque en el recorrido del flujo de la fuerza entre el alojamiento (13) del volante de dirección y la zona de ataque (14) está previsto un amortiguador de vibraciones (22), cuyas características de amortiguación se pueden ajustar a través de un campo eléctrico o magnético (E) previsto.
Description
Volante de dirección con aislamiento de
vibraciones.
La invención se refiere a un volante de dirección
de vehículo amortiguado frente a las vibraciones, con un buje, con
un alojamiento del volante de dirección y con una zona de agarre
para el conductor, en particular con una corona de volante de
dirección.
Para incrementar la comodidad y la seguridad de
conducción supone una ventaja el hecho de que las vibraciones del
vehículo producidas por diferentes causas y transmitidas al volante
de dirección, en particular a la corona del volante de dirección,
sean amortiguadas o suprimidas por completo. Con este propósito se
utilizan, por ejemplo, los llamados amortiguadores de vibraciones.
Un amortiguador de vibraciones conocido contiene una masa alojada en
suspensión en el volante de dirección, que se hace oscilar con la
frecuencia propia del amortiguador de vibraciones y de esta manera
absorbe la energía vibratoria del volante de dirección. En estos
sistemas, uno de los inconvenientes es que, por una parte, sólo se
pueden adaptar a frecuencias particulares y por otra parte,
requieren un espacio de construcción grande en el interior del
volante de dirección o del buje.
La patente
JP-A-5238394 da a conocer un volante
de dirección provisto de un amortiguador de vibraciones, donde el
amortiguador de vibraciones puede cambiar de frecuencia por medio de
un campo electromagnético.
El objetivo de la invención consiste en crear un
volante de dirección amortiguado frente a las vibraciones, que se
pueda fabricar con una amortiguación ajustable en una cierta banda
de frecuencias y con unas necesidades de espacio relativamente
pequeñas para los componentes que amortiguan las vibraciones.
En un volante de dirección de este género, esto
se consigue de forma que en el recorrido del flujo de fuerza entre
el alojamiento del volante de dirección y la zona de ataque está
previsto un amortiguador de vibraciones, cuyas características de
amortiguación se pueden ajustar a través de un campo eléctrico o
magnético previsto. El amortiguador de vibraciones está por así
decirlo intercalado entre el buje y la corona del volante de
dirección, de modo que el alojamiento del volante de dirección y la
corona del volante de dirección se pueden desacoplar en lo que
respecta a las vibraciones. A través de la intensidad del campo
eléctrico o magnético, por ejemplo, a través de una tensión aplicada
o una corriente eléctrica, se pueden ajustar de forma sencilla las
características de amortiguación, esto es, las frecuencias de
vibración amortiguables. Se puede prescindir de una masa de
amortiguación adicional.
Preferiblemente el amortiguador de vibraciones
presenta, intercalada en el flujo de fuerza, una sustancia cuya
dureza y/o viscosidad se puede ajustar de forma variable mediante el
campo eléctrico o magnético. La dureza y la viscosidad influyen
sobre las características mecánicas de la vibración de la sustancia
y por tanto sobre las frecuencias de vibración amortiguables.
La sustancia es preferiblemente un fluido
electrorreológico. Se puede utilizar un fluido electrorreológico
habitual en el comercio, que se caracteriza porque su viscosidad se
puede modificar en un ámbito extenso mediante la influencia de un
campo eléctrico. Con intensidades elevadas del campo estos fluidos
se comportan, hasta unas ciertas condiciones límite, como un sólido
"blando" (lo que aquí se denomina "modo casi sólido"), que
permite una transmisión de la fuerza a través del fluido
electrorreológico, pero que al mismo tiempo se puede modificar en su
dureza, y por tanto en sus características de vibración, mediante la
intensidad del campo.
También resulta imaginable la utilización como
sustancia de un fluido magnetorreológico, sobre cuya viscosidad se
pueda influir mediante un campo magnético. No obstante, debido a la
escasez de la oferta de espacio la solución ideal consiste en la
utilización de un fluido electrorreológico, pues resulta más fácil
disponer en el volante de dirección electrodos para la producción de
un campo eléctrico, como por ejemplo alambres o chapas metálicas,
que bobinas para la producción de un campo magnético.
Para conseguir una amortiguación de vibraciones
dependiente de la frecuencia está prevista preferiblemente una
unidad de mando capaz de determinar la intensidad del campo
eléctrico o magnético generado por los electrodos ajustando la
tensión o el flujo de corriente aplicados. La unidad de mando está
unida preferiblemente a sensores capaces de detectar las vibraciones
del volante de dirección, en particular de la columna de dirección,
con lo que la unidad de mando puede ajustar la intensidad del campo
dependiendo de la frecuencia de las vibraciones detectadas, para
reducir así la amplitud de la vibración del volante de dirección. En
particular, la unidad de mando puede preferiblemente variar la
intensidad del campo de modo que en la zona de ataque no se activen
vibraciones.
En una forma de realización preferida de la
invención el buje o la zona de ataque presenta al menos un resalte
que sobresale hacia una cavidad configurada en la otra pieza en cada
caso, donde la sustancia está prevista entre el resalte y la
cavidad. El resalte en la zona de ataque puede estar configurado por
ejemplo en la zona de un radio. El buje o el alojamiento del volante
de conducción y la zona de ataque están acoplados entre sí mediante
la sustancia. La sustancia funciona preferiblemente en el "modo
casi sólido", pues de este modo al activar el volante de
dirección se puede transmitir una carga de compresión ejercida por
la sustancia, para efectuar un movimiento de dirección. Ello no
obstante, la dureza y, por lo tanto, las características de
amortiguación, se pueden ajustar todavía a través de la intensidad
del campo. Este sistema puede estar previsto también en la zona del
buje, en la que se dispone de más sitio para alojar al amortiguador
de vibraciones, donde el buje queda distribuido en varias partes y
la sustancia une las diferentes partes del buje entre sí.
El buje y la zona de ataque o las partes del buje
están separadas entre sí preferiblemente sólo por un intersticio
delgado (anchura entre 0,1 y 5 mm), que se rellena con el fluido
electrorreológico o magnetorreológico. Dado que el buje y la zona de
ataque no tienen contacto directo en ningún punto, las vibraciones
transmitidas, por ejemplo, a través del árbol de dirección, al
alojamiento del volante de dirección no son transmitidas por
contacto directo del buje con la zona de ataque o de las partes del
buje, sino que sólo pueden llegar a la corona del volante de
dirección a través del fluido electrorreológico o
magnetorreológico.
No obstante, a través de la intensidad del campo,
la dureza o viscosidad de la sustancia se puede ajustar con tal
rapidez y flexibilidad a las frecuencias de vibración existentes en
cada momento que las vibraciones de la zona de ataque se pueden
amortiguar de forma eficaz.
En otra forma de realización preferida de la
invención el amortiguador de vibraciones incluye un espacio relleno
de la sustancia, que forma un anillo cerrado. También aquí este
espacio está configurado de tal modo que separa el buje y la zona de
ataque o las partes del buje entre sí, y de modo que el buje y la
zona de ataque quedan acoplados entre sí a través de este
espacio.
Resulta ventajoso el hecho de que el espacio
tenga una forma diferente de la de un anillo circular, por ejemplo
la forma de un polígono. De este modo se puede aprovechar la
geometría del espacio anular para facilitar la transmisión de fuerza
a través de la sustancia. La sustancia forma un "casi sólido"
con forma de anillo poligonal, cuya forma le impide girar en el
espacio anular cuando se ejerce sobre él una fuerza de rotación. En
lugar de esto la fuerza de rotación que procede del alojamiento del
volante de dirección (por ejemplo, del buje) o de la zona de ataque
se transmite sin holgura a la otra sección del volante de dirección.
Las esquinas del polígono actúan como resaltes que sobresalen hacia
las cavidades de la otra pieza para conseguir, al activar el volante
de dirección, una carga de compresión a través de la sustancia
prevista entre los resaltes y las cavidades.
Para mejorar la transmisión de fuerza entre las
piezas acopladas a través de la sustancia las paredes que delimitan
el espacio presentan preferiblemente una estructura diseñada para
apoyar la adherencia de la sustancia a las paredes. De esta forma la
dirección resulta más directa, pues se impide en gran medida un
deslizamiento entre la sustancia y la pared cuando la sustancia
funciona en el "modo casi sólido".
Para garantizar una activación del volante
segura, también en condiciones extremas, por ejemplo, con un
movimiento de dirección extremadamente violento y rápido, o con un
fallo del campo eléctrico o magnético, el amortiguador de
vibraciones está diseñado ventajosamente de tal modo que en
condiciones extremas se facilita una unión positiva continua entre
la zona de ataque y el alojamiento del volante de dirección. En este
caso se puede pasar por alto el amortiguador de vibraciones, de
forma que se mantiene un acoplamiento directo entre las piezas que
limitan con la sustancia.
Otras características y ventajas de la invención
se deducen a partir de la siguiente descripción de dos ejemplos de
realización de la invención, con referencia a los dibujos anexos.
Éstos muestran:
- Figura 1 una vista en sección de una pieza de
un esqueleto de un volante de dirección conforme a la invención
según una primera forma de realización;
- Figura 2 una vista en planta esquemática de una
pieza de un volante de dirección según la invención, según una
segunda forma de realización; y
- Figura 3 una representación esquemática de la
estructura de la pared del espacio relleno de sustancia de la figura
2.
La figura 1 muestra una primera forma de
realización de un volante de dirección 10 con amortiguador de
vibraciones. El volante de dirección 10 presenta un buje 12, del que
sólo está representado el esqueleto. En el buje 12 está previsto un
alojamiento 13 del volante de dirección, en el que, por ejemplo, se
aloja de forma conocida el extremo de un árbol de dirección aquí no
representado. El volante de dirección 10 incluye además una zona de
ataque 14 para el conductor, y además, de forma muy general se
reúnen aquí una corona de volante de dirección 16 y unos radios 18,
de los cuales en la figura 1 igualmente sólo está representado el
esqueleto.
En el flujo de fuerza entre el buje 12 y la zona
de ataque 14 (aquí los radios) está previsto un amortiguador de
vibraciones 22. El buje 12 y la zona de ataque 14 están separados
entre sí en la zona del amortiguador de vibraciones 22 mediante un
intersticio 24.
En la forma de realización representada el buje
12 presenta un resalte 34, mientras que la zona de ataque 14 tiene
una cavidad 36 en la zona del radio 18. La cavidad 36 puede estar
realizada, por ejemplo, mediante un vaciado en la zona de ataque 14
así como una tapa roscada 38. El intersticio 24 está formado entre
el resalte 34 y la cavidad 36, y configurado de tal modo que entre
el buje 12 y la zona de ataque 14 no existe una unión positiva
directa.
En el intersticio 24 se encuentra una sustancia
26 sobre cuya viscosidad y/o dureza se puede influir mediante un
campo eléctrico o magnético. En el ejemplo aquí mostrado se trata de
un fluido electrorreológico.
Los campos eléctricos E necesarios para el
control del fluido electrorreológico (indicados en las figuras
mediante una flecha) son generados por electrodos 28, que se
disponen en el buje 12 y en la zona de ataque 14, en la proximidad
directa del intersticio 24 (representados esquemáticamente con
líneas de guiones). Como electrodos se pueden utilizar, por ejemplo,
chapas de metal. La disposición más favorable en cada caso de los
electrodos depende de las condiciones de uso y de la geometría
exacta del volante de dirección en cuestión, y un especialista la
podrá determinar fácilmente. Los electrodos deberían estar diseñados
para la aplicación de un alto voltaje de algunos kilovoltios con
intensidades de corriente escasas de unos pocos miliamperios, y
deberían tener el correspondiente aislamiento eléctrico frente a las
demás piezas del volante de dirección 10.
La tensión de los electrodos 28 y, por lo tanto,
la intensidad del campo E generado por éstos, es producida por una
unidad de mando 30, conectada con un sensor de vibraciones 32
dispuesto en el alojamiento del volante de dirección o en la columna
de dirección 31.
Para impedir un contacto directo entre el buje 12
y la zona de ataque 14, y para permitir una activación directa de la
dirección, la intensidad del campo producido por los electrodos 28
se elige preferentemente tan elevada que la sustancia 26 se
encuentre siempre en el "modo casi sólido".
Las vibraciones transmitidas a través del árbol
de dirección sobre el buje 12, que pasan a través de la sustancia 26
hacia la zona de ataque 14 y por tanto a la corona del volante de
dirección 16, son detectadas por el sensor de vibraciones 32 y
comunicadas a la unidad de mando 30. Ésta ajusta a continuación la
intensidad del campo eléctrico E a través de la tensión aplicada a
los electrodos 28 de tal modo que la frecuencia de vibración
transmitida ahora a la corona del volante de dirección 16 es
amortiguada por el amortiguador de vibraciones 22. Esto resulta
posible porque la viscosidad o la dureza de la sustancia 26 se puede
ajustar convenientemente mediante la intensidad del campo, y porque
a través de la dureza o viscosidad se puede influir sobre las
características de vibración de la sustancia 26.
La segunda forma de realización, representada en
la figura 2, se diferencia respecto de la primera forma de
realización en que el buje 12 está dividido en dos partes, una pieza
interior del buje 12' y una pieza exterior del buje 12'', donde las
dos piezas 12' y 12'' están separadas entre sí por un espacio 50 de
forma anular relleno de una sustancia electrorreológica 26. La
segunda pieza del buje 12'' forma una sección de la zona de ataque
14. El espacio 50 de forma anular puede estar configurado en la
sección transversal como el intersticio 24 que se muestra en la
figura 1.También la disposición de los electrodos 28 se puede elegir
de forma análoga.
El espacio 50 de forma anular tiene la forma de
un polígono, que en el ejemplo aquí descrito presenta siete
esquinas. Los salientes 34 de la pieza interior del buje 12' agarran
pues en las cavidades 36 de la pieza exterior del buje 12''.
Preferiblemente el fluido electrorreológico actúa también en este
caso en el "modo casi sólido".
Las dimensiones y la geometría de las piezas del
buje 12', 12'' y también del espacio 50 de forma anular, están
adaptadas unas a otras de tal modo que la pieza interior del buje
12' sólo puede girar en un recorrido angular pequeño antes de entrar
en contacto con la pared de la pieza exterior 12'' si en la
sustancia 26 no existe ningún campo eléctrico E. En una situación
extrema esta disposición permite crear una unión positiva continua
entre la zona de ataque 14 y la zona del buje 12. Esto puede ser
necesario, por ejemplo, si en una situación de emergencia hace falta
un golpe de dirección extremo con fuerzas muy elevadas, o si falla
el campo eléctrico producido por los electrodos 28. En este caso el
movimiento de dirección del usuario produce el giro de la pieza
exterior del buje 12'' frente a la pieza interior del buje 12',
hasta que sus respectivas paredes entran en contacto. Ahora se puede
transmitir una fuerza de dirección directamente sobre el alojamiento
13 del volante de dirección.
Preferiblemente las paredes de los espacios 24,
50, rellenos de la sustancia 26, presentan una estructura 52 más o
menos similar a una granulación o a un estriado, que de forma
conocida se elige de tal modo que la sustancia 26 encuentra, sobre
todo en el "modo casi sólido", una buena adherencia a las
paredes. Esto se muestra en la figura 3 de modo muy esquemático.
Claims (15)
1. Volante de dirección de vehículo con
amortiguador de vibraciones, con un buje (12; 12', 12''), con un
alojamiento (13) del volante de dirección y una zona de ataque (14)
para el conductor, en particular una corona de volante de dirección
(16), caracterizado porque en el recorrido del flujo de la
fuerza entre el alojamiento (13) del volante de dirección y la zona
de ataque (14) está previsto un amortiguador de vibraciones (22),
cuyas características de amortiguación se pueden ajustar a través de
un campo eléctrico o magnético (E) previsto.
2. Volante de dirección según la reivindicación
1, caracterizado porque el amortiguador de vibraciones (22)
presenta una sustancia (26) intercalada en el flujo de fuerza, cuya
dureza y/o viscosidad se puede ajustar de forma variable mediante el
campo eléctrico o magnético (E).
3. Volante de dirección según la reivindicación
2, caracterizado porque la sustancia (26) es un fluido
electrorreológico.
4. Volante de dirección según la reivindicación
2, caracterizado porque la sustancia (26) es un fluido
magnetorreológico.
5. Volante de dirección según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el amortiguador
de vibraciones (22) incluye un espacio (50) relleno de la sustancia
(26), que forma un anillo cerrado.
6. Volante de dirección según la reivindicación
5, caracterizado porque el espacio (50) tiene una forma
diferente a la de un anillo circular.
7. Volante de dirección según la reivindicación
5, caracterizado porque el espacio (50) tiene una forma
poligonal.
8. Volante de dirección según una de las
reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque el buje (12) o
la zona de ataque (14) presenta al menos un resalte (34) que
sobresale hacia una cavidad (36) configurada en la otra pieza en
cuestión (14, 12), donde la sustancia (26) está prevista entre el
resalte (34) y la cavidad (36), donde el buje (12) y la zona de
ataque (14) están acoplados entre sí por medio de la sustancia (26),
de modo que al activar el volante de dirección se puede transmitir
una carga de compresión a través de la sustancia (26).
9. Volante de dirección según una de las
reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque el buje (12)
está dividido en varias partes y porque una pieza interior del buje
(12') y una pieza exterior del buje (12'') están acopladas entre sí
por medio de la sustancia (26), donde una de las piezas del buje
(12', 12'') tiene resaltes (34) que sobresalen hacia cavidades (36)
de la otra pieza del buje (12'', 12'), de modo que al activar el
volante de dirección se puede transmitir una carga de compresión a
través de la sustancia (26) prevista entre los resaltes (34) y las
cavidades (36).
10. Volante de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
amortiguador de vibraciones (22) permite, en una situación extrema,
una unión positiva continua entre la superficie de ataque (14) y el
alojamiento (13) del volante de dirección.
11. Volante de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
sustancia (26) está recogida en un espacio (24; 50) y porque las
paredes que delimitan el espacio (24; 50) presentan una estructura
(52) diseñada de forma que apoya la adherencia de la sustancia (26)
a las paredes.
12. Volante de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el
volante de dirección (10) están previstos electrodos (28) para la
producción de un campo eléctrico o magnético (E).
13. Volante de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está
prevista una unidad de mando (30) capaz de determinar la intensidad
del campo eléctrico o magnético (E).
14. Volante de dirección según la reivindicación
13, caracterizado porque están previstos unos sensores (32)
capaces de detectar las vibraciones de la columna (31), en
particular del alojamiento del volante de dirección, y porque la
unidad de mando (30) varía la intensidad del campo dependiendo de
las vibraciones detectadas.
15. Volante de dirección según la reivindicación
14, caracterizado porque la unidad de mando (30) puede variar
la intensidad del campo de tal modo que no se activen vibraciones en
la zona de ataque (14).
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