ES2254544T3 - Aparato para amortiguar las vibraciones en un volante de direccion. - Google Patents
Aparato para amortiguar las vibraciones en un volante de direccion.Info
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Abstract
Dispositivo para amortiguar las vibraciones en un volante de dirección, con un medio amortiguador (22) que contiene un cuerpo amortiguador y con una masa amortiguadora (18, 14, 40) unida al medio amortiguador (22), caracterizado porque está prevista una unidad de mando eléctrica (26), acoplada al medio amortiguador (22), que puede modificar las características mecánicas de oscilación del dispositivo (20, 20¿) de tal manera que se pueden amortiguar diferentes frecuencias de oscilación, donde para amortiguar las diferentes frecuencias de oscilación se puede modificar por la unidad de mando (26) la frecuencia propia del cuerpo amortiguador (24) durante el funcionamiento.
Description
Aparato para amortiguar las vibraciones en un
volante de dirección.
La invención se refiere a un dispositivo para
amortiguar las vibraciones en un volante de dirección conforme al
preámbulo de la reivindicación 1.
El conductor percibe como molestas las
vibraciones del volante de dirección. La vibración de un volante de
dirección se ve influenciada por diversos parámetros. La elasticidad
longitudinal de la suspensión del eje trasero convierte las
oscilaciones inducidas en el eje trasero, debido a un desequilibrio
de las ruedas, en unas oscilaciones horizontales de la carrocería y
con ello a oscilaciones verticales del volante de dirección. Las
vibraciones del motor, especialmente en el caso de vehículos diesel,
producen a menudo vibraciones en el volante de dirección durante la
marcha en vacío. Para amortiguar las vibraciones inducidas en un
volante de dirección se aplica a menudo una fuerza dirigida en
sentido contrario al del movimiento. Para ello se emplean sistemas
de muelle-masa, también denominados amortiguadores
de
vibraciones.
vibraciones.
Por la patente
US-A-5.713.438 se conoce un sistema
amortiguador de las vibraciones conforme a la especie en el que se
mueve activamente un elemento de masa para contrarrestar una
vibración que se perciba como molesta. En este caso se captan,
respectivamente, por medio de un sensor las vibraciones generadas
por la fuente de interferencia así como también las oscilaciones que
aparecen en el dispositivo que se trata de amortiguar. Dependiendo
de las señales de los sensores se genera una señal de mando que se
aplica a un actuador. Éste provoca como consecuencia un movimiento
del elemento de masa que contrarresta la vibración y la
amortigua.
La patente EP-A-1
162 124 describe un conjunto de volante de dirección con
amortiguación activa donde en uno de los componentes va fijada una
masa amortiguadora, por ejemplo, de plomo, así como unos elementos
amortiguadores en forma de piezoelementos. Un sensor de
aceleraciones está dispuesto de tal manera que capta las
oscilaciones que se trata de amortiguar. La señal de salida del
sensor se amplifica, se desfasa 180º y se lleva a los elementos
amortiguadores. Esto da lugar finalmente a una oscilación de la masa
amortiguadora que contrarresta la oscilación que se trata de
amortiguar.
El documento JP5238394 A describe un dispositivo
para amortiguar las oscilaciones en un volante de dirección
conforme al preámbulo de la reivindicación 1.
Se conocen amortiguadores de vibraciones que
consisten en masas metálicas con apoyo de goma elástica, estando
ajustados estos amortiguadores de vibraciones a determinadas
frecuencias. Por lo general, esta clase de amortiguadores de
vibraciones van fijados al buje del volante de dirección. Como masa
amortiguadora se puede emplear también un generador de gas de un
módulo de airbag dispuesto en el volante de dirección, o se emplea
el mismo módulo del airbag para amortiguar las oscilacio-
nes.
nes.
Así, por ejemplo, en la patente
EP-A 0 827 878 la amortiguación de las oscilaciones
del volante de dirección tiene lugar por medio de muelles
dispuestos concéntricamente alrededor del módulo del airbag y que
van apoyados en el cuerpo del volante de dirección.
Un inconveniente esencial de los amortiguadores
de oscilaciones descritos consiste en que están ajustados a una
sola frecuencia. Debido a las diferentes influencias de la calzada y
a las oscilaciones variables del motor a diferentes revoluciones, la
frecuencia de las oscilaciones del volante de dirección, sin
embargo, varía constantemente. Por este motivo, gran parte de las
oscilaciones del volante de dirección permanecen sin amortiguar.
El objetivo de la invención es el de mejorar la
amortiguación de las oscilaciones de un volante de dirección.
Esto se consigue mediante las características de
la reivindicación 1, según las cuales está prevista una unidad de
control eléctrica acoplada al elemento amortiguador, que puede
variar las características de vibración mecánicas del dispositivo de
tal manera que se puedan amortiguar diferentes frecuencias de
oscilación. Por medio de las características mecánicas de oscilación
del dispositivo se influye en la frecuencia de las oscilaciones, de
manera que se pueda adaptar la frecuencia de oscilaciones del
dispositivo a la frecuencia actual de las oscilaciones del volante
de dirección, por ejemplo, para conseguir una amortiguación de la
resonancia. El dispositivo, denominado en lo sucesivo también
amortiguador de vibraciones, se puede ajustar, por lo tanto, de modo
flexible, a la frecuencia actual de las oscilaciones, en cada
momento, del volante de dirección, de manera que se pueden
amortiguar oscilaciones diversas que varíen a lo largo del
tiempo.
En una forma de realización preferida de la
invención el medio amortiguador está diseñado de tal manera que se
puedan modificar las propiedades de oscilación mecánica del
dispositivo mediante la alimentación de energía eléctrica al medio
amortiguador. La limitación de energía eléctrica puede efectuarse
estableciendo un flujo de corriente, aplicando una tensión o
aplicando un campo eléctrico. La alimentación de energía eléctrica
se puede controlar de manera sencilla y flexible por la unidad de
mando eléctrica, de manera que el amortiguador de las vibraciones se
puede variar de forma rápida y continua en su frecuencia de
oscilaciones.
La unidad de mando recibe preferentemente datos
de las oscilaciones actuales del volante de dirección mediante el
acoplamiento con un sensor, de manera que se pueda ajustar en todo
momento la frecuencia de las oscilaciones del amortiguador de
vibraciones de acuerdo con la frecuencia actual de las oscilaciones
del volante de dirección.
La variación de las propiedades mecánicas de
oscilación se consigue preferentemente por el hecho de que el
elemento amortiguador contiene un material que cambia sus
propiedades mecánicas al efectuarse la alimentación de energía
eléctrica. De este modo se puede renunciar a dispositivos con ajuste
mecánico, lo que simplifica la estructura del dispositivo y aumenta
su vida útil. El material es preferentemente un elastómero
conductor eléctrico. El elastómero contiene preferentemente
partículas eléctricamente conductoras, por ejemplo, negro de humo o
partículas metálicas. Muy ventajosamente se pueden emplear
partículas polarizables magnéticamente. Mediante un flujo de
corriente a través del elastómero se puede cambiar la posición de
estas partículas, con lo cual aparecen reacciones de cambio de
emplazamiento y con ello se puede influir en las propiedades
mecánicas de la matriz del polímero.
En otra forma de realización preferida de la
invención, el material es un líquido electrorreológico. Mediante la
aplicación de un campo eléctrico se puede influir en la viscosidad
de tales líquidos dentro de una gama amplia, con lo cual se puede
modificar de modo muy flexible la frecuencia de las oscilaciones del
amortiguador de vibraciones.
En otra forma de realización preferida de la
invención, el medio amortiguador contiene una banda bimetálica. Al
pasar la corriente se calienta la banda bimetálica modificando su
curvatura y por lo tanto su frecuencia de oscilaciones. Las bandas
bimetálicas reaccionan muy rápidamente ante una variación de
temperatura, de manera que mediante el paso de corriente se puede
conseguir un ajuste muy rápido y exacto de la frecuencia de las
oscilaciones.
En otra forma de realización preferida de la
invención, el medio amortiguador contiene un imán que rodea al
cuerpo amortiguador. El imán es preferentemente un electroimán.
El material del cuerpo amortiguador puede ser un
elastómero eléctricamente conductor. En este caso, la variación de
las propiedades de oscilación puede efectuarse bien sea modificando
el flujo de corriente en el electroimán que lo rodea o modificando
el flujo de corriente dentro del cuerpo amortiguador,
preferentemente de forma anular.
En un perfeccionamiento ventajoso de la
invención, el cuerpo amortiguador tiene un líquido
magnetorreológico. La viscosidad de un líquido de esta clase varía
según la intensidad del campo magnético en el que se encuentra el
líquido. De este modo se puede conseguir una modificación rápida y
sencilla de la frecuencia de oscilaciones del dispositivo mediante
la modificación del flujo de corriente en el electroimán que rodea
al cuerpo amortiguador.
El cometido de la masa amortiguadora lo cumple
ventajosamente un generador de gas de un módulo de airbag dispuesto
en el volante de dirección. De este modo, no es necesario disponer
ninguna otra masa en el volante de dirección, lo que incrementaría
innecesariamente el peso del volante de dirección.
Otras ventajas y características de la invención
se deducen de la siguiente descripción de varios ejemplos de
realización, haciendo referencia a los dibujos que se adjuntan. Las
figuras muestran:
Fig. 1 una sección a través de un volante de
dirección con un dispositivo conforme a la invención, según una
primera y una segunda forma de realización, que están representadas
en la mitad derecha o izquierda respectivamente del dibujo;
Fig. 2 una sección a través de un volante de
dirección con un dispositivo conforme a la invención, según una
tercera forma de realización;
Fig. 3 una sección a través de un volante de
dirección con un dispositivo conforme a la invención, según una
cuarta forma de realización;
Fig. 4 el detalle Z de la figura 3, a mayor
escala; y
Fig. 5 una sección a través de un volante de
dirección con un dispositivo conforme a la invención, según una
quinta forma de realización.
La figura 1 muestra un volante de dirección 10,
que va fijado de forma conocida sobre una columna de dirección 12.
En el interior del volante de dirección 10 está dispuesto un módulo
de airbag 14, con un airbag 16 y un generador de gas 18. El
generador de gas 18, o en una variante, el conjunto del módulo de
airbag 14, forma una masa amortiguadora de un amortiguador de
vibraciones 20, que además de la masa amortiguadora presenta un
medio amortiguador 22 unido al esqueleto del volante de dirección 11
y que constituye un dispositivo para amortiguar las oscilaciones en
un volante de dirección.
El medio amortiguador 22 comprende un cuerpo
amortiguador 24, que está unido a una chapa 25 fijada al esqueleto
del volante de dirección y a la masa amortiguadora. El amortiguador
de vibraciones 20 comprende además una unidad de mando eléctrica 26
que está acoplada al medio amortiguador 22.
La unión de mando 26 está unida preferentemente a
un sensor de aceleraciones 28, que está dispuesto en la columna de
dirección 12 y mide las oscilaciones de ésta, transmitiendo estos
datos a la unidad de mando 26.
El amortiguador de vibraciones 20 sirve
principalmente para amortiguar las oscilaciones verticales del
volante de dirección, en la dirección del eje V representado en el
dibujo, pero también provoca una reducción de los componentes de
oscilación en la dirección del eje H representado.
En una primera forma de realización de la
invención (mitad derecha del dibujo), el cuerpo amortiguador 24
contiene un elastómero eléctricamente conductor, que contiene, por
ejemplo, partículas de negro de humo o partículas metálicas, que
preferentemente pueden ser polarizables magnéticamente. El cuerpo
amortiguador 24 tiene preferentemente forma anular. El cuerpo
amortiguador 24 está unido a la unidad de mando 26 por medio de los
conductores 30.
El elastómero está elegido de tal manera que al
aplicar una tensión eléctrica al cuerpo amortiguador 24 o al ajustar
un flujo de corriente eléctrica a través del cuerpo amortiguador 24
varía la dureza y, por lo tanto, las características de oscilación
del cuerpo amortiguador 24.
El ajuste de la alimentación de energía eléctrica
puede efectuarse basándose en correlaciones deducidas
previamente.
El funcionamiento del amortiguador de
vibraciones, según la primera forma de realización 20, es el
siguiente. El sensor de aceleraciones 28 en la columna de dirección
12 mide la frecuencia de los componentes verticales de la
oscilación del volante de dirección. La unidad de mando 26 recibe
estos datos del sensor de aceleraciones 28 y da paso a la
correspondiente alimentación de energía eléctrica al amortiguador de
vibraciones 24, en forma de corriente, tensión o de un campo
eléctrico. Bajo la influencia de la energía eléctrica, el material
elastómero del amortiguador de vibraciones 24 varía preferentemente
de dureza, de manera que se modifican las propiedades de oscilación
del cuerpo amortiguador 24. De este modo se puede ajustar la
frecuencia de las oscilaciones del amortiguador de vibraciones 20
exactamente de acuerdo con la frecuencia actual de las oscilaciones
del volante de dirección 10, de manera que se pueda conseguir, por
ejemplo, una amortiguación de la resonancia, reduciéndose así la
amplitud de las oscilaciones del volante de dirección.
Los valores necesarios para la alimentación de
energía eléctrica se determinan preferentemente en ensayos previos
y están almacenados en la unidad de mando 26.
En una segunda forma de realización (mitad
izquierda) del dibujo, hay unas bandas bimetálicas 32 empotradas en
el cuerpo amortiguador 24. Mediante un flujo de corriente a través
del cuerpo amortiguador 24 o de las bandas metálicas 32, ajustado
por la unidad de mando 26, se calientan las bandas bimetálicas 32 y
en función de la temperatura varían de curvatura. De este modo se
puede adaptar la frecuencia propia del cuerpo amortiguador 24 para
amortiguar en la forma antes descrita las oscilaciones del volante
de dirección.
Las bandas bimetálicas 32 no tienen por qué estar
empotradas en el cuerpo amortiguador 24. En este caso, sin embargo,
es importante que las bandas bimetálicas 32 estén firmemente unidas
tanto con el generador de gas 18 como con el esqueleto del volante
de dirección 11.
En otra variante de esta forma de realización
está previsto que el cuerpo amortiguador 24 contenga un líquido
electrorreológico. En esta clase de líquidos se puede modificar la
viscosidad dentro de una amplia gama y con un tiempo de respuesta
muy corto, aplicando un campo eléctrico. Al aplicar una tensión al
cuerpo amortiguador 24 se puede ajustar por lo tanto la frecuencia
de las oscilaciones al valor necesario en cada caso.
El amortiguador de vibraciones 20' del volante de
dirección 10, representado en la figura 2, se diferencia del
representado en la figura 1 porque el medio amortiguador 22 contiene
un cuerpo amortiguador 24 y un imán 34 dispuesto alrededor del
cuerpo amortiguador 24.
En esta forma de realización, el imán 34 es un
electroimán, mientras que el cuerpo amortiguador 24 comprende
preferentemente un anillo de un elastómero eléctricamente conductor.
En función de las oscilaciones actuales del volante de dirección,
la unidad de mando 26 modifica el flujo de corriente a través del
electroimán y con ello el campo electromagnético que reina en su
interior. Las corrientes inducidas de este modo en el cuerpo
amortiguador 24 modifican la frecuencia de oscilaciones del
amortiguador de vibraciones 20' de tal manera que se puedan
amortiguar diferentes frecuencias, adaptándose a las oscilaciones
actuales del volante de direc-
ción.
ción.
En una variante de esta forma de realización de
la invención no se modifica la intensidad del campo magnético del
imán 34 sino el flujo de corriente a través del anillo de elastómero
del cuerpo amortiguador 24. El campo magnético generado de este
modo y su variación actúan sobre las propiedades de oscilación del
amortiguador de vibraciones 20' de manera que se puede conseguir una
amortiguación adaptada. En esta forma de realización, el imán 34
puede ser también un imán permanente.
En otra variante de esta forma de realización de
la invención, el cuerpo amortiguador 24 contiene un líquido
magnetorreológico. De forma semejante a los líquidos
electrorreológicos antes descritos, esta clase de líquidos varían
su viscosidad en función del campo magnético en el que se
encuentran. Modificando el campo del electroimán 34 se puede
ajustar de este modo la frecuencia de oscilaciones del amortiguador
de vibraciones 20'.
La unidad de mando 26 se puede alimentar con
datos también procedentes de otras fuentes distintas al sensor de
aceleraciones 28. La unidad de mando 26 puede estar además diseñada
para la activación del módulo de airbag.
Según la forma de realización de la figura 3, se
utiliza la masa del generador de gas 18 para amortiguar las
vibraciones. Para ello el medio amortiguador 22 contiene un cuerpo
amortiguador 24, a través del cual el generador de gas 18 está
unido al volante de dirección.
En la figura 4 está representado a mayor escala
el detalle Z de la figura 3. Se ve que el cuerpo amortiguador 24
está unido al generador de gas en la zona de su borde superior,
mientras que en el borde inferior presenta una lengüeta que puede
estar pillada en el módulo de airbag, por ejemplo, entre una chapa
de sujeción del airbag y un elemento del fondo del módulo. El
elemento del fondo puede estar unido firmemente al esqueleto del
volante de dirección de forma convencional.
En este caso, el cuerpo amortiguador 24 se
compone de un cuerpo hueco de forma anular 36, de un material
elástico como, por ejemplo, un elastómero. Este cuerpo hueco 36 está
lleno de un líquido electrorreológico 42.
En la cabeza de la columna de dirección está
previsto un sensor de aceleraciones 28 que mide las oscilaciones
entrantes como aceleración resultante y transmite la señal a una
unidad de mando electrónica 26 alojada en el volante de dirección.
De acuerdo con unas correlaciones deducidas en ensayos previos, la
unidad de mando 26 influye en una señal eléctrica aplicada a unos
electrodos (no representados). Como consecuencia de ello, el líquido
electrorreológico varía de viscosidad, lo que permite efectuar una
amortiguación adaptiva.
Mediante el ajuste de un campo eléctrico en la
zona del cuerpo amortiguador 24 se puede ajustar la frecuencia de
oscilaciones del sistema oscilante compuesto por el generador de gas
y el cuerpo amortiguador, al valor necesario en cada caso.
En lugar de un líquido electrorreológico se puede
emplear también un líquido magnetorreológico. Estos líquidos varían
de viscosidad cuando se someten a un campo magnético variable. Un
cuerpo amortiguador 24 lleno de un líquido magnetorreológico 42' ha
de estar rodeado de un electroimán (que aquí no está representado),
de forma análoga al ejemplo de realización de la figura 2, para
poder provocar la variación de viscosidad necesaria.
En la figura 5 está representada una disposición
en la que, a diferencia de las formas de realización antes
descritas, no se incluye la masa del generador de gas 18
directamente en el sistema oscilante. Aquí está previsto en la zona
del buje del volante de dirección 10 un medio amortiguador 22, que
contiene un núcleo de masa 40 dispuesto dentro de un cuerpo
amortiguador 24. El núcleo de masa 40 puede ser un cuerpo de forma
anular, preferentemente circular, por ejemplo, metálico, que está
rodeado de un líquido electrorreológico o magnetorreológico 42, 42'.
La cubierta exterior, también en este caso, está formada por un
cuerpo hueco de forma anular 36, cerrado y estanco, que puede ser
de un material elastómero. Aplicando un campo eléctrico o magnético
dosificado se influye en la amplitud de oscilaciones del núcleo de
masa incorporado al variar la viscosidad del líquido, es decir, al
"endurecerse" el líquido y con ello se varían las propiedades
de oscilación del conjunto del
sistema.
sistema.
Para todas las formas de realización presentadas
es también de aplicación que la clase y disposición de los
electrodos o imanes, mediante los cuales se somete el líquido
electrorreológico o magnetorreológico a un campo eléctrico o
magnético, no son significativos y por lo tanto tampoco se han
descrito con detalle.
Claims (17)
1. Dispositivo para amortiguar las vibraciones en
un volante de dirección, con un medio amortiguador (22) que contiene
un cuerpo amortiguador y con una masa amortiguadora (18, 14, 40)
unida al medio amortiguador (22), caracterizado porque está
prevista una unidad de mando eléctrica (26), acoplada al medio
amortiguador (22), que puede modificar las características mecánicas
de oscilación del dispositivo (20, 20') de tal manera que se pueden
amortiguar diferentes frecuencias de oscilación, donde para
amortiguar las diferentes frecuencias de oscilación se puede
modificar por la unidad de mando (26) la frecuencia propia del
cuerpo amortiguador (24) durante el funcionamiento.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el medio amortiguador (22) está diseñado
de tal manera que se pueden modificar las características mecánicas
de oscilación del dispositivo (20, 20') mediante la alimentación de
energía eléctrica al medio amortiguador (22).
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por estar previsto un sensor (28)
mediante el cual la unidad de mando (26) recibe datos relativos a
las oscilaciones del volante de dirección (10).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
2 y 3, caracterizado porque el medio amortiguador (22)
contiene un material que modifica sus características mecánicas al
ser alimentado con energía eléctrica.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el material es un elastómero
eléctricamente conductor.
6. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el material es un líquido
electrorreológico.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque el medio amortiguador (22)
contiene una banda bimetálica (32).
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque el medio amortiguador (22)
contiene un imán (34) que rodea al cuerpo amortiguador (24).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el imán (34) es un electroimán.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones
8 y 9, caracterizado porque el cuerpo amortiguador (24)
contiene un elastómero eléctricamente conductor.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
8 y 9, caracterizado porque el cuerpo amortiguador (24)
contiene un líquido magnetorreológico.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el cuerpo amortiguador (24)
es un cuerpo hueco (36) de material elástico.
13. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque el cuerpo hueco (36) tiene forma
anular.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones
12 y 13, caracterizado porque dentro del cuerpo hueco (36) se
encuentra una masa amortiguadora a base de un núcleo de masa
(40).
15. Dispositivo según una de las reivindicaciones
12 a 14, caracterizado porque el cuerpo hueco (36) contiene
un líquido electrorreológico o magnetorreológico (42, 42').
16. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la masa amortiguadora es un
generador de gas (18).
17. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 15, caracterizado porque la masa amortiguadora es un
módulo de airbag.
Applications Claiming Priority (2)
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