ES2296178T3 - Dispositivo para la superposicion de movimientos de direccion para un sistema de direccion asistida asi como procedimiento para el funcionamiento del dispositivo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (1) para la superposición de movimientos de dirección para un sistema de dirección asistida en automóviles, con un árbol de entrada de la dirección (10) para la realización de un movimiento principal de la dirección, que está conectado, por medio de un engranaje (3) no de retención automática, con un árbol de salida de la dirección (21), con un motor (2) para la generación de un movimiento de dirección auxiliar, que está acoplado, para la superposición del movimiento de dirección auxiliar con el movimiento de dirección principal, a través de un árbol de salida (9) con el engranaje (3), y con una instalación de fijación (4) que se puede conectar adicionalmente, por medio de la cual se puede impedir un movimiento giratorio del árbol de salida (9), caracterizado porque la instalación de fijación (4) está configurada como freno que permite, en el estado conectado adicional de la instalación de fijación (4), cuando aparece un par motor generado en el lado de las ruedas en el árbol de salida (9) con un valor por encima de un valor predeterminado, un movimiento del árbol de salida (9), en el que el valor predeterminado es mayor que los pares motor que se producen en el funcionamiento de marcha del vehículo cuando la instalación de fijación (4) está conectada adicionalmente en el árbol de salida (9).
Description
Dispositivo para la superposición de movimientos
de dirección para un sistema de dirección asistida así como
procedimiento para el funcionamiento del dispositivo.
La invención se refiere a un dispositivo para la
superposición de movimientos de dirección para un sistema de
dirección asistida en automóviles, con un árbol de entrada de la
dirección para la realización de un movimiento principal de la
dirección, que está conectado, por medio de un engranaje no de
retención automática, con un árbol de salida la dirección, con un
motor para la generación de un movimiento de dirección auxiliar,
que está acoplado, para la superposición del movimiento de dirección
auxiliar con el movimiento de dirección principal, a través de un
árbol de salida con el engranaje, y con una instalación de fijación
que se puede conectar adicionalmente, por medio de la cual se puede
impedir un movimiento giratorio del árbol de salida. La invención
se refiere, además, a un procedimiento para el accionamiento del
dispositivo.
Un dispositivo de este tipo para la
superposición de movimientos de dirección se conoce, por ejemplo, a
partir del Catálogo "ZF Active Steering for
Mid-size and Luxury Cars", ZF Lenksysteme,
Schwäbisch Gmünd/Deutschland 8/2003. Este dispositivo posibilita
una intervención activa en la dirección de un automóvil, siendo
superpuesto el movimiento de dirección principal, realizado a
través del volante, con un movimiento de dirección auxiliar. El
ángulo activo de la dirección en las ruedas dirigibles puede
aparecer de esta manera mayor o menor que el ajustado por el
conductor en el volante. En este sentido, existe una transmisión
variable de la dirección, que es variable, por ejemplo, en función
de la velocidad. Por ejemplo, a altas velocidades del vehículo, se
puede mantener el ángulo de desviación activo de las ruedas o bien
el ángulo de la dirección menor que el ajustado por el conductor,
siendo generado un movimiento de dirección auxiliar opuesto al
movimiento de dirección principal. De esta manera, se mejora el
mantenimiento de la pista del vehículo a altas velocidades y la
conducción es más segura. En cambio, a velocidad reducida del
vehículo a través del movimiento de dirección auxiliar se puede
realizar un ángulo de dirección mayor que el ajustado por el
conductor en el volante, siendo generado un movimiento de dirección
auxiliar que soporta el movimiento de dirección principal. De esta
manera, se facilita el aparcamiento y la conducción en curvas.
En los dispositivos conocidos está prevista una
instalación de fijación que se puede conectar adicionalmente, que
bloquea mecánicamente un giro del árbol de salida del motor que
genera el movimiento de dirección auxiliar. La instalación de
fijación se conecta adicionalmente, por ejemplo, cuando el motor
debe desconectarse en virtud de un error o cuando se para el
vehículo. La instalación de fijación debe impedir que las fuerzas
que actúan sobre las ruedas dirigibles, tales como las fuerzas que
aparecen, por ejemplo, durante la subida por un bordillo o en la
verificación de la dirección en el taller, conduzcan a un
desplazamiento permanente entre la posición del volante y el ángulo
de desviación de la dirección en las ruedas. A tal fin, la
instalación de fijación y todos los otros componentes que se
encuentran en el flujo de fuerza deben estar configurados de tal
forma que resistan las cargas en virtud de las fuerzas que actúan
sobre las ruedas. A este respecto, hay que tener especialmente en
cuenta el caso en el que está bloqueado un movimiento del volante,
especialmente cuando la cerradura del volante está encajada, y de
esta manera no se pueden aflojar las fuerzas que actúan sobre las
ruedas a través del ángulo de desviación del volante. Por lo tanto,
el sistema de dirección está dimensionado de construcción
relativamente grande y, por consiguiente, es costoso en la
fabricación.
Ya se conoce a partir del documento DE 199 06
703 A1 un dispositivo del tipo mencionado aquí. El dispositivo
presente un árbol de entrada para el acoplamiento en el volante del
vehículo y un árbol de salida para el acoplamiento en el engranaje
de dirección de la dirección del vehículo. El dispositivo presenta,
además, un motor eléctrico para la generación de un movimiento de
dirección auxiliar, cuyo árbol de salida está conectado a través de
un engranaje de superposición con el árbol de salida. En el
dispositivo conocido está prevista una instalación de ajuste que se
puede conectar adicionalmente a modo de un freno electromagnético.
El freno está cerrado en el estado sin corriente, en el que
entonces el árbol de salida del motor eléctrico está fijado en la
carcasa del engranaje de superposición y se establece a través del
engranaje de superposición bloqueado de esta manera una conexión
rígida entre el árbol de entrada y el árbol de salida. En este caso,
se transmiten ángulos de desviación activados desde el volante de
forma inalterada sobre el engranaje de dirección. Para poder
transmitir un ángulo de dirección adicional, independiente del
ángulo de dirección del volante, sobre el engranaje de dirección,
debe soltarse el freno electromagnético. A tal fin, se alimenta
corriente a la bobina magnética del freno electromagnético y de
esta manera se abre el freno.
Un dispositivo similar para la superposición de
movimientos de dirección para un sistema de dirección asistida se
conoce también a partir del documento WO 2004/000629 A2. Para la
generación de un movimiento de dirección auxiliar está previsto
allí de la misma manera un motor eléctrico, que está en conexión
operativa a través de un engranaje de superposición con el árbol de
salida del dispositivo. El árbol de salida está conectado
mecánicamente, en este dispositivo conocido, a través de una barra
de torsión con el árbol de entrada del dispositivo. Para poder
desacoplar en caso necesario, por ejemplo en el caso de un fallo del
motor eléctrico, este motor eléctrico desde el árbol de entrada,
está previsto un embrague en el dispositivo conocido. De este modo
se puede desacoplar el movimiento giratorio del sistema de dirección
o bien del árbol de salida del dispositivo.
Se conoce a partir del documento WO 98/12097 A1
una dirección asistida soportada eléctricamente, que presenta un
motor eléctrico en conexión operativa con el husillo de la dirección
y un engranaje para el sistema de dirección asistida. El engranaje
está conectado a través de una instalación de embrague en unión
positiva con el motor y posibilita una liberación controlada de la
conexión operativa entre el engranaje y el motor. En el estado
acoplado se lleva a cabo una transmisión del movimiento desde el
motor sobre el engranaje y, por lo tanto, una dirección asistida.
En el estado desacoplado, en cambio, se interrumpe esta conexión
operativa y el motor gira en ralentí.
También se conoce a partir del documento DE 197
48 667 A1 una dirección asistida con una instalación de
acoplamiento, en la que, en el estado acoplado, se establece una
conexión operativa entre el motor y el engranaje y, en el estado
desacoplado, se interrumpe esta conexión y el motor gira en
ralentí.
Ni a partir del documento WO 98/12097 A1 ni a
partir del documento DE 197 48 667 A1 se deduce una instalación de
fijación para la retención fija contra giro del árbol de salida del
motor.
El cometido de la invención es crear un
dispositivo para la superposición de movimientos de dirección del
tipo mencionado al principio, que se puede realizar de construcción
compacta y a través del cual se puede realizar un sistema de
dirección, en general, con necesidad de espacio reducido, estando
asegurada al mismo tiempo una duración de vida suficiente de los
componentes. Además, debe proponerse un procedimiento para el
funcionamiento del dispositivo. De acuerdo con un aspecto adicional
de la invención, debe garantizarse una alta cota de seguridad
durante la dirección.
Para la solución del cometido se propone un
dispositivo que presenta las características mencionadas en la
reivindicación 1. El dispositivo se caracteriza, entre otras cosas,
porque la instalación de fijación está configurada como freno que
permite, en el estado conectado adicional de la instalación de
fijación, cuando aparece un par motor generado en el lado de las
ruedas en el árbol de salida con un valor por encima de un valor
predeterminado, un movimiento del árbol de salida, en el que el
valor predeterminado es mayor que los pares motor que se producen
en el funcionamiento de marcha del vehículo cuando la instalación de
fijación está conectada adicionalmente en el árbol de salida.
A través de esta medida se pueden eliminar picos
del par motor en el árbol de salida y en los otros componentes del
sistema de dirección que se encuentran en el flujo de fuerza. Tales
picos de par motor son provocados especialmente por fuerzas, que
actúan sobre las ruedas dirigibles, es decir, en el lado de las
ruedas, por ejemplo durante la verificación de la dirección en el
taller. A través de su reducción se puede evitar un daño o bien una
destrucción de los componentes, sin que deban sobredimensionarse de
la manera que se realiza en el dispositivo conocido. A este
respecto, manteniendo una duración de vida suficiente de los
componentes, se puede realizar un dispositivo compacto y de
construcción pequeña, pudiendo dimensionarse también el sistema de
dirección, en general, pequeño.
De acuerdo con una primera configuración de la
invención, está previsto que la instalación de fijación sea un
freno acoplado por fricción. De esta manera, se puede mantener el
árbol de salida parado de una manera técnicamente sencilla,
realizando, cuando aparecen pares motor en el árbol de salida por
encima de un valor predeterminado, condicionados por el tipo de
construcción, un resbalamiento del freno bajo el movimiento del
árbol de salida.
De acuerdo con otra configuración de la
invención, está previsto que la instalación de fijación sea un
freno de disco, con un disco de freno conectado de forma fija contra
giro con el árbol de salida del motor y con una parte que genera
fuerza de frenado, que actúa especialmente a través de un elemento
de disco sobre el disco de freno y se apoya en una parte de la
carcasa del motor, por ejemplo por medio de al menos una conexión
roscada. La parte de la carcasa del motor sirve de esta manera
adicionalmente para la fijación de la instalación de fijación. A
través de la doble función de este componente se puede elevar el
grado de integración del dispositivo, con lo que se reducen el
volumen de construcción y el peso del dispositivo como también el
número de los componentes necesarios. Además, la instalación de
fijación es ya de construcción especialmente pequeña en virtud de su
configuración como freno de disco.
Con preferencia, la parte que genera la fuerza
de frenado actúa a través de un elemento de disco sobre el disco de
freno. De esta manera se puede aplicar de una forma sencilla una
fuerza de presión, distribuida de una manera uniforme sobre la
periferia, sobre el disco de freno. Si el elemento de disco está
fabricado de un material metálico y la fuerza de frenado y/o la
fuerza de liberación del freno son provocadas por un campo
magnético, se puede realizar de esta manera un reflujo magnético
para el campo magnético generado.
Es ventajoso que el disco de freno esté
dispuesto entre la parte que genera la fuerza de frenado o el
elemento de disco y la parte de la carcasa del motor. De esta
manera, la parte de la carcasa del motor asume adicionalmente
también una función de protección para el disco de freno. También
existe la posibilidad de que para el frenado sea presionado el
disco de freno contra la parte de la carcasa, para que la parte de
la carcasa sirva como superficie de fricción para el disco de freno.
La parte de la carcasa del motor ejerce también en este caso una
función mecánica del freno con las ventajas indicadas ya
anteriormente que se derivan de ello.
Se ofrece que el disco de freno se pueda
desplazar en dirección axial sobre un dispositivo de arrastre
conectado de forma fija contra giro con el árbol de salida, contra
la parte que genera fuerza de frenado y/o contra la parte de la
carcasa del motor, que está conectada de forma fija contra giro con
el árbol de salida. A través de la movilidad axial del disco de
freno se puede realizar, de una manera sencilla en cuanto a la
construcción, un frenado o bien una retención del árbol de salida a
través de acoplamiento por fricción entre el disco de freno y la
parte que genera la fuerza de frenado o entre el disco de freno y la
parte de la carcasa del motor. Con preferencia, el dispositivo de
arrastre debería estar conectado de forma fija contra giro con el
árbol de salida por medio de encolado, puesto que de esta manera se
establece con facilidad y sin componentes adicionales la conexión
como conexión por aplicación de fuerza. Evidentemente, se pueden
emplear también todas las demás conexiones por aplicación de fuerza
y/o conexiones por unió positiva habituales.
Se ofrece que el disco de freno presente un
dentado interior, que engrana con el dentado exterior del
dispositivo de arrastre. De esta manera se asegura una unión
positiva más uniforme, que actúa de forma distribuida sobre la
periferia, entre el dispositivo de arrastre y el disco de freno y se
evita el peligro de una inclinación del disco de freno en el
dispositivo de arrastre en virtud de un basculamiento del disco de
freno con respecto al eje medio longitudinal del árbol de
salida.
Otra configuración de la invención prevé que en
el estado conectado adicionalmente de la instalación de fijación,
la parte que genera la fuerza de frenado presione el disco de freno
contra la parte de la carcasa del motor. De esta manera se consigue
un grado de integración mejorado del dispositivo, puesto que la
parte de la carcasa del motor ejerce adicionalmente una función
mecánica de la instalación de fijación, es decir, que actúa como
superficie de fricción para el disco de freno.
De acuerdo con otra configuración de la
invención, está previsto que la parte que genera la fuerza de
frenado presente al menos un imán, con preferencia un imán
permanente, o al menos un elemento de resorte. De esta manera se
puede generar de forma sencilla una fuerza de frenado.
De acuerdo con otra configuración de la
invención, está previsto que para la liberación del freno esté
prevista una parte que compensa la fuerza de frenado. De este modo
se consigue que en el caso de una desactivación de la parte que
compensa la fuerza de frenado, se aplique una acción de frenado a
través de la parte que genera la fuerza de frenado en el árbol de
salida y se frene el árbol de salida o bien lo mantenga parado. Con
preferencia, la parte que compensa la fuerza de frenado debería
poder activarse eléctricamente. En el caso de un fallo de la
alimentación de la tensión del motor se activa de esta manera
siempre el freno y, por lo tanto, se evita una superposición
incontrolada e involuntaria de movimientos de dirección. De esta
manera se garantiza también un funcionamiento seguro de la dirección
también en caso de fallo de la alimentación de la tensión.
Se ofrece que la parte que compensa la fuerza de
frenado y la parte que genera la fuerza de frenado estén dispuestas
coaxialmente al árbol de salida del motor. También esta medida
contribuye a una forma de construcción compacta de la instalación
de fijación.
Es ventajoso que la parte que compensa la fuerza
de frenado y la parte que genera la fuerza de frenado estén
configuradas en forma de anillo y estén directamente adyacentes. De
este modo se puede generar una fuerza de frenado que actúa de forma
distribuida uniformemente sobre la periferia del disco de freno y
una fuerza que compensa la fuerza de frenado que actúa de la misma
manera para la liberación del freno, de manera que se garantiza un
modo de funcionamiento sin interferencias y seguro del freno.
De una manera sencilla y de coste favorable, la
parte que compensa la fuerza de frenado está formada por al menos
un electroimán. De este modo se puede generar un campo magnético,
cuyas líneas de campo están alineadas en contra de las líneas de
campo de la parte que genera la fuerza de frenado y, por lo tanto,
la acción de la fuerza magnética resultante de los campos sobre el
disco de freno es cero. Si la parte que genera la fuerza de frenado
presenta, en lugar de un imán, un elemento de resorte, se puede
generar un campo magnético, cuyas líneas de campo están alineadas
de tal forma que una fuerza magnética opuesta a la fuerza del
elemento de resorte actúa sobre el disco de freno.
Es ventajoso que la parte que compensa la fuerza
de frenado esté rodeada por una parte de la carcasa metálica de la
instalación de fijación. En el caso de una parte que compensa la
fuerza de frenado configurada como electroimán se consigue de esta
manera un reflujo magnético frente a otros componentes del
dispositivo, como por ejemplo el engranaje y el árbol de salida del
motor.
De acuerdo con otra configuración de la
invención, está previsto que el engranaje, la instalación de
fijación y el motor estén dispuestos colocados unos detrás de otros
coaxialmente con respecto al árbol de entrada de la dirección. De
esta manera se realiza tanto en dirección radial como también en
dirección axial un dispositivo de construcción especialmente
pequeño, siendo posible, en virtud de la disposición sucesiva un
montaje y desmontaje sencillos del motor, del engranaje y de la
instalación de fijación.
De acuerdo con una configuración preferida de la
invención, está previsto que el engranaje sea un engranaje de ondas
de tensión, con un generador de ondas (Wave Generator) que se puede
conectar de forma fija contra giro con el árbol de salida del
motor, con un anillo de engranaje (Flexspline) deformable
elásticamente, móvil a través del generador de ondas y con un
anillo de engranaje cilíndrico, cuyo dentado interior engrana con
el engranaje exterior del anillo de engranaje deformable
elásticamente, en el que el anillo circular (Circular Flexspline)
se puede conectar de forma fija contra giro con el árbol de salida
de la dirección. A través del empleo de un engranaje de ondas de
tensión, que se designa también como engranaje de accionamiento
armónico, se puede realizar un tipo de construcción especialmente
compacto del dispositivo con peso reducido. De esta manera, se
garantiza, además, una función de engranaje con alta exactitud de
posición y de repetición así como un rendimiento alto. A través de
la conexión fija contra giro del árbol de entrada de la dirección
con el anillo flexible se asegura una conexión mecánica entre el
árbol de entrada de la dirección y el árbol de salida de la
dirección, de manera que es posible, también con la instalación de
fijación conectada adicionalmente, es decir, con el árbol de salida
retenido fijamente, todavía sin problemas una desviación de las
ruedas por medio del movimiento de dirección principal.
Otra configuración de la invención consiste en
que el árbol de salida del motor forma una parte del generador de
ondas. De esta manera, se puede realizar un dispositivo compacto en
dirección axial, puesto que se puede prescindir de componentes
adicionales entre el árbol de salida y el generador de ondas, como
por ejemplo una pestaña o un alojamiento adicional. De esta manera
se pueden reducir considerablemente los costes de fabricación, que
se componen de los costes de los componentes y los costes de
montaje. Esta medida conduce de la misma manera a un ahorro de peso
del dispositivo.
Otra configuración ventajosa de la invención
consiste en que el árbol de salida del motor está configurado como
árbol hueco, a través del cual encaja el árbol de entrada de la
dirección. Por medio de esta medida es posible una forma de
construcción especialmente compacta del dispositivo. Además, se
reduce considerablemente el peso del árbol de salida.
Además, está previsto un alojamiento para el
árbol de salida del motor, que está conectado de forma fija contra
giro con la parte de la carcasa de la instalación de fijación. De
este modo, la parte de la carcasa ejerce, adicionalmente a su
función de carcasa, otra función mecánica. De este modo se puede
conseguir una reducción adicional del volumen de construcción del
dispositivo, especialmente en dirección axial.
Con ventaja, el anillo del engranaje deformable
elásticamente está configurado esencialmente en forma de cazoleta y
apunta con su orificio en dirección al motor. Por medio del
acoplamiento del anillo del engranaje deformable elásticamente
sobre el árbol de salida se consigue de esta manera al mismo tiempo
un montaje del anillo flexible (Flexspline) sobre el generador de
ondas.
Con ventaja, el anillo flexible (Flexspline)
configurado en forma de cazoleta está conectado de forma fija
contra giro por medio de un cubo dispuesto en su superficie de fondo
con el árbol de entrada de la dirección. De este modo, de puede
realizar de una forma sencilla una conexión fija contra giro entre
anillo flexible (Flexspline) y el árbol de entrada de la dirección
a través del acoplamiento del cubo sobre el árbol de entrada de la
dirección sin componentes adicionales, como por ejemplo tornillos o
similares.
Se ofrece que el cubo esté dispuesto
esencialmente dentro del anillo flexible (Flexspline) configurado
en forma de cazoleta. Por medio de esta medida se reduce la
necesidad de espacio de construcción del engranaje, especialmente
en dirección axial y al mismo tiempo se garantiza una transmisión
segura de la fuerza desde el árbol de entrada de la dirección hacia
el anillo flexible (Flexspline). Para la conexión fija contra giro
se pueden utilizan medios de unión habituales para uniones de
árboles y cubos, que se basan, por ejemplo, en un árbol de cuatro
cuñas o en un árbol dentado entallado, un pasador transversal o un
pasador de ajuste, cuñas ranuradas o, en cambio, un asiento de
sujeción o bien un asiento de prensado o de retracción.
De acuerdo con otra configuración de la
invención está previsto que el motor presente un rotor conectado de
forma fija contra giro con el árbol de salida y un estator que rodea
el rotor por la periferia. Por medio de esta disposición del
estator y del rotor se crea un accionamiento de estructura muy
compacta en dirección radial.
Para la solución del cometido se propone,
además, un procedimiento para el funcionamiento del dispositivo
para la superposición de movimientos de dirección con las
características de la reivindicación 23, en el que se impide el
movimiento giratorio del árbol de salida en el estado desconectado
del motor por medio de la instalación de fijación. El procedimiento
se caracteriza, por lo demás, porque en el estado desconectado del
motor se permite un giro hacia atrás del árbol de salida cuando
aparecen pares motor generados en el lado de las ruedas sobre un
valor predeterminado, en el que el valor predeterminado es mayor que
el par motor que se produce en el árbol de salida en el
funcionamiento de marcha del vehículo.
Por medio de esta medida se pueden reducir los
picos del par motor en el árbol de salida como también en los
componentes de la sección de dirección que se encuentra en el flujo
de fuerza, de manera que es posible un dimensionado
correspondientemente menor de los componentes. Tales picos del par
motor son provocados por fuerzas, que actúan, en el estado
desconectado del motor, cuando la instalación de fijación está
conectada adicionalmente, sobre las ruedas dirigibles, es decir, en
el lado de las ruedas. El giro hacia atrás del árbol de salida
puede estar limitado, por ejemplo, a "casos de carga extrema",
en los que, en el estado desconectado del motor, actúan pares motor
un múltiplo más elevados sobre el árbol de salida que los que son
provocados por el proceso de dirección del conductor. Estos estados
aparecen, por ejemplo, durante el ajuste o bien durante la
verificación de la función de la dirección en el taller.
De acuerdo con un desarrollo de la invención,
está previsto que en el funcionamiento del motor, se conecte
adicionalmente la instalación de fijación, en caso necesario,
especialmente en caso de una función errónea del motor y se frene
el árbol de salida hasta su parada. De esta manera se pueden impedir
los movimientos incontrolados de dirección auxiliar del motor,
especialmente durante el funcionamiento del vehículo. De este modo
se puede garantizar una seguridad funcional alta en el
funcionamiento del dispositivo, puesto que a través de la fijación
del árbol de salida, el movimiento de dirección auxiliar generado
por el motor no actúa ya sobre el engranaje y de esta manera se
ejecuta el movimiento de dirección efectivo solamente todavía por el
movimiento de dirección principal del conductor.
Además, está previsto que se anulen la acción de
frenado o bien la acción de fijación cuando se conecta el motor y/o
se emite una instrucción o una señal o un comando de control
correspondientes a la instalación de ajuste. De este modo, se puede
desactivar de nuevo la instalación de fijación. De este modo no se
requiere la búsqueda de un taller, por ejemplo para la
desactivación de la instalación de fijación.
Con preferencia, el dispositivo de acuerdo con
la invención está previsto en un sistema de dirección de vehículo.
El sistema de dirección de vehículo presenta en este caso, entre
otros, un volante, un husillo de dirección conectado con éste, que
está acoplado con el sistema de dirección asistida, y un varillaje
de dirección, a través del cual se dirigen las ruedas de acuerdo
con los movimientos de la dirección del sistema de dirección
asistida.
Otras ventajas y posibilidades de aplicación de
la presente invención se deducen a partir de la descripción
siguiente de un ejemplo de realización con la ayuda del dibujo.
La figura única muestra una forma de realización
posible del dispositivo de acuerdo con la invención para la
superposición de movimientos de dirección en representación
esquemática como sección longitudinal. El dispositivo está previsto
para un sistema de dirección asistida, como se emplea, por ejemplo,
en automóviles.
El dispositivo para la superposición de
movimientos de dirección, al que está asignado el signo de
referencia 1, presenta un árbol de entrada de la dirección 10 para
la realización de un movimiento de dirección principal, que está
conectado por medio de un engranaje 3 con un árbol de salida de la
dirección 21. Además, está previsto un motor 2 para la generación
de un movimiento de dirección auxiliar, que está acoplado para la
superposición del movimiento de dirección auxiliar con el movimiento
de dirección principal a través de su árbol de salida 9 con el
engranaje 3.
El dispositivo 1 presenta, además, una
instalación de fijación 4 que se puede conectar adicionalmente, por
medio de la cual se puede retener el árbol de salida 9 del motor 2
de una manera fija contra giro. La instalación de ajuste 4 está
configurada como freno acoplado por fricción, a través del cual se
permite un movimiento del árbol de salida 9, en su estado conectado
adicionalmente, cuando se producen pares motor generados en el lado
de las ruedas en el árbol de salida 9 por encima de un valor
predeterminado.
En la instalación de fijación 4 configurada como
freno acoplado por fricción se trata de un freno de disco con un
disco de freno 7 conectado de forma fija contra giro con el árbol de
salida 9 del motor 2 y con una parte 11 que genera la fuerza de
frenado y que actúa a través de un elemento de disco 25 sobre el
disco de freno 7, cuya parte se apoya en una parte de la carcasa 14
del motor 2 por medio de al menos una unión roscada. La unión
roscada puede estar presente, por ejemplo, como pasadores de
fijación 15 que están dispuestos distribuidos sobre la periferia de
la parte de la carcasa 14. El elemento de disco 24 es móvil en
dirección axial y está guiado a través de la conexión roscada, que
fija la instalación de fijación 4 en la parte de la carcasa del
motor 2.
El disco de freno 7 está dispuesto entre el
elemento de disco 24 y la parte de la carcasa 14 del motor 2. El
disco de freno 7 se puede desplazar, además, en dirección axial
sobre un dispositivo de arrastre 8, que está conectado de forma
fija contra giro con el árbol de salida 9, contra la parte 11 que
genera la fuerza de frenado o la parte de la carcasa 14 del motor
2. El asiento de corredera axial del disco de freno 7 sobre el
dispositivo de arrastre 8 se consigue, por ejemplo, porque el disco
de freno 7 presenta un dentado interior, que engrana con el dentado
exterior del dispositivo de arrastre 8.
En el estado conectado adicionalmente de la
instalación de fijación 4, el elemento de disco 24 es presionado
por la pieza 11 que genera la fuerza de frenado contra el disco de
frenado 7 y éste es presionado contra la parte de la carcasa 14 del
motor 2 y de esta manera se mantiene fijamente el árbol de salida 9
del motor 2.
La parte 11 que genera la fuerza de frenado
presenta en el presente caso al menos un imán, con preferencia un
imán permanente. De una manera alternativa o adicional, puede estar
previsto que la pieza que genera la fuerza de frenado presente al
menos un elemento de resorte.
Para la liberación del freno 3 está prevista una
pieza 12 que compensa la fuerza de frenado, que se puede activar
con preferencia con electricidad. A través de esta combinación de la
parte 11 que genera la fuerza de frenado configurada como imán
permanente y de la parte 12 que compensa la fuerza de frenado se
forma, por decirlo así, un freno magnético excitado de forma
permanente que, cuando se desconecta la alimentación de la tensión
para el motor 2 y, por lo tanto, cuando se desactiva la parte 12 que
compensa la fuerza de frenado, se mantiene parado el árbol de
salida 9 y, dado el caso, se frena hasta que se para.
La pieza 12 que compensa la fuerza de frenado
está formada, por ejemplo, por al menos una bobina atravesada por
la corriente. Está configurada con preferencia de forma anular, está
dispuesta coaxialmente al árbol de salida 9 y está directamente
adyacente a la parte 11 que genera la fuerza de frenado. Además, la
parte 12 que compensa la fuerza de frenado está rodeada por una
parte metálica de la carcasa 13 de la instalación de fijación 4
para la formación de un reflujo magnético. De una manera
alternativa, también es posible una parte de la carcasa 13 de otros
materiales, como por ejemplo de plástico. A través de la bobina 12
se genera un campo magnético, cuyas líneas de campo están alineadas
opuestas a las líneas de campo de la parte 11configurada como imán
permanente y que genera la fuerza de frenado. De esta manera se
vuelve la acción de la fuerza magnética resultante de los campos
sobre el disco de freno 7 a cero y se anula la acción de fijación de
la instalación de fijación 4.
El engranaje 3 está configurado como engranaje
de ondas de tensión, que presenta un generador de ondas 9a (Wave
Generator) conectado de forma fija contra giro con el árbol de
salida 9 del motor, un anillo de engranaje 19 (Flexspline)
deformable elásticamente, móvil a través del generador de ondas 9a y
un anillo de engranaje cilíndrico 20 (Circular Spline), cuyo
dentado interior 28 engrana con el dentado exterior 18 del anillo
flexible 19 (Flexspline). El anillo circular (Circular Spline) 20
está conectado en este caso de forma fija contra giro con el árbol
de salida de la dirección 21 y el anillo flexible (Flexspline) 19
está conectado de forma fija contra giro con el árbol de entrada de
la dirección 10. El anillo flexible (Flexspline) 19 es giratorio,
por consiguiente, tanto a través del árbol de entrada de la
dirección 10, es decir, a través del volante, como también a través
del generador de ondas 9a a través del árbol de salida 9 del motor
2, de manera que se puede generar de esta forma una superposición
del movimiento de dirección principal con el movimiento de
dirección auxiliar.
En el ejemplo de realización, el árbol de salida
9 del motor 2 forma una parte del generador de ondas 9a. En este
caso, el árbol de salida 9 está configurado como árbol hueco, a
través del cual encaja el árbol de entrada de la dirección 10. El
árbol de salida 9 propiamente dicho se apoya a través de un soporte
22 sobre la parte de la carcasa 14 de la instalación de fijación 4.
El anillo flexible (Flexspline) 19 del engranaje de ondas de
tensión 3 está configurado en forma de cazoleta y presenta una
superficie de fondo 23, que está conectada de forma fija contra
giro a través de un cubo 25 fijado en la superficie de fondo con el
árbol de entrada de la dirección 10. El anillo flexible
(Flexspline) 19 apunta con su orificio en dirección al motor 2. El
cubo 25 está dispuesto en el presente caso esencialmente dentro del
anillo flexible (Flexspline) 19 en forma de cazoleta, estando
configurado con el anillo flexible (Flexspline) 19 como un
componente. Evidentemente también es posible una configuración en
componentes separados, estando prevista entonces una conexión por
acoplamiento de fuerza y/o en unión positiva o bien a través de
encolado o unión por soldadura entre los componentes
individuales.
En el motor se trata de un motor eléctrico 2.
Presenta un rotor 26 conectado de forma fija contra giro con el
árbol de salida 9 t un estator 2 que rodea el rotor 26 en el lado de
la periferia. El rotor 26 está formado por un imán permanente 29,
que rodea el árbol de salida 9 y se apoya por medio de un anillo
metálico 30 sobre el árbol de salida 9. El estator 27 presenta
varias bobinas 17 dispuestas sobre la periferia, que están
arrolladas en cada caso alrededor de un inducido 16 fijo
estacionario, por decirlo así, un paquete de estator.
El dispositivo para la superposición de
movimientos giratorio está constituido en el ejemplo de realización
mostrado aquí de tal forma que el engranaje 3, la instalación de
fijación 4 y el motor 2 están dispuestos colocados unos detrás de
otros coaxialmente con respecto al árbol de entrada de la dirección
109 o bien a su eje medio 6, estando dispuestos todos los
componentes en una carcasa 5 en forma de tubo del dispositivo.
Por medio del dispositivo para la superposición
de movimientos giratorios resultan el siguiente modo de
funcionamiento:
A través de la rotación del volante (no
representado) se genera un movimiento de dirección principal, que
se transmite a través del husillo de dirección (no representado) y
el árbol de entrada de la dirección 10, conectado con éste, hasta
el dispositivo. Desde el árbol de entrada de la dirección 10 se
transmite el movimiento giratorio a través del anillo flexible
(Flexspline) sobre el anillo circular (Circular Spline) 20 y desde
éste sobre el árbol de salida de la dirección 21. Desde allí se
transmite el movimiento giratorio, dado el caso a través de un
engranaje de dirección, a las ruedas dirigibles ajustando un ángulo
de dirección correspondiente.
Durante la ejecución de un movimiento de
dirección principal a través del volante se genera desde el motor 2
un movimiento de dirección auxiliar, si el motor 2 está conectado,
es decir, que se aplica en éste una tensión. El movimiento de
dirección auxiliar actúa a través del árbol de salida 9 del motor 2
y a través del generador de ondas 9a del engranaje 3 sobre el
anillo flexible (Flexspline) 19. Puesto que el generador de ondas
9a, en virtud de su forma elíptica, provoca que el anillo flexible
(Flexspline) 19 solamente engrane con el anillo circular (Circular
Spline) 20 en los dos extremos, que forman el eje principal de la
elipse, se produce a través del movimiento giratorio del generador
de ondas 9a un movimiento de las posiciones de engrana a lo largo
de la dirección circunferencial. De esta manera, este movimiento de
dirección auxiliar actúa como movimiento de superposición al
movimiento de dirección principal sobre el anillo circular (Circular
Spline) 20. Por lo tanto, dos movimientos giratorios superpuestos
actúan sobre el anillo circular (Circular Spline) 20, que se
generan, por una parte, a través de la rotación del anillo flexible
(Flexspline) 19 por medio del árbol de entrada de la dirección 10
y, por otra parte, a través de la rotación de las posiciones de
engrane entre el anillo flexible (Flexspline) 19 y el anillo
circular (Circular Spline) 20 y provocan el movimiento giratorio
resultante del árbol de salida de la dirección 21. De esta manera,
es posible una transmisión de la dirección variable, por ejemplo en
función de la velocidad. Por ejemplo, a altas velocidades del
vehículo, se puede mantener también el ángulo de desviación de la
dirección que actúa en las ruedas más reducido que el ajustado por
el conductor, siendo generado un movimiento de dirección auxiliar
opuesto al movimiento de dirección principal. De esta manera
resulta un mantenimiento mejorado de la pista del vehículo a altas
velocidades y una conducción más segura. Además, a velocidades
reducidas del vehículo, a través de los movimientos de la dirección
auxiliar se puede realizar un ángulo de desviación de la dirección
de las ruedas mayor que el ajustado por el conductor en el volante,
siendo generado un movimiento de dirección auxiliar que se
complemente con el movimiento de dirección principal. De esta
manera, por medio del movimiento de dirección auxiliar está
presente una relación de multiplicación más reducida del árbol de
entrada de la dirección 10 y del número de revoluciones del árbol
de salida de la dirección 21 en comparación con una dirección sin
movimiento de dirección auxiliar. Esto posibilita un aparcamiento y
una conducción en curvas más sencillos, puesto que ya con una
rotación reducida del volante se genera un ángulo de desviación de
la dirección relativamente grande.
Si está presente una alimentación de la tensión
en el motor 2 y en la parte 12 que compensa la fuerza de frenado,
entonces no está conectada adicionalmente la instalación de
fijación. En este caso, la parte 12 que compensa la fuerza de
frenado, que está configurada como bobina, genera un campo
magnético, cuyas líneas de campo actúan en sentido opuesto a las
líneas de campo de la parte 11 configurada como imán permanente y
que genera la fuerza de frenado, de manera que se anulan las fuerzas
que actúan sobre el elemento de disco 24 y de esta manera el
elemento de disco 24 no ejerce ninguna fuerza de presión contra el
disco de freno. El disco de freno 7 gira de esta manera no frenado
con el árbol de salida 9.
Si se produce una desconexión de la alimentación
de la tensión, que está presente, por ejemplo, en el caso de una
avería del motor 2 o en el caso de parada del vehículo, se desactiva
la parte 12 que compensa la fuerza de frenado y la parte 11 que
genera la fuerza de frenado frena el disco de freno 7, presionando
el elemento de disco 24 el disco de freno 7 contra la parte de la
carcasa 14. Si el árbol de salida 9 se encontraba, antes de la
caída de la tensión, en movimiento giratorio, éste se frena hasta
que se para y se mantiene parado.
Si se aplica, en el estado desconectado del
motor 2 un par motor en el árbol de salida 9, que es provocado por
fuerzas que actúan sobre las ruedas dirigibles, y este par motor
está por encima de un valor predeterminado, entonces la instalación
de fijación 4 actúa como embrague de resbalamiento y permite un giro
hacia atrás del árbol de salida 9 o bien del motor 2. Un par motor
de este tipo está presente, por ejemplo, en un "caso de carga
extremo", que se produce durante el ajuste o bien durante la
verificación de la función de la dirección en el taller. Allí
actúan fuerzas sobre las ruedas accionables, que generan en el
dispositivo 1 o bien en el árbol de salida 9 partes motor elevados
hasta 30 veces mayores que los provocados por el proceso de
dirección del conductor. De esta manera se produce un resbalamiento
del disco de freno 7 atraído a la parte 11 que genera la fuerza de
frenado y, por lo tanto, un giro hacia atrás del árbol de salida 9,
con lo que resulta un ajuste permanente entre la posición del
volante y el ángulo de desviación de la dirección en las ruedas. No
obstante, se puede hacer reversible sin problemas después de la
verificación de la dirección en el taller. La instalación de
fijación 4 está diseñada, por lo tanto, de tal forma que se puede
permitir un giro hacia atrás del árbol de accionamiento 9 en el
estado parado o bien con el vehículo parado. La instalación de
fijación 4 está dimensionada, además, de tal forma que los pares
motor en el árbol de salida 9, que se pueden producir cuando la
instalación de fijación 4 está conectada adicionalmente durante la
circulación del vehículo, no conducen a un resbalamiento o bien a
un giro hacia atrás del árbol de salida 9, para evitar situaciones
de peligro a través de un ángulo de desviación de la dirección
falso en las ruedas.
Cuando se conecta de nuevo el motor 2 o bien se
emite una instrucción correspondiente, por ejemplo por medio de un
control o bien una regulación correspondiente, a la instalación de
fijación 4, se lleva a cabo una activación de la parte 12 que
compensa la fuerza de frenado, con lo que se anula la acción de
frenado o bien la acción de fijación de la instalación de fijación
4. En este caso, la dirección asistida interviene de nuevo
activamente en la dirección del conductor.
- 1
- Dispositivo
- 2
- Motor
- 3
- Engranaje
- 4
- Instalación de retención
- 5
- Carcasa
- 6
- Eje medio
- 7
- Disco de freno
- 8
- Dispositivo de arrastre
- 9
- Árbol de salida
- 9a
- Generador de ondas, (Wave Generator)
- 10
- Árbol de entrada de la dirección
- 11
- Parte que genera fuerza de frenado, imán permanente
- 12
- Parte que compensa la fuerza de frenado, bobina
- 13
- Parte de la carcasa
- 14
- Parte de la carcasa
- 15
- Unión roscada, pasadores de fijación
- 16
- Inducido
- 17
- Arrollamiento
- 18
- Dentado exterior del anillo flexible (Flexspline)
- 19
- Anillo de engranaje deformable elásticamente (Flexspline)
- 20
- Anillo de engranaje cilíndrico (Circular Flexspline))
- 21
- Árbol de salida de la dirección
- 22
- Alojamiento
- 23
- Superficie de fondo
- 24
- Elemento de disco
- 25
- Cubo
- 26
- Rotor del motor
- 27
- Estator del motor
- 28
- Dentado interior del anillo circular (Circular Flexspline)
- 29
- Imán
- 30
- Anillo metálico
Claims (26)
1. Dispositivo (1) para la superposición de
movimientos de dirección para un sistema de dirección asistida en
automóviles, con un árbol de entrada de la dirección (10) para la
realización de un movimiento principal de la dirección, que está
conectado, por medio de un engranaje (3) no de retención automática,
con un árbol de salida de la dirección (21), con un motor (2) para
la generación de un movimiento de dirección auxiliar, que está
acoplado, para la superposición del movimiento de dirección auxiliar
con el movimiento de dirección principal, a través de un árbol de
salida (9) con el engranaje (3), y con una instalación de fijación
(4) que se puede conectar adicionalmente, por medio de la cual se
puede impedir un movimiento giratorio del árbol de salida (9),
caracterizado porque la instalación de fijación (4) está
configurada como freno que permite, en el estado conectado
adicional de la instalación de fijación (4), cuando aparece un par
motor generado en el lado de las ruedas en el árbol de salida (9)
con un valor por encima de un valor predeterminado, un movimiento
del árbol de salida (9), en el que el valor predeterminado es mayor
que los pares motor que se producen en el funcionamiento de marcha
del vehículo cuando la instalación de fijación (4) está conectada
adicionalmente en el árbol de salida (9).
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque la instalación de fijación (4) es un
freno acoplado por fricción.
3. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
instalación de fijación (4) es un freno de disco, con un disco de
freno (7) conectado de forma fija contra giro con el árbol de
salida (9) del motor (2) y con una parte (11) que genera fuerza de
frenado, que actúa especialmente a través de un elemento de disco
(24) sobre el disco de freno y se apoya en una parte de la carcasa
(14) del motor (2), por ejemplo por medio de al menos una conexión
roscada.
4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
3, caracterizado porque el disco de freno (7) está dispuesto
entre la parte (11) que genera fuerza de frenado o el elemento de
disco (24) y la parte de la carcasa (14) del motor (2).
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
3 ó 4, caracterizado porque el disco de freno (7) se puede
desplazar en dirección axial sobre un dispositivo de arrastre (8)
conectado de forma fija contra giro con el árbol de salida (9),
contra la parte (11) que genera fuerza de frenado y/o contra la
parte de la carcasa (14) del motor (2).
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizado porque el disco de freno (7) presenta un
dentado interior, que engrana con el dentado exterior del
dispositivo de arrastre (8).
7. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque en el estado
conectado adicional de la instalación de fijación (4), la parte
(11) que genera fuerza de frenado presiona el disco de freno (7)
contra la parte de la carcasa (14) del motor (2).
8. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque la parte que
genera fuerza de frenado presenta al menos un imán, con preferencia
un imán permanente (11) o al menos un elemento de resorte.
9. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para soltar
el freno (4) está prevista una parte (12) que compensa la fuerza de
frenado, que se puede activar con preferencia con electricidad.
10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
9, caracterizado porque la parte (12) que compensa la fuerza
de frenado y la parte (11) que genera la fuerza de frenado están
dispuestas coaxialmente al árbol de salida (9) del motor (2).
11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
9 ó 10, caracterizado porque la parte (12) que compensa la
fuerza de frenado y la parte (11) que genera la fuerza de frenado
están configuradas en forma de anillo y están directamente
adyacentes.
12. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la parte (12)
que compensa la fuerza de frenado está formada por al menos un
electroimán.
13. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la parte (12)
que compensa la fuerza de frenado está rodeada por una parte de
carcasa metálica (13) de la instalación de fijación (4).
14. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
engranaje (3), la instalación de ajuste (4) y el motor (2) están
dispuestos colocados unos detrás de otros coaxialmente con respecto
al árbol de entrada de la dirección (10).
15. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
engranaje es un engranaje de ondas de tensión (3), con un generador
de ondas de tensión (9a), que se puede conectar fijo contra giro
con el árbol de salida (9) del motor (2), con un anillo de engranaje
(19) deformable elásticamente, móvil a través del generador de
ondas (9a) y con un anillo de engranaje cilíndrico (20), cuyo
dentado interior (28) engrana con el engranaje exterior (18) del
anillo de engranaje (19) deformable elásticamente, en el que el
anillo de engranaje cilíndrico (20) se puede conectar de forma fija
contra giro con el árbol de salida de la dirección (21) y el anillo
de engranaje (19) deformable elásticamente se puede conectar de
forma fija contra giro con el árbol de entrada de la dirección
(10).
16. Dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 15, caracterizado porque el árbol de salida
(9) del motor (2) forma una parte del generador de ondas (9a).
17. Dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque el árbol de
salida (9) del motor (2) está configurado como árbol hueco, a
través del cual engrana el árbol de entrada de la dirección
(10).
18. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores 13 a 17, caracterizado porque un
alojamiento (22) está previsto para el árbol de salida (9) del
motor (2), que está conectado de forma fija contra giro con una
parte de la carcasa (13) del dispositivo de fijación (4).
19. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque el anillo de
engranaje (19) deformable elásticamente está configurada
esencialmente en forma de cazoleta y apunta con su orificio en
dirección al motor (2).
20. Dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 19, caracterizado porque el anillo de
engranaje (19) configurado en forma de cazoleta está conectado de
forma fija contra giro con el árbol de entrada de la dirección (10)
a través de un cubo (25) dispuesto en su superficie de fondo
(23).
21. Dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 20, caracterizado porque el cubo (25) está
dispuesto esencialmente dentro del anillo de engranaje (19)
configurado en forma de cazoleta.
22. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el motor
(2) presenta un rotor (26) conectado fijo contra giro con el árbol
de salida (9) y un estator (27) que rodea en el lado periférico al
rotor (26).
23. Procedimiento para el funcionamiento de un
dispositivo para la superposición de movimientos de dirección para
un sistema de dirección asistida, con un árbol de entrada de la
dirección (10) para la realización de un movimiento de dirección
principal, que está conectado por medio de un engranaje (3) no de
retención automática con un árbol de salida de la dirección (21),
con un motor (2) para generación de un movimiento de dirección
auxiliar, que está acoplado, para la superposición del movimiento de
dirección auxiliar con el movimiento de dirección principal a
través de su árbol de salida (9), con el engranaje (3), y con una
instalación de fijación (4) que se puede conectar adicionalmente,
por medio de la cual se puede conectar un movimiento giratorio del
árbol de salida (9), especialmente de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, en el que se impide el movimiento
giratorio del árbol de salida (9), en el estado desconectado del
motor (2), por medio de la instalación de fijación (4),
caracterizado porque en el estado desconectado del motor (2)
se permite un giro hacia atrás del árbol de salida (9) cuando
aparecen pares motor generados en el lado de las ruedas sobre un
valor predeterminado, en el que el valor predeterminado es mayor que
el par motor que se produce en el árbol de salida (9) en el
funcionamiento de marcha del vehículo.
24. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 23, caracterizado porque durante el
funcionamiento del motor (2), se conecta adicionalmente la
instalación de fijación (4), en caso necesario, especialmente en el
caso de funcionamiento deficiente del motor (2) y se frena el árbol
de salida (9) hasta que se para.
25. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 23 ó 24, caracterizado porque se anula la
acción de frenado o bien la acción de fijación cuando se conecta el
motor (2) y/o se emite una instrucción o una señal o comando de
control correspondientes a la instalación de fijación (4).
26. Sistema de dirección de vehículo con un
volante, con un husillo de dirección conectado con ésta, con un
dispositivo acoplado con el husillo de dirección de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 a 22 y con un varillaje de dirección, a
través del cual se dirigen las ruedas del vehículo de acuerdo con
los movimientos de dirección del sistema de dirección asistida.
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