ES2299010T3 - Sistema de direccion para un vehiculo. - Google Patents
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Abstract
Sistema de dirección para un vehículo, en particular una servodirección asistida hidráulicamente para un vehículo automóvil, con un husillo de dirección (2) que une un volante de conducción (3) en uno de sus extremos con un distribuidor giratorio o pistón giratorio (4) de una válvula de dirección (5) por medio de un primer elemento de torsión (6), y con un servomotor hidráulico (7) para accionar un miembro de toma de fuerza (8) de un mecanismo de dirección (9), siendo controlada una corriente de medio de presión hacia espacios de trabajo del servomotor hidráulico (7) por medio de la válvula de dirección (5), y con un servomotor eléctrico (10) para accionar el miembro de toma de fuerza (8), caracterizado porque el servomotor eléctrico (10) y el husillo de dirección (2) actúan sobre un elemento giratorio común (11) dispuesto entre el primer elemento de torsión (6) y el distribuidor giratorio o pistón giratorio (4).
Description
Sistema de dirección para un vehículo.
La invención concierne a un sistema de dirección
para un vehículo, en particular una servodirección asistida
hidráulicamente para un vehículo automóvil, según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Se conocen servodirecciones en múltiples modos
de construcción con una función de superposición para superponer el
par de accionamiento aplicado sobre un volante de conducción con un
par de giro de un servomotor. Las servodirecciones pueden
realizarse también por motivos de redundancia con varios
servomotores de igual clase de construcción (véase el documento
DE-PS 29 18 975) o de diferente clase de
construcción, como, por ejemplo, con un servomotor hidráulico o
hidrostático y con un servomotor eléctrico (véase el documento
US-PS 4 838 106) para accionar un miembro de toma
de fuerza de un mecanismo de dirección y, con ello, para ajustar el
ángulo de dirección de una o varias ruedas dirigibles de un
vehículo.
Las servodirecciones conocidas necesitan un
espacio de montaje desventajosamente grande o el segundo servomotor
está dispuesto sólo por motivos de redundancia en los sistemas de
dirección y puede ser conectado por medio un embrague conmutable o
bien anulado, debido a la clase de construcción (motor de excitación
en serie), por el par de accionamiento en el volante de conducción
y el par del primer servomotor.
El documento EP 1 167 161 A2 describe un sistema
de dirección para un vehículo con un husillo de dirección que lleva
un volante de conducción un uno de sus extremos. El husillo de
dirección está unido en su otro extremo con un primer elemento de
torsión que está unido a su vez con un distribuidor giratorio o
pistón giratorio de una válvula de dirección para el control de un
servomotor hidráulico. El servomotor hidráulico acciona un miembro
de toma de fuerza de un mecanismo de dirección. Un servomotor
eléctrico está previsto además de forma redundante para el
accionamiento del miembro de toma de fuerza del mecanismo de
dirección.
No está garantizada de forma segura la
disponibilidad de servomotores eléctricos que, por motivos de
redundancia, están previstos en un sistema de servodirección como
el que se describe en el documento EP 1 167 161 A2. Además, tales
sistemas de dirección están diseñados para la función de un único
servomotor, con lo que éstos no están optimizados en materia de
costes.
La invención se basa en el problema de indicar
un sistema de dirección para un vehículo, cuyo servomotor
hidráulico, en funcionamiento, esté asistido mecánica y
eléctricamente de forma permanente y que sea seguro contra fallos y
haga posible un funcionamiento con regulación de estabilidad
direccional.
El problema se resuelve con un sistema de
dirección dotado de las características de la reivindicación 1.
Dado que el servomotor eléctrico y el husillo de
dirección del sistema de dirección actúan sobre un miembro
giratorio común, como, por ejemplo, sobre un árbol de toma de fuerza
con una rueda helicoidal sobre la que actúa un tornillo sin fin del
servomotor eléctrico, y el miembro giratorio común está dispuesto
entre el husillo de dirección o el primer elemento de torsión y el
distribuidor giratorio o el pistón giratorio de la válvula de
dirección, esta válvula de dirección puede ser activada
conjuntamente por el volante de conducción y el servomotor
eléctrico y se pueden accionar el servomotor hidráulico y el miembro
de toma de fuerza del mecanismo de dirección. En particular, en
función del ángulo de giro medido en el primer elemento de torsión,
el servomotor eléctrico puede ser activado para suministrar un par
de servomotor del mismo sentido que asiste al par de accionamiento
en el volante de
conducción.
conducción.
Realizaciones preferidas resultan de de las
reivindicaciones subordinadas.
Si el servomotor eléctrico y su control de motor
están operativos, el servomotor eléctrico actúa entonces
simultáneamente y en el mismo sentido sobre el servomotor
hidráulico, al objeto de que aquél asista al par motor de éste
sobre el miembro de toma de fuerza del mecanismo de dirección y
también lo controle. El servomotor hidráulico se controla a través
de un dispositivo de control y/o regulación del sistema de dirección
o del vehículo por medio de señales de un sensor de ángulo de giro
que mide la torsión del primer elemento de torsión o varilla de
torsión sobre la base de pares de accionamiento en el husillo de
dirección.
El distribuidor giratorio o pistón giratorio de
la válvula de dirección está dispuesto solidariamente en rotación
en el miembro giratorio común. El distribuidor giratorio o pistón
giratorio está unido en su otro extremo axial, mediante un segundo
elemento de torsión o varillas de torsión, con un tornillo sin fin o
un tornillo corriente que penetra en un pistón de trabajo del
servomotor hidráulico. El pistón de trabajo se mueve axialmente en
espacios de trabajo a ambos lados del pistón de trabajo tanto por
efecto del giro del tornillo sin fin o del tornillo corriente como
también por efecto de una corriente de medio de presión controlada
por el distribuidor giratorio o pistón giratorio. En este caso, el
distribuidor giratorio coopera por medio de ranuras de control con
una caja de válvula, contra la cual éste puede torsionarse de forma
relativamente limitada. De esta manera en sí conocida, se mueve el
miembro de toma de fuerza del mecanismo de dirección, pudiendo
modificarse un ángulo de dirección de una o varias ruedas del
vehículo por medio de uniones cinemáticas conocidas.
El miembro giratorio común está unido
preferiblemente mediante un embrague con el distribuidor giratorio o
el pistón giratorio de la válvula de dirección. Con el sistema de
dirección es posible un funcionamiento de asistencia al conductor o
un funcionamiento automático, para lo cual el servomotor eléctrico
es activada en función de parámetros por el dispositivo de control
y/o regulación, y el miembro giratorio común y el distribuidor
giratorio o el pistón giratorio de la válvula de dirección se
torsionan en relación con la caja de válvula. Por tanto, se
proporciona un accionamiento de servomotor exclusivamente por medio
de los servomotores eléctrico e hidráulico, este último
preferiblemente hidrostático.
En caso de fallo del servomotor hidráulico, se
puede girar el tornillo sin fin o el tornillo corriente en el
pistón de trabajo del servomotor hidráulico por medio de los pares
de giro en el husillo de dirección y el servomotor eléctrico, y se
puede mover el miembro de toma de fuerza del mecanismo de
dirección.
Asimismo, puede ser conveniente, en particular
en caso de fallo del servomotor eléctrico, configurar el engranaje
helicoidal o de tornillo dispuesto entre el servomotor eléctrico y
el miembro giratorio común de manera que pueda ser anulado por el
par de accionamiento del husillo de dirección. Para configurar el
sistema de dirección de forma compacta, es conveniente inmovilizar
una carcasa del servomotor eléctrico en una carcasa del mecanismo
de dirección. El segundo elemento de torsión unido con el tornillo
sin fin en el pistón de trabajo del servomotor hidráulico está
realizado de manera que sea sensiblemente más rígido a la torsión
que el primer elemento de torsión.
En lugar de configurar el mecanismo de dirección
en el sentido de una dirección hidráulica de tuerca a bolas, puede
ser conveniente configurar el servomotor hidráulico a la manera de
un actuador para una dirección hidráulica de cremallera a fin de
asistir al movimiento de desplazamiento de una cremallera o un
husillo. Aparte de su aplicación en un turismo, el sistema de
dirección según la invención es especialmente adecuado para su
utilización en un vehículo industrial.
El husillo de dirección está colocado con ajuste
de forma y de manera soltable en un árbol de entrada de un actuador
de dirección, reuniendo el actuador de dirección en una unidad, en
la forma descrita, el servomotor eléctrico con su engranaje
helicoidal o de tornillo, el miembro giratorio común y su embrague
en el distribuidor giratorio o pistón giratorio, la válvula de
dirección y los elementos de torsión primero y segundo y el
servomotor hidráulico y, preferiblemente también, el dispositivo de
control y/o regulación para el servomotor eléctrico junto con el
mecanismo de dirección.
La invención se describe ahora con más detalle
ayudándose de un ejemplo de realización y se ilustra con ayuda del
dibujo adjunto.
La figura 1 muestra un alzado y una sección
longitudinal parcial a través de un sistema de dirección según la
invención.
En la figura 1 se muestra un sistema de
dirección 1 en un alzado y en una sección longitudinal parcial a
través de una unión mecánica 22 entre un árbol de entrada 23 de un
husillo de dirección 2 en un actuador de dirección 29, un
servomotor eléctrico 10 y una dirección hidráulica rotativa 24 de
tuerca a bolas.
El sistema de dirección 1 está previsto para su
montaje en un vehículo industrial, pero puede encontrar aplicación
en principio en todos los tipos de vehículos o de vehículos
automóviles. El sistema de dirección 1 hace posible un
accionamiento paralelo y simultáneo de un miembro de toma de fuerza
8 de un mecanismo de dirección 9 por medio del husillo de dirección
2, el servomotor eléctrico 10 y un servomotor hidráulico 7 de la
dirección rotativa 24 de tuerca a bolas. El miembro de toma de
fuerza 8 está configurado como un árbol de dirección 25 para
accionar una palanca de la caja de la dirección. El sistema de
dirección 1 hace posibles además un funcionamiento y un
accionamiento del miembro de toma de fuerza 8 en caso de fallo del
servomotor eléctrico 10 o del servomotor hidráulico 7 y un
funcionamiento automático controlado con el servomotor eléctrico 10
sin aplicar un par de accionamiento al volante de conducción 3 y al
husillo de dirección 2.
El sistema de dirección 1 presenta un eje
longitudinal 26 en el que los componentes del sistema de dirección
1 están dispuestos de manera que quedan funcionalmente conectados en
serie uno tras otro. Un volante de conducción 3 está unido
solidariamente en rotación con el husillo de dirección 2. El husillo
de dirección 2 está unido en ajuste de forma, de manera soltable y
solidaria en rotación, con el árbol de entrada 23. Por medio de un
primer elemento de torsión 6, que está configurado como una varilla
de torsión, el árbol de entrada 23 está operativamente unido con un
miembro giratorio común 11, que está configurado como un árbol. En
la zona axial del primer elemento de torsión 6, el servomotor
eléctrico 10 está dispuesto con su eje longitudinal 27
transversalmente al eje longitudinal 26 del sistema de dirección 1.
El servomotor eléctrico 10 acciona el miembro giratorio común 11 a
través de un engranaje helicoidal 14, que consta de un tornillo sin
fin en su árbol motor y una rueda helicoidal 28 que está
inmovilizada sobre el miembro giratorio común 11. Esto se realiza
de conformidad con un dispositivo de control y/o regulación 12 que
procesa señales de un sensor 13 de ángulo de giro o de par de giro
que mide la torsión del primer elemento de torsión 6.
El miembro giratorio común 11 está unido a su
vez de manera solidaria en rotación, por medio de un embrague 15,
con un distribuidor giratorio 4 de la válvula de dirección 5. El
distribuidor giratorio 4 coopera de manera conocida, por medio de
ranuras de control, con una caja de válvula 30 de la válvula de
dirección 5, estando limitada la desviación del distribuidor
giratorio 4 con respecto a la caja de válvula 30 por un perno
transversal dispuesto en un taladro transversal del distribuidor
giratorio 4. El distribuidor giratorio 4 controla una corriente de
medio de presión hacia espacios de trabajo de un cilindro del
servomotor hidráulico 7, con lo que se provoca un desplazamiento
axial de un pistón de trabajo 17 del servomotor hidráulico 7. El
servomotor hidráulico 7 y su unión mecánica con el miembro de toma
de fuerza 8 - un dentado - están reunidos en una carcasa 21 del
mecanismo de dirección 9. Un tornillo sin fin 16 está acoplado con
el pistón de trabajo 17, poniendo el tornillo sin fin 16, durante
su giro, al pistón de trabajo 17 en movimiento axial por medio de un
sistema de circulación de bolas. El tornillo sin fin 16 está
inmovilizado de forma giratoria en el distribuidor giratorio 4 de
la válvula de dirección 5 con un segundo elemento de torsión 18
sensiblemente más rígido que el primer elemento de torsión 6. La
torsión del segundo elemento de torsión 18 controla la solicitación
con medio de presión de los espacios de trabajo del cilindro
hidráulico.
El servomotor eléctrico 10 está inmovilizado con
su carcasa 20 -que abraza al dispositivo de control y/o regulación
12 en la carcasa 21 del mecanismo de dirección 9 y forma con ésta el
actuador de dirección 29.
En un funcionamiento automático del sistema de
dirección 1 con regulación de estabilidad direccional, el miembro
giratorio común 11 es accionado por el servomotor eléctrico 10, que
controla el flujo de medio de presión hacia los espacios de trabajo
del cilindro hidráulico por efecto de una torsión del segundo
elemento de torsión 18 y del distribuidor giratorio 4 y que mueve
axialmente el pistón de trabajo 17 en forma mecánica por medio del
tornillo sin fin 16. En caso de fallo del servomotor hidráulico 7,
se accionan el miembro de toma de fuerza 8 del mecanismo de
dirección 9 y, con ello, el pistón de trabajo 17 por medio del par
de accionamiento actuante sobre el miembro giratorio común 11 en el
volante de conducción 3 y/o por medio del par motor del servomotor
eléctrico 10. En este caso, el primer elemento de torsión 6 puede
protegerse contra sobredilatación, en particular cuando haya
fallado el servomotor eléctrico 10, para lo cual un elemento de
arrastre 19 dispuesto entre el husillo de dirección 2 y el miembro
giratorio común 11 puentea el primer elemento de torsión 6.
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siguiente)
Claims (16)
1. Sistema de dirección para un vehículo, en
particular una servodirección asistida hidráulicamente para un
vehículo automóvil, con un husillo de dirección (2) que une un
volante de conducción (3) en uno de sus extremos con un
distribuidor giratorio o pistón giratorio (4) de una válvula de
dirección (5) por medio de un primer elemento de torsión (6), y con
un servomotor hidráulico (7) para accionar un miembro de toma de
fuerza (8) de un mecanismo de dirección (9), siendo controlada una
corriente de medio de presión hacia espacios de trabajo del
servomotor hidráulico (7) por medio de la válvula de dirección (5),
y con un servomotor eléctrico (10) para accionar el miembro de toma
de fuerza (8), caracterizado porque el servomotor eléctrico
(10) y el husillo de dirección (2) actúan sobre un elemento
giratorio común (11) dispuesto entre el primer elemento de torsión
(6) y el distribuidor giratorio o pistón giratorio
(4).
(4).
2. Sistema de dirección según la reivindicación
1, caracterizado porque, durante el funcionamiento del
sistema de dirección (1), el servomotor eléctrico (10) y el
servomotor hidráulico (7) actúan simultáneamente sobre el miembro
de toma de fuerza (8) del mecanismo de dirección (9).
3. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el servomotor
eléctrico (10) es controlado por medio de un dispositivo de control
y/o regulación (12) del sistema de dirección (1) o del vehículo en
función de señales de un sensor de ángulo de giro (13) que capta un
ángulo de giro y/o un par de accionamiento en el volante de
conducción (3).
4. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el servomotor
eléctrico (10) actúa sobre el miembro giratorio común (11) a través
de un engranaje helicoidal o de tornillo (14).
5. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el miembro
giratorio común (11) está unido con el distribuidor giratorio o
pistón giratorio (4) de la válvula de dirección (5) por medio de un
embrague (15).
6. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el servomotor
hidráulico (7) presenta un pistón de trabajo (17) accionado por un
tornillo sin fin (16), estando unido el tornillo sin fin (16) de
manera solidaria en rotación, por medio de un segundo elemento de
torsión (18), con el distribuidor giratorio o pistón giratorio (4)
de la válvula de dirección (5).
7. Sistema de dirección según la reivindicación
6, caracterizado porque la corriente de medio de presión
hacia los espacios de trabajo del servomotor hidráulico (7) es
controlada en función de la torsión del segundo elemento de torsión
(18).
8. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque durante un
funcionamiento automático del sistema de dirección (1) con
regulación de estabilidad direccional o durante un funcionamiento
de asistencia al conductor del sistema de dirección (1), el miembro
giratorio común (11) es accionado exclusivamente por el servomotor
eléctrico (10).
9. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, en caso de
fallo del servomotor hidráulico (7), el miembro de toma de fuerza
(8) del mecanismo de dirección (9) es accionado por el husillo de
dirección (2) y por el servomotor eléctrico (10).
10. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el servomotor
eléctrico (10) y/o el engranaje helicoidal o de tornillo (14)
dispuesto entre el servomotor eléctrico (10) y el miembro giratorio
común (11) pueden ser anulados por accionamiento del volante de
conducción (3).
11. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque, en caso de
fallo del servomotor eléctrico (10), la válvula de dirección (5) y
el servomotor hidráulico (7) pueden ser accionados por el volante
de conducción (3), siendo puenteado el primer elemento de torsión
(6) por un elemento de arrastre (19) dispuesto entre el husillo de
dirección (2) y el miembro giratorio común (11).
12. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque una carcasa
(20) del servomotor eléctrico (10) está inmovilizada en una carcasa
(21) del mecanismo de dirección (9).
13. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 6 a 12, caracterizado porque el segundo
elemento de torsión (18) es más rígido a la torsión que el primer
elemento de torsión (6).
14. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el servomotor
hidráulico (7) se utiliza en una dirección hidráulica de
cremallera.
15. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el sistema de
dirección (1) se utiliza en un vehículo industrial.
16. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque en un actuador
de dirección (29) están reunidos el servomotor eléctrico (10), el
miembro giratorio común (11), el servomotor hidráulico (7), los
elementos de torsión primero y segundo (6, 18), la válvula de
dirección (5) y el miembro de toma de fuerza (8).
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