ES2335761T3 - Sistema de accionamiento para vehiculos. - Google Patents

Abstract

Sistema de accionamiento para vehículos, en especial para vehículos industriales tales como tractores agrícolas o industriales, que comprende un eje (10) delantero con ruedas (12) delanteras y un eje (14) trasero con ruedas (16) traseras, caracterizado porque para cada una de las ruedas (12, 16) se prevé un motor (18, 32) de accionamiento individual de la rueda separado y una caja (34) de cambio de marcha con al menos dos escalones de transmisión del número de revoluciones situada en la sección de accionamiento de este, conectando un dispositivo (70) de mando en presencia de una orden de cambio de marcha transmitida por medio de un dispositivo (73) de registro de un cambio de marcha, automáticamente y al mismo tiempo, en primer lugar las cajas (34) de cambio de marchas de las primeras ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas y sobrecargando los motores (18, 32) de accionamiento de las segundas ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas durante el proceso de cambio de marcha y porque el dispositivo (70) de mando conecta a continuación al mismo tiempo las cajas (34) de cambio de marchas asignadas a las segundas ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas todavía no conectadas y sobrecarga los motores (18, 32) de accionamiento de las primeras ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas durante el proceso de cambio de marcha.

Description

Sistema de accionamiento para vehículos.

El invento se refiere a un sistema de accionamiento para vehículos, en especial para vehículos industriales tales como tractores agrícolas o industriales, que comprende un eje delantero con ruedas delanteras y un eje trasero con ruedas traseras.

Para la adaptación de la potencia de accionamiento a los diferentes requerimientos de los vehículos se proponen accionamientos especiales para vehículos en los que se asigna un accionamiento separado a cada eje del vehículo o a cada rueda del vehículo.

El documento EP 812 720 A1 describe un vehículo con un sistema de accionamiento en el que un generador accionado con un motor de combustión interna suministra la energía eléctrica para los motores eléctricos. Las ruedas del eje delantero del vehículo son accionadas cada una con el motor eléctrico correspondiente, mientras que las ruedas traseras son accionadas mecánicamente al accionar el motor de combustión interna un árbol de accionamiento asignado al eje trasero del vehículo. A cada rueda del eje trasero se asignan un mecanismo de adición y un motor eléctrico. En el mecanismo de adición se reúnen las potencias de accionamiento del árbol de accionamiento y del correspondiente motor eléctrico y se transmiten a la rueda trasera correspondiente. Entre el motor de combustión interna y los dos mecanismos de adición se prevé una caja de cambio de marchas conmutable entre al menos dos relaciones de transmisión. Al conmutar la caja de cambio de marchas se produce una interrupción de la fuerza de tracción en las ruedas traseras. La consecuencia de ello puede ser una ralentización del vehículo y se puede manifestar de manera desagradable en forma de tirón de cambio de marcha. Se comprobó, que incluso utilizando una caja de cambio de marchas conmutable bajo carga no es posible evitar estos inconvenientes.

El documento EP 1 077 150 A2 divulga una fuente adicional de accionamiento para la reducción de las vibraciones de la sección de accionamiento en un vehículo. De acuerdo con él, el vehículo posee una motor de combustión interna así como una fuente adicional de accionamiento con la forma de una máquina eléctrica, siendo posible superponer un par de giro adicional, que puede ser generado con la máquina eléctrica, sobre el par de giro suministrado por el motor de combustión interna de tal modo, que se supriman las vibraciones de cambio de marcha, que se producen en la sección de accionamiento al conmutar una caja de cambio marchas del vehículo accionada con el motor de combustión interna.

Además, en el documento DE 199 19 454 A1 se propone un sistema de accionamiento para un vehículo en el que las ruedas del eje delantero pueden ser accionadas con una caja de cambio de marchas y las ruedas del eje trasero pueden ser accionadas con una máquina eléctrica. Cuando tiene lugar un proceso de cambio de la caja de cambio de marchas y se produce por lo tanto una interrupción de la transmisión de fuerza en las ruedas delanteras se somete la máquina eléctrica brevemente a una carga mayor para compensar la interrupción de la transmisión de fuerza durante el proceso de cambio de marcha. En especial al realizar trabajos de carga por medio de un cargador frontal montado en un tractor agrícola existe la posibilidad de que el equilibrado del tractor, se desplace del eje trasero en la dirección hacia el eje delantero. La pérdida de tracción debida a ello en las ruedas del eje trasero puede dar lugar a que la interrupción de la transmisión de fuerza sólo se compense de manera incompleta.

El problema en el que se basa el invento reside en configurar un sistema de accionamiento de la clase mencionada más arriba de tal modo, que se soslayen los inconvenientes mencionados. En especial se debe evitar, que durante el proceso de cambio de marcha disminuya la velocidad de marcha del vehículo y se produzcan los molestos tirones de cambio de marcha.

Este problema se soluciona según el invento con la doctrina de la reivindicación 1. Otras configuraciones y perfeccionamientos ventajosos del invento se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.

El sistema de accionamiento para vehículos, en especial para vehículos industriales tales como tractores agrícolas o industriales, comprende un eje delantero con ruedas delanteras y un eje trasero con ruedas traseras. De acuerdo con el invento se prevén para cada una de las ruedas un motor de accionamiento individual de la rueda separado y una caja de cambio de marchas alojada en la sección accionamiento de él con al menos dos escalones de transmisión del número de revoluciones, conmutando conmutando al mismo tiempo un dispositivo de mando, en presencia de una orden de cambio de marcha generada por el dispositivo de accionamiento del cambio de marchas, automáticamente en primer lugar las cajas de cambio de marchas de las primeras ruedas diagonalmente opuestas y sometiendo los motores de accionamiento de las segundas ruedas diagonalmente opuesta a una mayor carga durante el proceso de cambio de marcha. A continuación se conmutan al mismo tiempo con el dispositivo de mando las cajas de cambio de marcha, todavía no conmutadas, asignadas a las segundas ruedas diagonalmente opuestas y sometiendo los motores de acciona-
miento de las primeras ruedas diagonalmente opuestas a una carga mayor durante el proceso de cambio de marcha.

Dado que el aumento de la carga de los motores de accionamiento siempre tiene lugar en las ruedas diagonalmente opuestas del vehículo, se pueden compensar ampliamente las posibles pérdidas de tracción como las que son generadas por el desplazamiento del equilibrado del vehículo entre el eje delantero y el trasero del vehículo. Con ello se puede evitar, que durante el proceso de cambio de marcha tenga lugar un descenso de la velocidad de marcha del vehículo y con ello la aparición de los molestos tirones de cambio de marcha.

En el caso de los tractores agrícolas, la caja de cambio de marchas puede poseer, por ejemplo, una primera zona de caja de cambio de marchas, que permita velocidades de marcha hasta de 27 km/h y que se utiliza principalmente para el funcionamiento de trabajo. Una segunda zona de la caja de cambio de marchas admite velocidades hasta 65 km/h y se utiliza en los trayectos en carretera. En estos saltos de multiplicación (1:2,4) tan grandes se producen normalmente los molestos tirones de cambio de marcha, cuando, durante la aceleración o la ralentización del vehículo por el operario o por un cambio automático, tiene lugar un cambio de marcha, respectivamente de zona. Los tirones de cambio de marcha son especialmente molestos, cuando se utilizan cajas de cambio automáticas, ya que en este caso se producen de manera inesperada. Estos tirones de cambio de marcha pueden ser evitados con la utilización de un sistema de accionamiento según el invento.

Como cajas de cambio de marchas se pueden utilizar cajas de cambio de marchas bajo carga. También es ventajoso, que se utilice una caja de cambio de marchas en cuya sección de accionamiento se disponga un embrague para interrumpir el flujo de fuerza.

Un perfeccionamiento ventajoso especialmente destacable del invento prevé, que como motores de accionamiento de los ejes o individuales de las ruedas se utilicen máquinas eléctricas o motores hidráulicos. Los motores eléctricos o hidráulicos de accionamiento individuales para las ruedas se denominan en lo que sigue motores de rueda. Las máquinas eléctricas tienen en especial la ventaja de que se pueden sobrecargar mucho durante un tiempo pequeño sin que sufran daño. La potencia admisible absorbida, respectivamente el par de giro máximo generado pueden ser incrementados durante un tiempo pequeño, por ejemplo, en el factor 2. Con ello es posible, que los cambios de marcha según el invento también puedan ser realizados, cuando se exige del vehículo una potencia de accionamiento máxima. También en este caso de funcionamiento es admisible el aumento durante un tiempo pequeño de la potencia de accionamiento de la máquina eléctrica afectada en cada caso.

Como fuente de energía para las máquinas eléctricas sirve con preferencia un acumulador de energía y/o un generador accionado con un motor de combustión interna montable en el vehículo.

La máquina eléctrica y su excitación se diseñan con preferencia de tal modo, que la máquina eléctrica pueda funcionar como motor eléctrico, que acciona la rueda correspondiente o también como generador, que frene la rueda correspondiente.

Cuando se utiliza un generador, que suministre la energía eléctrica para las máquinas eléctricas, se disponen con preferencia detrás de él un rectificador y un circuito auxiliar, que permitan también el funcionamiento como motor del generador. Esto permite favorecer eléctricamente el frenado del vehículo al funcionar como generadores los motores de accionamiento individuales de las ruedas. La energía eléctrica generada por ellos es aplicada al generador, que trabaja entonces como motor eléctrico e incrementa el número de revoluciones del motor de combustión interna aportando a él energía, que en calidad de energía de frenado ralentiza el vehículo ("freno eléctrico").

Como "freno eléctrico" complementario o alternativo también pueden servir resistencias de frenado, que eliminen la energía eléctrica generada por las máquinas eléctricas.

Una configuración preferida del invento prevé, que la caja de cambio de marchas contenga un engranaje planetario, en especial una caja de cambio de marchas bajo carga o una caja de cambio. También es ventajoso, que detrás del motor de accionamiento individual de las ruedas se disponga al menos un engranaje de accionamiento final reductor, en especial un engranaje planetario. Los motores de accionamiento pueden trabajar con ello en márgenes favorables de los números de revoluciones.

Para una construcción compacta es ventajoso, que los motores de accionamiento individuales de las ruedas se dispongan en el interior de las llantas de las ruedas correspondientes. Igualmente se puede disponer en el interior de la llanta o en la proximidad de la llanta una caja de cambio de marchas y/o un freno de la rueda y/o un escalón planetario de desmultiplicación dispuesto detrás del motor de accionamiento.

Por medio del dibujo, que muestra un ejemplo de ejecución del invento se describirán y explicarán con detalle en lo que sigue el invento así como otras ventajas, perfeccionamientos y configuraciones ventajosos del invento. En el dibujo muestran:

La figura 1, una vista esquemática de un sistema de accionamiento para vehículos.

La figura 2, un esquema de conexión de los componentes eléctricos de un sistema de accionamiento según la figura 1.

En las figuras se designan con los mismos símbolos de referencia las piezas y los componentes iguales.

El sistema de accionamiento para vehículos representado en la figura 1 está previsto para un tractor agrícola y comprende un eje 10 delantero con ruedas 12 delanteras y un eje 14 trasero con ruedas 16 traseras.

Cada rueda 12 del eje 10 delantero es accionada con el correspondiente motor 18 eléctrico así como con una caja de cambio de marchas no representada con detalle. Un árbol 20 de salida de cada motor 18 eléctrico está conectado con un árbol de entrada de un engranaje 22 planetario de desmultiplicación, que cede su potencia de salida a la rueda 12 delantera a través de un árbol 24 de accionamiento, que contiene una articulación cardan, así como un escalón 26 planetario de desmultiplicación final. En el árbol 24 de accionamiento está integrado un freno 28 de la rueda accionable mecánicamente. Las articulaciones cardan permiten la dirección de las ruedas delanteras. Un sensor 30 del ángulo de dirección mide el ángulo de dirección de las ruedas 12 delanteras.

Cada rueda 16 del eje 14 trasero es accionada con el correspondiente motor 32 eléctrico. Entre el motor 32 eléctrico y una caja 34 de cambio de marcha conmutable entre dos relaciones de transmisión se dispone un embrague 36. El número de revoluciones de salida de la caja 34 de cambio de marcha es reducido adicionalmente en un escalón 38 de desmultiplicación final planetario y se aplica a la correspondiente rueda 16 trasera. También aquí se integra entre la caja 34 de cambio de marcha y el escalón 38 de desmultiplicación final planetario un freno 42 de rueda accionable mecánicamente.

Un motor 44 de combustión interna acciona a través de un árbol 46 de accionamiento un generador 48, que suministra la potencia eléctrica para los motores 18, 32 eléctricos. La velocidad del vehículo es medida con un sensor 50 de radar.

Como de desprende de la figura 2, el generador 48 está conectado por medio de un cable 52 de potencia con un convertidor 54 de frecuencia, que forma un circuito auxiliar del generador. Detrás del convertidor 54 de frecuencia está conectado por medio de otro cable 56 de potencia un circuito 58 auxiliar de corriente continua con un acumulador de energía no representado con detalle. El circuito 58 auxiliar de corriente continua alimenta a través de otros cables 60 de potencia convertidores 62 de frecuencia asignados a los diferentes motores 18, 32 eléctricos y los alimenta con energía eléctrica. El circuito 58 auxiliar de corriente continua está conectado a través de un cable 64 de potencia adicional con un regulador 66 de la resistencia de frenado al que están conectadas una o varias resistencias 68 de frenado refrigeradas.

Se prevé una unidad 70 de mando configurada como microcontrolador conectado con un sistema 72 de línea de Bus. Al sistema 72 de línea de Bus están conectados, además, el sensor 30 del ángulo de dirección, el sensor 50 de radar y un dispositivo 73 de registro de cambio de marcha, de manera, que sus señales pueden ser transmitidas a la unidad 70 de mando y procesadas en ella. El dispositivo 73 de registro de cambio de marcha puede ser un conmutador no representado accionable por el operario o un dispositivo de mando, que genere automáticamente una señal de cambio de marcha en función de las condiciones de marcha.

Al sistema 72 de línea de Bus puede estar conectada una gran cantidad de sensores eléctricos y de dispositivos de entrada no representados con detalle. Por ejemplo se pueden inyectar en el sistema 72 de línea de Bus las señales eléctricas de sensores 74 del número de revoluciones, que registra el número de revoluciones de los motores 18, 32 eléctricos así como de sensores del número de revoluciones no representados, que midan el número de revoluciones de las ruedas, de sensores de temperatura, que registren la temperatura de los motores 18, 32 eléctricos, de sensores de posición, que registren la posición del pedal del acelerador y la posición del pedal del freno y de sensores de conmutación de la caja de cambio, que registren las señales de conmutación para la caja de cambio de marcha, de manera, que estas señales también puedan ser registradas y procesadas en la unidad 70 de mando.

Además, también se puede prever un dispositivo de entrada no representado con el que se puede programar la unidad de mando y que permite la introducción de datos específicos del vehículo, tales como la separación entre ejes, la vía, el diámetro de las ruedas delanteras y traseras, la relación de multiplicación de los engranajes, el número de revoluciones máximo admisible de los engranajes y de los motores eléctricos y análogos.

El sistema 72 de línea de Bus está conectado a través de un cable 76 de sistema de línea de Bus con un microcontrolador 78 para el convertidor 54 de frecuencia, con los microcontroladores 80 para los convertidores 62 de frecuencia de los motores 18, 32 eléctricos y con el regulador 66 de la resistencia de frenado, de manera, que estos elementos pueden ser activados con la unidad 70 de mando. A través del cable 76 del sistema de línea de Bus se transmiten desde los microcontroladores 78, 80 y del circuito 58 auxiliar de corriente continua a la unidad 70 de mando datos eléctricos referentes a la intensidad, la tensión y la frecuencia, que hacen posible el cálculo de pares de giro, de potencias y análogos. La unidad 70 de mando también transmite a través del sistema 72 de línea de Bus señales de mando eléctricas a los embragues 36, pero esto no se representa con detalle.

Con el sistema de accionamiento representado se puede accionar un vehículo en funcionamiento normal por medio de los cuatro motores 18, 32 eléctricos alimentados con energía eléctrica por el generador 48. Si el vehículo es acelerado o ralentizado de tal modo, que sea necesario un cambio de marcha en las cajas de cambio de marcha para que los motores 18, 32 eléctricos no trabajen con un número de revoluciones demasiado alto o demasiado bajo, se reduce la potencia de los motores 18, 32 eléctricos de las primeras ruedas 12, 16 diagonalmente enfrentadas y se abre por medio de señales eléctricas el embrague 36 correspondiente del eje 14 trasero. Ahora puede tener lugar el cambio de marcha de las cajas de cambio de marchas de las primeras ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas. El embrague 36 es cerrado nuevamente por medio de señales eléctrica de mando correspondientes y la potencia eléctrica de los motores 18, 32 eléctricos es aumentada.

Para evitar una interrupción de la fuerza de tracción durante este proceso de cambio de marcha se activan al mismo tiempo los dos motores 18, 32 eléctricos de las segundas ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas, que compensan la caída de la fuerza de tracción surgida en las primeras ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas. La unidad 70 de mando puede sincronizar la activación de los motores 18, 32 de tal modo, que al disminuir la potencia de los motores 18, 32 eléctricos de las primeras ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas se eleve correspondientemente la potencia de los motores 18, 32 eléctricos de las segundas ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas. Después del cambio de marcha de las cajas de cambio de marchas y del cierre del embrague 36 se eleva nuevamente la potencia de los motores 32 eléctricos de las primeras ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas y se reduce en la misma medida la potencia de los motores 18 eléctricos de las segundas ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas.

A continuación tiene lugar en la forma descrita más arriba el proceso de cambio de marcha de las cajas de cambio de marchas asignadas a las segundas ruedas 12, 16 diagonalmente opuestas.

En el caso de un tractor bien equilibrado se transmite con la potencia de tracción útil aproximadamente el 30% de la potencia de tracción disponible a través de las ruedas delanteras (15% en cada rueda) y aproximadamente el 70% a través de las ruedas traseras (35% en cada rueda). Si no se aprovecha plenamente la potencia de tracción del tractor, porque, por ejemplo, no se circula con la potencia de tracción máxima posible, se mantiene aproximadamente en la relación de 30% a 70% la distribución de la fuerza de tracción entre las ruedas delanteras y las traseras. Por lo tanto, también se reparten las potencias de accionamientos totales más bajas de los motores eléctricos para la parte delantera y la trasera. La regulación de los pares de giro en las diferentes ruedas tiene lugar de tal modo, que en lo posible se ajusten valores de deslizamiento iguales para las cuatro ruedas. De este modo se tienen en cuenta de manera óptima las diferentes cargas en las ruedas y los diferentes valores de la fricción entre los neumáticos y el suelo. Cada rueda conserva al mismo tiempo la fuerza de conducción lateral máxima posible. Esto mejora considerablemente la estabilidad de marcha y con ello la seguridad de marcha. El vehículo no se desvía de la trayectoria deseada.

Para determinar el deslizamiento se puede utilizar un sensor 50 de radar para medir la velocidad v de marcha real. De la velocidad u lineal de las ruedas y de la velocidad v de marcha real se puede determinar el deslizamiento s:

s = (u – v) / u

Sin embargo, en la práctica no es imprescindiblemente necesario conocer exactamente el valor s real del deslizamiento de cada rueda. Cuando el número de revoluciones de las ruedas se ajustan en la marcha en línea recta y en la marcha en curvas a las condiciones de rodadura según Ackermann, se produce el mismo deslizamiento en las cuatro ruedas. De acuerdo con la condición Ackermann, las ruedas de un vehículo ruedan en las trayectorias en curva alrededor de un punto central común. A través de la forma geométrica del vehículo se conocen la separación entre ruedas, la vía de los ejes y el radio de rodadura de dirección. Según Ackermann se pueden calcular en la marcha en curvas de manera exacta por medio de las trayectorias curvas calculables de las diferentes ruedas las velocidades nominales y los números de revoluciones nominales por medio de la unidad 70 electrónica de mando. El ángulo de dirección momentáneo necesario para ello es determinado por medio del sensor 30 del ángulo de dirección. Las ruedas deben poseer en la marcha en línea recta las mismas velocidades lineales. Esto también garantiza el mismo deslizamiento en todas las ruedas.

Dentro de las correspondientes marchas de la caja de cambio de marchas se ajusta la velocidad de marcha con el número de revoluciones de los motores 18, 32 eléctricos. Los pares de giro necesarios son ajustados de tal modo, que no se produzcan tensiones entre las diferentes ruedas 12, 16. Esto se consigue, cuando todas las ruedas 12, 16 poseen el mismo deslizamiento. En una rueda 12, 16 accionada en la que se detecte un deslizamiento mayor que el valor medio de todas las cuatro ruedas, se reduce el par de accionamiento por medio de la unidad 70 de mando. Si el deslizamiento de una rueda 12, 16 accionada es menor que el valor medio de la totalidad de las cuatro ruedas, se eleva el par de accionamiento. La totalidad de las cuatro ruedas posee con ello el mismo deslizamiento. Este procedimiento permite una marcha sin problemas, cuando la calidad del suelo es tal, que se produzcan coeficientes de fricción de adherencia, respectivamente coeficientes de fuerza de tracción distintos entre los neumáticos y el suelo. Esto hace posible, que todas las ruedas ejerzan, en función de su carga por rueda y de los coeficientes de fricción del suelo, la misma tracción y que todas las ruedas reciban la fuerza de conducción lateral máxima posible. Una rueda con un deslizamiento grande pierde una gran parte de la fuerza de conducción lateral. Un deslizamiento demasiado alto de algunas ruedas puede dar lugar en el caso extremo a que el vehículo se salga de la trayectoria, por lo que es importante el control de un deslizamiento pequeño y uniforme de todas las ruedas. Esta misión de vigilancia de los valores de deslizamiento de las diferentes ruedas es asumida por la unidad 70 de mando, que forma parte del mando de accionamiento del vehículo. En el caso de un frenado ligero, que sólo se produzca a través de los motores 18, 32 eléctricos de los diferentes accionamientos de las ruedas, se ajustan también los pares de frenado de manera análoga a un mismo deslizamiento negativo.

Los tractores circulan sobre pistas duras y sobre suelos agrícolas blandos. De acuerdo con ello surgen fuerzas de tracción transmisibles distintas y con ello pares de giro distintos en las diferentes ruedas 12, 16. Los pares de giro pueden ser determinados de manera indirecta. El conductor establece previamente una velocidad deseada. El motor 44 del vehículo tiene que superar la resistencia de marcha y la potencia de accionamiento deseada adicionalmente (por ejemplo en un árbol no representado). De ello se desprende la potencia de accionamiento necesaria del motor 44 del vehículo. Las potencias de accionamiento de los diferentes motores 18, 32 eléctricos, respectivamente sus pares de giro se reparten de acuerdo con el valor prefijado. El 30% de la potencia de accionamiento para el eje 10 delantero representa un 15% para un motor 18 de rueda del eje 10 delantero. De manera correspondiente, el 70% de la potencia de accionamiento es asignada al eje 14 trasero, lo que significa un 35% para un motor 32 de rueda del eje 14 trasero. Los motores 18, 32 eléctricos se denominan aquí también como motores de rueda.

El deslizamiento entre los neumáticos y el suelo debería permanecer por debajo del 5% en el caso de que la pista de rodadura permita una transmisión buena de la fuerza de tracción entre los neumáticos y el suelo. La unidad 70 de mando vigila los diferentes números de revoluciones de las ruedas por medio de sensores 74 previstos en los motores 18, 32 de las ruedas o las determina por medio de los datos eléctricos de los motores 18, 32 eléctricos. La unidad limita a un valor admisible las desviaciones de los valores de deslizamiento de las diferentes ruedas 12, 16. Cada valor de deslizamiento no debe variar más del 5%, por ejemplo, con relación a su valor nominal. Un valor de deslizamiento nominal del 5% se debe hallar por lo tanto entre los límites del 4,75% y el 5,25%. El reparto de la potencia de accionamiento y la excitación de los motores 18, 32 de rueda son asumidos por la unidad 70 eléctrica de mando. Esta suministra a los convertidores 62 de frecuencia asignados a los motores 18, 32 de rueda la información necesaria relativa a la intensidad, la tensión y la frecuencia para cumplir las condiciones de deslizamiento exigidas.

En el caso de un giro del eje 10 de dirección se pueden determinar los números de revoluciones necesarios de las ruedas por medio de la condición Ackermann. Con un cálculo basado en la condición Ackermann se pueden predecir por medio de los contornos geométricos de rodadura sobre las diferentes pistas circulares los números de revoluciones de las ruedas necesarios en función del ángulo de dirección. Las ruedas 12 delanteras se mueven en las marchas en curva sobre una circunferencia más grande que la de las ruedas 16 traseras y, por lo tanto, tienen que ser accionadas con un número de revoluciones más alto que en el caso de un movimiento en línea recta. La condición Ackermann suministra para cada rueda 12, 16 el número de revoluciones de accionamiento necesario.

En el caso de que, debido a las características de la pista de rodadura, ya no se transmita de manera satisfactoria la fuerza de tracción entre los neumáticos y el suelo, es posible, que el valor del deslizamiento entre los neumáticos y el suelo rebase el valor de, por ejemplo, el 5%. La unidad 70 de mando asume en este caso la misión de limitar a un valor admisible las desviaciones de los valores de deslizamiento de las diferentes ruedas 12, 16.

El par de giro de la rueda necesario es el producto de la fuerza de tracción en cada rueda y su radio de rodadura. Por medio de las relaciones de transmisión de la caja de cambio de marchas ajustadas se puede determinar el par de cada motor 18, 32 eléctrico. El par y el número de revoluciones de la rueda exigido dan lugar a la potencia de accionamiento para cada motor 18, 36 de rueda.

De la velocidad de marcha deseada resulta el número de revoluciones necesario para ello. A partir de la resistencia de marcha y de la resistencia de aceleración se calculan los pares de giro de los motores 18, 32 eléctricos. Del par de giro y del número de revoluciones resultan las correspondientes potencias de accionamiento. La potencia de accionamiento total necesaria se reparte entre las cuatro ruedas de acuerdo con repartición de potencia prefijada del 15% para cada rueda 12 delantera y del 35% para cada rueda 16 trasera. La regulación de los pares de giro para cada accionamiento de rueda se realiza de acuerdo con la predicción de un deslizamiento igual para todas las ruedas 12, 16, es decir, que la regulación de los números de revoluciones de las ruedas, respectivamente los números de revoluciones de los motores 18, 32 eléctricos se ajustan a la condición Ackermann. Esta función es asumida por la unidad 70 de mando. El reparto de la carga de las ruedas puede variar mucho en algunos casos, por ejemplo con una pala de carga frontal totalmente cargada y durante la marcha atrás ascendiendo una pendiente grande. En este caso se exige de los motores 18 eléctricos de las ruedas 12 delanteras una potencia relativamente mayor. En este caso se puede admitir generalmente una sobrecarga de corta duración de estos motores 18 eléctricos debida a la mayor potencia cedida, siempre que lo desee el conductor. A consecuencia de la regulación de un deslizamiento igual para todas las ruedas 12, 16 no se producen tensiones en el accionamiento y se conserva la fuerza de conducción lateral máxima posible. Una fuerza de conducción lateral grande es importante en condiciones deslizantes del suelo y en pendientes para evitar, que el vehículo se salga de la trayectoria de marcha.

Una rueda carece de par de giro, cuando el convertidor 62 de frecuencia no genera y cede al motor 18, 32 de rueda una tensión ni una intensidad y cuando la rueda 12, 16 no es utilizada para el accionamiento del motor 18, 32 eléctrico (funcionamiento como generador), es decir cuando la potencia eléctrica no es aportada al motor 18, 32 eléctrico ni es absorbida por este. Sin embargo, todavía puede existir un par relativamente pequeño debido a la potencia de fricción a consecuencia de la fricción de los cojinetes y de las pérdidas en los engranajes.

Para proteger los accionamientos de rueda contra sobrecargas se prevén en los componentes eléctricos (motores eléctricos) sensores de temperatura. Estos transmiten señales de temperatura a la unidad 70 de mando. En el caso de un calentamiento inadmisible de los motores 18, 32 eléctricos se reducen con la unidad 70 de mando hasta un valor admisible las tensiones y las intensidades aplicadas. Estos valores de intensidad y de tensión se corresponden generalmente con los de la carga permanente máxima admisible. Por ello, un aumento inadmisible de la temperatura conduce normalmente a una reducción de la velocidad de marcha del vehículo, pero incluso con una sobrecarga especialmente grande no se produce generalmente una parada del vehículo. El comportamiento global del vehículo está diseñado de tal modo, que los valores de la fuerza de tracción máximos admisibles de acuerdo con el estado de la técnica también son alcanzados con el sistema de accionamiento según el invento.

Incluso si en las marchas cuesta abajo con la velocidad máxima el operario solicita por medio de la posición del pedal del acelerador una aceleración adicional, la unidad 70 de mando reduce automáticamente la potencia de accionamiento hasta el funcionamiento de frenado automático de los cuatro motores 18, 32 eléctricos, que trabajan entonces como generadores. La potencia excedente es transferida al generador 48, que trabaja entonces como motor, al accionamiento del motor 44 de combustión interna hasta que este alcance su número de revoluciones máximo admisible. El exceso de potencia restante puede ser destruida en las resistencias 68 de frenado y/o es almacenada eventualmente en una batería del vehículo. Con ello se pueden evitar de manera eficaz sobrerrevoluciones inadmisibles de los diferentes motores 18, 32 de rueda. Además, el operario puede ser alertado de números de revoluciones excesivos por medio de señales de alarma acústicas u ópticas correspondientes.

Claims (9)

1. Sistema de accionamiento para vehículos, en especial para vehículos industriales tales como tractores agrícolas o industriales, que comprende un eje (10) delantero con ruedas (12) delanteras y un eje (14) trasero con ruedas (16) traseras, caracterizado porque para cada una de las ruedas (12, 16) se prevé un motor (18, 32) de accionamiento individual de la rueda separado y una caja (34) de cambio de marcha con al menos dos escalones de transmisión del número de revoluciones situada en la sección de accionamiento de este, conectando un dispositivo (70) de mando en presencia de una orden de cambio de marcha transmitida por medio de un dispositivo (73) de registro de un cambio de marcha, automáticamente y al mismo tiempo, en primer lugar las cajas (34) de cambio de marchas de las primeras ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas y sobrecargando los motores (18, 32) de accionamiento de las segundas ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas durante el proceso de cambio de marcha y porque el dispositivo (70) de mando conecta a continuación al mismo tiempo las cajas (34) de cambio de marchas asignadas a las segundas ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas todavía no conectadas y sobrecarga los motores (18, 32) de accionamiento de las primeras ruedas (12, 16) diagonalmente opuestas durante el proceso de cambio de marcha.

2. Sistema de accionamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la sección de accionamiento se dispone un embrague (36).

3. Sistema de accionamiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como motor de accionamiento individual de las ruedas se prevé una máquina (18, 32) eléctrica o un motor hidráulico.

4. Sistema de accionamiento según la reivindicación 3, caracterizado porque como fuente de energía para la máquina (18, 32) eléctrica se prevé un acumulador eléctrico de energía o un generador (48) accionado con un motor (44) de combustión interna montable en el vehículo.

5. Sistema de accionamiento según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque la máquina (18, 32) eléctrica se configura y puede ser excitada de tal modo, que, en combinación con la rueda (12, 16) correspondiente, pueda trabajar como motor eléctrico de accionamiento o como generador eléctrico de frenado.

6. Sistema de accionamiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque detrás del generador (48) accionado por medio del motor (44) de combustión interna se disponen al menos un convertidor (54) de frecuencia y un circuito (58) auxiliar de corriente continua de tal modo, que el generador (48) accionado por medio del motor (44) de combustión interna pueda ser accionado en el funcionamiento eléctrico de frenado por medio de la potencia cedida por la máquina (18, 32) eléctrica, que trabaja como generador de frenado.

7. Sistema de accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la caja (34) de cambio de marchas comprende un engranaje planetario o un engranaje de cambio de marchas.

8. Sistema de accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque detrás del motor (18, 32) de accionamiento individual de la rueda se dispone al menos un engranaje (28, 38) de accionamiento final reductor del número de revoluciones, en especial un escalón reductor con planetario.

9. Sistema de accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el motor (18, 32) de accionamiento final y la caja (34) de cambio de marchas se disponen en el interior de la llanta.