ES2875935T3 - Eje de vehículo autodireccional - Google Patents

Abstract

Eje trasero autodireccional (4) para un vehículo (1), especialmente un eje de arrastre, que tiene un eje de viga (5) y dos ejes cortos (6) que se articulan cada uno de manera giratoria alrededor de un eje de giro (7) en cada extremo del eje de viga (5), cuyos ejes cortos llevan cada uno un buje de la rueda (11) para la unión de una rueda trasera (8) y que se conectan entre sí a través de una barra de acoplamiento (10), en donde el eje de giro (7) se ubica delante del eje central del buje de la rueda asociado (11) a una distancia (X), preferentemente de al menos 100 mm, del mismo en la dirección de desplazamiento hacia adelante, de modo que durante la toma de curvas en la dirección de desplazamiento hacia adelante los ejes cortos (6) se direccionan automáticamente mediante las fuerzas de fricción de las ruedas traseras (8) sobre la carretera, y que tienen un sistema de dirección asistida con - al menos un cilindro de dirección hidráulica (20) que actúa sobre los ejes cortos (6), con - una bomba hidráulica eléctrica (23) que se conecta de forma hidráulica al cilindro de dirección (20), y con - una unidad de control (37) que se diseña para accionar la bomba hidráulica (23) durante el desplazamiento en reversa con el fin de ajustar un ángulo de giro de los ejes cortos (6) por medio del cilindro de dirección (20) en dependencia de una señal de dirección, caracterizado porque la unidad de control (37) se diseña, durante el lento desplazamiento hacia adelante del vehículo (1) hasta una primera velocidad máxima especificada para el desplazamiento hacia adelante, especialmente una velocidad de no más de 25 km/h, para asistir a un movimiento de la dirección de las ruedas traseras (8) por medio del sistema de dirección asistida en dependencia de la señal de dirección, y durante el desplazamiento hacia adelante del vehículo a una velocidad anterior a la primera velocidad máxima, para desactivar el sistema de dirección asistida, con el resultado de que el eje trasero actúa como un eje de arrastre.

Description

DESCRIPCIÓN

Eje de vehículo autodireccional

La presente invención se refiere a un eje trasero autodireccional para un vehículo que tiene un eje de viga y dos ejes cortos que se articulan cada uno de manera giratoria alrededor de un eje de giro en cada extremo del eje de viga, cuyos ejes cortos llevan cada uno un buje de la rueda para la unión de una rueda trasera, y que se conectan entre sí a través de una barra de acoplamiento, en donde el eje de giro se ubica delante del eje central del buje de la rueda asociado a una distancia del mismo en la dirección de desplazamiento hacia adelante. Como resultado, se produce un ángulo de giro automático de los ejes cortos debido a las fuerzas de fricción de las ruedas traseras sobre la carretera cuando se realiza la toma de curvas en la dirección de desplazamiento hacia adelante.

Dicho eje trasero autodireccional se usa para vehículos pesados como camiones, autobuses o remolques. En comparación con un eje trasero rígido, el radio de curvatura de dichos vehículos se reduce. Además, el desgaste de los neumáticos y el consumo de combustible se reducen considerablemente debido a la menor fricción entre las ruedas y la carretera. En comparación con un eje trasero direccionable de forma activa con sistema de dirección hidráulica, un eje trasero autodireccional es técnicamente menos complejo y, por lo tanto, considerablemente ventajoso en la reparación o la compra.

Un eje trasero direccionable de forma activa se conoce a partir del documento DE 10 2014 113 880 A1. Tiene cilindros de la dirección hidráulica, con los que las ruedas direccionables de un eje trasero pueden llevarse de forma activa a un ángulo de giro durante la toma de curvas lentas. Como resultado, aumenta la maniobrabilidad del vehículo.

A partir del documento DE 102006006 141 A1, se conoce un remolque del vehículo con eje tándem direccionable de forma hidráulica. La maniobrabilidad del remolque puede aumentarse durante la toma de curvas cuando las ruedas direccionables del eje tándem pueden llevarse de forma activa a un ángulo de dirección ajustable. El ajuste se realiza mediante la operación de forma manual de un dispositivo de selección que forma parte del remolque del vehículo.

A partir del documento EP0577571 A2 se conoce un grupo de dirección de un camión, semi-remolque o remolque para el desplazamiento en reversa con un eje trasero autodireccional de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. El eje trasero autodireccional comprende ruedas traseras autodireccionales con las que se produce un ángulo de dirección automático cuando se realiza la toma de curvas en la dirección de desplazamiento hacia adelante. Además, el grupo de dirección comprende un cilindro de dirección hidráulica que se conecta a las ruedas traseras. Cuando se realiza el desplazamiento en la dirección en reversa, el cilindro de dirección se opera para establecer un ángulo de dirección de las ruedas traseras.

Una desventaja del eje trasero autodireccional es que durante el desplazamiento en reversa se aplican fuerzas opuestas a las ruedas, de modo que las ruedas traseras del eje de dirección se mueven en la dirección opuesta a la que se desplaza. Debido a esto, los ejes traseros autodireccionales se bloquean en su posición central neutra, es decir, en la dirección recta de las ruedas traseras.

Sin embargo, el bloqueo del eje trasero durante el desplazamiento en reversa tiene la desventaja de que el radio de dirección del vehículo en la dirección de desplazamiento en reversa aumenta en comparación con el desplazamiento hacia adelante y, por tanto, durante la conducción en el desplazamiento en reversa necesita más espacio que durante el desplazamiento hacia adelante. Esto puede llevar al peor escenario posible en el que un vehículo quede atrapado en un pequeño callejón sin salida y no pueda conducir hacia afuera de él.

Un objeto de la invención es mejorar la maniobrabilidad de un vehículo durante el desplazamiento en reversa sin que tenga que renunciar a las ventajas considerables de un eje trasero autodireccional. El objetivo se logra mediante los elementos de la reivindicación 1. Pueden encontrarse modalidades ventajosas en las reivindicaciones dependientes. Un eje de vehículo autodireccional del tipo mencionado anteriormente de acuerdo con la invención se proporciona con un sistema de dirección asistida, que comprende al menos un cilindro de dirección hidráulica que actúa sobre los ejes cortos, una bomba hidráulica eléctrica que se conecta de forma hidráulica al cilindro de dirección, y una unidad de control que se diseña para accionar la bomba hidráulica durante el desplazamiento en reversa con el fin de ajustar un ángulo de giro de los ejes cortos por medio del cilindro de dirección en dependencia de una señal de dirección. Por lo tanto, en lugar del bloqueo del eje trasero durante el desplazamiento en reversa en su posición central, las ruedas traseras se direccionan de forma activa en la dirección correcta para ser conducidas durante el desplazamiento en reversa. Es de esperar que, debido a la geometría del eje de un eje trasero autodireccional, actúen fuerzas relativamente altas sobre las ruedas traseras a partir de la carretera durante el desplazamiento en reversa, que deben superarse con el fin de girar las ruedas en contra de su comportamiento de dirección dado mediante la geometría del eje. Sin embargo, se ha mostrado que, en la práctica, las ruedas traseras ya están en la dirección correcta al comienzo del desplazamiento en reversa, de modo que las fuerzas de la dirección necesarias permanecen controlables y pueden aplicarse mediante un sistema de dirección asistida de construcción relativamente simple. Esto significa, que se conservan las mismas propiedades de dirección durante el desplazamiento en reversa como durante el desplazamiento hacia adelante, y el vehículo es completamente maniobrable del mismo modo en la dirección de desplazamiento en reversa.

En comparación con un eje trasero direccionable de forma activa, el eje trasero autodireccional con sistema de dirección asistida conserva las ventajas de un diseño mucho más simple y rentable, dado que el sistema de dirección asistida solo se necesita y debe activarse durante las maniobras o a velocidades bajas, pero también puede desactivarse fácilmente en caso de una avería mediante la conmutación del cilindro de dirección a un estado despresurizado en ambos lados. En dicho caso, el eje trasero se comporta como un eje trasero autodireccional convencional. En particular, en comparación con una dirección activa del eje trasero, puede prescindirse de un segundo circuito hidráulico para el centrado forzoso del eje trasero en el caso de una avería o a velocidades más altas. Por lo tanto, el sistema de dirección asistida usa relativamente pocos componentes simples y puede construirse de una manera mucho más compacta y puede diseñarse para fuerzas de dirección inferiores que un sistema de dirección activa del eje trasero convencional.

El uso de un cilindro de dirección hidráulica en combinación con una unidad de control electrónica, también permite una construcción muy simple del sistema de dirección asistida, ya que funciona en particular sin una interfaz mecánica. El sistema de dirección asistida puede por tanto adaptarse fácilmente a diferentes tipos de vehículos y ejes o a situaciones de instalación mediante simplemente la adaptación de parámetros del sistema como el diámetro del pistón y el eje del pistón, la longitud del eje del pistón y la carrera.

En los ejes de dirección, la distancia en dirección longitudinal entre el punto de acoplamiento, es decir, el punto de intersección del eje de rotación de la dirección en la superficie de la carretera, y el punto de contacto de la rueda, es decir, el punto central de la superficie de contacto de la rueda, se denomina como arrastre. El punto de contacto de la rueda está normalmente detrás del punto de acoplamiento en la dirección de desplazamiento (arrastre positivo), de modo que la rueda arrastra el eje de rotación de la dirección.

Como se explicó anteriormente, para un eje de vehículo autodireccional, el eje de giro del eje corto se dispone a una distancia por delante del eje central del buje de la rueda asociado o por delante de la línea de conexión imaginaria entre los centros de las ruedas en la posición recta vista en la dirección de desplazamiento hacia adelante, de modo que, durante la toma de curvas en la dirección de desplazamiento hacia adelante se produzca un ángulo de giro automático del eje corto. La distancia entre el eje de la rueda y el eje de giro en el caso de ejes de vehículos autodireccionales como los del contexto de la invención es de al menos 100 mm, típicamente entre 100 mm y 200 mm, con mayor preferencia entre 140 mm y 165 mm. El eje de giro en sí mismo típicamente no se inclina o, a lo máximo, mínimamente <2° se inclina con relación a la vertical, de modo que, debido a la distancia, hay un mayor arrastre de las ruedas (> 100 mm), lo que conduce a las propiedades autodireccionales del eje del vehículo mencionado.

Por el contrario, en los ejes de los vehículos convencionales direccionables de forma activa (dirección forzosa), en particular los ejes de arrastre con dirección forzosa, el eje de giro de los ejes cortos se dispone al nivel del eje central del cuerpo del eje o al nivel de la línea de conexión imaginaria entre los centros de las ruedas en la posición recta. Con el fin de obtener un determinado torque de restauración de las ruedas en un ángulo de giro en la dirección de su posición recta, también es conveniente en este caso un ligero arrastre. Esto se logra mediante la inclinación del eje de giro de los ejes cortos (eje de rotación de la dirección) mediante típicamente un ángulo de 4° (entre 2° y 6°) con relación a la vertical. El arrastre logrado de este modo está normalmente en el intervalo a partir de 20 mm a 30 mm, en cualquier caso, muy por debajo de los 100 mm. En el caso de los ejes traseros con dirección forzosa, la propiedad de restauración de las ruedas traseras lograda de este modo, se usa para devolver el eje trasero a la posición del centro en el caso de una falla de la dirección, en la que la dirección luego se bloquea. Sin embargo, dicha geometría del eje no puede usarse para un eje autodireccional.

La indicación de un eje trasero como eje de arrastre no se provoca incidentalmente mediante el arrastre mencionado anteriormente, sino más bien al hecho de que el eje de arrastre se dispone detrás de otro eje trasero, el eje motriz, y por tanto también lo arrastra. Los ejes de arrastre pueden ser rígidos, elevables, de dirección forzosa o de dirección de arrastre (es decir, autodireccional). Si hay un eje trasero delante del eje motriz, se habla de un eje delantero.

Como se mencionó antes, los ejes traseros autodireccionales actualmente disponibles, se equipan con un dispositivo de desactivación que se usa para bloquear un movimiento de la dirección de las ruedas traseras en una posición recta en el caso de desplazamiento en reversa o en el caso de desplazamiento hacia adelante a alta velocidad (por ejemplo, más de 50 km/h). La presente invención también hace uso de este conocido dispositivo de desactivación, en el caso de que se desactive el sistema de dirección asistida. Por lo tanto, en el contexto de la presente invención, la unidad de control se diseña preferentemente de manera que conmute el dispositivo de desactivación inactivo cuando se activa el sistema de dirección asistida, es decir, evita de que el eje trasero sea bloqueado en la posición central, mientras que la unidad de control activa el dispositivo de desactivación en caso de un sistema de dirección asistida desactivado, pero también en el caso de una avería o a velocidades fuera del intervalo de operación del sistema de dirección asistida, de modo que, el eje trasero se comporte como un eje trasero autodireccional convencional en este estado. En el cilindro de dirección también puede integrarse un dispositivo de desactivación correspondiente, lo que puede resultar ventajoso en particular cuando el espacio en el eje trasero se limita.

Los experimentos e investigaciones mediante el solicitante indicaron que durante el desplazamiento hacia adelante, la reacción de dirección de un eje trasero autodireccional siempre es un poco tarde, y que la dirección con un vehículo proporcionado con dicho eje trasero puede mejorarse significativamente, especialmente a velocidades más bajas por debajo de 25 km/h cuando el movimiento de la dirección de las ruedas traseras se soporta por medio del sistema de dirección asistida en dependencia de una señal de dirección. Por lo tanto, el sistema de dirección asistida y su unidad de control se configuran para soportar el movimiento de la dirección de las ruedas traseras también durante el desplazamiento hacia adelante en el intervalo de baja velocidad hasta aproximadamente 25 km/h y para desactivar el sistema de dirección asistida solo en velocidades por encima de la velocidad máxima predeterminada de desplazamiento hacia adelante.

En una modalidad preferida, el sistema de dirección asistida se desactiva mediante la unidad de control durante el desplazamiento en reversa del vehículo a una velocidad por encima a la velocidad máxima predeterminada para el desplazamiento en reversa, en particular no más de 20 km/h, con mayor preferencia no más de 15 km/h. Para ello, la unidad de control lleva las ruedas traseras a la posición recta por medio del sistema de dirección asistida y activa el dispositivo de desactivación, de modo que el eje trasero se bloquea en la posición central. Subsecuentemente, el control desactiva el sistema de dirección asistida. El eje trasero se comporta luego como un eje autodireccional convencional. Dado que se esperan velocidades más altas durante el desplazamiento en reversa principalmente en la dirección recta, y el sistema de dirección asistida solo se necesita durante las maniobras, puede desactivarse durante el rápido desplazamiento en reversa.

También es posible y ventajoso configurar la unidad de control de manera que desactive el sistema de dirección asistida cuando el vehículo se estaciona. Esto toma en cuenta el hecho de que cuando se inicia el desplazamiento en reversa, las ruedas traseras debido al desplazamiento hacia adelante anterior, todavía están en el ángulo de giro correcto. Dado que en la parada deben aplicarse fuerzas muy elevadas para girar las ruedas estacionarias en los ejes direccionables de un vehículo pesado, prescindir de una función de dirección en el eje trasero en la parada ofrece ventajas considerables en términos de las fuerzas que deben aplicarse, y, por tanto, el dimensionamiento de los componentes hidráulicos y partes mecánicas del sistema de dirección asistida.

En una modalidad ventajosa de la invención, la bomba hidráulica se configura como bomba inversora, en la que, la dirección de bombeo puede invertirse mediante el cambio de la dirección de rotación con el fin de suministrar fluido hidráulico a una de las dos conexiones de presión, las que cada una se conectan a una de las dos cámaras del cilindro del cilindro de dirección. Mediante el cambio de la dirección de rotación de la bomba hidráulica, se invierte el flujo hidráulico y, por tanto, la dirección del movimiento del cilindro de dirección. Dicha bomba inversora permite una construcción particularmente simple del sistema de dirección asistida. Cuando se usa un cilindro sincrónico como el cilindro de dirección, sus cámaras del cilindro pueden conectarse directamente a las dos conexiones de la bomba hidráulica, dado que los volúmenes de fluido a ambos lados del pistón del cilindro de dirección son similares.

Sin embargo, alternativamente, también se prevé y es ventajoso el uso de un cilindro diferencial convencional como cilindro de dirección. Las dos cámaras del cilindro del cilindro de dirección, es decir, la cámara de presión del lado del pistón y del lado del eje del pistón del cilindro, cuyas áreas efectivas hidráulicas difieren, en este caso son presurizadas alternativamente mediante la bomba hidráulica, mientras que la otra cámara del cilindro respectiva se libera de la presión a través de una línea de retorno que se deriva de la línea de suministro y se proporciona con una válvula controlable eléctricamente o de forma hidráulica a un tanque. En este caso, la bomba hidráulica succiona el fluido hidráulico a partir de un tanque y lo transporta en la dirección de la respectiva cámara del cilindro presurizada, mientras que el fluido hidráulico puede fluir de regreso al tanque a partir de la cámara del cilindro opuesta a través de la línea de retorno y la válvula abierta.

En este caso, las válvulas controlables eléctricamente se configuran preferentemente como válvulas normalmente abiertas, de modo que ellas pueden apagarse para desactivar el sistema de dirección asistida y, por tanto, llevarlas a la posición abierta. Esto garantiza que, si falla el sistema de dirección asistida, el eje trasero está en un estado de operación seguro en el que actúa como un eje trasero autodireccional de marcha libre.

Las válvulas en la línea de retorno se configuran preferentemente como válvulas de presión limitada que se abren cuando se excede un umbral de presión ajustable en la cámara de presión conectada del cilindro de dirección y, por tanto, desvían el fluido hidráulico en el tanque. El umbral de presión puede establecerse mediante la activación de la válvula y se adapta mediante la unidad de control para controlar las fuerzas de la dirección. Al mismo tiempo, las válvulas protegen el cilindro de dirección de que no sea sobrecargado mediante el exceso de la presión máxima permitida. Las válvulas controlables eléctricamente se integran preferentemente en un bloque de control hidráulico. Esto también puede comprender válvulas de retención en las líneas de suministro a partir de la bomba hidráulica a las dos cámaras de presión.

En una modalidad preferida, se proporciona además, al menos un sensor conectado a la unidad de control para determinar un ángulo de giro de los ejes cortos. Dicho sensor permite un control activo del ángulo de dirección mediante la unidad de control. Alternativamente, o adicionalmente, también puede proporcionarse que la unidad de control determine el ángulo de dirección sobre la base al volumen de petróleo suministrado mediante la bomba hidráulica. Con cada revolución de la bomba hidráulica, se suministra una cantidad predeterminada de fluido hidráulico. Por tanto, en una modalidad preferida, puede proporcionarse que la unidad de control, posiblemente a través de una unidad de control del motor interpuesta adicional, controle la bomba hidráulica para un ángulo de giro predeterminado de tal modo que ejecute un número correspondiente de revoluciones de la bomba.

Cuando se proporciona el eje trasero para un remolque, luego la señal de dirección puede determinarse preferentemente mediante un sensor dispuesto en el pivote maestro del remolque para determinar un ángulo relativo entre el vehículo que remolca y el remolque. Dado que el remolque puede determinar la señal de dirección en sí mismo, es independiente del sistema de dirección del vehículo que remolca, de modo que no se necesitan adaptaciones especiales y que coincidan con el sistema de dirección del vehículo que remolca y el sistema de dirección asistida en el remolque.

Además, es posible y ventajoso proporcionar una interfaz para un bus de comunicación interno del vehículo, por ejemplo, un bus CAN, en la unidad de control del sistema de dirección asistida, a través del que se transmiten una señal de dirección, una señal dependiente de la velocidad y/o una señal que indica un desplazamiento en reversa. Una señal dependiente de la velocidad normalmente está disponible en el caso de un vehículo, a partir del tren del vehículo o del sistema de frenado de todos modos. La señal para indicar el desplazamiento en reversa puede captarse fácilmente a partir de las luces de desplazamiento en reversa.

Con el fin de evitar un comportamiento nervioso de la dirección alrededor de la posición central de la dirección, la unidad de control también puede configurarse para evitar los movimientos de la dirección de los ejes cortos dentro de un pequeño intervalo angular alrededor de la posición central. En el caso de un remolque, el intervalo angular puede ser, por ejemplo, ± 2° desplazamiento angular entre el vehículo que remolca y el remolque. Esto hace uso del hecho de que, el comportamiento de la dirección del eje trasero autodireccional no tiene que ser particularmente preciso. Depende más de la dirección del ángulo de dirección que de su posición angular exacta, dado que, en última instancia, cada ángulo de dirección que coincida aproximadamente en la dirección de la dirección correcta es mejor que el bloqueo del eje trasero en la posición central.

Se proporcionan además, ventajas y modalidades de la presente invención en la siguiente descripción de modalidades en base a los dibujos. En los que:

La Figura 1 representa una vista esquemática de los ejes de un vehículo con el eje de arrastre autodireccional y las fuerzas que actúan sobre las ruedas en la dirección de desplazamiento hacia adelante, la Figura 2 representa las fuerzas que actúan sobre las ruedas del vehículo de la Figura 1 durante el desplazamiento en reversa,

la Figura 3 representa una vista lateral de la construcción esquemática de un eje de arrastre autodireccional, la Figura 4 representa un diagrama de circuito de un sistema de dirección asistida para el eje de arrastre de la Figura 1 de acuerdo con una primera modalidad de la invención, y

la Figura 5 representa una segunda modalidad de la invención del sistema de dirección asistida.

La Figura 1 representa esquemáticamente los ejes de un vehículo de tres ejes, por ejemplo, un camión. El vehículo 1 tiene un eje frontal direccionable 2, un eje trasero rígido 3 conectado a la transmisión, así como también un eje de arrastre autodireccional 4. El eje frontal 2 se proporciona con una dirección de eje corto de un tipo convencional. En un cuerpo del eje 2a se articulan los ejes cortos giratorios a la izquierda y derecha, cada uno de los que lleva un buje de la rueda con las ruedas frontales 2b unidas a él. Los ejes cortos se articulan entre sí a través de las palancas de dirección o palancas de acoplamiento 2c y una barra de acoplamiento 2d. La fuerza de la dirección puede transmitirse a las palancas de acoplamiento 2c a través de los cilindros de la dirección correspondientes (que no se muestran) con el fin de ajustar el ángulo de giro de las ruedas frontales 2b. En la proyección vertical, el eje de giro de las ruedas frontales 2b se ubica aproximadamente al nivel de sus respectivos ejes centrales vistos en la dirección de desplazamiento. La fuerza que actúa sobre las ruedas frontales 2b desde la carretera, indicada mediante flechas negras en la Figura 1, no provoca cualquier desviación de las ruedas frontales 2b. Un pequeño arrastre positivo, es decir, una ligera inclinación de los ejes de giro de las ruedas hacia atrás, junto con una extensión de las ruedas frontales, así como también de los ejes de giro de las ruedas que se inclinan ligeramente hacia dentro en dirección transversal, provoca un torque de restauración de las ruedas cuando se está en línea recta.

El eje de arrastre 4, sin embargo, se configura como un eje autodireccional. Para este propósito, el cuerpo del eje 5 se alarga hacia el frente visto en la dirección de desplazamiento en sus dos extremos laterales. Un eje corto 6 se articula a ambos lados del cuerpo del eje 5, cuyos ejes de giro se forman mediante un tornillo de eje corto 7. Las ruedas traseras 8 se unen a los ejes cortos 6 a través de los bujes de las ruedas asociadas. Los ejes cortos 6 en ambos lados se conectan de manera articulada a través de las palancas de acoplamiento 9 y una barra de acoplamiento 10. Aquí es esencial que, en la proyección vertical, los ejes de giro de los ejes cortos 7 formados mediante los tornillos de eje corto 7 se ubican delante de los ejes centrales de las ruedas traseras asociadas 8 vistas en la dirección de desplazamiento. Como resultado de las fuerzas de fricción entre las ruedas y la carretera, se obtiene un ángulo de giro automático de las ruedas traseras 8 cuando se realiza la toma de curvas en la dirección de desplazamiento hacia adelante, como de manera similar ocurre en el caso con las ruedas de una silla de escritorio o un carrito de la compra.

En la Figura 1, el vehículo 1 está en desplazamiento hacia adelante y gira a la derecha a manera de ejemplo, es decir, las ruedas frontales 2b se giran hacia la derecha. Las fuerzas de fricción resultantes desde la carretera sobre las ruedas frontales actúan a partir del lado izquierdo con el fin de llevar el vehículo 1 a que gire a la derecha (fuerza centrípeta). En un giro a la derecha, las fuerzas actúan desde la derecha sobre las ruedas traseras del eje motriz no direccionable 3, mientras que nuevamente una fuerza resultante desde la izquierda actúa sobre el eje de arrastre autodireccional 4. Debido a la geometría del eje descrita, esto conduce al ángulo de giro deseado de las ruedas traseras 8 en el eje de arrastre 4.

En la Figura 2, se representa el mismo vehículo 1 durante el desplazamiento en reversa. Las ruedas frontales del eje frontal 2, que ahora están en la parte trasera vista en la dirección de desplazamiento, se giran hacia la derecha para un giro a la izquierda en desplazamiento en reversa. Sin embargo, las fuerzas que actúan sobre las ruedas traseras 8 del eje de arrastre 4 se dirigen en direcciones opuestas durante el desplazamiento en reversa y provocan un ángulo de giro en la dirección incorrecta sin contramedidas apropiadas, aquí en el desplazamiento en reversa hacia la derecha. Esto se muestra en consecuencia en la Figura 2. El vehículo 1 tiene ahora la intención de desplazarse en línea recta en una dirección oblicua en lugar de girar a la izquierda. Con el fin de evitar esto, la dirección se bloquea en la posición central, es decir, en la posición recta de las ruedas, en los ejes de arrastre autodireccionales de diseño convencional, lo que, sin embargo, aumenta el radio de curvatura durante el desplazamiento en reversa. El bloqueo de la dirección del eje trasero se obtiene mediante un dispositivo de desactivación, por ejemplo, un bloqueo de trinquete, en la barra de acoplamiento.

Para el bloqueo es necesario que el eje esté en la posición central. Esto significa que el conductor, antes de iniciar el desplazamiento en reversa, primero debe haber conducido un poco en línea recta en la dirección de desplazamiento hacia adelante con el fin de llevar el eje de arrastre a la posición central. De cualquier otra manera, el eje suele normalmente girar tan rápido durante el desplazamiento en reversa que el bloqueo no puede tomar lugar, pero el giro continúa alejándose de la posición central hasta una parada del eje. En ese caso, el conductor debe conducir hacia adelante nuevamente hasta que el dispositivo de desactivación se bloquee en la posición central antes de que pueda conducir hacia atrás nuevamente.

La Figura 3 representa esquemáticamente de nuevo la geometría del eje de un eje autodireccional. El eje corto, al que se unen el buje de la rueda 11 y la rueda trasera 8, se articula en el cuerpo del eje del eje trasero de manera que se gire alrededor de un eje de giro definido mediante el tornillo de eje corto 7. El cuerpo del eje en sí mismo a su vez se une al bastidor del vehículo a través de un sistema de suspensión, del que se muestran aquí a manera de ejemplo un fuelle de suspensión 12 y un resorte del bastidor 13. Esencial para la geometría del eje autodireccional es la distancia X mediante la que, el eje de giro 7 se desplaza hacia adelante en la dirección del eje frontal del vehículo con relación al eje central de la rueda trasera 8 o el buje de la rueda 11. Debe ser lo suficientemente grande de modo que las fuerzas desde la carretera que actúan sobre la rueda trasera 8 durante el desplazamiento hacia adelante provoquen un ángulo de dirección automático.

La Figura 4 representa en una primera modalidad ilustrativa de un sistema de dirección asistida para el eje de arrastre autodireccional 4. El sistema de dirección asistida comprende un cilindro de dirección 20, un bloque hidráulico 21 y una denominada unidad de potencia 22 desde el que el cilindro de dirección 20 puede presurizarse de manera controlable en el caso de un movimiento de la dirección. El cilindro de dirección 20 se une al cuerpo del eje 5 del eje de arrastre 4, y su eje del pistón 20' actúa sobre la palanca de acoplamiento 9 o sobre una palanca de dirección separada en el eje corto 6. El cilindro de dirección 20 en la modalidad ilustrativa se configura como un cilindro diferencial, es decir, las superficies activas de forma hidráulica en el lado del pistón y en el lado del eje del pistón difieren mediante el área del eje del pistón 20'.

La unidad de potencia 22 comprende una bomba hidráulica inversa 23 que se acciona mediante un motor eléctrico 24. El motor 24 tiene una unidad de control del motor 24', a través de la que puede controlarse el motor 24, con el fin de accionar la bomba 23. La unidad de potencia 22 comprende además un tanque de fluido hidráulico 25, del que la bomba 23 aspira el fluido hidráulico a través de una de las dos válvulas de retención 26a, 26b, en dependencia de la dirección de transporte. La unidad de potencia 22 tiene dos conexiones de presión 27a, 27b procedentes de la bomba 23, que se conectan a las dos cámaras de presión 20a, 20b del cilindro de dirección 20 a través del bloque hidráulico 21. La unidad de potencia 22 también tiene una conexión 28 para una línea de retorno que va de vuelta al tanque de fluido hidráulico 25 a través del filtro 29. En caso de que el filtro 29 se obstruya, una válvula de retención 29' conectada en paralelo garantiza que el fluido hidráulico pueda, no obstante, fluir de regreso al tanque 25 con una ligera sobrepresión. Además, se proporcionan una conexión 31 de llenado y drenaje para el fluido hidráulico, y un sensor de nivel de llenado 30.

El bloque hidráulico 21 tiene dos conexiones de presión 32a, 32b, que se conectan a las conexiones 27a, 27b de la unidad de potencia 22. El bloque hidráulico 21 comprende además dos conexiones hidráulicas 33a, 33b, que conducen a las cámaras de presión 20a, 20b del cilindro de dirección 20. Finalmente, el bloque hidráulico 21 tiene una conexión 33 para la línea de retorno al tanque de la unidad de potencia 22. Entre las conexiones 32a, 33a así como también 32b, 33b hay una respectiva válvula de retención 34a, 34b, a través de la que las respectivas cámaras de presión 20a, 20b del cilindro de dirección pueden suministrarse con la presión hidráulica. En el lado de la salida, detrás de cada válvula de retención 34a, 34b, a través de una línea de derivación respectiva, se conecta una válvula de presión limitada 35a, 35b controlable eléctricamente, a través de la que una línea conduce nuevamente a la conexión 33 de retorno común.

Con el fin de, por ejemplo, extender el eje del pistón 20', el motor 24 se controla de manera que la bomba 23 entregue a la conexión de la izquierda en la Figura 4. La bomba aspira el fluido hidráulico del depósito 25 a través de la válvula 26b y lo suministra a la conexión de presión 27a y desde allí a través de la válvula de retención 34a en el bloque hidráulico 21 a su salida 33a y a la cámara de presión 20a conectada al mismo. Al mismo tiempo, la válvula 35b se abre de modo que el fluido hidráulico pueda fluir desde la cámara anular 20b del lado del eje del pistón a través de la conexión 33b y 33 de regreso al tanque 25 con una ligera sobrepresión. Por el contrario, se cierra la válvula 35a.

Las válvulas 35a, 35b se configuran como válvulas de presión limitada eléctricamente ajustables, es decir, ellas se abren cuando se excede un umbral de presión ajustable. Como resultado de la correspondiente activación de las válvulas 35a, 35b, puede controlarse la fuerza de la dirección. Además, las válvulas se abren normalmente, es decir, abiertas a una presión 0, de modo que, en el caso de caída de la tensión, el cilindro de dirección 20 se despresuriza en ambos lados y, por lo tanto, puede moverse libremente. En este caso, el eje trasero 4 se comporta como un eje de arrastre autodireccional convencional.

Las válvulas 35a, 35b y la unidad de control del motor 24' se controlan a través de una unidad de control electrónica 37, una denominada ECU (por sus siglas en inglés, Unidad de control electrónica). La función de la unidad de control del motor 24' también puede integrarse en la unidad de control electrónica 37. La unidad de control 37 recibe la información sobre la velocidad del vehículo, la dirección de desplazamiento y el ángulo de giro en el eje frontal a través de un bus de control interno del vehículo 38 o las líneas de control separadas. A partir del ángulo de giro en el eje frontal, la unidad de control 37 determina un ángulo de dirección para las ruedas traseras 8 de acuerdo con el principio de dirección de Ackermann y controla la bomba en consecuencia para establecer el ángulo de dirección determinado. Con el propósito de redundancia y seguridad ante fallos, la unidad de control 37 puede equiparse con dos microprocesadores que operan en paralelo.

La unidad de control 37 se programa de tal modo que ejecuta movimientos de la dirección de las ruedas traseras 8 sólo por debajo de una velocidad máxima en la dirección de desplazamiento en reversa. A velocidades de conducción más altas, el eje trasero 4 se centra mediante el sistema de dirección asistida y se bloquea por medio del dispositivo de desactivación 10'. Para este propósito, el sistema de dirección asistida se controla de tal modo que lleva el eje a la posición central, es decir, mueve las ruedas traseras en la posición recta. En esta posición, el dispositivo de desactivación 10' se acopla y luego el sistema de dirección asistida se desactiva mediante la abertura de las válvulas 35a, 35b.

En el caso de un camión o autobús, también es ventajoso desactivar el sistema de dirección asistida del eje trasero 4 cuando el vehículo 4 está en una parada. En el caso de un remolque, en el que la señal de dirección se determina a partir del ángulo entre el vehículo que remolca y el remolque, no sería necesario desactivarla en la parada, debido a que cuando el vehículo que remolca está en una parada no hay movimientos en la conexión articulada entre el vehículo que remolca y el remolque, el llamado pivote maestro, de modo que un sensor angular dispuesto allí, no controlaría el sistema de dirección asistida de todos modos.

En la dirección de desplazamiento hacia adelante, se proporciona una asistencia de dirección a velocidades bajas de hasta a aproximadamente 15 km/h hasta un máximo de 25 km/h. A velocidades de conducción más altas, el sistema de dirección asistida se desactiva de nuevo, de modo que el eje trasero 4 se comporta como un eje de arrastre autodireccional normal.

Con el fin de garantizar el ángulo de dirección correcto en el eje trasero 4, los sensores angulares 39 se disponen sobre los ejes cortos 6, con los que puede medirse el ángulo de dirección real y transmitirlo a la unidad de control 37. Además, la carrera del eje del pistón 20' y, por tanto, el ángulo de dirección pueden determinarse a partir de la cantidad de fluido suministrado mediante la bomba 23 dada el área efectiva de forma hidráulica conocida del cilindro de dirección 20. Para este propósito, el número de revoluciones de la bomba se contabiliza en la unidad de control del motor 24'.

La unidad de control 37 controla, cuando se activa el sistema de dirección asistida, el ángulo de giro en las ruedas traseras 8. También es responsable de diversas medidas de seguridad. En el caso de una avería, desactiva el sistema de dirección asistida a través de las válvulas 35a, 35b, de modo que el eje trasero 4 se comporta como un eje de arrastre autodireccional normal. Para este propósito, en el caso de una avería o cuando se desactiva el sistema de dirección asistida, el dispositivo de desactivación en el eje trasero 4 está activo y bloquea el eje trasero en su posición central neutra durante el desplazamiento en reversa y, si se proporciona para el eje respectivo, también cuando el vehículo está en conducción rápida (> 50 km/h). Sin embargo, cuando el sistema de dirección asistida está activo, la unidad de control 37 desactiva el dispositivo de desactivación y por tanto evita de que el eje trasero sea bloqueado en la posición neutra.

La señal de control, se determina sobre la base de que el ángulo de giro en el eje trasero 4, proviene, como ya se ha explicado, de la dirección del eje frontal del vehículo 1. En una modalidad alternativa, en el caso de un remolque, la señal de control se proporciona preferentemente mediante un sensor angular dispuesto en la conexión articulada entre el vehículo que remolca y el remolque, el llamado pivote maestro, que mide el ángulo entre el vehículo que remolca y el remolque. Por razones de seguridad, preferentemente se proporcionan sensores redundantes en el pivote maestro.

La unidad de control 37 determina un ángulo de dirección para el eje trasero 4 sobre la base de la señal de control medida mediante la dirección del eje frontal o sobre el pivote maestro. Se usa como un punto de ajuste para controlar el sistema de dirección asistida del eje trasero 4. Sin embargo, antes de eso, se comprueban la velocidad de conducción y la dirección de desplazamiento para determinar si ellas están dentro del intervalo proporcionado para la operación del sistema de dirección asistida. Cuando este es el caso, el punto de ajuste para el ángulo de dirección se convierte en un número necesario de revoluciones de la bomba y en consecuencia se controla el motor 24. La precisión de la dirección por tanto resulta a partir de la geometría del control, es decir, la longitud de los brazos del control 9, las dimensiones del cilindro de dirección 20 así como también la precisión de la unidad de control del motor 24'. Con el fin de evitar la acumulación de errores en el control del sistema de dirección asistida o con respecto a la posición del ángulo de dirección, el ángulo de dirección real determinado mediante el control en base a las revoluciones de la bomba se restablece cuando el eje trasero se bloquea en la posición central. Adicionalmente, o alternativamente, el ángulo de dirección real también puede medirse mediante los sensores 39 correspondientes en los ejes cortos 6, de modo que el establecimiento del ángulo de dirección funcione con un lazo de control cerrado.

La función del bloqueo del eje trasero 4 puede llevarse a cabo mediante un dispositivo de desactivación separado 10' como en los ejes de arrastre autodireccionales convencionales. También es posible proporcionar una función de bloqueo correspondiente en el propio cilindro de dirección 20 en sí mismo. Por lo tanto, esto debe equiparse con una función pasiva de centrado y retención. En este caso, el ensamble del cilindro de dirección debe ser de manera que su posición bloqueada corresponda a la posición recta de las ruedas traseras.

Con el fin de evitar un comportamiento demasiado sensible o nervioso del sistema de dirección asistida en el eje trasero 4, se evita un movimiento de la dirección en el eje trasero 4 en un intervalo de pequeños ángulos de giro en el eje frontal o pequeños ángulos en el pivote maestro entre el vehículo que remolca y el remolque en un rango de ± 2°. Por lo tanto, el eje trasero 4 permanece en la posición central dentro de este intervalo muerto y no hay movimiento de la dirección.

Durante el desplazamiento hacia adelante a velocidades a más de 15 km/h o 20 km/h, las válvulas 35a, 35b se abren desactivando de esta manera el sistema de dirección asistida. Por lo tanto, la deflexión de la dirección del eje trasero toma lugar, como es habitual en un eje de arrastre autodireccional, sobre la base de las fuerzas de fricción entre la carretera y las ruedas traseras 8. Cuando el fabricante del vehículo proporciona para este, el eje trasero 4 puede bloquearse en su posición central a incluso velocidades más altas, por ejemplo, más de 50 km/h, con la ayuda del dispositivo de desactivación con el fin de evitar un comportamiento de conducción inquieto.

En la modalidad ilustrativa que se muestra en la Figura 4 con solo un cilindro de dirección 20 configurado como cilindro diferencial, las fuerzas de la dirección en las dos direcciones de la dirección difieren debido a las diferentes superficies efectivas de forma hidráulica. Por lo tanto, el cilindro de dirección debe configurarse de manera que pueda aplicar las fuerzas de la dirección necesarias sobre el lado del eje del pistón con la superficie de forma hidráulica efectiva más pequeña.

En una segunda modalidad ilustrativa que se muestra en la Figura 5, se usan en su lugar dos cilindros de la dirección separados, específicamente, un cilindro de dirección izquierdo 20L y un cilindro de dirección derecho 20R. Estos se conectan de forma hidráulica entre sí de la manera que se muestra en la Figura 5, en la que la cámara de presión 20Lb en el lado del eje del pistón del cilindro de dirección izquierdo 20L se conecta a la cámara de presión 20Ra en el lado del pistón del cilindro de dirección derecho 20R y la cámara de presión 20Rb en el lado del eje del pistón del cilindro de dirección derecho 20R se conecta a la cámara de presión 20La en el lado del pistón del cilindro de dirección izquierdo 20L. La sincronización de los dos cilindros de la dirección 20L y 20R se garantiza mediante el acoplamiento mecánico de las palancas de acoplamiento 9 a través de la barra de acoplamiento 10. Los otros componentes corresponden a los de la primera modalidad ilustrativa que se muestra en la Figura 4. De este modo se logra que las fuerzas de la dirección sean las mismas en ambas direcciones de la dirección.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Eje trasero autodireccional (4) para un vehículo (1), especialmente un eje de arrastre, que tiene un eje de viga (5) y dos ejes cortos (6) que se articulan cada uno de manera giratoria alrededor de un eje de giro (7) en cada extremo del eje de viga (5), cuyos ejes cortos llevan cada uno un buje de la rueda (11) para la unión de una rueda trasera (8) y que se conectan entre sí a través de una barra de acoplamiento (10), en donde el eje de giro (7) se ubica delante del eje central del buje de la rueda asociado (11) a una distancia (X), preferentemente de al menos 100 mm, del mismo en la dirección de desplazamiento hacia adelante, de modo que durante la toma de curvas en la dirección de desplazamiento hacia adelante los ejes cortos (6) se direccionan automáticamente mediante las fuerzas de fricción de las ruedas traseras (8) sobre la carretera, y que tienen un sistema de dirección asistida con

- al menos un cilindro de dirección hidráulica (20) que actúa sobre los ejes cortos (6), con

- una bomba hidráulica eléctrica (23) que se conecta de forma hidráulica al cilindro de dirección (20), y con

- una unidad de control (37) que se diseña para accionar la bomba hidráulica (23) durante el desplazamiento en reversa con el fin de ajustar un ángulo de giro de los ejes cortos (6) por medio del cilindro de dirección (20) en dependencia de una señal de dirección,

caracterizado porque

la unidad de control (37) se diseña, durante el lento desplazamiento hacia adelante del vehículo (1) hasta una primera velocidad máxima especificada para el desplazamiento hacia adelante, especialmente una velocidad de no más de 25 km/h, para asistir a un movimiento de la dirección de las ruedas traseras (8) por medio del sistema de dirección asistida en dependencia de la señal de dirección, y durante el desplazamiento hacia adelante del vehículo a una velocidad anterior a la primera velocidad máxima, para desactivar el sistema de dirección asistida, con el resultado de que el eje trasero actúa como un eje de arrastre.

2. El eje trasero de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene un dispositivo de desactivación (10') para el bloqueo de un movimiento de la dirección de las ruedas traseras (8) en una posición recta en el caso de desplazamiento en reversa, la unidad de control (37) que se diseña para desactivar el dispositivo de desactivación (10') cuando el sistema de dirección está activado y para permitir el bloqueo mediante el dispositivo de desactivación (10') cuando el sistema de dirección asistida está desactivado.

3. El eje trasero de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la unidad de control (37) se diseña para mover las ruedas traseras (8) a la posición recta por medio del sistema de dirección asistida durante el desplazamiento en reversa del vehículo (1) en una velocidad anterior a una segunda velocidad máxima especificada para el desplazamiento en reversa, preferentemente una velocidad de no más de 20 km/h y con mayor preferencia una velocidad de no más de 15 km/h, para permitir el bloqueo del eje trasero mediante el dispositivo de desactivación (10') y luego para desactivar el sistema de dirección asistida.

4. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de control (37) se diseña para desactivar el sistema de dirección asistida cuando el vehículo (1) está estacionado.

5. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la bomba hidráulica (23) se diseña como una bomba inversora, cuya dirección de la bomba es reversible al cambiar la dirección de rotación con el fin de alimentar selectivamente el fluido hidráulico a uno de los dos puertos (27a, 27b), y en donde el cilindro de dirección (20) tiene dos cámaras del cilindro (20a, 20b), que cada una se conecta a uno de los dos puertos (27a, 27b) de la bomba hidráulica.

6. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cilindro de dirección (20) tiene dos cámaras de presión (20a, 20b) que pueden presurizarse alternativamente mediante la bomba hidráulica (23) y cada una de las cuales puede despresurizarse a través de una línea de flujo de retorno que conduce a un tanque (25), cuya línea de flujo de retorno se deriva de una línea de suministro y se proporciona con una válvula controlable eléctricamente o de forma hidráulica (35a, 35b).

7. El eje trasero de acuerdo con la reivindicación 6, en donde las válvulas (35a, 35b) se diseñan como válvulas de apertura normal controladas eléctricamente.

8. El eje trasero de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en donde la unidad de control (37) se diseña para abrir las válvulas (35a, 35b) para la desactivación del sistema de dirección asistida.

9. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en donde las válvulas (35a, 35b) se integran en un bloque de control hidráulico (21).

10. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que tiene al menos un sensor (39) conectado a la unidad de control (37) para la determinación de un ángulo de giro de los ejes cortos (6).

11. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se diseña para un semirremolque y en donde la unidad de control (37) se conecta a un sensor dispuesto en el pivote maestro del semirremolque para la determinación de un ángulo relativo entre el vehículo tractor y el semirremolque con el fin de generar la señal de dirección.

12. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de control (37) se proporciona con una interfaz para un bus de comunicación en el vehículo (38) con el fin de recibir la señal de dirección y/o una señal dependiente de la velocidad de conducción y/o una señal que indique el desplazamiento en reversa.

13. El eje trasero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de control (37) se diseña para evitar un movimiento de la dirección de los ejes cortos dentro de un intervalo angular alrededor de la posición central, en el caso de un semirremolque preferentemente dentro de un intervalo angular de ± 2° entre el vehículo tractor y el semirremolque.

14. El eje trasero de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el dispositivo de desactivación (10') se integra en el cilindro de dirección (20).