WO2020094896A1 - Mecanismo de transmisión de dirección a todas las ruedas de un vehiculo - Google Patents

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Marco PALACIOS BERETTA
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Palacios Beretta Marco
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    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K2007/0069—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor axle being perpendicular to the wheel axle
    • B60K2007/0084—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor axle being perpendicular to the wheel axle the motor axle being vertical

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle all-wheel steering transmission mechanism, which offers a synchronized steering movement transmission solution to all wheels of the vehicle, either to the rear wheels only or to the front wheels only. , in combination with a solution of independent traction to the wheels of the vehicle by means of traction motors associated with each wheel and mounted on an element of the steering itself.
  • the front wheels are capable of turning relative to a vertical axis, using a steering system that acts on the front axle.
  • said vehicles also have a transmission, to transfer the torque generated by the engine to the central point of the drive wheels, which, on many occasions, are the front wheels.
  • the transmission prevents the complete rotation of the wheels with respect to that vertical axis, nor does it even allow the rotation of more than one angular value that is around 45, depending on the manufacturer and the model.
  • 4WS four wheel steering system
  • the 4WS system was once mounted on various tourism models since 1980, such as the Toyota Célica, the Citroen ZX and Xsara, and the Peugeot 306.
  • the 4WS system was once mounted on various tourism models since 1980, such as the Toyota Célica, the Citroen ZX and Xsara, and the Peugeot 306.
  • the steering wheel rotates the front wheels and also the rear wheels, by means of a mechanism that acts on the front and rear wheels at the same time.
  • the all-wheel steering transmission mechanism of a vehicle that constitutes the object of this invention proposes a solution for transmission of the steering movement to all wheels of the vehicle, in combination with an independent traction solution to the wheels of the vehicle by electric traction motors associated with each wheel.
  • the steering transmission mechanism allows the wheels to rotate up to 360 e , guaranteeing the mobility and accessibility of the vehicle to different places, at the same time that it can adopt the most suitable traction by selecting the driving wheels in each case.
  • the steering transmission mechanism basically comprises a steering activation motor controlled by the driver, a transmission box connected to the motor with interposition of a transmission element, which has gears that can be coupled to each other, a rear axle associated with movement of steering of the rear wheels of the vehicle that is connected to the transmission box, as well as a front axle associated with the steering movement of the front wheels of the vehicle that is connected to the transmission box.
  • Position 1 designed for low speeds, sub 30 per hour.
  • the wheels rotate in the opposite direction to virtually shorten the battle and facilitate maneuvers.
  • Position 2 designed for high speeds.
  • the wheels rotate in the same direction to increase stability on the road but are limited to 45 ° to avoid accidents.
  • Position 3 The wheels rotate in the same direction but up to 90 ° to park in parallel. This mode must be activated when stopped and its maximum speed would be limited to 10 kilometers per hour.
  • the steering transmission mechanism stands out mainly because it additionally comprises toothed gears that are linked to each wheel through a support and on which the electric traction motors are mounted, which independently drive the movement of rotary traction of each wheel of the vehicle.
  • the sprockets are connected by a kinematic chain to the rear axle and to the front axle so that the rotary movement of each shaft determines through the kinematic chain the rotary movement of the ring gear and consequently the steering movement of the gear wheel.
  • vehicle around its vertical axis and jointly with its electric traction motor.
  • Figure 1. Shows a plan view of the steering transmission mechanism of a four-wheeled vehicle according to the characteristics of the present invention.
  • Figure 2. Shows an elevational view of a detail of elements of the transmission mechanism coupled to one of the wheels of the vehicle.
  • the mechanism basically consists of a motor (1) that activates the direction controlled by the driver, which is connected to a transmission box (4) by a transmission element (2), which can be a belt for example, having the transmission case (4) with gears that can be coupled to each other and a selector (5) that acts on the gears.
  • the mechanism also has a rear axle (3) associated with the steering movement of the rear wheels (15) of the vehicle and a front axle (6) associated with the steering movement of the front wheels (20) of the vehicle, shafts (3 , 6) which in turn are connected to the transmission box (4).
  • the mechanism has a selector (5) that acts on the gears of the transmission box (4), to activate at will the direction of rotation of the rear wheels (15) and front wheels (20).
  • the mechanism may have a cardan joint that connects respectively to an attack shaft (7) provided with a first conical toothed wheel (22) at its end than at its instead it meshes with a third toothed wheel (23), which transmits the movement of each shaft (3, 6) towards the respective rear wheels (15) or towards the respective front wheels (20).
  • axes (8) which in turn incorporate a second conical gear wheel (9) at its other end, as shown in the figure 2, which meshes in a conical toothed crown (10) perpendicular to the axis (8) and horizontal, which is integral with a horizontal straight gear (1 1) located at a level lower than that of the conical toothed crown (10), the which in turn meshes with a straight toothed crown (12) that is linked to the wheel (15, 20) through a support (21).
  • the rear wheels (15) and / or the front wheels (20) of the vehicle can be rotated synchronously up to 360 e .
  • the mechanism Associated with each of the straight toothed crowns (12), the mechanism has an electric traction motor (14) that connects to the vehicle wheel (15, 20), preferably through the intermediary of the corresponding transmission, in this case formed by the gears (16, 17), to cause the turning and pulling movement of the vehicle wheel (15, 20) with respect to its axial axis that determines the movement of the vehicle.
  • an electric traction motor (14) that connects to the vehicle wheel (15, 20), preferably through the intermediary of the corresponding transmission, in this case formed by the gears (16, 17), to cause the turning and pulling movement of the vehicle wheel (15, 20) with respect to its axial axis that determines the movement of the vehicle.
  • the kinematic chain referred to in the section describing the invention would in this case be formed by the elements comprised between the shaft (3, 6) and the straight ring gear (12), that is, the attack axes (7) respectively associated with the shaft front (6) and rear axle (3) which are equipped with the first conical sprocket (22) at its end, which in turn meshes with the third gear wheel (23), and on both sides of the third gear wheel (23) are the ends of the shafts (8) that are directed towards the right wheels and left of the front wheels (20) or rear wheels (15) of the vehicle to transmit the movement towards the corresponding sprockets (12), as well as it would additionally comprise the second conical sprockets (9) arranged at the other end of the axle ( 8) which in turn mesh with the conical toothed crown (10) perpendicular to the axis (8) and horizontal, which is integral with the straight gear (1 1) which in turn meshes with the straight toothed crown (12).
  • Figure 2 shows that the electric traction motor (14) is mounted on the straight ring gear (12) with the intermediary of a support element (13), so that during the directional movement of the straight ring gear ( 12) the wheel (15, 20) turns, and at the same time its corresponding electric traction motor (14) moves like a block.
  • Figure 2 also shows that the support (21) is associated with a profile (18) that facilitates the support of the gears (16, 17).

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Abstract

El mecanismo ofrece una solución de transmisión del movimiento de dirección sincronizado a todas las ruedas del vehículo, o bien a las ruedas traseras sólo o a las ruedas delanteras sólo, en combinación con una solución de tracción independiente a las ruedas del vehículo mediante unos motores de tracción (14) asociados a cada rueda (15, 20). Incorpora unas coronas dentadas (12) que están vinculadas a cada rueda (15, 20) y sobre las que se montan los motores de tracción (14), estando dichas coronas dentadas (12) conectadas mediante una cadena cinemática al árbol trasero (3) y al árbol delantero (6) de modo que el movimiento giratorio de cada árbol (3, 6) determina el movimiento giratorio de la corona dentada (12) y por consiguiente el movimiento de dirección de la rueda del vehículo (15, 20) en torno a su eje vertical y solidariamente de su motor de tracción (14).

Description

MECANISMO DE TRANSMISIÓN DE DIRECCIÓN A TODAS LAS RUEDAS DE UN
VEHICULO
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OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un mecanismo de transmisión de dirección a todas las ruedas de un vehículo, que ofrece una solución de transmisión del movimiento de dirección sincronizado a todas las ruedas del vehículo, o bien a las ruedas traseras sólo o a las ruedas delanteras sólo, en combinación con una solución de tracción independiente a las ruedas del vehículo mediante unos motores de tracción asociados a cada rueda y montados sobre un elemento de la propia dirección.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la mayoría de los vehículos autopropulsados, sólo las ruedas delanteras tienen posibilidad de girar respecto a un eje vertical, mediante un sistema de dirección que actúa sobre el eje delantero. Por otra parte, dichos vehículos cuentan además con una transmisión, para transferir el par motor generado por el motor al punto central de las ruedas tractoras que, en numerosas ocasiones, son las ruedas delanteras.
En el estado actual de la técnica, la transmisión impide el giro completo de las ruedas respecto a ese eje vertical, ni tan siquiera permite el giro de más de un valor angular que está en el entorno de los 45, en función del fabricante y el modelo.
Existen modelos de sistemas de dirección que incorporan una dirección adicional aplicada sobre el eje trasero que, en determinadas circunstancias, permite girar las ruedas traseras a la vez que las delanteras, generalmente en sentido contrario, para facilitar maniobrabilidad.
Un ejemplo de esta solución de dirección a las cuatro ruedas se denomina sistema 4WS (four wheel steering system), que permite realizar maniobras con menor diámetro de giro, así como trazar las curvas a cierta velocidad con mayor seguridad. El sistema 4WS fue montado en su momento en diversos modelos de turismo desde 1980, tales como el Toyota Célica, los Citroen ZX y Xsara, y el Peugeot 306. Actualmente lo llevan muy pocos modelos nuevos, por ejemplo, alguna de las versiones más deportivas del Renault Laguna.
En otro ejemplo de dirección a las cuatro ruedas, implementado por ejemplo en el nuevo modelo de Honda Prelude, y que presenta mayor complejidad que el sistema 4WS, el volante de la dirección hace girar las ruedas delanteras y también las ruedas traseras, por medio de un mecanismo que actúa sobre las ruedas delanteras y las traseras al mismo tiempo.
Existen por otra parte soluciones que permiten girar las ruedas de un vehículo en torno a un eje vertical que pasa por el centro de las ruedas, de aplicación en camiones, maquinaria pesada y vehículos militares, para conseguir maniobrabilidad mejorada en condiciones de espacio reducido.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El mecanismo de transmisión de dirección a todas las ruedas de un vehículo que constituye el objeto de esta invención propone una solución de transmisión del movimiento de dirección a todas las ruedas del vehículo, en combinación con una solución de tracción independiente a las ruedas del vehículo mediante unos motores eléctricos de tracción asociados a cada rueda.
Mediante el presente mecanismo se consigue proporcionar una tracción total o parcial a las ruedas del vehículo en coordinación con la transmisión del movimiento de dirección a las ruedas delanteras, traseras o a ambas sin que se produzca una pérdida de transmisión del par a las ruedas durante su giro. El mecanismo de transmisión de dirección permite girar las ruedas hasta 360e lo que garantiza la movilidad y accesibilidad del vehículo a diferentes lugares, al mismo tiempo que puede adoptar la tracción más adecuada seleccionando las ruedas motrices en cada caso.
El mecanismo de transmisión de dirección comprende fundamentalmente un motor de activación de la dirección que controla el conductor, una caja de transmisión conectada al motor con interposición de un elemento de transmisión, que dispone de unos engranajes acoplables entre sí, un árbol trasero asociado al movimiento de dirección de las ruedas traseras del vehículo que está conectado a la caja de transmisión, así como un árbol delantero asociado al movimiento de dirección de las ruedas delanteras del vehículo que está conectado a la caja de transmisión.
Adicionalmente cuenta con un selector que actúa sobre los engranajes de la caja de transmisión, para activar a voluntad el sentido de giro de las ruedas traseras y delanteras, que puede ser opuesto o igual.
Se han previsto por ejemplo estos tres posibles modos de funcionamiento correspondientes a tres posiciones del selector:
Posición 1 : pensada para bajas velocidades, sub 30 por hora. Las ruedas giran en sentido opuesto para acortar la batalla de forma virtual y facilitar las maniobras.
Posición 2: pensada para altas velocidades. Las ruedas giran en el mismo sentido para aumentar la estabilidad en carretera pero están limitadas a 45° para evitar accidentes.
Posición 3: las ruedas giran en el mismo sentido pero hasta 90° para estacionar en paralelo. Este modo se tiene que activar en parado y su velocidad máxima estaría limitada a 10 kilómetros por hora.
A partir de esta configuración, el mecanismo de transmisión de dirección destaca fundamentalmente porque comprende adicionalmente unas coronas dentadas que están vinculadas a cada rueda a través de un soporte y sobre las que se montan los motores eléctricos de tracción que accionan de forma independiente el movimiento de tracción giratorio de cada rueda del vehículo.
Las coronas dentadas están conectadas mediante una cadena cinemática al árbol trasero y al árbol delantero de modo que el movimiento giratorio de cada árbol determina a través de la cadena cinemática el movimiento giratorio de la corona dentada y por consiguiente el movimiento de dirección de la rueda del vehículo en torno a su eje vertical y solidariamente de su motor eléctrico de tracción. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en planta del mecanismo de transmisión de dirección de un vehículo de cuatro ruedas de acuerdo con las características de la presente invención.
Figura 2.- Muestra una vista en alzado de un detalle de elementos del mecanismo de transmisión acoplados a una de las ruedas del vehículo.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras se describe a continuación un modo de realización preferente del mecanismo de transmisión de la dirección a todas las ruedas de un vehículo que constituye el objeto de la presente invención.
En la figura 1 se observa que el mecanismo consta fundamentalmente de un motor (1 ) de activación de la dirección que controla el conductor, que está conectado a una caja de transmisión (4) por un elemento de transmisión (2), que puede ser una correa por ejemplo, contando la caja de transmisión (4) con unos engranajes acoplables entre sí y un selector (5) que actúa sobre los engranajes.
El mecanismo dispone asimismo de un árbol trasero (3) asociado al movimiento de dirección de las ruedas traseras (15) del vehículo y un árbol delantero (6) asociado al movimiento de dirección de las ruedas delanteras (20) del vehículo, árboles (3, 6) que a su vez están conectados a la caja de transmisión (4).
El mecanismo dispone de un selector (5) que actúa sobre los engranajes de la caja de transmisión (4), para activar a voluntad el sentido de giro de las ruedas traseras (15) y delanteras (20). Asociado al árbol delantero (6) y al árbol trasero (3), el mecanismo puede disponer de una junta cardan que conecta respectivamente con un eje de ataque (7) dotado de una primera rueda dentada cónica (22) en su extremo que a su vez engrana con una tercera rueda dentada (23), que transmite el movimiento de cada árbol (3, 6) hacia las respectivas ruedas traseras (15) o hacia las respectivas ruedas delanteras (20).
A ambos lados a la salida de la tercera rueda dentada (23), se dispone de sendos ejes (8), que a su vez incorporan una segunda rueda dentada cónica (9) en su otra extremidad, tal y como se observa en la figura 2, que engrana en una corona dentada cónica (10) perpendicular al eje (8) y horizontal, la cual es solidaria a un engranaje recto (1 1 ) horizontal ubicado en un nivel inferior al de la corona dentada cónica (10), el cual a su vez engrana con una corona dentada recta (12) que está vinculada a la rueda (15, 20) a través de un soporte (21 ).
De esta forma, el movimiento de las primeras ruedas dentadas cónicas (22) accionadas por el árbol (3, 6) correspondiente, determina el giro de las segundas ruedas dentadas cónicas (9), que ocasiona el giro de la corona dentada cónica (10) y a su vez el del engranaje recto (1 1 ) y por tanto de la corona dentada recta (12) que determina el movimiento direccional de la rueda del vehículo (15, 20) en torno a su eje vertical.
Mediante los elementos del mecanismo descrito en el párrafo anterior se consigue girar de forma sincronizada las ruedas traseras (15) y/o las ruedas delanteras (20) del vehículo hasta 360e.
Asociado a cada una de las coronas dentadas rectas (12), el mecanismo dispone de un motor eléctrico de tracción (14) que conecta con la rueda del vehículo (15, 20), preferentemente con intermediación de la correspondiente transmisión, en este caso formada por los engranajes (16, 17), para ocasionar el movimiento de giro y tracción de la rueda del vehículo (15, 20) respecto a su eje axial que determina el movimiento del vehículo.
La cadena cinemática referida en el apartado descripción de la invención estaría formada en este caso por los elementos comprendidos entre el árbol (3, 6) y la corona dentada recta (12), esto es los ejes de ataque (7) respectivamente asociados al árbol delantero (6) y al árbol trasero (3) que están dotados de la primera rueda dentada cónica (22) en su extremo, que a su vez engrana con la tercera rueda dentada (23) , y a ambos lados de la tercera rueda dentada (23) están dispuestas las extremidades de los ejes (8) que se dirigen hacia las ruedas derecha e izquierda de las ruedas delanteras (20) o ruedas traseras (15) del vehículo para transmitir el movimiento hacia las correspondientes coronas dentadas (12), así como adicionalmente comprendería .las segundas ruedas dentadas cónicas (9) dispuesta en la otra extremidad del eje (8) que a su vez engranan en la corona dentada cónica (10) perpendicular al eje (8) y horizontal, la cual es solidaria al engranaje recto (1 1 ) que a su vez engrana con la corona dentada recta (12).
En la figura 2 se observa que el motor eléctrico de tracción (14) se encuentra montado sobre la corona dentada recta (12) con intermediación de un elemento de apoyo (13), de modo que durante el movimiento direccional de la corona dentada recta (12) se ocasiona el giro de la rueda (15, 20), y al mismo tiempo de su correspondiente motor eléctrico de tracción (14) desplazándose como un bloque.
En la figura 2 se aprecia asimismo que el soporte (21 ) está asociado a un perfil (18) que facilita la sustentación de los engranajes (16, 17).

Claims

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1 Mecanismo de transmisión de la dirección a todas las ruedas (15, 20) de un vehículo, donde el mecanismo comprende:
- un motor (1 ) de activación de la dirección que controla el conductor,
- una caja de transmisión (4) conectada al motor (1 ) con intermediación de un elemento de transmisión (2), que dispone de unos engranajes acoplables entre sí,
- un árbol trasero (3) asociado al movimiento de dirección de las ruedas traseras
(15) del vehículo que está conectado a la caja de transmisión (4),
- un árbol delantero (6) asociado al movimiento de dirección de las ruedas delanteras (20) del vehículo que está conectado a la caja de transmisión (4),
- un selector (5) que actúa sobre los engranajes de la caja de transmisión (4), para activar a voluntad el sentido de giro de las ruedas traseras (15) y delanteras (20), estando el mecanismo caracterizado porque comprende adicionalmente:
-unas coronas dentadas (12) que están vinculadas a cada rueda (15, 20) a través de un soporte (21 ) y sobre las que se montan unos motores eléctricos de tracción (14) que accionan de forma independiente el movimiento de tracción giratorio de cada rueda del vehículo (15, 20),
en el que las coronas dentadas (12) están conectadas mediante una cadena cinemática al árbol trasero (3) y al árbol delantero (6) de modo que el movimiento giratorio de cada árbol (3, 6) determina a través de la cadena cinemática el movimiento giratorio de la corona dentada (12) y por consiguiente el movimiento de dirección de la rueda del vehículo (15, 20) en torno a su eje vertical y solidariamente de su motor eléctrico de tracción (14).
2.- Mecanismo de transmisión de la dirección a todas las ruedas de un vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la cadena cinemática comprende sendos ejes de ataque (7) respectivamente asociados al árbol delantero (6) y al árbol trasero (3) que están dotados de una primera rueda dentada cónica (22) en su extremo, que a su vez engrana en una tercera rueda dentada (23), y a ambos lados de la tercera rueda dentada (23) están dispuestas las extremidades de unos ejes (8) que se dirigen hacia las ruedas derecha e izquierda de las ruedas delanteras (20) o ruedas traseras
(16) para transmitir el movimiento hacia las correspondientes coronas dentadas (12).
3.- Mecanismo de transmisión de la dirección a todas las ruedas de un vehículo de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque la cadena cinemática comprende adicionalmente unas segundas ruedas dentadas cónicas (9) dispuestas en la otra extremidad del eje (8) que a su vez engranan en una corona dentada cónica (10) perpendicular al eje (8) y horizontal, la cual es solidaria a un engranaje recto (1 1 ) horizontal ubicado en un nivel inferior al de la corona dentada cónica (10), el cual a su vez engrana con la corona dentada recta (12), de modo que el movimiento de las primeras ruedas dentadas cónicas (22) accionadas por el árbol (3, 6) correspondiente, determina el giro de las segundas ruedas dentadas cónicas (9), que ocasiona el giro de la corona dentada cónica (10) y a su vez el del engranaje recto (1 1 ) y por tanto de la corona dentada recta (12) que determina el movimiento direccional de la rueda del vehículo (15, 20) en torno a su eje vertical.
4.- Mecanismo de transmisión de la dirección a todas las ruedas de un vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el motor eléctrico de tracción (14) se encuentra montado sobre la corona dentada recta (12) con intermediación de un elemento de apoyo (13).
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