WO2021051176A1

WO2021051176A1 - Sistema rodoviário integrado de rodagem

Info

Publication number: WO2021051176A1
Application number: PCT/BR2020/050080
Authority: WO
Inventors: Manoel RODRIGUES DE LIMA NETO
Original assignee: Rodrigues De Lima Neto Manoel
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-03-25
Also published as: BR102019019631A2

Abstract

Sistema rodoviário integrado de rodagem, no qual os sistemas que compõem o conjunto de rodagem de um veículo, nomeadamente conjuntos rodantes (pneus e rolamentos), roda, freios, suspensão, direção e tração (motor elétrico) estão montados em configuração compacta no interior da roda. Este sistema, devido à sua concepção técnica, apresenta uma série de vantagens em relação aos sistemas de rodagem automotivos tradicionais.

Description

“SISTEMA RODOVIÁRIO INTEGRADO DE RODAGEM”.

[0001] Refere-se o presente pedido de patente de invenção a um “SISTEMA RODOVIÁRIO INTEGRADO DE RODAGEM”, no qual os sistemas que compõem o conjunto de rodagem de um veículo, nomeadamente conjuntos rodantes (pneus e rolamentos), roda, freios, suspensão, direção e tração (motor elétrico) estão montados em configuração compacta no interior da roda. Este sistema, devido à sua concepção técnica, apresenta uma série de vantagens em relação aos sistemas de rodagem automotivos tradicionais, conforme será explanado no projeto conceptivo do mesmo a seguir.

Estado da técnica

[0002] Quando se fala em automóveis ou utilitários (caminhões), pode-se perceber a grande evolução desde o advento destes, há mais de 100 anos. No entanto, verifica-se que O PARADIGMA da configuração automotiva não mudou desde então. Tipos de suspensão, freios, tração, direção e pneus foram desenvolvidos, mas o conceito é basicamente o mesmo, com evoluções não no conceito, mas nas tecnologias envolvidas.

[0003] Já é patente a necessidade de veículos não poluentes, visando se adequar às novas realidades que o mundo impõe. Veículos puramente elétricos emitem zero emissões de poluentes, bem como poluição sonora consideravelmente inferior, além de serem mais eficientes em termos de custos e eficiência energética. O aumento populacional tem uma tendência exponencial, logo veículos eficientes energeticamente se fazem cada vez mais necessários. [0004] Os sistemas de rodagem tradicionais de freios, suspensão, direção, tração e rodagem ocupam significativo espaço no interior do veículo, logo há um grande espaço que poderia ser aproveitado se houvesse um sistema de rodagem mais compacto.

[0005] Caminhões atualmente possuem uma altura elevada para carregamento, muitas vezes superiores a 1,80 m. Deve-se elevar a carga até esta altura para carregamento. Há desta forma uma demanda enorme de energia para elevar as cargas. Veículos com carrocerias mais baixas poderiam reduzir muito esta altura de carga, aumentando a eficiência do processo de carga e descarga. [0006] Sabe-se que motores a combustão tem um aproveitamento energético de combustível da ordem de 33%. Ou seja, de toda energia gerada pelo combustível, somente 33% é aproveitada se tomando efetivamente força motriz. Todo o restante é dissipado nas formas de energia térmica, energia sonora, per das viscosas, per das mecânicas, dentre outras. Motores elétricos apresentam uma eficiência energética de até 98%, o que reduziria tremendamente os custos energéticos de rodagem.

[0007] Utilitários de grande porte, tais quais caminhões e ônibus, possuem uma altura elevada, chegando a até 4,5 m. Isto gera uma área frontal aerodinâmica muito elevada, tomando-se desta forma altamente ineficiente em termos aerodinâmicos. Veículos mais baixos podem melhorar significativamente a eficiência aerodinâmica destes veículos, e por consequência otimizando a eficiência energética.

[0008] Sistemas de suspensão possuem nos amortecedores uma de suas fraquezas, haja vista que estes são altamente suscetíveis a quebras prematuras, devido a sua concepção técnica e de configuração mecânica. Veículos que dispensem amortecedores e utilizem somente molas na suspensão reduziriam os custos de manutenção, bem como apresentariam durabilidade e confiabilidade muito superiores.

[0009] Componentes móveis de suspensão tais quais braços, bieletas, buchas, bandejas, terminais, dentre outros geram uma suscetibilidade mecânica deveras elevada, reduzindo a durabilidade e confiabilidade do veículo. Um sistema que reduza a quantidade destes componentes certamente irá reduzir custos e aumentar a eficiência do sistema como um todo.

[0010] Um sistema de tração convencional tem elevadas perdas, seja viscosas, mecânicas ou de energia térmica. Estas perdas reduzem consideravelmente a eficiência mecânica do sistema, aumentando os custos energéticos e reduzindo a eficiência. Um sistema que tracione as rodas diretamente reduziria custos e aumentaria a confiabilidade do sistema.

[0011] Veículos atualmente tem 01 ou 02 eixos direcionais, sendo que todos os outros eixos são fixos, não esterçam. Um veículo que pudesse esterçar todas suas rodas resultaria em aumento expressivo em eficiência direcional, de conforto, de manobra, energética e de segurança.

[0012] E sabido que motores a combustão, além de poluentes, apresentam elevada quantidade de componentes, bem como elevados custos de aquisição e manutenção. Sendo dotados de somente 1 motor em cada veículo, não há margem para falhas. Se o motor falhar, o veículo todo para. Já em veículos que possuem 1 motor elétrico em cada roda, a confiabilidade é aumentada de 300% a 1.500%, a depender da quantidade de rodas que o veículo possuir.

[0013] O peso de veículos tradicionais é outro aspecto importante. Quanto maior o peso, menor a eficiência energética. Pesados motores a combustão, bem como pesados sistemas de direção, suspensão, freios e tração impõem uma elevação significativa do peso do veículo. Conjuntos motrizes e de rodagem compactos em cada roda aumentariam a eficiência do sistema, bem como reduziriam o peso do veículo, e por consequência reduzindo os custos energéticos de rodagem.

[0014] Não se pode deixar de destacar as constantes paradas que veículos movidos a motor a combustão devem realizar para revisões, trocas de óleo e manutenções preventivas. Veículos puramente elétricos não apresentam este inconveniente, podendo operar constantemente sem necessidade de paradas constantes tais quais nos sistemas tradicionais.

[0015] O modal rodoviário de cargas, em maior ou menor grau, é basicamente advindo do conceito de ‘carroça’. Um chassi com rodas puxado por um cavalo mecânico (rodoviário). Este sistema apresenta elevados custos operacionais, bem como significativas limitações de velocidade, praticidade, custos, eficiência e segurança. O presente sistema é uma evolução que resolve grande parte destes problemas.

[0016] Com o intuito de solucionar tais problemas desenvolveu-se a presente invenção. A proposta deste sistema é que se substitua os sistemas tradicionais de suspensão, pneus, rolamentos, direção, freios e tração e se substitua por um sistema significativamente mais simples, barato, eficiente, confiável e durável. [0017] Este invento será superior nos seguintes aspectos: eficiência operacional, aerodinâmica, custos de fabricação, custos de aquisição, custos de manutenção, custos operacionais, emissão de poluentes, ruídos, vibrações, segurança operacional, economia/ eficiência energética, complexidade técnica, custos com combustível/energia, confiabilidade, desempenho dinâmico, peso, diminuição drástica na quantidade de componentes, redução de falhas, eficiência energéticas, perdas viscosas, perdas mecânicas, perdas sonoras, perdas térmicas, aproveitamento de espaço.

[0018] A invenção poderá ser melhor compreendida através da seguinte descrição detalhada, em consonância com as figuras em anexo, onde:

[0019] Na FIGURA 1 tem-se uma visão geral em perspectiva do Sistema, onde se visualiza o disco (1) e pinças (2) do sistema de frenagem. Também pode-se identificar o pneu externo (3).

[0020] Na FIGURA 2 tem-se a vista do interior do sistema, no qual se identifica os sistemas de direção (4) e suspensão (5).

[0021] Na FIGURA 3 temos uma vista em corte (interior foi suprimido), onde pode-se identificar o pneu externo (3), o pneu interno (6), bem como as abas de fixação dos pneus externo (7) e interno (8) na roda externa. Basicamente o pneu externo (pneumático) abriga o pneu interno (material elastopolimérico sólido). Ou seja, o pneu externo (3) é preenchido com ar nos interstícios entre este e o pneu interno, e o pneu interno (6) constitui-se de material elástico rígido, que permite o veículo transitar mesmo com o pneu externo furado, permitindo-se deslocamento até local para reparo do mesmo.

[0022] Na FIGURA 4 tem-se o sistema de direção do veículo, onde uma cremalheira circular (4.1) conectada à roda do veículo, desliza por dentro da bainha (4.2) através de roletes (4.3) entre a cremalheira e a bainha. Em vista da base do sistema (4.5) estar fixado no eixo / carroceria do veículo, tem-se as guias (4.4) para deslocamento vertical. A direção é realizada por motor elétrico (4.6) que possui um eixo triangular (4.7), solidário a um pinhão. Este pinhão gira e desloca a cremalheira, (4.1), que por sua vez procede o direcionamento da roda.

[0023] Na FIGURA 5 tem-se o sistema de suspensão do veículo (5). Importante ressaltar que neste sistema de rodagem, a porção externa da roda gira, mas a porção interna permanece fixa, ou seja, não gira. Neste aro interno da roda está posicionada a suspensão (5). Esta suspensão é dotada de uma mola de tração superior (5.1) e de uma mola e compressão (5.2). A mola de compressão (5.2) trabalha como elemento elástico, suportando o peso estático e dinâmico do veículo, sendo que a mola de tração (5.1) age como amortecedor. As molas conectam-se a rolamentos axiais (5.3), haja vista que estas geram leves movimentos de rotação quando trabalham. O braço principal central (5.4) fica entre as molas de tração (5.1) e de compressão (5.2), e no interior das molas tem-se os cilindros concêntricos (5.5) que suportam o sistema. Este sistema de suspensão possui inúmeras vantagens em relação aos sistemas tradicionais, no sentido de que não possui itens altamente suscetíveis a quebras, tais quais amortecedor, braços, bieletas, buchas, terminais, dentre outros. Trata-se de um sistema robusto, durável, confiável, simples e barato.

[0024] Prosseguindo na FIGURA 5, temos a luva de conexão (5.7), ligada ao braço principal central (5.4). Esta luva de conexão (5.7) é conectada por sistema cónico concêntrico ao eixo conectado à carroceria (5.9). Para travamento da luva de conexão (5.7) ao eixo conectado à carroceria (5.9), temos engates rápidos de acionamento manual (5.8). Estes engates rápidos (5.8) são travados por uma abraçadeira (5.10).

[0025] Na FIGURA 6 temos um desenho complementar do sistema de suspensão, onde se verifica as molas de tração (5.1) e compressão (5.2), que trabalham em conjunto, apoiadas no braço principal (5.4). Estas molas giram através dos rolamentos axiais (5.3), na medida em que realizam um leve movimento de rotação quando trabalham. No interior das molas tem-se os cilindros concêntricos (5.5) que suportam o sistema. Pode-se visualizar também os conectores à porção interna do aro interno do sistema.

[0026] Na FIGURA 7 tem-se o sistema de direção novamente, onde se destaca os roletes (4.3) que permitem que a cremalheira circular deslize no interior da bainha. Como esta cremalheira está conectada ao aro interno da roda, realiza-se desta forma a direção da roda.

[0027] Na FIGURA 8 é mostrado o sistema de direção, com destaque para o pinhão (4.9), fixado a rolamentos axiais (4.8). No interior deste pinhão desliza um eixo triangular (o eixo desliza pois no interior do pinhão há roletes também que possibilitam este movimento). Este eixo triangular, por sua vez, está conectado ao motor elétrico. Este motor comanda a direção da roda através de sua rotação.

[0028] A FIGURA 9 é ilustrativa para demonstrar como o sistema funciona. A parte externa da roda (9), que contém rolamentos, rotor do motor elétrico, pneus e aro externo, esta parte gira, enquanto o interior da roda (10), aro interno, que comporta freios, suspensão, direção e estatores do motor elétrico, permanecem fixos.

[0029] Na FIGURA 10 se visualiza o sistema em vista ‘explodida’. Tem-se, nomeadamente, o pneu externo pneumático (3), pneu interno sólido (6), aro externo móvel (11), no qual são acoplados os pneus. Tem-se dois rolamentos de esferas de grandes dimensões (12). Um rolamento externo e outro interno. Estes rolamentos (12) ficam entre os dois aros, interno (15) e externo (11), permitindo a rotação do aro externo, pneus (3) (6). Na sequência tem-se o rotor do motor elétrico (13) e o estator deste (14). Diferentemente de um motor elétrico tradicional, onde o estator está na parte externa e o rotor na parte interna, neste sistema ocorre o inverso. O rotor (13) fica na parte externa, e o estator (14) fica na parte fixa da roda. Na sequência tem-se o aro interno fixo (15), o sistema de freios a disco, com o disco (1) e as pinças (2), e finalmente os sistemas de suspensão por molas de tração e compressão (5) e direção elétrica por pinhão e cremalheira circular e eixo triangular (4).

[0030] Na FIGURA 11 verifica-se no detalhe o rotor (13), que fica fixado ao aro externo giratório, o estator (14), fixado ao aro interno fixo. O aro interno (15) que abriga os sistemas de freio (1,2), suspensão por molas de tração e compressão (5) e direção elétrica por pinhão e cremalheira circular e eixo triangular (4).

[0031] Na FIGURA 12 tem-se uma vista em corte do sistema, onde se pode identificar o pneu externo (pneumático) (3), o pneu interno sólido (6), o aro externo (11), o rotor do motor elétrico (13) conectado ao aro externo (11), o estator do motor elétrico (14), conectado ao aro interno (15), os rolamentos de esferas de grandes dimensões (12) permitem a rotação entre os aros externo (11) e interno (15). Também identifica-se os sistemas de freios (1, 2), direção elétrica por pinhão e cremalheira circular e eixo triangular (4) e suspensão por molas de tração e compressão (5). Há simbologias que mostram a parte girante (pneus, aro externo, rotor e rolamento) girando e a parte interna (aro interno, parte fixa do rolamento, estator do motor elétrico, suspensão, freios, direção) fixa.

[0032] Na FIGURA 13 tem-se uma ilustração que mostra a parte estática do sistema (10) (aro interno, parte fixa do rolamento, estator do motor elétrico, suspensão, freios, direção) e a parte girante (9) (pneus, aro externo, rotor e rolamento).

[0033] Na FIGURA 14 tem-se proposta de configuração para um automóvel ou veículo com 4 rodas. Na vista superior (18) verifica-se os Sistemas Rodoviários de Rodagem Integrados (17) posicionados nas extremidades. Na vista em perspectiva tem-se o chassi (somente ilustrativo) (16) e os Sistemas Rodoviários de Rodagem Integrados (17). E nítido como há uma considerável melhoria no aproveitamento de espaço, haja vista que os Sistemas Rodoviários de Rodagem Integrados (17) são compactos e dispensam os tradicionais sistemas de motor a combustão, suspensão, transmissão, freios, direção, que ocupam muito espaço. Os Sistemas Rodoviários de Rodagem Integrados (17) permitem desta forma, além de um melhor aproveitamento de espaço, uma considerável maior liberdade de design e projeto dos veículos. Na vista frontal (19) constata- se que, onde seria o compartimento do motor, fica um local no qual podem ser instalados tanto poltronas (adiantadas), compartimento de carga, ou qualquer outro compartimento que se considerar interessante. A liberdade de projeto só será limitada pela criatividade dos engenheiros e projetistas. Tem-se também uma vista lateral (20) do sistema.

[0034] Na FIGURA 15 tem-se algumas propostas das diversas configurações possíveis do Sistema Rodoviário Integrado de Rodagem (17) em veículos, tanto para automóveis pequenos/médios (15.1), automóveis grandes (15.2), Utilitários Esportivos (15.2). Dos itens 15.3 em diante tem-se possíveis configurações de eixos para veículos utilitários, caminhões e ônibus, com pesos brutos totais que variam de 30 toneladas (15.3) até 80 toneladas (15.8).

[0035] Na FIGURA 16 tem-se explanado o Sistema de Diferencial de Rotação Entre As Rodas Nas Curvas. Sabe-se que em uma curva, um veículo desenvolve velocidades angulares maiores nas rodas externas (al) e menores nas rodas internas (a2). Nesta Figura pode-se identificar uma vista frontal do veículo realizando uma curva para sua esquerda (direita de quem olha de frente). Nesta curva, a velocidade angular da roda externa (al) é superior à desenvolvida pelas rodas internas (a2). Para solucionar esta questão, lança-se uso de controle eletrónico de rotação das rodas. O sistema identifica através de sensorização o ângulo da curva e reduz proporcionalmente a velocidade da roda interna através de diminuição de rotação do motor elétrico da roda interna (43) e aumenta proporcionalmente a rotação na roda externa (42). Ou seja, trata-se de um ‘diferencial eletrónico’, e não mecânico, como é utilizado atualmente na indústria automobilística.

[0036] Na FIGURA 17 tem-se a vista superior de um veículo com 12 Sistemas Rodoviários de Rodagem Integrados instalados, realizando uma curva à direita, com ângulo de curva ‘a’. Verifica-se que todos os conjuntos de rodagem (18) esterçam. Mostra-se nesta imagem que todas as rodas são esterçantes. Ou seja, diferentemente de um veículo convencional, que possui somente 1 ou 2 eixos direcionais (caminhões e ônibus com 2 eixos direcionais), o Sistema Rodoviário Integrado de Rodagem, objeto desta patente, permite que TODAS rodas do veículo estercem, permitindo desta forma um controle direcional e dinâmico mais eficiente.

[0037] Importa ressaltar que no Sistema Rodoviário Integrado de Rodagem (17), objeto do presente relatório, todas rodas do veículo tracionam, freiam, esterçam, são direcionais e tem suspensão independente. Este aspecto crucial permite uma dirigibilidade ímpar do veículo, além de, devido à sua concepção, ser um sistema perfeitamente adaptável a veículos autónomos, além, é claro, de também adequado a veículos pilotados presencialmente por humanos.

Claims

REIVINDICAÇÃO

1 - “SISTEMA RODOVIÁRIO INTEGRADO DE RODAGEM” compreendido por um disco (1) pinças (2) e pneu externo (3), caracterizado pelo sistema ser composto por pneu externo pneumático (3), pneu interno sólido (6), aro externo móvel (11), dois rolamentos de esferas (12) posicionados entre os dois aros interno (15) e externo (11), permitindo a rotação do aro externo dos pneus (3) (6), rotor do motor elétrico (13) e o estator deste (14) na sequência tem-se o aro interno fixo (15), o sistema de freios a disco, com o disco (1) e as pinças (2), os sistemas de suspensão por molas de tração e compressão (5) e direção elétrica por pinhão e cremalheira circular e eixo triangular (4.7), sendo que do interior da roda acondicionar o sistema de direção (4) e suspensão (5), sendo que sob o pneu externo (3) é posicionado o pneu interno (6), dotado de abas de fixação dos externa (7) e interna (8) na roda externa, ambos confeccionados em elastômeros rígidos, o sistema de direção (4) é constituído por uma cremalheira circular (4.1) conectada à roda do veículo, e desliza por dentro da bainha (4.2) através de roletes (4.3), enquanto sua base (4.5) esta fixado no eixo/carroceria do veículo, e é provida de guias (4.4) de deslocamento vertical, entre as quais verifica-se um motor elétrico (4.6) que comanda a direção através de um eixo triangular (4.7), solidário a um pinhão (4.9) posicionado entre rolamentos axiais (4.8), e que gira e desloca a cremalheira (4.1), que direciona da roda, sendo a suspensão (5) dotada de uma mola de tração superior (5.1) e de uma mola e compressão (5.2) inseridas em cilindros concêntricos (5.5) conectadas a rolamentos axiais (5.3) e entre as quais verifica-se braço principal central (5.4), que projeta uma luva de conexão (5.7), conectada por sistema cónico concêntrico ao eixo conectado à carroceria (5.9) e travada através de engates rápidos de acionamento manual (5.8) dotados de abraçadeira (5.10).

2 - “SISTEMA RODOVIÁRIO INTEGRADO DE RODAGEM” caracterizado pelo pneu ser acoplado a um aro móvel externo, este acoplado à parte rodante do motor elétrico (rotor), e à parte rodante do rolamento de esferas.

3 - “SISTEMA RODOVIÁRIO INTEGRADO DE RODAGEM” caracterizado pelo sistema de sensorização, hardware e software identifica o ângulo de curva e calcula os ângulos de cada roda, nas curvas.

4 - “SISTEMA RODOVIÁRIO INTEGRADO DE RODAGEM” caracterizado por cada roda englobar pneumático/roda, motor elétrico, freios, suspensão e direção em 1 conjunto.