ES2762149T3 - Sistema de dirección asistida para vehículos - Google Patents
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Abstract
Las cajas de dirección existentes en el mercado para convertir el giro del volante de la dirección en giro angular de las ruedas, no son adecuadas para integrarse parcialmente en la llanta de las ruedas de un coche eléctrico, además dichas cajas existentes no permiten giros independientes de las ruedas y amplios radios de giro, solucionándose dichas limitaciones mediante un sistema que comprende un cuerpo, en el que se incorporan mediante los correspondientes soportes uno o más motores, que accionan el eje de giro de la dirección de cada rueda directriz en la parte superior de dicho cuerpo, y en la parte inferior una caja de transmisión, una corona circular fija, en la que engranan sendos piñones de ataque, girando los mismos alrededor de la corona, haciendo girar todo el cuerpo, y el eje de giro de la rueda incorporado con los medios adecuados en el citado cuerpo.
Description
DESCRIPCION
Sistema de dirección asistida para vehículos
Objeto de la invención
Más concretamente la invención se refiere dentro del sector de automoción, a la integración de un sistema de dirección en las llantas de un automóvil, suprimiendo por tanto todos convencionalmente los como, componentes que entre otros, la se utilizan columna de dirección y la caja de dirección, que transforma el movimiento rotativo en un movimiento longitudinal de un brazo de mando, situado a la salida de la caja de la dirección propiamente dicha, lo que produce una desmultiplicación en el giro de la ruedas. Otro de los objetos de la invención es que la dirección proyectada incluye los mecanismos que permiten el giro de las ruedas, mediante un accionamiento eléctrico, neumático, o hidráulico, como sistemas de energía de unos motores de la misma naturaleza.
Estado de la Técnica
La fabricación de automóviles eléctricos y de motor de explosión no es nueva y data de finales del siglo XIX, sin embargo, la constante evolución en la naturaleza y rendimiento de los motores sobre todo los eléctricos, y las baterías para su alimentación, han propiciado innumerables tipos y modificaciones de los mismos.
Paralelamente los materiales utilizados en la construcción de las distintas partes del automóvil cada vez han sido mejores, de menor peso y mayor resistencia y duración, con lo cual, con una determinada energía, sea cual fuere su origen se ha conseguido un mayor kilometraje recorrido del automóvil.
Alternativamente los procesos de fabricación de este tipo de vehículos que no utilizan motores de explosión ha variado desde los simplemente artesanales, los que fabrican en serie, y en algunos casos y más recientemente se abre camino la fabricación por módulos, es decir las distintas partes de un producto se fabrican en centros de producción alejados de la planta de montaje de los vehículos a base de módulos, y después dichos módulos se ensamblan en una fábrica distinta de donde se han manufacturado mismos, la fabricación por módulos se utiliza cada vez más en todos los sectores de la técnica.
Como estado de la técnica concreto se conoce los intentos de la firma Michelín para integrar en la llanta de un vehículo un motor eléctrico en su interior junto con los sistemas de suspensión y frenos, con lo cual poniendo la cubierta correspondiente a la llanta, elimina los sistemas actuales de motorización transmisión suspensión y frenos. Dicho sistema denominado Active Wheel es la base del concepto Venturi Volage, y también la del WILL, construido conjuntamente por la firma Heuliez, fabricante especializado.
En paralelo la firma Siemens ha desarrollado el sistema VDO e Corner, que se materializa en aplicar motores en cada rueda para ser usados en vehículos de pila de combustible o híbridos. Cada rueda no solo incluye un motor eléctrico integrado que suministra la tracción del vehículo sino que también incluye un motor eléctrico de dirección, que ofrece rotación independiente de cada una de las ruedas. Además este diseño incorpora un sistema de suspensión activa y frenos eléctricos.
En el estado de la técnica general un vehículo automóvil está dotado de un sistema que varía la 5 trayectoria a voluntad del conductor, para lo cual la mayor parte de los sistemas conocidos consisten en variar la inclinación longitudinal de las ruedas directrices para cambiar la trayectoria.
La mayoría de los automóviles incorporan un eje delantero que es directriz de manera que el mismo se fija al eje bastidor, y cada rueda se monta sobre los extremos orientables de aquel llamados manguetas, sobre las cuales giran las ruedas locas libremente.
La dirección del automóvil es el conjunto de mecanismos que convierten el giro del volante de la dirección en giro angular de las ruedas. El volante se une a la columna de la dirección, dividida está en varias secciones unidas por articulaciones tipo cardan. La columna termina en la caja de dirección, que convierte el movimiento rotativo de la columna en movimiento longitudinal de un brazo de mando, situado a la salida de la caja.
Existen básicamente dos tipos de cajas de dirección: tornillo sinfín y cremallera, habiéndose impuesto en el mercado esta última, sin embargo, este tipo de cajas de dirección no pueden acoplarse en el interior de la rueda del automóvil, y por tanto carecerían de carácter modular que es el buscado como uno de los fines de la invención.
El documento US2007 / 0045036 revela una dirección asistida eléctrica conocida.
Finalidad de la Invención
Un sistema de dirección para automóviles integrado parcialmente en la llanta de los mismos, utilizando cualquier tipo
de energía, con lo que además de energía eléctrica se podrá utilizar alternativamente, energía hidráulica, neumática, y otras, totalmente distinta a 5 los sistemas de tornillo sin fin, y cremallera que montan de forma habitual en el sector del automóvil.
Otro de los fines de la invención es un sistema de dirección que permita:
• Disponer de giros independientes de las ruedas.
• Tener amplios grados de giro.
• Tener dos motores de giro que aseguran el mismo en caso de fallo de uno de ellos, en cada rueda.
• El efecto de perder la dirección al coger un bache no se tiene. Espacio en el vehículo al prescindir de la columna de dirección en el interior del habitáculo.
Descripción de la Invención.
La invención preconizada es un sistema de dirección para vehículos, dispuesto parcialmente en las llantas del automóvil, y que comprende como elemento destacable en el interior de una caja de mecanismos de transmisión del movimiento de unos motores, una corona fija y unos piñones de ataque para lograr el giro del eje de pi votado de la rueda, que se encuentra en el brazo de suspensión, de manera que después de montar la cubierta correspondiente, cada rueda (llanta más cubierta) , incorpora los frenos y dicho sistema de dirección, estando la suspensión integrada por los elementos necesarios para amortiguar, tanto la masa suspendida como la no suspendida del vehículo, quedando la misma fuera de la llanta.
Sobre dicha corona en transmisión actúan al menos la caja de mecanismos de un motor en principio irán dos por seguridad, los cuales transmiten el movimiento a la corona desde los piñones rectos, inclinados, 5 sinfín, correa dentada y otros, montados en el extremo del eje de los citados motores.
El concepto de sistema de dirección convencional pasa debido a lo que es el objeto de la invención, de una cremallera longitudinal a una corona circular, con las ventajas y fines anteriormente enunciados, comprendiendo como elementos principales:
• Caja de transmisión de la dirección mediante motores.
• Suspensión con los brazos.
• Cuerpo del sistema de dirección.
• Eje de la rueda.
• Rueda, llanta y neumático.
El sistema de dirección objeto de la invención podrá tener múltiples aplicaciones, o bien integrado en la suspensión con los motores que permiten el cambio de trayectoria del automóvil paralelos a los amortiguadores, o bien con los motores integrados en la llanta en posición paralela al suelo, y formando un cierto ángulo con dichos amortiguadores.
Por motivos de seguridad, aunque no es estrictamente necesario, el sistema de dirección preconizado vendrá equipado con uno o más motores, eléctricos, neumáticos, o hidráulicos, con actuación directa en el mecanismo de giro, el cual puede constar a título de ejemplo de un piñón de ataque, engranando en una corona montada en el interior de la llanta.
La suspensión estará constituida por al menos un primer brazo de suspensión, unido al chasis u otro lugar fijo del automóvil portador del amortiguador propiamente dicho, y con la función de soporte del conjunto, y un segundo brazo de suspensión unido al chasis u otro lugar fijo del vehículo, con la misión de soportar al mecanismo de dirección. A su vez los motores que cambian de trayectoria de las ruedas se inmovilizan al segundo brazo de suspensión por los medios adecuados. Con este sistema de dirección los automóviles ganaran espacio interior, ya que su habitabilidad no estará perturbada por la columna de dirección y los medios que a partir del giro del volante por el usuario, giran las ruedas, motivo por el cual en vehículos de los denominados eléctricos en los que el espacio del vano motor es más reducido presupondrá una notable mejora, al disponerse en el habitáculo del mismo de un mayor volumen para los pasajeros. Otros detalles y características se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que a continuación se da, en los que se hace referencia a los dibujos que a esta memoria se acompaña, en los que se muestra a título orientativo, pero no limitativo una representación gráfica de la invención.
Descripción de las figuras
Sigue a continuación una relación de las distintas partes de la invención, que se identifican en las figuras que siguen con el auxilio de los números correspondientes; (10) sistema de dirección, (11) suspensión, (12-13) motores, (15) soporte, (16) amortiguador, (17) primer brazo de la suspensión, (18) segundo brazo de la suspensión, (19) apéndices, (20) vástago, (21) tuercas, (22) cuello, (23) tetones, (24) eje de la rueda, (25) cuerpo del sistema de dirección (10), (27) soporte motores (12-13), (28) orificios, (29)
embocadura del cuello (22), (30) tapa inferior, (31) base inferior del cuerpo (25), (32) corona, (33) piñones de ataque, (34) eje de los piñones (33), (35) espárragos en el soporte (36), (36) soporte, (37) tuercas, (38) muelle, (39) embocadura, (40) orificio, (41) rueda, (42) llanta, (43) neumático, (44) base de la corona (32), (45) tapa superior, (46) orificios, (47) soporte, (48) cojinetes, (49) juntas, (50) orificio en la tapa (45), (51) caja de transmisión, (52) tapones de cierre, (53) excéntricas, (54) cojinetes, (56) cuellos, (57) dentados, (58) tuercas para los tetones (23).
La figura n° 1 es una perspectiva del sistema de dirección (10), que se configura a partir de un cuerpo o carcasa (25) en cuyo interior y aledaños, contiene las distintas partes del mecanismo de dirección y el eje (24) de la rueda (41). La figura n° 2 es una perspectiva de la parte frontal y superior del cuerpo (25), en el que se acopla la tapa inferior (30), por su base inferior (31).
La figura n° 3 es una perspectiva del sistema de dirección (10), acoplado a una suspensión (11), cuyas 25 partes principales son el primer brazo de suspensión (17), el segundo brazo de suspensión (18) y el amortiguador (16) con el muelle (38) rodeando a (16).
La figura n° 4 es una vista frontal en alzado del sistema de dirección (10), integrado en la suspensión (11), incorporando la rueda (41), llanta (42) más neumático (43).
La figura n° 5 es una vista superior en planta del sistema de dirección (10), integrado en la suspensión (11), incorporando la rueda (41), llanta (42) más neumático (43), marcándose a puntos las posibles posiciones de giro de la rueda (41).
La figura n° 6(a) es una perspectiva explosionada parcial de las partes principales del sistema de dirección (10), y más concretamente la caja de transmisión (51).
La figura n° 6(b) es una perspectiva explosionada parcial de las partes principales del sistema de dirección (10), y más concretamente la caja de transmisión (51).
La figura n° 7 es una perspectiva de la caja de transmisión (51) de cuya parte inferior la tapa (30) emergen los tetones (23) que se encajan en el segundo brazo de suspensión (18).
La figura n° 8 es una vista superior en planta de la tapa superior (45) de la caja de transmisión (51) de la figura n° 7. La figura n° 9 es una sección por A-A’ de la figura n° 8 en la que se detalla la posición de los tetones (23) en la corona (32).
Descripción de una realización de la Invención
En una de las realizaciones preferidas de la invención el sistema de dirección (10), está formado por un cuerpo (25) en cuya carcasa se alojan en su interior las distintas partes esenciales del mecanismo de la dirección, y que comprende dicho mecanismo entre otros:
• Caja de transmisión (51) de la dirección mediante motores (12-13).
• Suspensión (11) con los brazos (17-18).
• Cuerpo (25) del sistema de dirección (10).
• Eje (24) de la rueda (41).
• Rueda (41), llanta (42) y neumático (43).
La suspensión (11) comprende un primer brazo (17) que emerge de un soporte (15) solidarizado a un chasis o formando parte del mismo no representado en las figuras, y un segundo brazo (18) sujeto al soporte (15) al incluir en su estructura unos apéndices (19), en los que 10 se ha previsto un orificio para la sujeción de dicho brazo (18) con el auxilio de un vástago (20) que pasa por dicho orificio y las tuercas (21), que se roscan en los extremos de los
vástagos (20), mientras que el amortiguador (16) se monta por su extremo superior, en 15 el brazo (17) y en la parte inferior en el cuerpo (25), y más concretamente en su parte superior, en donde se ha previsto un cuello (22) en el cuerpo (25), que define una embocadura (29), véase en la figura n°2, para la inmovilización de la parte inferior del amortiguador (16), rodeando a (16) el muelle (38), siendo el eje de giro del sistema de dirección (10) el amortiguador (16), y girando el cuerpo (25) y consecuentemente el eje (24) de la rueda (41), alrededor de la corona (32), todo ello tal y como se muestra en la figura n°3.
Como elementos principales que se encuentran en la caja de transmisión (51) una corona (32), que permanece fija sobre una base (44) y dos piñones de ataque (33), montados (33) en los extremos de unos ejes (34) de unos motores (12-13) tal y como puede verse en la figura n°9, engranando los piñones de ataque (33) en la corona (32), accionados los ejes (34) por los motores (12-13), cuyo tipo de energía puede ser de naturaleza eléctrica, neumática, hidráulica o similar, tal y como puede verse en las figuras n°6(a) y 6(b), y totalmente montados dichos motores (12 13) en los soportes (27), tal y como se muestra en la figura n°1.
El cuerpo (25) de dicho sistema de dirección (10) tal y como se muestra en la figura n° 2, recibe merced a haberse mecanizado el correspondiente orificio (40) en su parte frontal en la embocadura (39), un eje (24) por su parte anterior de la rueda (41), la cual comprende una llanta (42) que incorpora el neumático (43), tal y como puede verse en las figuras n°4 y 5, mientras que por la parte posterior del cuerpo (25) puede incorporar un motor de accionamiento de dicho eje (24) con su caja reductora no representado en las figuras, objeto de otra patente de invención del mismo titular.
En la parte inferior del cuerpo (25) del sistema de dirección (10), y protegidos por la tapa superior (45) y la tapa inferior (30) de la caja de transmisión (51) se encuentran la citada corona (32), los piñones de ataque (33) que se apoyan en los cojinetes (48) véase figura n°6(a), fijándose los motores (12-13) además de en los soportes (27) previstos en el cuerpo (25), en los orificios (46) presentes en la tapa superior (45), y entre la tapa inferior (30) y la corona (32) unas juntas(49).
Al girar los piñones de ataque (33) alrededor de la corona (32) que permanece fija, gira el amortiguador (16), actuando (16) como el eje de giro de la rueda (41), no representado en las figuras 6(a) y 6(b), cuyo 30 extremo superior el del amortiguador (16) se ubica en el brazo (17) mediante la tuerca (55), con lo cual se fija al orificio (29) y la parte inferior del citado amortiguador (16), en el cuerpo (25) tal y como se detalla más adelante. La misión de los motores (12-13) es aumentar el par de giro generado en el volante del vehículo por su conductor, no siendo mecánicamente necesario más de uno, sin embargo, con fines puramente de seguridad, el sistema de dirección (10) incorporará más de un motor, en el mismo, que se monta en cada rueda directriz (41), pero quedando fuera de dicha rueda (41) tal y como se aprecia 10 en las figuras n° 4 y 5.
El cuerpo (25) del sistema de dirección (10) incorpora por su base inferior (31), la caja (51) de los mecanismos de transmisión, y en la tapa inferior (30) de (51), contiene la corona (32) y los piñones de ataque (33) como medios mecánicos de transmisión de giro a la rueda (41) del automóvil, (llanta (42) más neumático (43)), montadas estas últimas (41) con el auxilio de los espárragos (35), que emergen del soporte (36) con la ayuda de las tuercas (37), tal y como puede verse en la 20 figura n° 3, en la que el cuerpo (25) y con él, el sistema de dirección (10) se incorporan a una suspensión (11).
De la tapa inferior (30) de la caja de transmisión (51) emergen hacia abajo sendos tetones (23), que se encajan en el segundo brazo de suspensión (18), y se inmovilizan en el mismo con ayuda de unas tuercas, tal como puede verse en la figura n° 3.
La corona (32) permanece fija en la tapa inferior (30), apoyándose por su base (44), y los piñones de 30 ataque (33), giran alrededor de la corona (32), junto a los motores (12-13) y la tapa superior (45), así como el eje de giro (24) de la rueda (41), apoyándose en la tapa inferior (30) de la caja (51), todo ello tal cual puede verse en la figura n° 6. El cuerpo (25) del sistema de dirección (10) se ha diseñado para que actúe a través de los soportes (27) como medios de sustentación e inmovilización de los motores (12-13) tal y como se muestra en las figuras n° 1 a 3, al prever en el cuerpo (25) unos orificios (28) en los que se encajan el cuerpo de los mismos (12-13) con su eje (34) el de los citados motores (12-13) mirando hacia abajo, en cuyo extremo inferior el de los ejes (34) se montan los piñones de ataque (33). En los orificios (46) previstos en la tapa superior (45) se roscan los tapones de cierre (52), y más concretamente en los cuellos (56) previstos en dicha tapa (45), y en cuyo borde superior se encuentran los dentados (57), tal y como puede verse en las figuras n° 6(a), 7 y 8. En dichos cuellos (56) y merced a los dentados (57), se incorporan las excéntricas (53) que permiten el movimiento de alineación de los ejes (34) de 20 los motores (12-13), y con ello el acoplamiento perfecto entre los dentados de los piñones de ataque (33), respecto al dentado de la corona (32).
Tal y como puede verse en la figura n° 9 con mayor detalle, los tetones (23) se encajan por medios adecuados en la corona (32), girando los piñones de ataque (33) por la acción de los ejes (34) rodeado por los cojinetes correspondientes.
El sistema de dirección (10) permite varias alternativas, una de ellas el giro simultaneo de las ruedas directrices, o bien el giro de las cuatro ruedas, o ambas.
Descrita suficientemente la presente invención en correspondencia con las figuras anexas, fácil es comprender que podrán introducirse en la misma cualesquiera modificaciones de detalle que se estimen 5 convenientes, siempre y cuando no se altere la esencia de la invención, que queda resumida en las siguientes reivindicaciones.
Claims (10)
- REIVINDICACIONESI - "SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES" que utiliza motores para aumentar el par suministrado por el conductor al eje de dirección y al volante para variar la inclinación longitudinal de las ruedas de dirección (llanta y neumático), en donde este sistema (10) está ubicado parcialmente en las ruedas del automóvil (41) de modo que después de colocar el neumático correspondiente (43), cada rueda (41) incorpora los frenos y el sistema de dirección (10), en el que el sistema de dirección (10) comprende un cuerpo (25) en el que uno o más motores ( 12-13) están unidos por sus correspondientes soportes, que mueven el eje pivotante de la dirección para cada rueda de dirección (41), caracterizado porque dicho eje pivotante de la dirección está en el brazo de suspensión, actuando como un amortiguador (16), un extremo del cual pivota en el primer brazo de suspensión (17), mientras que el extremo opuesto se ajusta al cuerpo (25) en su parte superior y sólidamente a la base inferior (31) del cuerpo (25) en una caja de cambios de transmisión (51), un engranaje de corona circular fijo (32) al cual la conducción piñones de malla (33), ajustados por los medios apropiados a los extremos de los ejes de cada motor (12-13), el engranaje de corona (31) se fija a la base inferior de la caja de engranajes de transmisión (51) con los piñones de accionamiento (33 ) girando alrededor del engranaje de corona (31), haciendo girar todo el cuerpo (25) y girando el eje de la rueda (41) incorporando los medios necesarios en el cuerpo (25).
- 2. "SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES" según con la reivindicación 1, en donde el cuerpo (25) del sistema de dirección (10) incorpora la caja de engranajes de transmisión (51) en su extremo inferior (31), que comprende entre otros elementos una cubierta inferior (30) de la cual emergen algunos tetones desde una rueda de corona fija (32) asegurada a la cubierta (31) hacia abajo, estos tetones (23) encajan e inmovilizan el segundo brazo de suspensión (18), mientras que la parte superior de la caja de cambios de la transmisión (51) tiene una cubierta superior (45) con juntas (49), y en el cuello (29) y su boca hecha en la parte superior del cuerpo (25), la parte inferior de un amortiguador (16), rodeado por su muelle (38), el extremo superior del amortiguador (16) está asegurado al primer brazo de suspensión (17).
- 3. "SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES” según las reivindicaciones anteriores, en el que la caja de engranajes de transmisión (51) tiene, entre las cubiertas superior (45) e inferior (30), un engranaje de corona (32) asegurado a la cubierta inferior, y algunos piñones de accionamiento (33) que giran alrededor de la corona (32), girando el cuerpo (25) del sistema (10) y también el eje giratorio (24) de la rueda (41) ubicado en la parte delantera del cuerpo (25).
- 4. "SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES" según las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo (25) del sistema de dirección (10) tiene un orificio en su parte delantera para el paso del eje giratorio de la rueda del automóvil (41), dentro del cual una rueda El soporte se incorpora por medio de tres o más espárragos (35) con tuercas (37) en sus extremos para inmovilizar la rueda (41) del vehículo al eje de la rueda.
- 5. "SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES según la reivindicación 1, en el que los motores que mueven los piñones de accionamiento (33) pueden usar electricidad, energía neumática o hidráulica u otras fuentes de energía similares.
- 6. “SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES” según la reivindicación anterior, en el que los piñones de transmisión (33) pueden ser de corte recto o engranajes helicoidales que engranan con engranajes de corte recto o helicoidales en la rueda de corona (32).
- 7. “SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA PARA AUTOMOVILES” según la reivindicación 1, en el que las ruedas de dirección del vehículo (41) giran sobre un eje de dirección del sistema de dirección, el amortiguador (16).
- 8. “SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES” según la reivindicación 1, en el que las cuatro ruedas de dirección del vehículo (41) giran sobre un eje de dirección del sistema de dirección.
- 9. “SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES” según las reivindicaciones 1 y 3, en el que la cubierta superior (45) de la caja de engranajes de transmisión (51) tiene algunos cuellos (56) en los orificios (46), la parte superior de los cuales tiene algunas piezas dentadas (57) .
- 10. “SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES” según la reivindicación 9, en el que elementos excéntricos (53) están montados en los cuellos (56) en la cubierta superior (45) de la caja de engranajes de transmisión (51) para alinear los ejes del motor y sus correspondientes piñones de accionamiento (33) en el engranaje de corona (32).I I .“SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA PARA AUTOMOVILES” según la reivindicación 9, en el que las tapas (52) están enroscadas en los cuellos (56) de la cubierta superior (45) de la caja de engranajes de transmisión (51).
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