ES2212230T3 - Sistema de servodireccion. - Google Patents
Sistema de servodireccion.Info
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Abstract
UN SISTEMA DE DIRECCION ASISTIDA QUE MINIMIZA EL FLUJO DE REGULACION SUMINISTRADO A UN MECANISMO DE VALVULA, CUANDO NO SE REQUIERE UNA FUERZA DE AYUDA A LA DIRECCION, Y REDUCE ASI LA PERDIDA DE ENERGIA, E IMPIDE TAMBIEN UN DETERIORO EN LA SENSACION DE LA DIRECCION, QUE SUCEDE CUANDO CAMBIA EL FLUJO DE REGULACION. UN MACANISMO DE VALVULA V ESTA FORMADO POR UNA VALVULA DE REGULACION DEL CILINDRO DE POTENCIA, PARA REGULAR UN FLUJO DE REGULACION, Y SUMINISTRARLO DE MANERA DISTRIBUTIVA A UN CILINDRO DE POTENCIA Q Y A UNA VALVULA DE REGULACION EN DERIVACION, PARA PONER EN DERIVACION LAS DOS CAMARAS A PRESION DEL CILINDRO DE POTENCIA C; LA VALVULA DE REGULACION EN DERIVACION ESTA NORMALMENTE CERRADA, PERO MIENTRAS SE ESTA INCREMENTANDO EL FLUJO DE REGULACION Q DESDE UN FLUJO MINIMO Q 1 HASTA UN F LUJO Q 2 , REQUERIDO PARA UNA FUERZA DE AYUDA, LA VALVULA DE REGULACION EN DERIVACION ABRE Y PONE EN DERIVACION LAS DOS CAMARAS A PRESION DEL CILINDRO DE POTENCIA C, DE MANERA QUE LA DIFERENCIA DE PRESIONENTRE LAS CAMARAS A PRESION ASCIENDE MAS SUAVEMENTE QUE EL FLUJO DE REGULACION, Y EL CONDUCTOR NO EXPERIMENTA UNA SENSACION DE QUE EL VOLANTE HA TOMADO LAS RIENDAS DE REPENTE.
Description
Sistema de servodirección.
Esta invención se refiere a un sistema de
servodirección capaz de minimizar un caudal de control suministrado
a un mecanismo de válvula durante la marcha en línea recta y reducir
así las pérdidas de energía.
Existen sistemas de servodirección que para
reducir las pérdidas de energía se construyen de manera que se
reduzca un caudal de control suministrado a un mecanismo de válvula
cuando no es necesaria una fuerza de asistencia.
Se describen sistemas de servodirección de este
tipo, por ejemplo, en la Publicación de Patente Japonesa
JP-A-08192758, en la Publicación de
Patente Japonesa JP-A-08268304, y en
la Publicación de Patente Japonesa
JP-A-08301132,y se muestra un
ejemplo de uno de ellos en la Figura 15.
Según se muestra en la Figura 15, una bomba está
conectada a un mecanismo de válvula V mediante un mecanismo 1 de
control de caudal.
En el mecanismo 1 de control de caudal, una
restricción variable 2 está conectada a la bomba. En su estado
normal, esta restricción variable 2 mantiene una mínima apertura
pero, cuando la presión aguas arriba aumenta, conmuta venciendo la
resistencia de un muelle 3 y aumenta su apertura.
Además, aguas arriba de la restricción variable
2, una válvula 4 de control de caudal está conectada a la bomba.
Esta válvula 4 de control de caudal varía su apertura en función de
la diferencia de presión a través de la restricción variable 2 y
mantiene constante esa diferencia de presión. Por lo tanto, si la
apertura de la restricción variable 2 es constante, el caudal que
pasa a través de la restricción variable 2 se mantiene
constante.
Una válvula de alivio 5 determina la máxima
presión del circuito.
Un caudal de control controlado por el mecanismo
1 de control de caudal es suministrado a un mecanismo de válvula V.
Este mecanismo de válvula V controla el caudal de control y lo
distribuye a un cilindro hidráulico C.
En este mecanismo de válvula V, cuando el volante
de dirección W gira en un sentido, por ejemplo, las aberturas de las
restricciones de control 6a, 6c aumentan, y al mismo tiempo
disminuyen las aberturas de las restricciones de control 6b, 6d. Y a
la inversa, cuando se gira el volante de dirección W en sentido
opuesto, aumenta la apertura de las restricciones de control 6b, 6d
y disminuye simultáneamente la apertura de las restricciones de
control 6a, 6c.
En este sistema de servodirección, cuando no se
gira el volante, dado que la presión de carga P del cilindro
hidráulico C es pequeña, la presión aguas arriba de la restricción
variable 2 también es pequeña, y en consecuencia la restricción
variable 2 mantiene su mínima apertura, sólo se envía hacia el
mecanismo de válvula V (región a de la Figura 16) un caudal mínimo
Q_{1} determinado por esta mínima apertura.
Por otra parte, cuando se gira el volante, la
presión de carga P en el cilindro hidráulico C aumenta, y cuando
llega a una presión P_{1} predeterminada, la restricción variable
2 conmuta y aumenta su apertura. En consecuencia, se envía hacia el
mecanismo de válvula V (región b de la Figura 16) un caudal Q
controlado en función de la apertura de la restricción variable
2.
Y cuando la presión de carga P del cilindro
hidráulico C supera una presión de ajuste P_{2}, la apertura de la
restricción variable 2 se mantiene a una apertura máxima, y se envía
hacia el mecanismo de válvula V un caudal Q_{2} necesario para
producir una fuerza de asistencia (región c de la Figura 16).
Sin embargo, con el sistema de servodirección de
la técnica anterior que se ha descrito, en la región en la cual el
caudal de control Q cambia del caudal mínimo Q_{1} al caudal
Q_{2} necesario para crear una fuerza de asistencia (región b de
la Figura 16), la presión en el mecanismo de válvula V también
cambia como consecuencia de este cambio de caudal.
En consecuencia, en ese instante aparece
bruscamente una fuerza de asistencia, y el conductor puede
experimentar una sensación desconcertante como si el volante girara
solo, y por lo tanto se deteriora el tacto de la conducción.
En el documento DE-4207928 se
describe otro sistema. Su descripción constituye la base del
preámbulo de la reivindicación 1 adjunta a esta descripción.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un sistema de servodirección que, cuando no se requiera
una fuerza de asistencia, pueda minimizar el caudal de control
suministrado al mecanismo de válvula y reducir así las pérdidas de
energía, y con el cual no se produzca además el deterioro del tacto
de la conducción cuando varía el caudal de control.
La invención proporciona un sistema de
servodirección, según se define en la reivindicación 1, que tiene
una bomba y un mecanismo de control de caudal para controlar un
fluido hidráulico impulsado por la bomba y un mecanismo de válvula
para controlar un caudal de control suministrado por el mecanismo de
control de caudal y que acciona un cilindro hidráulico, cuyo
mecanismo de control de caudal mantiene el caudal de control a un
caudal mínimo cuando no se requiere una fuerza de asistencia e
incrementa el caudal de control manteniendo el caudal de control a
un caudal necesario para crear la fuerza de asistencia cuando se
requiere una fuerza de asistencia.
En un primer aspecto, el mecanismo de válvula
está constituido por una válvula de control del cilindro hidráulico
para controlar el caudal de control y distribuirlo en el cilindro
hidráulico y una válvula de control de desvío para poner en desvío
ambas cámaras de presión del cilindro hidráulico, y la válvula de
control de desvío está normalmente cerrada pero se abre y pone en
desvío las dos cámaras de presión del cilindro hidráulico mientras
el caudal de control aumenta desde el caudal mínimo hasta el caudal
requerido para crear la fuerza de asistencia.
En un segundo aspecto, en un sistema de
servodirección según el primer aspecto, el mecanismo de válvula
consiste en una válvula rotativa formada por un manguito y un
carrete rotativo montados rotativamente el uno respecto al otro y en
el carrete rotativo está formada una pareja de canales de suministro
situados diametralmente opuestos entre sí y cuatro canales de
retorno situados respectivamente a ambos lados de estos canales de
suministro y una pareja de canales de desvío situados con un desfase
aproximado de 90ºC respecto a los canales de suministro y en el
manguito está formada una pareja de bocas de entrada para
suministrar el caudal de control a los canales de suministro y una
pareja de primeras ranuras de control del cilindro situadas
respectivamente a un lado de cada una de las bocas de entrada y
conectadas a una primera cámara de presión del cilindro hidráulico y
una pareja de segundas ranuras de control del cilindro situadas
respectivamente al otro lado de cada una de las bocas de entrada y
conectadas a una segunda cámara de presión del cilindro hidráulico y
una pareja de primeras ranuras de control de desvío situadas
respectivamente en los lados opuestos de los canales de retorno
procedentes de las segundas ranuras de control del cilindro y
conectadas con las primeras ranuras de control del cilindro y una
pareja de segundas ranuras de control de desvío situadas
respectivamente en los lados opuestos de los canales de retorno
procedentes de las primeras ranuras de control del cilindro y
conectadas con las segundas ranuras de control del cilindro y se
proveen unas restricciones de control a modo de válvulas normalmente
abiertas entre los canales de suministro y las primeras y segundas
ranuras de control del cilindro y entre las primeras y segundas
ranuras de control del cilindro y los canales de retorno y estas
restricciones de control constituyen la válvula de control del
cilindro hidráulico y entre uno de los canales de desvío y la
respectiva primera ranura de control de desvío está formada una
restricción de control a modo de válvula normalmente abierta y entre
el mismo canal de desvío y la respectiva segunda ranura de control
de desvío está formada una restricción de control a modo de válvula
normalmente cerrada y entre el otro canal de desvío y la respectiva
primera ranura de control de desvío está formada una restricción de
control a modo de válvula normalmente cerrada y entre ese canal de
desvío y la respectiva ranura de control de desvío está formada una
restricción de control a modo de válvula normalmente abierta y estas
restricciones de control constituyen la válvula de control de
desvío.
En un tercer aspecto, en un sistema de
servodirección según el primer aspecto, el mecanismo de válvula
consiste en una válvula rotativa formada por un manguito y un
carrete rotativo montados rotativamente el uno con respecto al otro
y en el carrete rotativo está formada una pareja de primeros canales
de suministro situados diametralmente opuestos entre sí y una pareja
de segundos canales de suministro situados con un desfase aproximado
de 90º con respecto a los primeros canales de suministro y cuatro
canales situados entre los canales de suministro primeros y segundos
y de estos cuatro canales una pareja de canales opuestos constituyen
unos canales de retorno y la otra pareja de canales constituyen unos
canales de desvío y en el manguito está formada una pareja de
primeras bocas de entrada para suministrar el caudal de control
hacia los primeros canales de suministro y una pareja de segundas
bocas de entrada para suministrar el caudal de control a los
segundos canales de suministro y una pareja de primeras ranuras de
control del cilindro situadas respectivamente en el lado de las
primeras bocas de entrada más cercano a los canales de retorno y
conectadas con una primera cámara de presión del cilindro hidráulico
y una pareja de segundas ranuras de control del cilindro situadas
respectivamente en el lado de las segundas bocas de entrada más
cercano a los canales de retorno y conectadas con una segunda cámara
de presión del cilindro hidráulico y una pareja de primeras ranuras
de control de desvío situadas respectivamente en el lado de las
primeras bocas de entrada opuesto a las primeras ranuras de control
del cilindro y conectadas con las primeras ranuras de control del
cilindro y una pareja de segundas ranuras de control de desvío
situadas respectivamente en el lado de las segundas bocas de entrada
opuesto a las segundas ranuras de control del cilindro y conectadas
con las segundas ranuras de control del cilindro y entre los canales
de suministro primeros y segundos y las ranuras primeras y segundas
de control del cilindro y entre las ranuras primeras y segundas de
control del cilindro y los canales de retorno están formadas a modo
de válvulas normalmente abiertas unas restricciones de control y
estas restricciones de control constituyen la válvula de control del
cilindro hidráulico y entre uno de los canales de desvío y la
respectiva primera ranura de control de desvío está formada una
restricción de control a modo de válvula normalmente abierta y entre
el mismo canal de desvío y la respectiva segunda ranura de control
de desvío está formada una restricción de control a modo de válvula
normalmente cerrada y entre el otro canal de desvío y la respectiva
primera ranura de control de desvío está formada una restricción de
control a modo de válvula normalmente cerrada y entre ese canal de
desvío y la respectiva segunda ranura de control de desvío está
formada una restricción de control a modo de válvula normalmente
abierta y estas restricciones de control constituyen la válvula de
control de desvío.
En un cuarto aspecto, en un sistema de
servodirección según cualquiera de los aspectos primero a tercero,
cuando la presión de carga del cilindro hidráulico es inferior a una
presión predeterminada el mecanismo de control mantiene el caudal
de control a un caudal mínimo y cuando la presión de carga supera la
presión predeterminada el mecanismo de control aumenta el caudal de
control y una vez que la presión de carga alcanza una presión de
ajuste el mecanismo de control mantiene la presión de carga con un
caudal requerido para crear una fuerza de asistencia.
En un quinto aspecto, en un sistema de
servodirección según cualquiera de los aspectos primero a tercero,
cuando el ángulo de la dirección está dentro del margen neutro el
mecanismo de control mantiene el caudal de control a un caudal
mínimo y cuando el ángulo de la dirección supera el margen neutro
aumenta el caudal de control y una vez que el ángulo de la dirección
alcanza un ángulo de ajuste mantiene el caudal a un caudal requerido
para crear una fuerza de asistencia.
Y en un sexto aspecto, en un sistema de
servodirección según cualquiera de los aspectos primero a tercero,
cuando el par de la dirección es pequeño el mecanismo de control de
caudal mantiene el caudal de control a un caudal mínimo y cuando el
par de la dirección supera un par predeterminado aumenta el caudal
de control y una vez que el par de la dirección alcanza un par de
ajuste mantiene el caudal a un caudal requerido para crear una
fuerza de asistencia.
La Figura 1 es una vista seccionada de un sistema
de servodirección de una primera realización preferida de la
invención;
la Figura 2 es una vista seccionada de una
válvula rotativa que constituye un mecanismo de válvula V del mismo
sistema de servodirección;
la Figura 3 es una vista seccionada de la válvula
rotativa de la Figura 2 y muestra la posición de las restricciones
de control 26a a 26h (con el rayado omitido para mayor
claridad);
las Figuras 4A a 4C son unas vistas que ilustran
las restricciones de control 26a a 26h de la válvula rotativa en una
posición neutra, mostrando la Figura 4A las restricciones de control
26a a 26d, mostrando la Figura 4B las restricciones de control 26f y
26g y mostrando la Figura 4C las restricciones de control 26e y
26h;
la Figura 5 es un esquema del circuito de un
sistema de servodirección de la primera realización preferida;
la Figura 6 es una vista seccionada de una
válvula rotativa que constituye un mecanismo de válvula V de un
sistema de servodirección de una segunda realización preferida;
la Figura 7 es una vista seccionada de la válvula
rotativa de la Figura 6 y muestra la posición de las restricciones
de control 26a a 26h (con el rayado omitido para mayor
claridad);
la Figura 8 es un esquema del circuito de un
sistema de servodirección de la segunda realización preferida;
la Figura 9 es una vista que muestra otro ejemplo
del mecanismo 1 de control de caudal;
la Figura 10 es una vista que muestra otro
ejemplo del mecanismo 1 de control de caudal;
la Figura 11 es una vista que muestra otro
ejemplo del mecanismo 1 de control de caudal;
la Figura 12 es una vista que muestra otro
ejemplo del mecanismo 1 de control de caudal;
la Figura 13 es una vista que muestra otro
ejemplo del mecanismo 1 de control de caudal;
la Figura 14 es una vista que muestra otro
ejemplo del mecanismo 1 de control de caudal;
la Figura 15 es un esquema del circuito de un
sistema de servodirección de la técnica relacionada; y
la Figura 16 es un gráfico que muestra la
relación entre la presión de carga P (o el ángulo \omega de la
dirección, o el par t de la dirección) y el caudal de control Q.
En las Figuras 1 a 5 se muestra una primera
realización preferida de un sistema de servodirección según la
presente invención. No obstante, en esta primera realización
preferida, el mecanismo 1 de control de caudal es el mismo de la
técnica relacionada descrita anteriormente, y únicamente se ha
variado la construcción del mecanismo de válvula V, por lo que la
siguiente descripción se centrará en este mecanismo de válvula
V.
Según se muestra en la Figura 1, un eje de
cremallera 8 que tiene unidas a sus extremos las ruedas de un
vehículo (no representadas) está montado sobre una carcasa 7. Un
piñón 9a montado sobre un eje 9 del piñón engrana con una cremallera
8a de este eje 8 de la cremallera.
Además, un eje 11 de entrada está unido mediante
una barra de torsión 10 a un extremo trasero del eje 9 del piñón.
Este eje de entrada 11 está unido a un volante de dirección W (no
representado).
Un manguito 13 está conectado mediante un pasador
12 al extremo posterior del eje 9 del piñón. En consecuencia, cuando
el eje 9 del piñón gira, este manguito 13 también gira integralmente
con el mismo.
Un carrete rotativo 14 forma parte integral de la
cara circular exterior del eje de entrada 11.
El manguito 13 y el carrete rotativo 14 ajustan
rotativamente el uno con el otro y forman una válvula rotativa que
constituye un mecanismo de válvula V.
Según se muestra en la Figura 2, en el carrete
rotativo 14 está formada una pareja de canales de suministro 15
situados diametralmente opuestos entre sí. A ambos lados de cada uno
de estos canales de suministro 15 están formados unos canales de
retorno 16, y los canales de retorno 16 están conectados a un
depósito por medio de un orificio 17 de la barra de torsión.
Además, en el carrete rotativo 14 está formada
una pareja de canales 18 de desvío en unas posiciones desfasadas
aproximadamente 90º con respecto a los canales 15 de suministro.
En el manguito 13 está formada una pareja de
bocas 19 de entrada a través de las cuales se suministra el caudal
de control procedente del mecanismo 1 de control de caudal, y estas
bocas 19 de entrada están conectadas con los canales 15 de
suministro. En el manguito 13, en los lados opuestos a cada una de
las bocas 19 de entrada, están formadas unas ranuras primeras y
segundas 20, 21 para control del cilindro; las primeras ranuras 20
de control del cilindro están conectadas a una primera cámara de
presión de un cilindro hidráulico C, y las segundas ranuras 21 de
control del cilindro están conectadas a una segunda cámara de
presión del cilindro hidráulico C.
Además, en el manguito 13, en el lado de cada
respectivo canal 16 de retorno contrario a la segunda ranura 21 de
control del cilindro está formada una respectiva primera ranura 22
de control de desvío. Esta pareja de primeras ranuras 22 de control
de desvío están conectadas a las primeras ranuras 20 de control del
cilindro. Sin embargo, existen unas partes de bloque 24 para que
estas primeras ranuras 22 de control de desvío no se pongan en
comunicación con los canales 16 de retorno, ni siquiera cuando actúa
la válvula rotativa.
En el manguito 13, en el lado de cada respectivo
canal 16 de retorno contrario a la primera ranura 20 de control del
cilindro está formada una respectiva segunda ranura 23 de control de
desvío. Esta pareja de segundas ranuras 23 de control de desvío
están conectadas a las segundas ranuras 21 de control del cilindro.
Sin embargo, existen unas partes de bloque 25 para que estas
segundas ranuras 23 de control de desvío no se pongan en
comunicación con los canales 16 de retorno, ni siquiera cuando actúa
la válvula rotativa.
En esta válvula rotativa, entre cada uno de los
canales 15 de suministro y las respectivas ranuras primeras y
segundas 20 y 21 de control del cilindro, está formada una pareja de
restricciones de control 26a, 26b, según se muestra en la Figura 3.
Según se muestra con línea llena en la Figura 4A, estas
restricciones de control 26a, 26b no se solapan y permanecen
abiertas cuando la válvula rotativa se encuentra en estado
neutro.
Además, entre las primeras y segundas ranuras 20
y 21 de control del cilindro y los canales 16 de retorno, según se
muestra en la Figura 3, están formadas unas respectivas parejas de
restricciones de control 26d, 26c. Según se muestra mediante líneas
llenas en la Figura 4A, estas restricciones de control 26d, 26c
tampoco se solapan y permanecen abiertas cuando la válvula rotativa
se encuentra en estado neutro.
Estas restricciones de control 26a a 26d
constituyen una primera válvula de control I para controlar y
distribuir hacia el cilindro hidráulico C un caudal de control
suministrado por el mecanismo 1 de control de caudal. Esta primera
válvula de control I constituye una válvula de control del cilindro
hidráulico a la que se refiere la presente invención.
Entre el canal 18 de desvío situado en el lado
derecho de la Figura 2 y las respectivas primeras y segundas ranuras
22, 23 de control de desvío, según se muestra en la Figura 3, están
formadas unas restricciones de control 26e, 26f. Según se muestra
mediante líneas llenas en la Figura 4C, la restricción de control
26e no se solapa y permanece abierta cuando la válvula rotativa se
encuentra en estado neutro. Y según se muestra por líneas llenas en
la Figura 4B, la restricción de control 26f se solapa y permanece
cerrada cuando la válvula rotativa se encuentra en estado
neutro.
Estas restricciones de control 26e, 26f
constituyen una segunda válvula de control II para poner en desvío
las dos cámaras de presión del cilindro hidráulico C.
Entre el canal 18 de desvío situado en el lado
izquierdo de la Figura 2 y las respectivas primeras y segundas
ranuras 22, 23 de control de desvío, según se muestra en la Figura
3, están formadas unas restricciones de control 26g, 26h. Según se
muestra mediante líneas llenas en la Figura 4B, la restricción de
control 26g se solapa y permanece cerrada cuando la válvula rotativa
se encuentra en estado neutro. Y según se muestra por líneas llenas
en la Figura 4C, la restricción de control 26h no se solapa y
permanece abierta cuando la válvula rotativa se encuentra en estado
neutro.
Estas restricciones de control 26g y 26h
constituyen una tercera válvula de control III para poner en desvío
las dos cámaras de presión del cilindro hidráulico C.
Juntas, las válvulas de control segunda y tercera
II y III constituyen una válvula de control de desvío a la que se
refiere la presente invención.
A continuación se describirá el funcionamiento
del sistema de servodirección de esta realización preferida.
Cuando se gira ligeramente el volante de
dirección W durante la marcha en línea recta, la presión de carga P
del cilindro hidráulico C se encuentra en el margen comprendido
entre 0 y P_{1}. Por lo tanto, según se describió anteriormente
con respecto a la técnica relacionada, la válvula rotativa sólo
recibe un caudal mínimo Q_{1} desde el mecanismo 1 de control de
caudal (región a de la Figura 16).
En ese momento, la válvula rotativa se encuentra
en un estado sustancialmente neutro y en la segunda y la tercera
válvula de control II y III las restricciones de control 26f y 26g
están cerradas. Por lo tanto, el caudal mínimo Q_{1} mencionado no
puede atravesar estas válvulas de control segunda y tercera II y
III, y retorna en su totalidad al depósito a través de las
restricciones de control 26a a 26d de la primera válvula de control
I.
Cuando se gira en mayor medida el volante de
dirección W y el carrete rotativo 14 gira contra el manguito 13 en
el sentido de la flecha k de las Figuras 2 y 3, las restricciones de
control 26b y 26d de la primera válvula de control I empiezan a
cerrarse y a restringirse hasta que la presión de carga P del
cilindro hidráulico C alcanza una presión P_{1}
predeterminada.
En ese momento, en la tercera válvula de control
III la restricción de control 26g aún está cerrada, según se muestra
mediante líneas de trazos en la Figura 4B, y la restricción de
control 26h aún está abierta, según se muestra mediante líneas de
trazos en la Figura 4C.
Naturalmente, en la segunda válvula de control
II, la restricción de control 26f aún está cerrada. Es decir, las
dos cámaras de presión del cilindro hidráulico C aún están aisladas
la una de la otra.
Por lo tanto, el fluido es guiado hasta la
primera cámara de presión del cilindro hidráulico C a través de las
restricciones de control 26a de la primera válvula de control I, y
el fluido de la segunda cámara de presión es descargado a través de
las restricciones de control 26c, y se produce una fuerza de
asistencia.
Si se sigue girando el volante de dirección W y
la presión de carga P del cilindro hidráulico C sobrepasa la presión
predeterminada P_{1}, el caudal de control Q suministrado desde el
mecanismo 1 de control de flujo aumenta (región b de la Figura
16).
En ese momento, según se describió anteriormente,
el fluido es guiado hasta la primera cámara de presión del cilindro
hidráulico C a través de las restricciones de control 26a de la
primera válvula de control I y el fluido de la segunda cámara de
presión es descargado a través de las restricciones de control
26c.
Sin embargo, puesto que en la tercera válvula de
control III la restricción de control 26g empieza a abrirse
gradualmente, las dos cámaras de presión del cilindro hidráulico C
son puestas en desvío. En consecuencia, parte del fluido guiado
hacia la primera cámara de presión del cilindro hidráulico C es
guiado a través de la tercera válvula de control III hasta la
segunda cámara de presión y es descargado desde allí.
Es decir, incluso cuando el caudal de control Q
aumenta desde el mínimo flujo Q_{1} hasta un caudal Q_{2}
necesario para crear una fuerza de asistencia, puede conseguirse que
la diferencia de presión entre las dos cámaras de presión del
cilindro hidráulico C cambie suavemente según cambia el caudal. En
consecuencia, el conductor no experimenta la sensación
desconcertante de que el volante de dirección parezca girar solo
cuando cambia el caudal, y por lo tanto puede mejorarse el tacto de
la conducción.
Cuando se gira mucho el volante de dirección W y
la presión de carga P del cilindro hidráulico C sobrepasa una
presión de ajuste P_{2} (región c de la Figura 16), la restricción
de control 26h de la tercera válvula de control III, que había
iniciado un cierre gradual, se cierra por completo. En consecuencia,
las dos cámaras de presión del cilindro hidráulico C quedan
nuevamente aisladas la una de la otra y el caudal Q_{2} necesario
para crear una fuerza de asistencia es controlado únicamente por la
primera válvula de control I, y puede obtenerse una fuerza de
asistencia total.
Cuando se gira el volante de dirección en sentido
opuesto, la válvula rotativa gira en sentido opuesto. En este caso,
cuando el caudal de control Q ha aumentado desde el caudal mínimo
Q_{1} hasta un caudal Q_{2} necesario para crear una fuerza de
asistencia, la segunda válvula de control II pone en desvío las dos
cámaras de presión del cilindro hidráulico C.
Una segunda realización preferida que se muestra
en las Figuras 6 a 8 tiene una construcción de la válvula rotativa
modificada con respecto a la primera realización preferida descrita
anteriormente.
Según se muestra en la Figura 6, en el carrete
rotativo 14 están formada una pareja de primeros canales 27a de
suministro situados diametralmente opuestos entre sí. Y en unas
posiciones desfasadas aproximadamente 90º con respecto a los
primeros canales de suministro 27a está formada una pareja de
segundos canales de suministro 27b.
Además, entre estos canales primeros y segundos
27a, 27b están formados cuatro canales. De estos cuatro canales, una
pareja de canales opuestos son canales de retorno 28 y otra pareja
de canales opuestos son canales de desvío 29.
En el manguito 13 está formada una pareja de
primeras bocas de entrada 30a para suministrar un caudal de control
a los primeros canales de suministro 27 y una pareja de segundas
bocas de entrada 30b para suministrar un caudal de control a los
segundos canales de suministro 28.
En el lado de las primeras bocas de entrada 30a
que da a los canales de retorno 28 está formada una pareja de
primeras ranuras 31 de control del cilindro que están conectadas con
la primera cámara de presión del cilindro hidráulico C.
En el lado de las segundas bocas de entrada 30b
que da a los canales de retorno 28 está formada una pareja de
segundas ranuras 32 de control del cilindro que están conectadas con
la segunda cámara de presión del cilindro hidráulico C.
Además, en el manguito 13, en los lados de las
primeras bocas de entrada 30a contrarios a las primeras ranuras 31
de control del cilindro está formada una pareja de primeras ranuras
33 de control de desvío. Estas primeras ranuras 33 de control de
desvío están conectadas con las primeras ranuras 31 de control del
cilindro. Sin embargo, existen unas partes de bloque 35 para que
estas primeras ranuras 33 de control de desvío no se pongan en
comunicación con los primeros canales 27a de suministro, ni siquiera
cuando actúa la válvula rotativa.
En el manguito 13, en los lados de las segundas
bocas de entrada 30b contrarios a las segundas ranuras 32 de control
del cilindro está formada una pareja de segundas ranuras 34 de
control de desvío. Estas segundas ranuras 34 de control de desvío
están conectadas con las segundas ranuras 32 de control del
cilindro. Sin embargo, existen unas partes de bloque 36 para que
estas segundas ranuras 34 de control de desvío no se pongan en
comunicación con los segundos canales 27b de suministro, ni siquiera
cuando actúa la válvula rotativa.
En esta válvula rotativa, entre los canales de
suministro primero y segundo 27a y 27b y las ranuras primeras y
segundas 31, 32 de control del cilindro, están formadas unas
respectivas parejas de restricciones de control 26a, 26b, según se
muestra en la Figura 7. Y al igual que en la primera realización
preferida, según se muestra en la Figura 4A, estas restricciones de
control 26a, 26b no se solapan y permanecen abiertas cuando la
válvula rotativa se encuentra en estado neutro.
Además, entre las primeras y segundas ranuras 31
y 32 de control del cilindro y los canales 28 de retorno, según se
muestra en la Figura 7, están formadas unas respectivas parejas de
restricciones de control 26d, 26c. Y al igual que en la primera
realización preferida, según se muestra en la Figura 4A, estas
restricciones de control 26d, 26c tampoco se solapan y permanecen
abiertas cuando la válvula rotativa se encuentra en estado
neutro.
Entre el canal 29 de desvío situado en el lado
derecho de la Figura 6 y las respectivas primeras y segundas ranuras
33, 34 de control de desvío, según se muestra en la Figura 7, están
formadas unas restricciones de control 26e, 26f. Y al igual que en
la primera realización preferida, según se muestra en la Figura 4C,
la restricción de control 26e no se solapa y permanece abierta
cuando la válvula rotativa se encuentra en estado neutro. Y según se
muestra en la Figura 4B, la restricción de control 26f se solapa y
permanece cerrada cuando la válvula rotativa se encuentra en estado
neutro.
Entre el canal 29 de desvío situado en el lado
izquierdo de la Figura 6 y las respectivas primeras y segundas
ranuras 33, 34 de control de desvío, según se muestra en la Figura
7, están formadas unas restricciones de control 26g, 26h. Al igual
que en la primera realización preferida, según se muestra en la
Figura 4B, la restricción de control 26g se solapa y permanece
cerrada cuando la válvula rotativa se encuentra en estado neutro. Y
según se muestra en la Figura 4C, la restricción de control 26h no
se solapa y permanece abierta cuando la válvula rotativa se
encuentra en estado neutro.
El funcionamiento de la válvula rotativa de esta
segunda realización preferida es igual al de la válvula rotativa de
la primera realización preferida descrita anteriormente, y en
consecuencia no se hará una descripción detallada de la misma.
El mecanismo 1 de control de caudal no está
limitado al que se ha descrito en las anteriores realizaciones
preferidas primera y segunda, siempre que tenga la característica
que se muestra en la Figura 16.
El tipo que se muestra en la Figura 9 tiene una
construcción tal que, al contrario de las realizaciones preferidas
primera y segunda, la apertura de la restricción variable 2 varía en
función de la presión aguas abajo en lugar de la presión aguas
arriba.
En el tipo que se muestra en la Figura 10, una
restricción variable 37 y una restricción fija 38 están conectadas a
la bomba en paralelo. Con este tipo, la restricción variable 37 está
completamente cerrada en su posición normal, y el mínimo caudal
Q_{1} está determinado por la apertura de la restricción fija 38.
Cuando aumenta la presión de carga P del cilindro hidráulico C,
aumenta la apertura de la restricción variable 37 y se suministra al
mecanismo de válvula V un caudal de control determinado por esa
apertura y por la apertura de la restricción fija 38.
Además, con este tipo, según se muestra en la
Figura 11, puede hacerse que la apertura de la restricción variable
37 varíe según la presión aguas abajo de la restricción variable 37
o alternativamente de la restricción fija 38.
En el tipo que se muestra en la Figura 12, la
bomba está conectada al mecanismo de válvula V por medio de una
restricción fija 39. En este caso, lo que se ajusta no es la
apertura de una restricción sino la diferencia de presión a través
de esta restricción fija 39 para variar el caudal de control Q
mediante la variación de la característica de una válvula 4 de
control de caudal.
Es decir, de entre las cámaras piloto de la
válvula 4 de control de caudal, una cámara piloto 4a conectada aguas
abajo de la restricción fija 39 está conectada a un tanque, y en
esta conexión está interpuesta una válvula 40, sensible a la presión
de carga, que opera en función de la presión de carga P del cilindro
hidráulico C.
Cuando la presión de carga P es baja, la válvula
40 sensible a la presión de carga está abierta y la presión de la
cámara piloto 4a es inferior a la presión existente aguas abajo de
la restricción fija 39. Por lo tanto, la mayor parte del caudal
impulsado por la bomba retorna al tanque a través de la válvula 4 de
control de caudal, y sólo se suministra un mínimo caudal Q_{1} al
mecanismo de válvula V.
Por otra parte, cuando aumenta la presión de
carga P, la válvula 40 sensible a la presión de carga se cierra y la
presión existente aguas abajo de la restricción fija 39 llega hasta
la cámara piloto 4a. En consecuencia aumenta el caudal de control Q
suministrado al mecanismo de válvula V.
Entonces, cuando la presión de carga P alcanza
una presión de ajuste P_{2}, dado que la válvula 40 sensible a la
presión de carga está completamente cerrada, la válvula 4 de control
de caudal actúa para mantener constante la diferencia de presión a
través de la restricción fija 39. En consecuencia, se suministra al
mecanismo de válvula V un caudal de control Q2 que depende de esa
diferencia de presión.
Además, en el tipo representado en la Figura 13,
no es la apertura de una restricción lo que se ajusta sino la
característica de la válvula 4 de control de caudal.
Es decir, se provee un actuador 41 capaz de
cambiar la fuerza inicial del muelle de una válvula 4 de control de
caudal, y este actuador 41 se activa en función de la presión de
carga P del cilindro hidráulico C.
Cuando la presión de carga P es baja, el actuador
41 mantiene baja la fuerza inicial del muelle de la válvula 4 de
control de caudal. En consecuencia, la diferencia de presión a
través de la restricción fija 39 es pequeña y sólo se suministra al
mecanismo de válvula V un caudal mínimo Q_{1}.
Por el contrario, cuando aumenta la presión de
carga P, el actuador 41 actúa en consecuencia y aumenta la fuerza
inicial del muelle de la válvula 4 de control de caudal. En
consecuencia, la diferencia de presión a través de la restricción
fija 39 aumenta y el caudal de control Q aumenta.
En el tipo representado en la Figura 14, la bomba
está accionada por un motor 42 y este motor 42 está controlado por
un controlador 43.
La presión de carga P del cilindro hidráulico C
se introduce en el controlador 43 en forma de una señal. Cuando la
presión de carga P es baja, el controlador 43 envía una orden al
motor 42 y hace que la bomba sólo entregue un caudal mínimo Q_{1}.
Por el contrario, cuando la presión de carga P aumenta, el
controlador 43 envía una orden al motor 42 y aumenta la impulsión de
la bomba hasta un caudal Q_{2} necesario para crear una fuerza de
asistencia.
En este tipo representado en la Figura 14, cuando
la presión de carga P del cilindro hidráulico C es baja, puede
pararse la bomba para que el caudal mínimo Q_{1} sea cero.
En las realizaciones preferidas descritas
anteriormente, el caudal de control Q variaba usando como referencia
la presión de carga P del cilindro hidráulico C, pero en lugar de
esto puede usarse alternativamente el ángulo \omega de la
dirección o el par t de la dirección.
Por ejemplo, en un mecanismo 1 de control de
caudal del tipo representado en la Figura 14, se introduce en el
controlador 43 el ángulo \omega o el par t de la dirección. A
continuación, según se muestra también en la Figura 16, cuando el
ángulo de giro \omega o el par t de la dirección sobrepasa un
valor predeterminado \omega_{1} o t_{1}, se aumenta el caudal de
control Q, con lo cual pueden obtenerse los mismos efectos que en
las realizaciones preferidas descritas anteriormente.
Aunque en las realizaciones preferidas descritas
anteriormente las restricciones variables 26g, 26f de la segunda
válvula de control II y de la tercera válvula de control III
situadas aguas arriba estaban cerradas en posición normal y las
restricciones variables 26h, 26e situadas aguas abajo estaban
abiertas en posición normal, la invención no está limitada a esta
configuración, y alternativamente puede hacerse que las
restricciones variables 26g, 26f situadas aguas arriba estén
abiertas en posición normal y las restricciones variables 26h, 26e
situadas aguas abajo estén cerradas en posición normal. Sin embargo,
en este caso las relaciones entre las tuberías son por supuesto
diferentes a las realizaciones preferidas.
Según se describió anteriormente con detalle, con
la presente invención, debido a que el caudal de control
suministrado al mecanismo de válvula se mantiene al mínimo cuando no
se requiere una fuerza de asistencia, es posible reducir las
pérdidas de energía.
Además, puesto que al aumentar el caudal de
control hasta un valor necesario para crear una fuerza de asistencia
las dos cámaras de presión del cilindro hidráulico se ponen en
desvío, puede conseguirse que la diferencia de presión entre las dos
cámaras de presión varíe más suavemente que el caudal. En
consecuencia, el conductor no experimenta la sensación
desconcertante de que el volante se ponga a girar por si mismo en el
momento en que cambia el caudal, y por lo tanto se mejora el tacto
de la conducción.
En particular, si se provee una válvula rotativa
con una válvula de control del cilindro hidráulico y una válvula de
control de desvío según el segundo y el tercer aspecto de la
invención, el mecanismo de válvula resulta sencillo.
La presente invención se ha descrito puramente a
título de ejemplo. Deberá advertirse que pueden hacerse
modificaciones de detalle dentro del alcance de la invención según
se define en las reivindicaciones.
Claims (6)
1. Un sistema de servodirección que tiene una
bomba y un mecanismo (1) de control de caudal para controlar un
fluido hidráulico impulsado por la bomba y un mecanismo de válvula
(V) para controlar un caudal de control suministrado por el
mecanismo (1) de control de caudal y que acciona un cilindro
hidráulico (C), cuyo mecanismo (1) de control de caudal mantiene el
caudal de control (Q) a un caudal mínimo (Q_{1}) cuando no se
requiere una fuerza de asistencia e incrementa el caudal de control
(Q) manteniendo el caudal de control (Q) a un caudal (Q_{2})
necesario para crear la fuerza de asistencia cuando se requiere una
fuerza de asistencia, cuyo mecanismo de válvula (V) comprende una
válvula de control del cilindro hidráulico para controlar el caudal
de control (Q) y distribuirlo en el cilindro hidráulico (C) y una
válvula de control de desvío; caracterizado porque la válvula
de control de desvío sirve para poner en desvío las cámaras de
presión del cilindro hidráulico (C) y la válvula de control de
desvío está normalmente cerrada pero se abre o pone en desvío las
cámaras de presión del cilindro hidráulico (C) mientras el caudal de
control (Q) aumenta desde el caudal mínimo (Q_{1}) hasta el caudal
(Q_{2}) requerido para crear la fuerza de asistencia.
2. Un sistema de servodirección según la
reivindicación 1, en el cual el mecanismo de válvula (V) comprende
una válvula rotativa que tiene un manguito (13) y un carrete
rotativo (14) montados rotativamente el uno respecto al otro y en el
carrete rotativo (14) está formada una pareja de canales de
suministro (15) situados diametralmente opuestos entre sí y cuatro
canales de retorno (16) situados respectivamente a ambos lados de
cada uno de los canales de suministro (15) y una pareja de canales
de desvío (18) situados con un desfase aproximado de 90º respecto a
los canales de suministro (15), y en el manguito (13) está formada
una pareja de bocas de entrada (19) para suministrar el caudal de
control (Q) a los canales de suministro (15) y una pareja de
primeras ranuras (20) de control del cilindro situadas
respectivamente a un lado de cada una de las bocas de entrada (19) y
conectadas a una primera cámara de presión del cilindro hidráulico
(C) y una pareja de segundas ranuras (21) de control del cilindro
situadas respectivamente al otro lado de cada una de las bocas de
entrada (19) y conectadas a una segunda cámara de presión del
cilindro hidráulico (C) y una pareja de primeras ranuras (22) de
control de desvío situadas respectivamente en los lados opuestos de
los canales de retorno (16) procedentes de las segundas ranuras (21)
de control del cilindro y conectadas con las primeras ranuras (20)
de control del cilindro y una pareja de segundas ranuras (23) de
control de desvío situadas respectivamente en los lados opuestos de
los canales de retorno (16) procedentes de las primeras ranuras (20)
de control del cilindro y conectadas con las segundas ranuras (21)
de control del cilindro, y unas restricciones de control (26a, 26b,
26c y 26d) normalmente abiertas están formadas entre los canales de
suministro (15) y las primeras y segundas ranuras (20 y 21) de
control del cilindro y entre las primeras y segundas ranuras (20 y
21) de control del cilindro y los canales de retorno (16), y estas
restricciones de control (26a, 26b, 26c y 26d) constituyen la
válvula de control del cilindro hidráulico y entre uno de los
canales de desvío (18) y la respectiva primera ranura (22) de
control de desvío está formada una restricción de control (26e) a
modo de válvula normalmente abierta y entre el mismo canal de desvío
(18) y la respectiva segunda ranura (23) de control de desvío está
formada una restricción de control (26f) a modo de válvula
normalmente cerrada y entre el otro canal de desvío (18) y la
respectiva primera ranura (22) de control de desvío está formada una
restricción de control (26g) a modo de válvula normalmente cerrada y
entre ese canal de desvío (18) y la respectiva ranura (23) de
control de desvío está formada una restricción de control (26h) a
modo de válvula normalmente abierta y estas restricciones de control
(26e, 26f, 26g y 26h) constituyen la válvula de control de
desvío.
3. Un sistema de servodirección según la
reivindicación 1, en el cual el mecanismo de válvula (V) comprende
una válvula rotativa que tiene un manguito (13) y un carrete
rotativo (14) montados rotativamente el uno con respecto al otro y
en el carrete rotativo (14) está formada una pareja de primeros
canales de suministro (27a) situados diametralmente opuestos entre
sí y una pareja de segundos canales de suministro (27b) situados con
un desfase aproximado de 90º con respecto a los primeros canales de
suministro (27a) y cuatro canales situados entre los canales de
suministro primeros y segundos (27a, 27b) y de estos cuatro canales
una pareja de canales opuestos constituyen unos canales de retorno
(28) y la otra pareja de canales constituyen unos canales de desvío
(29) y en el manguito (13) está formada una pareja de primeras bocas
de entrada (30a) para suministrar el caudal de control (Q) a los
primeros canales de suministro (27a) y una pareja de segundas bocas
de entrada (30b) para suministrar el caudal de control (Q) a los
segundos canales de suministro (27b) y una pareja de primeras
ranuras (31) de control del cilindro situadas respectivamente en el
lado de las primeras bocas de entrada (30a) más cercano a los
canales de retorno (28) y conectadas con una primera cámara de
presión del cilindro hidráulico (C) y una pareja de segundas ranuras
(32) de control del cilindro situadas respectivamente en los lados
de los canales de retorno (28)las segundas bocas de entrada
(30b) más cercano y conectadas con una segunda cámara de presión del
cilindro hidráulico (C) y una pareja de primeras ranuras (33) de
control de desvío situadas respectivamente en los lados de las
primeras bocas de entrada (30a) opuestos a las primeras ranuras (31)
de control del cilindro y conectadas con las primeras ranuras (31)
de control del cilindro y una pareja de segundas ranuras (34) de
control de desvío situadas respectivamente en los lados de las
segundas bocas de entrada (30b) opuestos a las segundas ranuras (32)
de control del cilindro y conectadas con las segundas ranuras (32)
de control del cilindro y entre los canales de suministro primeros y
segundos (26a, 27b) y las ranuras primeras y segundas (31, 32) de
control del cilindro y entre las ranuras primeras y segundas (31,
32) de control del cilindro y los canales de retorno (28) están
formadas a modo de válvulas normalmente abiertas unas restricciones
de control (26a, 26b, 26c y 26d) y estas restricciones de control
(26a, 26b, 26c y 26d) constituyen la válvula de control del cilindro
hidráulico y entre uno de los canales de desvío (29) y la respectiva
primera ranura (33) de control de desvío está formada una
restricción de control (26e) a modo de válvula normalmente abierta y
entre el mismo canal de desvío (29) y la respectiva segunda ranura
(34) de control de desvío está formada una restricción de control
(26f) a modo de válvula normalmente cerrada y entre el otro canal de
desvío (29) y la respectiva primera ranura (33) de control de desvío
está formada una restricción de control (26g) a modo de válvula
normalmente cerrada y entre ese canal de desvío (29) y la respectiva
segunda ranura (34) de control de desvío está formada una
restricción de control (26h) a modo de válvula normalmente abierta y
estas restricciones de control (26e, 26f, 26g y 26h) constituyen la
válvula de control de desvío.
4. Un sistema de servodirección según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el mecanismo (1) de
control de caudal, cuando la presión de carga (P) del cilindro
hidráulico (C) es inferior a una presión (P_{1}) predeterminada,
mantiene el caudal de control (Q) a un caudal mínimo (Q_{1}) y,
cuando la presión de carga (P) supera la presión (P_{1})
predeterminada, aumenta el caudal de control (Q) y, una vez que la
presión de carga (P) alcanza una presión de ajuste (P_{2}),
mantiene la presión de carga (P) con un caudal (Q_{2}) requerido
para crear una fuerza de asistencia.
5. Un sistema de servodirección según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el mecanismo (1) de
control de caudal, cuando el ángulo (\omega) de la dirección está
dentro del margen neutro, mantiene el caudal de control (Q) a un
caudal mínimo (Q_{1}) y, cuando el ángulo (\omega) de la
dirección supera el margen neutro, aumenta el caudal de control (Q)
y, una vez que el ángulo (\omega) de la dirección alcanza un
ángulo de ajuste (\omega_{2}), mantiene el caudal (Q) a un caudal
(Q_{2}) requerido para crear una fuerza de asistencia.
6. Un sistema de servodirección según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el mecanismo (1) de
control de caudal, cuando el par (t) de la dirección es pequeño,
mantiene el caudal de control (Q) a un caudal mínimo (Q_{1}) y,
cuando el par (t) de la dirección supera un par predeterminado
(t_{1}), aumenta el caudal de control (Q) y, una vez que el par
(t) de la dirección alcanza un par de ajuste (t_{2}), mantiene el
caudal (Q) a un caudal (Q_{2}) requerido para crear una fuerza de
asistencia.
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