ES2227007T3 - Sistema de direccion asistida de potencia variable y valvula de control del caudal para el mismo. - Google Patents
Sistema de direccion asistida de potencia variable y valvula de control del caudal para el mismo.Info
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Abstract
Procedimiento de control de la asistencia hidráulica al sistema de dirección del vehículo (10) comprendiendo: - disponer una válvula de control del caudal eléctricamente accionada (14) provista de una primera salida (48) y una segunda salida (50) y una entrada (42) para recibir fluido a presión en su entrada desde una fuente (16) de fluido a presión; - conectar un accionamiento hidráulico de la dirección (20) para recibir fluido desde una primera salida (48) de la válvula; - conectar una válvula de descarga de la presión (18) a la segunda salida (50) de la válvula y conectar la válvula de descarga de la presión para devolver el fluido a la fuente; - disponer un asiento anular de la válvula (44) en dicha válvula entre la entrada (42) y dicha primera salida (48); - disponer un elemento de accionamiento de la válvula alargado (54) a través de dicho asiento de la válvula y que forma una superficie anular de valvulería (58) en dicho elemento y que forma un paso de compensación de la presión (74) en sentido longitudinal a través de dicho elemento y que comunica la presión en los extremos de dicho elemento en lados opuestos de dicho asiento de la válvula; - activar electrónicamente dicha válvula y desplazar dicho elemento de accionamiento de la válvula e incrementar el caudal sobre dicho asiento de la válvula proporcionalmente con el incremento de la activación; y - desviar dicha superficie de valvulería (58) hacia dicho asiento anular de la válvula (44) cuando dicha válvula está desactivada.
Description
Sistema de dirección asistida de potencia
variable y válvula de control del caudal para el mismo.
La presente invención se refiere a sistemas de
dirección asistida de potencia para vehículos y particularmente a
los sistemas del tipo que proporcionan una asistencia variable al
operario del vehículo en respuesta a condiciones cambiantes, como
por ejemplo la velocidad en la carretera. Los sistemas de este tipo
para proporcionar asistencia de esfuerzo variable a la dirección en
un vehículo han empleado una válvula de control del caudal
accionada por solenoide para controlar el caudal de fluido
hidráulico a un accionamiento de dirección de potencia, típicamente
un accionamiento del tipo de pistón y cilindro hidráulicos.
Actualmente, es conocido proporcionar una válvula de control del
caudal accionada por solenoide provista de una entrada única y dos
salidas con una salida conectada al accionamiento de la dirección y
la otra salida conectada a una válvula de control de la presión o
válvula de purga para mantener una presión de suministro controlada
al accionamiento de la dirección de potencia en el que el caudal a
través de la válvula de control de la presión es inversamente
proporcional a la corriente de activación del solenoide.
Esta disposición ha sido necesaria en los
sistemas de dirección asistida de potencia variable debido a la
gama de presiones experimentadas desde la bomba de suministro la
cual tiene una velocidad que varía con la velocidad del árbol del
motor. En una disposición del sistema de dirección asistida de
potencia variable de este tipo, la válvula de control de la presión
sirve para purgar fluido hidráulico desde la válvula de control del
caudal a la entrada de la bomba o al cárter cuando la presión en la
cámara de valvulería de la válvula de control del caudal excede de
un valor previamente seleccionado permitiendo de ese modo que la
válvula accionada por solenoide controle el caudal al accionamiento
de la dirección a una presión globalmente controlada.
Hasta ahora, las válvulas accionadas por
solenoide para sistemas de dirección asistida de potencia asistida
variable han proporcionado una respuesta del caudal que es
decreciente con el flujo de corriente creciente al solenoide desde
un control electrónico a bordo del vehículo el cual recibe una
entrada de un sensor de velocidad del vehículo. El control
electrónico provee una corriente eléctrica al solenoide para
controlar el caudal al accionamiento de la dirección. Sin embargo,
a niveles elevados de corriente y caudal bajo la posición del
pivote de la válvula cerca del asiento de la válvula crea un efecto
Bernoulli el cual permite que la presión que actúa sobre la cabeza
del pivote accione la válvula repentinamente a una posición cerrada
haciendo máxima la asistencia de potencia a la dirección y creando
un cambio repentino en la respuesta de la dirección. En las
disposiciones de este tipo, cuando ocurre un fallo en el suministro
de energía al solenoide durante el funcionamiento, una reducción
repentina en el esfuerzo de la dirección requerido por el operario
del vehículo puede resultar en un sobre viraje del vehículo por
parte del operario y en que se cree una condición de riesgo.
Es conocido proporcionar una válvula de carrete
de solenoide de presión equilibrada para sistemas de dirección
asistida de nivel constante de potencia como se describe en la
patente americana US Nº 5,607,137. Sin embargo, las válvulas de
carrete tienen una gama limitada de respuesta de caudal y pueden no
ser adecuadas para las aplicaciones de dirección asistida de
potencia variable.
De acuerdo con ello, se desea proporcionar una
válvula de control del caudal proporcional accionada por solenoide
para un sistema de dirección de potencia hidráulica la cual
proporciona el control del caudal deseado, particularmente a niveles
bajos de corriente al solenoide y la cual elimina el efecto de las
fuerzas de presión las cuales tienden a accionar la válvula a una
posición repentinamente cerrada.
Por lo tanto se desea proporcionar una válvula de
control del caudal accionada por solenoide para un sistema de
dirección asistida de potencia variable con un caudal al
accionamiento de la dirección directamente proporcional a la
corriente del solenoide, evitando todavía el cierre repentino de la
válvula y proporcionando un caudal residual o mínimo con el
solenoide desactivado.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar una válvula de control del caudal la cual proporciona
caudal desde una entrada a una primera salida el cual es
proporcional a la corriente de activación del accionamiento de
solenoide de la válvula y el caudal de purga para controlar la
presión está provisto a una segunda salida.
Es otro objeto de la invención proporcionar una
válvula de control del caudal accionada por solenoide provista de
un caudal directamente proporcional a la corriente de activación
del solenoide y tener la válvula configurada como una válvula del
tipo de pivote para proporcionar un coste de fabricación
relativamente bajo para hacer la válvula adecuada para grandes
volúmenes de fabricación en serie de sistemas de dirección de
asistida de potencia variable de
vehículos.
vehículos.
Es un objeto adicional de la presente invención
proporcionar una válvula de control del caudal proporcional
accionada por solenoide la cual es capaz de mantener un caudal bajo
o residual en el estado desactivado a la primera salida sin que las
fuerzas de la presión cierren la válvula. Este objeto se consigue
con el procedimiento de la reivindicación 1 y la válvula de control
del caudal de la reivindicación 5.
La válvula de control del caudal accionada por
solenoide de la presente invención proporciona un manguito que pasa
a través del asiento de la válvula al lado de la entrada y provisto
de una conicidad inversa para proporcionar un caudal directamente
proporcional y a través del paso en el manguito el cual comunica la
presión de entrada con el extremo opuesto del manguito para
equilibrar las fuerzas de presión que actúan sobre el manguito en la
dirección axial, eliminando de ese modo la tendencia de las fuerzas
de presión a cerrar bruscamente la válvula en las posiciones de
caudal bajo del manguito. La presente invención proporciona una
calibración de la válvula en el estado desactivado para
proporcionar un caudal residual bajo al puerto de la señal de
control. La válvula de la presente invención es particularmente
adecuada para aplicaciones de dirección asistida de potencia
variable en vehículos a motor.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de dirección asistida de potencia variable que emplea la
válvula de control del caudal de la presente invención.
La figura 2 es una sección transversal de la
válvula de la presente invención en la condición desactivada sin el
solenoide.
La figura 3 es una sección transversal de la
válvula de la presente invención, con el solenoide completamente
activado. Y
La figura 4 es un gráfico del caudal como una
función de la corriente de activación del solenoide para la válvula
de las figuras 2 y 3.
Con referencia a la figura 1, un sistema de
dirección asistida de potencia variable está globalmente indicado
por 10 e incluye un módulo 12 que tiene montado en él una válvula
de control del caudal de equilibrio de la presión de acuerdo con la
invención globalmente indicada por 14, una bomba 16 y una válvula
de control de la presión 18. El módulo 12 puede estar montado en una
ubicación conveniente en el vehículo adyacente al accionamiento
hidráulico de la dirección 20. Un cárter o retorno de la bomba está
indicado por el número de referencia 22 el cual está ilustrado
separado del módulo 12, sin embargo, se entenderá que
alternativamente el cárter puede estar integralmente formado con la
bomba 16.
La válvula de control de la presión 14 está
accionada por un solenoide indicado globalmente por 24 el cual
recibe corriente de activación de un control electrónico 26
conectado al suministro de energía a bordo del vehículo 28 y el
control 26 también recibe una entrada del sensor de velocidad en
carretera del vehículo 30. Debe entenderse que el accionamiento
hidráulico de la dirección 20 puede comprender un pistón y un
cilindro que actúan sobre el mecanismo articulado de la dirección o
puede comprender una disposición de cremallera y piñón accionado por
un pistón de presión.
El sistema de la figura 1 funciona mediante la
válvula de control del caudal 14 que recibe en su entrada fluido a
presión desde una válvula a lo largo del conducto 32 y proporciona
un caudal controlado en su salida a lo largo del conducto 34 hasta
el accionamiento de la dirección 20. La presión del fluido en la
cámara de valvulería de la válvula 14 está controlada por el fluido
que se purga desde la segunda salida de la válvula a lo largo del
conducto 36 a través de una válvula de control de la presión la
cual devuelve el fluido a lo largo de la tubería 38 al cárter
22.
Se entenderá que la válvula de control de la
presión puede ser una simple válvula de descarga de la presión o
una válvula eléctricamente controlada, si se desea. Con referencia
a las figuras 2 y 3, la válvula 14 se representa con el solenoide
24 completamente activado con la válvula en la condición de
completamente abierta en la figura 3, y la válvula 14 se representa
en la condición de bajo caudal con el solenoide desactivado en la
figura 2.
La válvula 14 tiene un cuerpo de válvula 40 el
cual tiene un paso de entrada 42 que tiene formado en su interior
un asiento de válvula 44 que puede estar formado en un inserto 46
que tiene una pluralidad de pasos 52 formados alrededor del asiento
anular de la válvula 44. Se entenderá que el paso de entrada 42 está
adaptado para la conexión al conducto de entrada 32 del sistema de
la figura 1.
Una salida primaria está formada en el paso 42
aguas abajo de la superficie de válvula 44 y la salida está
indicada por una pluralidad de puertos 48 los cuales están
adaptados para la conexión al conducto 34 que suministra al
accionamiento de la dirección 20. Una salida secundaria o de purga
50 está formada en el cuerpo de la válvula 40 y está separada de la
salida primaria 48 y la salida secundaria 50 está adaptada para la
conexión al conducto 36 que suministra a la entrada de la válvula
de control de la presión 18. El paso de entrada 42 comunica con los
puertos de señal de control primarios 48 a través de los pasos 52
provistos en forma de ranuras alrededor de la periferia del inserto
46 como se indica mediante el número de referencia 52 en las
figuras 2 y 3.
Un elemento de accionamiento de la válvula 54
está deslizantemente dispuesto en un taladro 56 formado en el
cuerpo de la válvula 40 y se extiende en una dirección hacia fuera
del mismo en una dirección opuesta a la entrada y el elemento de
accionamiento de la válvula 54 se extiende en la dirección opuesta a
través del asiento de la válvula 44 y tiene una superficie de
valvulería escalonada cónica 58 formada en la superficie inferior
de un manguito 60 formado en el extremo de la válvula que se
extiende a través del asiento de la válvula 44. El elemento de
accionamiento de la válvula 54 tiene un inducido ferromagnético
anular 62 fijado al extremo del elemento de la válvula que se
extiende hacia fuera del cuerpo 40 y el inducido y el elemento de
accionamiento de la válvula 54 están desviados en una dirección
hacia la izquierda o en una dirección que tiende a desplazar la
superficie de valvulería 58 hacia el asiento de la válvula 44 para
hacer mínimo el caudal mediante un resorte 64 provisto de un
extremo que coincide exactamente contra el inducido y el extremo de
reacción opuesto que coincide exactamente contra el cuerpo 40.
Una guía del inducido o cubierta indicada por el
número de referencia 66 provista de un diámetro agrandado o extremo
abierto abocinado es recibido sobre el inducido y cierra
herméticamente sobre el mismo mediante un anillo de junta adecuado
68. La guía del inducido 66 está fijada al cuerpo mediante un
acoplamiento roscado como se indica mediante el número de referencia
70 con una parte de diámetro reducido del cuerpo. El interior de la
cámara de guía del inducido indicado por el número de referencia 72
se comunica con la presión en el paso de entrada por medio de un
paso de compensación de la presión 74 el cual está formado a través
del elemento de válvula y está abierto en un extremo a la cámara 72
y se extiende a través del mismo al manguito 60 y se abre al paso de
entrada 42.
Con referencia a la figura 3, el colector del
flujo anular 76 es recibido sobre la guía del inducido y tiene un
reborde 78 formado en el mismo el cual retiene una bobina
encapsulada 80 sobre la guía del inducido. El colector del flujo y
la bobina están fijados sobre el mismo mediante un anillo de presión
adecuado 82 el cual se acopla en una ranura 84 formada en la guía
del inducido. La bobina encapsulada 80 tiene formado en ella un
receptáculo eléctrico 86 el cual tiene extremos terminales
eléctricos 88 formados en el mismo los cuales están conectados a la
bobina 80 de una manera no representada muy conocida en la
técnica.
La construcción de la válvula representada en las
figuras 2 y 3 permite de ese modo que la bobina a una corriente
baja supere algo de la desviación del resorte 64 y mantenga el
asiento de la válvula 44 abierto suficientemente como para
proporcionar una cantidad mínima de caudal a través del puerto de
control 48 y, en una aplicación de dirección de potencia, como por
ejemplo aquella de la figura 1, al conducto 34 al accionamiento
hidráulico de la dirección 20. Con la bobina desactivada el
elemento de la válvula 54 es desplazado a la posición representada
en la figura 3 mediante el resorte 64 el cual no cierra
completamente la superficie de valvulería 58 contra el asiento 44
permitiendo de ese modo algo de caudal a los puertos de la señal de
control 48. La válvula está representada en la posición
completamente abierta completamente activada en la figura 3 en la
que el máximo caudal tiene lugar a través del puerto 48, al
conducto 34 y al accionamiento de la dirección 20. Por lo tanto, en
el caso de pérdida de energía de la bobina 80, el elemento de la
válvula 54 es desplazado a la posición representada en la figura 2 y
algo de flujo mínimo, el cual en la aplicación de la figura 1 va al
accionamiento de la dirección, mantiene de ese modo una asistencia
de potencia mínima al operario del vehículo para la dirección. La
presente invención por lo tanto evita un cambio repentino en la
asistencia de la dirección en el caso de fallo de energía al
solenoide o fallo del solenoide en la respuesta a la
activación.
Con referencia a la figura 4, se indica una curva
del caudal a través de una válvula, fabricada de acuerdo con la
presente invención, como una función de la corriente de la bobina
representando que la respuesta es substancialmente lineal desde la
activación baja hasta la activación completa.
Aunque la invención ha sido descrita antes aquí
con respecto a las realizaciones ilustradas, se entenderá que la
invención se puede modificar y variar y está limitada sólo por las
siguientes reivindicaciones.
Claims (6)
1. Procedimiento de control de la asistencia
hidráulica al sistema de dirección del vehículo (10)
comprendiendo:
- disponer una válvula de control del caudal
eléctricamente accionada (14) provista de una primera salida (48) y
una segunda salida (50) y una entrada (42) para recibir fluido a
presión en su entrada desde una fuente (16) de fluido a
presión;
- conectar un accionamiento hidráulico de la
dirección (20) para recibir fluido desde una primera salida (48) de
la válvula;
- conectar una válvula de descarga de la presión
(18) a la segunda salida (50) de la válvula y conectar la válvula
de descarga de la presión para devolver el fluido a la fuente;
- disponer un asiento anular de la válvula (44)
en dicha válvula entre la entrada (42) y dicha primera salida
(48);
- disponer un elemento de accionamiento de la
válvula alargado (54) a través de dicho asiento de la válvula y que
forma una superficie anular de valvulería (58) en dicho elemento y
que forma un paso de compensación de la presión (74) en sentido
longitudinal a través de dicho elemento y que comunica la presión en
los extremos de dicho elemento en lados opuestos de dicho asiento
de la válvula;
- activar electrónicamente dicha válvula y
desplazar dicho elemento de accionamiento de la válvula e
incrementar el caudal sobre dicho asiento de la válvula
proporcionalmente con el incremento de la activación; y
- desviar dicha superficie de valvulería (58)
hacia dicho asiento anular de la válvula (44) cuando dicha válvula
está desactivada.
2. El procedimiento definido en la reivindicación
1 en el que dicho paso de disponer un asiento anular de la válvula
(44) incluye roscar un inserto (48) en la entrada.
3. El procedimiento definido en la reivindicación
1 en el que dicho paso de activar eléctricamente y de desplazar
incluye conectar dicho elemento de la válvula a un inducido (62) de
un solenoide (24) y desplazar electro-magnéticamente
el inducido.
4. El procedimiento definido en la reivindicación
1 en el que dicho paso de formar una superficie anular de
valvulería incluye la formación de un asiento anular cónico (44)
provisto de una conicidad inversa.
5. Válvula de control del caudal accionada por
solenoide (14) para proporcionar caudal directamente proporcional a
la corriente de solenoide, comprendiendo:
- un cuerpo de la válvula (40) que define un
puerto de entrada (42) que comunica con un puerto de salida de la
señal (48) a través de un asiento anular de la válvula (44) y un
puerto de salida de purga de la presión (50) que comunica con dicho
puerto de salida de la señal a través de un paso de purga (52);
- un elemento de accionamiento de la válvula (54)
provisto de una superficie cónica de valvulería (58) que se
extiende a través de dicho asiento de la válvula (44) con un
inducido (62) provisto en un extremo distante de dicha superficie de
valvulería;
- un paso de compensación de la presión (74) que
se extiende a través de dicho elemento de accionamiento de la
válvula (54) desde dicha superficie de valvulería hasta dicho
inducido y que comunica la presión del fluido en dicho puerto de
entrada con dicho extremo distante de dicha superficie de
valvulería; y
- medios (64) para desviar dicha superficie de
valvulería hacia dicho asiento de la válvula.
6. La válvula de la reivindicación 5 en el que
dicho asiento anular de la válvula (44) incluye una superficie
cónicamente escalonada.
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