WO2009101218A2 - Sistema de suspensión para vehículos automóviles y vehículo automóvil que comprende dicho sistema - Google Patents

Sistema de suspensión para vehículos automóviles y vehículo automóvil que comprende dicho sistema Download PDF

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vehicle
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Juan Manuel PEDRERO ÍÑIGUEZ
Dionisio Del Pozo Rojo
Javier CORRAL SÁIZ
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    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/016—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input
    • B60G17/0164—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input mainly during accelerating or braking
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    • B60G2200/46—Indexing codes relating to the wheels in the suspensions camber angle
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    • B60G2400/20—Speed
    • B60G2400/208—Speed of wheel rotation

Definitions

  • the present invention has application in the automotive industry, and more specifically in the suspension and safety systems of motor vehicles.
  • the wheel can be considered as a rigid solid that has six degrees of freedom, which correspond to three rotations and three translations.
  • two rotations are considered mainly with respect to two axes perpendicular to each other and contained in the plane of the wheel, which is understood as the plane of the wheel that is perpendicular to an axis of the wheel passing through the center of the contact area of the tire of the wheel with the ground.
  • the rotation around a vertical axis that passes through the center of the wheel is considered, this being a degree of freedom that is driven by the steering wheel of the vehicle.
  • the angle formed by the plane of the wheel and the real direction of movement is the drift angle, in English "slip angle".
  • the drift angle in English "slip angle”.
  • the footprint in the area of contact with the ground offers a resistance to rotation produced by the friction existing between the rubber of the tire and the ground, usually the asphalt of the road.
  • the contact fingerprint is deformed and undergoes a reorientation towards the direction of the wheel.
  • the angular difference between the direction of the track and the direction of the wheel is the angle of drift, which provides a lateral force that is also a function of the load that supports said wheel.
  • suspensions comprising devices that allow changing the angle of fall of the wheel, as described, for example, in Japanese patent no. JP-2002063698, where the location of the mounting point of the suspension to the chassis is modified
  • the balancing axis is defined as a point of intersection between a plane of symmetry of the motor vehicle and a plane that contains the support point of the wheel to the ground with a straight line defined as an intersection between the support planes of the wheel to the chassis, that is to say, there is a first plane that contains the elements of upper support, which is usually a triangle, of the suspension and a second plane in which the elements of the lower support of the suspension are contained, which is usually another triangle, so that said two planes are cut in a line that forms a plane with the point of contact between the wheel and the ground.
  • the intersection of said plane with the plane of symmetry of the vehicle is the axis of balance.
  • the US patent no. US-4895383 describes a method and mechanism to control the angle of fall on the rear wheels.
  • Said mechanism incorporates detectors of the direction of direction of the wheel, devices and actuators of variation of the angle of fall and a control unit responsible for capturing the information of the sensors and sending the appropriate control signal to control at least one wheel.
  • these devices comprise an actuator driven by an electric motor that pushes transversely in the upper part of the wheel, or in some element of the upper support of the wheel suspension.
  • these suspensions usually comprise a hose, which is the element that supports the wheel, a lower support triangle of the suspension that joins on one side to the hose and on the other to the vehicle chassis, an upper support triangle of the suspension that also joins on one side to the hose and on the other to the chassis of the vehicle, and a steering rod that joins on one side to the hose and on the other to the steering elements and that are connected to the steering wheel.
  • a first aspect of the present invention refers to a suspension system for motor vehicles and a second aspect of the invention refers to a motor vehicle comprising said system.
  • the suspension system object of the invention has the capacity to modify the angle of fall of at least one wheel, said angle of fall being an angle between a vertical plane of symmetry of the wheel and a vertical plane.
  • the variation of the angle of fall of the wheel allows to introduce a lateral force that causes the vehicle to turn in one direction or another. This allows, for example, to increase the stability of the vehicle in certain situations, optimize the use of a tire or modify the trajectory, for example, in systems that correct involuntary lane changes, comprising the collaboration of sensors and at least one control unit .
  • a motor vehicle capable of managing its trajectory independently of the conventional steering system implies a value added in terms of maneuverability, since it assists, in case of emergency, but does not replace the driver or his ability to decide on the trajectory he wishes to maintain, which is especially relevant in case of failure or malfunction of the device object of the invention.
  • the invention contemplates its use and integration in architectures of vehicles currently in development, such as electric cars and hybrids, which begin to incorporate steering systems based on cable technologies, in English "by wire".
  • These steering systems propose, in some cases, alternatives to the conventional steering wheel by means of control levers that allow modifying different parameters of the vehicle configuration for driving.
  • This "by wire” technology involves replacing mechanical transmission elements with command signals via cables and the drives by electric motors commanded by said signals.
  • the sector towards which this invention is focused is the automotive sector, particularly in the field of special vehicles, such as electric or hybrid vehicles, conventional vehicles, high-end vehicles and sport utility vehicles, in English "Sport Utility Vehicle, SUV".
  • the suspension system for motor vehicles proposed by the invention has the capacity to independently control the angle of fall, and is configured to modify a drop angle of at least one wheel, where said at least one wheel is supported. by a sleeve that in a lower area, below a rotation axis of said at least one wheel, is articulated by a ball joint to a lower support, which may consist of a lower triangle, which in turn is articulated by ball joint to a vehicle chassis.
  • the system comprises a steering rod that is articulated by means of a ball joint to the sleeve and to elements of the steering, at its ends.
  • Said connecting rod is contained in a plane defined by the lower support.
  • the point of attachment between the steering rod and the sleeve is contained in an instantaneous axis of rotation of the lower support with respect to said sleeve in any situation of the suspension system, that is to say in any position of the lower support.
  • the steering rod is a bar connected to elements of the steering of the motor vehicle, specifically to the steering rack, articulated by ball joint. This articulation by means of a kneecap restricts the three translations and allows the three rotations.
  • an opposite end of the steering rod is connected to the sleeve, also by means of a ball joint.
  • the system comprises a connection knot articulated superiorly by means of a kneecap to the sleeve, and a tie rod that is articulated by a first end by means of a kneecap to the connection node, and by a second end is articulated by means of a kneecap to the vehicle chassis.
  • the system comprises a connected actuator element rigidly to the connection node and articulated by means of a ball joint to the chassis, said actuator element is configured to modify the angle of fall of said at least one wheel by modifying the length of said actuator element.
  • the upper support elements of the suspension comprise the actuator element, which allows the angle of fall to be varied and which is connected on the one hand to the vehicle chassis and by
  • connection node located in the upper part of the hose.
  • the upper support elements of the suspension comprise a tie rod connected in an articulated manner to the connection node at one end and at its opposite end to the vehicle chassis.
  • This tie rod is arranged in a direction substantially parallel to the direction of advance of the vehicle, so that the effect of the longitudinal variation of the actuator element in the suspension is minimized.
  • the suspension system object of the invention allows modifying the angle of fall by means of a special configuration or architecture that avoids the problems mentioned above.
  • the actuator element is contained in the plane formed by the upper support elements of the suspension so that in this way the extension or compression of the rod, and therefore of the actuator element does not affect the position of the center of balancing, so that the displacements of the actuator element occur coinciding with a projection line of the upper plane and, therefore, the changes in the angle of fall of the wheel produced by the actuator element do not result in a modification of the center of balancing
  • the steering rod is attached to the hose at a point of the axis of rotation between the hose and the elements of the lower support of the suspension. In this way, the movements of the wheel due to the actuation of the actuator element of the angle of fall, are transparent to the direction and therefore, do not transmit any movement to the steering wheel.
  • the lower connection element is articulated by two connections to the vehicle chassis, which are preferably two spherical pairs although they can also be two rotation pairs with a collinear axis.
  • the tie rod is oriented at an angle not exceeding 45 ° with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation of said at least one wheel.
  • the location of the strut with respect to the horizontal plane is defined by the geometry of the assembly as is the case with the actuator element.
  • the orientation of the strap is specified by a parameter ⁇ , which is the angle of the strap with respect to a straight line that defines the direction of travel. This parameter ⁇ must be less than or equal to 45 ° and the more stretched in the direction of the march the tie is, the smaller the variation introduced in the advance of the suspension.
  • the arch that Describe the point of connection of the tie rod with the joint node will be more extended as the radius defined by the tie rod is larger.
  • the actuator element is oriented at an angle between -15 ° and 15 ° with respect to an axis parallel to the axis of rotation of said at least one wheel.
  • the main advantage of this particularity lies in the fact that the variations in the angle of fall induced by the actuator element do not affect the rest of the geometry of the assembly of the suspension, in particular it will not affect the position of the balancing center. This is justified by the fact that the center of balance is determined geometrically by the plane that contains the actuator element.
  • the actuator element comprises a cylinder and a rod configured to be driven by driving means, which may consist of an electric motor.
  • driving means which may consist of an electric motor.
  • said actuator element comprises at least one position sensor configured to detect the position of said actuator element.
  • the actuator element comprises an anti-return system configured to withstand stresses coming from said at least one wheel and prevent a transmission of said efforts to the actuator element. It is about preventing a modification of the length of the actuator element as a result of the efforts that arrive in its connection to the connection node, that is, that it moves only when it is acted and not as a result of potholes or other forces that it has to put up with.
  • the system has a single element is remarkable actuator, with anti-return system, so that it uses a single actuator, electric or hydraulic, that incorporates a position sensor to effect the modification of the angle of fall.
  • the design of the rest of the elements object of the invention avoids the need for additional actuation elements to avoid adverse effects on the dimensions of the suspension that would otherwise have to be compensated by additional actuators synchronized with the main one.
  • the presented system can be equivalent to a conventional suspension by changing the actuator for a fixed-length rod, as long as the rest of the elements of the suspension are designed with the particularities described in the claims.
  • the system comprises an anti-return system, which can consist of an auger system, so that, in case of loss of electric current, the stresses coming from the wheel are not able to modify the system configuration thus avoiding a situation potentially dangerous
  • the variation of the length of the actuator element to modify the fall of the wheel is carried out by modifying the upper part of the hose, whereby the connection of said actuator is made in the upper part of the hose.
  • the strap By placing the strap in the upper area, on the one hand, greater protection of the actuator is achieved by moving it away from the road where it would be subject to impacts by loose objects.
  • the accessibility to the system is improved in case of revision and / or repair from, for example, the hood.
  • a second aspect of the invention relates to a motor vehicle comprising a suspension system according to any of those defined above.
  • this trajectory modification system It could be used to provide the vehicle steering system with a specific and convenient alternative to control the orientation of the wheel by means of a control lever. This would allow to operate a lever-type steering control that allowed to control the rotation by means of a fall angle or by an angle of drift of the wheel independently.
  • Another object of this invention is to provide the steering system with a more comfortable driving means, thus reducing the number of extra turns of the steering control facilitating maneuverability.
  • An advantage of the present invention is simplicity for its implementation since it is composed of a relatively small number of components that can be chosen from a wide range of typologies.
  • it uses two sensors, one for loss of trajectory alert and another for dynamic behavior of the vehicle, a controller and drop angle modifiers, one on each opposite wheel of the same axle.
  • the sensors can be of various types to detect the lateral path reference line and the lateral force of the vehicle;
  • the controller can be an independent electronic unit or included in an electronic control unit, in English
  • ECU Electronic Control Unit
  • Another advantage of this invention is the wide range of vehicles in which it can be implemented. From conventional four-wheel vehicles, both on the front and rear axle and even on both.
  • the present invention proposes to use the lateral force induced by the fall of the tire as a system of variation of the direction of the same.
  • the management of the variation of this parameter by means of a control system enables the vehicle of a system of variation of the trajectory without influencing the conventional direction, allowing to compensate lane losses due to driver distractions.
  • the magnitude of the induced force is approximately 10% of the force that is introduced when the steering wheel is rotated by the angle of drift. In this way, the driver will always be able to correct the steering variation by means of the conventional steering system in the event of a possible failure or malfunction of the proposed system.
  • the driver's perception is positive, since the vehicle is maintained in a safe trajectory but without appreciating variation in the steering wheel autonomously, so that the feeling of control is not lost.
  • another differential feature of the invention is the placement of the point of attachment of the rod of the direction at the height of the connection of the triangle or lower support of union, thus avoiding modifications of the initial geometry of the direction.
  • the system of the invention is a preventive safety system that prevents the loss of the safe trajectory of the vehicle under certain driving conditions in which the direction of the forces changes when the orientation of the wheel is modified to prevent the vehicle from passing The continuous lateral line.
  • the proposed invention is a system that, acting on the angle of fall of the wheel, allows to introduce a certain lateral force to correct the trajectory of the vehicle without the action of the steering wheel. Therefore, the correction of the trajectory that the invention proposes comprises a system and a method that are defined in the following paragraphs.
  • the invention contemplates a method of adjusting the angle of fall or path correction procedure.
  • Said system of variation of the trajectory based on the angle of fall of the wheel comprises, mainly, three levels.
  • a sensor network sends different information signals.
  • the first signal comes from the LDW path loss sensor, which consists of a sensor configured to detect if the vehicle is going to lose a safe path under certain conditions, as well as detection of continuous lines, obstacles, etc.
  • the second signal consists of a speed limit below which the system is not activated and comes from the vehicle speed sensor.
  • a visual lane change indicator preferably an intermittent one
  • the system does not work, and additionally, if the user has decided to disconnect the system, no signal of loss of the original path is activated either.
  • the system has information on the lateral acceleration of the vehicle, which is a third signal, as well as the steering wheel rotation and / or turning speed Steering wheel, which is a fourth signal.
  • the electronic control unit consists in sending a command signal to the actuator element that generates the lateral displacement necessary to introduce an angular variation of the wheel with respect to the vertical plane thereof.
  • the suspension system for motor vehicles and the motor vehicle comprising said system that the invention proposes constitutes an advance in the suspensions and vehicles used up to now, and solves in a fully satisfactory way the problem previously exposed, in the line of what is done in competition vehicles where this length is usually varied to modify the angle of fall without altering critical dimensions of the suspension as the height of the balancing center by other devices.
  • the invention does not modify the anchoring points of the elements, changes in the position of the mooring points to the chassis of the braces cause Moderate changes in the position of the balancing center, so that the device object of the invention is advantageous with respect to those that modify the position of the inner anchor point of the tie rod.
  • the actuator element changes its length without hardly modifying other dimensions, which allows a minimum alteration in the advance of the wheel.
  • the need to have three kinematic pairs in a conventional suspension of the type of superimposed triangles means that in the case of incorporating an actuator to modify the geometry of the fork, and consequently the dimensions of the suspension, the arrangement must be such that the effect on Other dimensions such as progress are not affected.
  • the device of the invention comprises a longitudinal tie connected to the rest of the elements of the vehicle direction by means of a spherical ball joint and with a defined length to avoid excessive variation of the angle of advance in the compression and extension of the suspension.
  • This arrangement of longitudinal braces in the suspension also improves the resistant behavior of the brace, since during braking, usually the situation that generates greater loads in a suspension, causes an effort of tension on the tie, offering great rigidity of the system with a minimum weight, since it is the optimal way of working of this type of elements.
  • the user does not need to modify the angle of rotation of the steering wheel so that the vehicle changes direction because the actuator receives the order of the control system.
  • the driver of the vehicle only has to maintain the position of the steering wheel and the device commanded by the control system varies the direction of the vehicle by developing lateral force by modifying the angle of fall.
  • the steering rotation dimensions are not modified by the arrangement of the steering tie in the same plane of the triangle or lower fork of the suspension.
  • the device object of the invention avoids having to make any correction on the shoulder of the vehicle direction, since during the modification of the angle of fall, the axis of rotation of the hose is determined by the patella of the fork or lower support and the end of the steering rod. In this way, modifications in the convergence of the wheels are avoided. If the device does not use this arrangement, a change in the angle of fall in the wheels would cause changes in the angle of the wheel modified by the conventional steering rod, coupling the effects of the modification of the angle of fall with said angle.
  • the arrangement of the fork or triangle coinciding with the steering tie also avoids the effect called "bump steer" in English, which varies the orientation of the wheels exerting parasitic lateral forces when one of the wheels passes through a pothole.
  • the architecture of the system of the invention is extremely versatile and allows the implementation of functions of different types, such as evasive maneuvers, "platooning" and other ADAS systems related to Ia direction of the vehicle so that the user maintains control over the drift angle, which generates the greatest amount of lateral force.
  • the device is considered little intrusive in driving and with the advantage that it does not require modifying the vehicle platform.
  • the system object of the invention allows maximizing the lateral force for a given tire size, which means a reduction in vehicle consumption, since with narrower tires the same can be generated lateral force, being equivalent from the point of view of security. This is because tires with lower front section and lower friction losses reduce consumption.
  • the ability to modify the angle of fall allows an automated adjustment that results in a better use of the tire, prolonging its useful life, ensuring uniform wear, which in turn results in a benefit to the environment.
  • Figure 1 shows a schematic elevation view of a wheel, in which the angle of fall and the influence of the actuator element in the center of balancing can be seen.
  • Figure 2. Shows a schematic perspective view of the system of the invention, incorporated in a wheel of a motor vehicle.
  • Figure 3. Shows a schematic profile view, from an inner side, of the system represented in Figure 2.
  • Figure 4.- Shows a schematic elevation view of the system represented in Figures 2 and 3.
  • Figure 5. Shows a schematic plan view, from a superior point of view, of the suspension system represented in Figures 2 to 4.
  • the suspension system for motor vehicles proposed by the invention is configured to modify a drop angle of a wheel (2), where said wheel (2 ) is supported by a hose (7) that in a lower area, below an axis of rotation of the wheel (2), is articulated by ball joint to a lower support (8), which consists of a lower triangle, which in turn, it is articulated by a ball joint to a vehicle chassis.
  • the system comprises a steering rod (1) that is articulated by means of a kneecap to the sleeve (7) and elements of the steering, by respective ends.
  • Said connecting rod (1) is contained in a plane defined by the lower support (8).
  • the point of attachment between the steering rod (1) and the hose (7) is contained in an instantaneous axis of rotation of the lower support (8) with respect to said sleeve (7) in any situation of the suspension system, such and as can be seen in figures 3 and 4.
  • the system comprises a connection node (3) articulated superiorly by means of a kneecap to the sleeve (7), and a tie rod (4) that is articulated by a first end by means of a kneecap to the connection node (3), and by a second end is articulated by ball joint to the chassis of the vehicle.
  • the system comprises an actuator element (6) rigidly connected to the connection node (3) and articulated by means of a ball joint to the chassis, said actuator element (6) is configured to modify the angle of fall of the wheel (2) by means of the modification of the length of said actuator element (6).
  • the actuator element (6) is connected on the one hand to the chassis of the vehicle and on the other rigidly to the connection node (3) located in the upper part of the hose (7).
  • Said actuator element (6) comprises a cylinder and a rod configured to be driven by an electric motor.
  • tie rod (4) is articulatedly connected to the connection node (3) at one end and at its opposite end to the vehicle chassis.
  • This tie rod (4) is arranged in a direction substantially parallel to the direction of advance of the vehicle, so that the effect of the longitudinal variation of the actuator element (6) is minimized in
  • the suspension as can be seen in Figure 1, where it can be seen that the actuator element (6) is contained in the plane formed by the upper support elements of the suspension so that the extension or compression of the actuator element (6 ) does not affect the position of the balancing center (10).
  • the displacements of the actuator element (6) are produced coinciding with a projection line of the upper plane and, therefore, the changes in the angle of fall of the wheel produced by the actuator element (6) do not result in a modification of the balancing center (10).
  • the lower connection element (8) is articulated by two connections to the vehicle chassis, which are two rotation pairs with a collinear axis.
  • the strap (4) is oriented at an angle not exceeding 45 ° with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation of the wheel (2), as can be seen in Figure 5.
  • the orientation of the strap (4) is It specifies by a parameter ⁇ , which is the angle of the strap with respect to a straight line that defines the direction of travel. This parameter ⁇ must be less than or equal to 45 ° and the more stretched in the direction of the march the brace (4) is located, the smaller the variation introduced in the advance of the suspension.
  • the actuator element (6) is oriented according to an angle between -15 ° and 15 ° with respect to an axis parallel to the axis of rotation of the wheel (2).
  • Figure 5 shows the position and orientation of the actuator element (6) according to a plan view, which is defined according to its orientation with respect to a direction transverse to the march.
  • the actuator element (6) has an orientation defined by a parameter ⁇ which is comprised between -15 ° and 15 °, so that variations in the angle of fall produced by the actuator element (6) do not affect the rest of the geometry of the whole of the suspension, in particular they do not affect the position of the balancing center (10).
  • the actuator element (6) is operated by driving means (5), which consist of an electric motor.
  • the actuator element (6) comprises position sensors configured to detect the position of said actuator element (6).
  • the actuator element (6) comprises an anti-return system configured to prevent a transmission of stress from the wheel (2) to said actuator element (6).

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Abstract

Sistema de suspensión para vehículos automóviles y vehículo automóvil que comprende dicho sistema, que permite modificar el ángulo de caída de una rueda (2) soportada por una mangueta (7) que está articulada a un soporte inferior (8), comprendiendo una varilla de dirección (1), articulada a la mangueta (7), que está contenida en el plano del soporte inferior (8), donde el punto de unión entre la varilla de dirección (1) y la mangueta (7) está contenido en el eje instantáneo de rotación entre el soporte inferior (8) y la mangueta (7), comprendiendo un nudo de conexión (3), articulado superiormente a la mangueta (7) y a un tirante (4), así como un elemento actuador (6), unido rígidamente al nudo de conexión (3), que está configurado para modificar el ángulo de caída de la rueda (2) mediante la modificación de la longitud de dicho elemento actuador (6).

Description

SISTEMA DE SUSPENSIÓN PARA VEHÍCULOS AUTOMÓVILES Y VEHÍCULO AUTOMÓVIL QUE COMPRENDE DICHO SISTEMA
D E S C R I P C I Ó N
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene aplicación en Ia industria de Ia automoción, y más concretamente en los sistemas de suspensión y seguridad de vehículos automóviles.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Entre los múltiples elementos mecánicos y subsistemas que comprende un vehículo automóvil, Ia rueda se puede considerar como un sólido rígido que tiene seis grados de libertad, que se corresponden con tres rotaciones y tres traslaciones. Con relación al sistema de dirección de un vehículo automóvil se consideran principalmente dos rotaciones respecto a dos ejes perpendiculares entre sí y contenidos en el plano de Ia rueda, entendiéndose como plano de Ia rueda aquel que es perpendicular a un eje de Ia rueda que pasa por el centro del área de contacto del neumático de Ia rueda con el suelo.
Por un lado se considera el giro alrededor de un eje vertical que pasa por el centro de Ia rueda, siendo éste un grado de libertad que es accionado mediante el volante de dirección del vehículo. El ángulo formado por el plano de Ia rueda y Ia dirección real del movimiento es el ángulo de deriva, en inglés "slip angle". Como consecuencia de Ia elasticidad del neumático, Ia huella en el área de contacto con el suelo ofrece una resistencia al giro producida por el rozamiento existente entre Ia goma del neumático y el suelo, habitualmente el asfalto de Ia carretera. De esta forma, Ia huella de contacto se encuentra deformada y sufre una reorientación hacia Ia dirección de Ia rueda. La diferencia angular entre Ia dirección de Ia huella y Ia dirección de Ia rueda es el ángulo de deriva, el cual proporciona una fuerza lateral que es función también de Ia carga que soporta dicha rueda.
Por otro lado, en el plano de Ia rueda existe otro eje cuyo giro proporciona una alternativa para el guiado del vehículo, que se cuantifica mediante el ángulo de caída de Ia rueda, en inglés "camber angle". El efecto de acoplamiento entre el plano que contiene a Ia rueda y el suelo permite obtener cierto esfuerzo lateral que permite dirigir el vehículo automóvil hacia Ia trayectoria deseada.
Existe una relación cuasi-lineal entre el ángulo de caída y Ia fuerza lateral, considerándose que el ángulo de caída es positivo cuando Ia parte superior de Ia rueda está más alejada que Ia inferior, mientras que para valores negativos Ia fuerza lateral generada es de sentido contrario.
Como ejemplo, para un valor habitual de ángulo de caída correspondiente a
2o se obtiene una fuerza lateral correspondiente a 300 N aproximadamente, pudiendo aprovecharse dicha fuerza lateral para guiar el vehículo automóvil según una trayectoria adecuada.
Los últimos avances en los campos de Ia electrónica, las comunicaciones y Ia programación informática están permitiendo el desarrollo de nuevas tecnologías y funciones de seguridad con el objeto de evitar accidentes, o al menos minimizar sus consecuencias. Estos avances se incorporan en sistemas de asistencia avanzada al conductor, ADAS según sus siglas en inglés.
En Ia actualidad existen sistemas de seguridad activa para vehículos automóviles como el sistema de alerta de cambio involuntario de carril, en inglés "Lañe Departure Warning, LDW", que advierten al conductor de una posible pérdida de Ia trayectoria segura del vehículo mediante una señal luminosa o sonora.
Asimismo, existen sistemas como el asistente para el cambio de trayectoria, en inglés "Lañe Change Assistant, LCA", que aplica un par de giro sobre el volante favoreciendo Ia corrección de Ia trayectoria ante una reacción del conductor o una situación de frenado de emergencia, comprendiendo, entre otros, un sistema anticolisión.
Las primeras generaciones de estos sistemas han sido introducidas en el mercado, sobre todo en vehículos de gama alta, desde hace relativamente pocos años. Por ejemplo, en 1998 Ia firma Mercedes introdujo por primera vez en Europa un sistema de control automático de velocidad de crucero, en inglés "Adaptative Cruise Control, ACC".
Asimismo, se han realizado diferentes esfuerzos para conseguir un sistema de control y actuación de los distintos grados de libertad de las ruedas de los vehículos automóviles, mediante su asociación, en Ia gran mayoría de los casos, con el sistema de suspensión del vehículo.
En este sentido existen suspensiones que comprenden dispositivos que permiten cambiar el ángulo de caída de Ia rueda, tal y como se describe, por ejemplo, en Ia patente japonesa no. JP-2002063698, donde se modifica Ia ubicación del punto de montaje de Ia suspensión al chasis de
Ia horquilla superior, de forma que dichos cambios en Ia posición de los puntos de amarre al chasis de los tirantes producen alteraciones en Ia posición del centro de balanceo del vehículo, Io que supone un gran inconveniente desde el punto de vista de Ia estabilidad del vehículo.
El eje de balanceo se define como un punto de intersección entre un plano de simetría del vehículo automóvil y un plano que contiene el punto de apoyo de Ia rueda al suelo con una recta definida como intersección entre los planos de soporte de Ia rueda al chasis, es decir, existe un primer plano que contiene los elementos de soporte superior, que suele ser un triángulo, de Ia suspensión y un segundo plano en el que están contenidos los elementos del soporte inferior de Ia suspensión, que suele ser otro triángulo, de forma que dichos dos planos se cortan en una línea que forma un plano con el punto de contacto entre Ia rueda y el suelo. La intersección de dicho plano con el plano de simetría del vehículo es el eje de balanceo. Existen dos centros de balanceo que resultan de Ia intersección del eje de balanceo con los dos planos transversales que contiene al eje delantero y al trasero, respectivamente.
Por otro lado, para el caso de vehículos automóviles con dirección a las cuatro ruedas, Ia patente estadounidense no. US-4895383 describe un método y un mecanismo para controlar el ángulo de caída en las ruedas posteriores. Dicho mecanismo incorpora detectores del sentido de orientación de Ia rueda, dispositivos y actuadores de variación del ángulo de caída y una unidad de control responsable de capturar Ia información de los sensores y enviar Ia señal de control apropiada para controlar al menos una rueda.
Un caso en el que Ia modificación del ángulo de caída se realiza de forma activa a través de un actuador se encuentra descrito en Ia patente francesa no. FR-2833233, que se refiere a un dispositivo que permite independizar el grado de libertad correspondiente a Ia caída de Ia suspensión, planteándose distintas configuraciones del dispositivo que proporcionan diferentes alternativas con características cinemáticas diferentes en las que los centros instantáneos del movimiento relativo entre conjuntos de elementos establecen el comportamiento cinemático y dinámico del vehículo automóvil, mencionándose una solución para un mecanismo de suspensión McPherson.
Estos dispositivos comprenden un actuador accionado por un motor eléctrico que empuja transversalmente en Ia parte superior de Ia rueda, o bien en algún elemento del soporte superior de Ia suspensión de Ia rueda. Asimismo, estas suspensiones habitualmente comprenden una mangueta, que es el elemento que soporta Ia rueda, un triángulo de soporte inferior de Ia suspensión que se une por un lado a Ia mangueta y por otro al chasis del vehículo, un triángulo de soporte superior de Ia suspensión que también se une por un lado a Ia mangueta y por otro al chasis del vehículo, y una varilla de Ia dirección que se une por un lado a Ia mangueta y por otro a los elementos de Ia dirección y que se conectan al volante.
Pues bien, todos estos dispositivos presentan dos inconvenientes principales. En primer lugar cuando se modifica el ángulo de caída de Ia rueda, varía el centro de balanceo del vehículo automóvil, Io cual afecta a su estabilidad. El problema se produce como consecuencia de que al cambiar el ángulo de caída mediante el actuador, el plano superior que contiene los triángulos de soporte superiores de Ia suspensión cambia su posición en el espacio y, por tanto, modifica Ia posición del centro de balanceo.
En segundo lugar, otro problema que surge en estos dispositivos al cambiar el ángulo de caída de Ia rueda es que al modificar Ia posición de Ia rueda, se modifica también Ia posición de Ia varilla de dirección, que está unida a Ia mangueta de soporte de Ia rueda para transmitir los movimientos del conductor a través del volante, de forma que cuando el conductor mueve el volante, en una u otra dirección, a través de los mecanismos que comprende el sistema de Ia dirección, se mueve Ia varilla de Ia dirección, que a su vez hace que Ia rueda gire en una u otra dirección. En definitiva, el cambio en Ia posición de Ia rueda producido por el mecanismo de accionamiento del ángulo de caída, produce el movimiento de Ia varilla de Ia dirección, y dicho movimiento se transmite al volante, provocando una sensación extraña e incómoda en el conductor durante Ia conducción.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Un primer aspecto de Ia presente invención se refiere a un sistema de suspensión para vehículos automóviles y un segundo aspecto de Ia invención se refiere a un vehículo automóvil que comprende dicho sistema.
El sistema de suspensión objeto de Ia invención tiene capacidad para modificar el ángulo de caída de al menos una rueda, siendo dicho ángulo de caída un ángulo entre un plano vertical de simetría de Ia rueda y un plano vertical. La variación del ángulo de caída de Ia rueda permite introducir una fuerza lateral que provoca el giro del vehículo en uno u otro sentido. Esto permite, por ejemplo, aumentar Ia estabilidad del vehículo en determinadas situaciones, optimizar el uso de un neumático o modificar Ia trayectoria, por ejemplo, en sistemas que corrigen cambios involuntarios de carril, comprendiendo Ia colaboración de sensores y al menos una unidad de control.
En las últimas décadas, con el objeto de incrementar Ia seguridad de los vehículos automóviles y evitar los numerosos accidentes de circulación que se producen como consecuencia de Ia pérdida de control del vehículo por motivo de distracciones del conductor, fatiga o sueño, se están desarrollando diversos sistemas autónomos de prevención de pérdida de trayectoria, Io que supone un avance significativo en Ia reducción del número de accidentes de tráfico.
Un vehículo automóvil capaz de gestionar su trayectoria de forma independiente del sistema de dirección convencional supone un valor añadido en términos de maniobrabilidad, ya que asiste, en caso de emergencia, pero no sustituye al conductor ni a su capacidad de decisión sobre Ia trayectoria que desee mantener, Io que resulta especialmente relevante en caso de fallo o mal funcionamiento del dispositivo objeto de Ia invención.
Además, Ia invención contempla su utilización e integración en arquitecturas de vehículos actualmente en desarrollo, tales como automóviles eléctricos e híbridos, que comienzan a incorporar sistemas de dirección basados en tecnologías por cable, en inglés "by wire". Estos sistemas de dirección proponen, en algunos casos, alternativas al volante convencional mediante palancas de mando que permiten modificar distintos parámetros de Ia configuración del vehículo para su conducción. Esta tecnología "by wire" implica sustituir elementos mecánicos de transmisión por señales de comando mediante cables y los accionamientos por motores eléctricos comandados por dichas señales.
En el ámbito de aplicación de Ia invención, también se consideran aplicaciones relacionadas con un control autónomo del vehículo automóvil, asociado a tendencias recientes y previsibles del automóvil que contemplan sistemas de control de vehículos mediante el concepto de maniobras cooperativas. En este tipo de maniobras los vehículos son prácticamente autónomos, capaces de detectar y reconocer obstáculos, como por ejemplo otros vehículos, gestionando de forma independiente el gobierno del vehículo.
El sector hacia el que va enfocado esta invención es el de automoción, particularmente en el ámbito de vehículos especiales, tales como vehículos eléctricos o híbridos, vehículos convencionales, de alta gama y vehículos deportivos utilitarios, en inglés "Sport Utility Vehicle, SUV". El sistema de suspensión para vehículos automóviles que Ia invención propone, tiene capacidad para controlar de manera independiente el ángulo de caída, y está configurado para modificar un ángulo de caída de al menos una rueda, donde dicha, al menos una, rueda se encuentra soportada por una mangueta que en una zona inferior, por debajo de un eje de rotación de dicha, al menos una, rueda, está articulada mediante rótula a un soporte inferior, que puede consistir en un triángulo inferior, que a su vez está articulado mediante rótula a un chasis del vehículo.
De acuerdo con Ia invención, el sistema comprende una varilla de dirección que está articulada mediante rótula a Ia mangueta y a elementos de Ia dirección, por sus extremos. Dicha varilla de conexión está contenida en un plano definido por el soporte inferior. El punto de unión entre Ia varilla de dirección y Ia mangueta se encuentra contenido en un eje instantáneo de rotación del soporte inferior respecto a dicha mangueta en cualquier situación del sistema de suspensión, es decir en cualquier posición del soporte inferior.
Por un extremo Ia varilla de dirección es una barra conectada a elementos de Ia dirección del vehículo automóvil, concretamente a Ia cremallera de dirección, articulada mediante rótula. Dicha articulación mediante rótula restringe las tres traslaciones y que permite las tres rotaciones. A su vez, un extremo opuesto de Ia varilla de dirección está conectada a Ia mangueta, igualmente mediante rótula.
El sistema comprende un nudo de conexión articulado superiormente mediante rótula a Ia mangueta, y un tirante que por un primer extremo está articulado mediante rótula al nudo de conexión, y por un segundo extremo está articulado mediante rótula al chasis del vehículo.
Asimismo, el sistema comprende un elemento actuador unido rígidamente al nudo de conexión y articuladamente mediante rótula al chasis, dicho elemento actuador está configurado para modificar el ángulo de caída de dicha, al menos una, rueda mediante Ia modificación de Ia longitud de dicho elemento actuador.
En el sistema de Ia invención, los elementos de soporte superior de Ia suspensión comprenden el elemento actuador, que permite variar el ángulo de caída y que está unido por una parte al chasis del vehículo y por
Ia otra rígidamente al nudo de conexión situado en Ia parte superior de Ia mangueta.
Asimismo, los elementos de soporte superior de Ia suspensión comprenden un tirante unido de forma articulada al nudo de conexión por un extremo y por su extremo opuesto al chasis del vehículo. Este tirante está dispuesto en una dirección sustancialmente paralela a Ia dirección de avance del vehículo, de forma que se consigue minimizar el efecto de Ia variación longitudinal del elemento actuador en Ia suspensión.
El sistema de suspensión objeto de Ia invención permite modificar el ángulo de caída mediante una configuración o arquitectura especial que permite evitar los problemas mencionados anteriormente.
Una característica muy importante es que el elemento actuador está contenido en el plano que forman los elementos de soporte superior de Ia suspensión para que de esta forma Ia extensión o compresión del vastago, y por Io tanto del elemento actuador no afecte a Ia posición del centro de balanceo, de forma que los desplazamientos del elemento actuador se producen coincidiendo con una línea de proyección del plano superior y, por tanto, los cambios en el ángulo de caída de Ia rueda producidos por el elemento actuador no tienen como consecuencia una modificación del centro de balanceo. La varilla de Ia dirección está unida a Ia mangueta en un punto del eje de giro entre Ia mangueta y los elementos del soporte inferior de Ia suspensión. De esta forma, los movimientos de Ia rueda debidos a Ia actuación del elemento actuador del ángulo de caída, son transparentes a Ia dirección y por tanto, no transmiten ningún movimiento al volante.
El elemento de conexión inferior está articulado mediante dos conexiones al chasis del vehículo, que preferentemente son dos pares esféricos aunque pueden ser también dos pares de rotación con eje colineal.
En definitiva, al posicionar Ia varilla de dirección de esta manera, Ia proyección el eje instantáneo de rotación del movimiento relativo entre Ia mangueta y el soporte inferior sobre un plano transversal a Ia dirección del avance coincide con el punto de unión de Ia varilla de dirección y Ia mangueta. La principal ventaja que aporta esta disposición es que, cuando se modifica el ángulo de caída, el giro del conjunto no afecta a Ia varilla de dirección por encontrarse sobre el eje de giro de Ia mangueta y, en consecuencia, no afecta a las cotas de Ia dirección.
De acuerdo con una realización preferente del sistema, se contempla que el tirante se encuentre orientado según un ángulo no superior a 45° respecto a un eje perpendicular al eje de rotación de dicha, al menos una, rueda.
La ubicación del tirante respecto del plano horizontal viene definida por Ia geometría del conjunto tal y como sucede con el elemento actuador. La orientación del tirante se especifica por un parámetro δ, que es el ángulo del tirante con respecto a una recta que define Ia dirección de Ia marcha. Este parámetro δ debe ser inferior o igual a 45° y cuanto más tendido en Ia dirección de Ia marcha se encuentre el tirante, menor será Ia variación que introduzca en el avance de Ia suspensión. El arco que describe el punto de conexión del tirante con el nudo de unión será más tendido a medida que el radio definido por el tirante sea mayor.
Asimismo, de acuerdo con una realización preferente del sistema, se contempla que el elemento actuador se encuentre orientado según un ángulo comprendido entre -15° y 15° respecto a un eje paralelo al eje de rotación de dicha, al menos una, rueda.
La principal ventaja de esta particularidad reside en el hecho de que las variaciones del ángulo de caída inducidas por el elemento actuador no afectan al resto de Ia geometría del conjunto de Ia suspensión, en concreto no afectará a Ia posición del centro de balanceo. Esto se justifica por el hecho de que el centro de balanceo se determina geométricamente mediante el plano que contiene al elemento actuador.
Preferentemente el elemento actuador comprende un cilindro y un vastago configurados para ser accionados por medios motrices, que pueden consistir en un motor eléctrico. Asimismo, se contempla que dicho elemento actuador comprenda al menos un sensor de posición configurado para detectar Ia posición de dicho elemento actuador.
Se contempla Ia posibilidad de que el elemento actuador comprenda un sistema anti-retorno configurado para soportar esfuerzos provenientes desde dicha, al menos una, rueda e impedir una transmisión de dichos esfuerzos al elemento actuador. Se trata de impedir una modificación de Ia longitud del elemento actuador como consecuencia de los esfuerzos que Ie llegan en su conexión al nudo de conexión, es decir, que se mueva solo cuando es actuado y no como consecuencia de baches u otras fuerzas que tiene que soportar.
Es destacable el hecho de que el sistema tiene un único elemento actuador, con sistema anti-retorno, de forma que utiliza un solo actuador, eléctrico o hidráulico, que incorpora un sensor de posición para efectuar Ia modificación del ángulo de caída. El diseño del resto de los elementos objeto de Ia invención evita Ia necesidad de elementos de actuación adicionales para evitar efectos adversos en las cotas de Ia suspensión que de otra forma tendrían que ser compensados por actuadores adicionales sincronizados con el principal. El sistema presentado puede ser equivalente a una suspensión convencional cambiando el actuador por una varilla de longitud fija, siempre y cuando el resto de elementos de Ia suspensión se diseñe con las particularidades descritas en las reivindicaciones.
El sistema comprende un sistema anti-retorno, que puede consistir en un sistema de tornillo sinfín, de manera que, en caso de pérdida de corriente eléctrica, los esfuerzos provenientes de Ia rueda no sean capaces de modificar Ia configuración del sistema evitando así una situación potencialmente peligrosa.
La variación de Ia longitud del elemento actuador para modificar Ia caída de Ia rueda se realiza modificando Ia parte superior de Ia mangueta, por Io que Ia conexión de dicho actuador se realiza en Ia parte superior de Ia mangueta. Al colocar el tirante en Ia zona superior se consigue, por una parte, mayor protección del actuador al alejarlo de Ia carretera dónde sería objeto de impactos por objetos sueltos. Por otra parte, se mejora Ia accesibilidad al sistema en caso de revisión y/o reparación desde, por ejemplo, el capó.
Un segundo aspecto de Ia invención se refiere a un vehículo automóvil que comprende un sistema de suspensión de acuerdo con cualquiera de los definidos anteriormente.
Adicionalmente, este sistema de modificación de Ia trayectoria podría emplearse para proveer al sistema de dirección del vehículo de una alternativa específica y conveniente para controlar Ia orientación de Ia rueda mediante una palanca de control. Esto permitiría accionar un mando de dirección tipo palanca que permitiera controlar el giro mediante ángulo de caída o mediante ángulo de deriva de Ia rueda de forma independiente.
Otro objeto de esta invención es proveer al sistema de dirección de un medio de conducción más cómodo, reduciendo así el número de giros extras del mando de dirección facilitando Ia maniobrabilidad.
Una ventaja de Ia presente invención es Ia simplicidad para su implementación ya que está compuesta por un número relativamente pequeño de componentes que pueden ser elegidos de entre una amplia gama de tipologías. En su realización más sencilla emplea dos sensores, uno de alerta de pérdida de trayectoria y otro de comportamiento dinámico del vehículo, un controlador y modificadores de ángulo de caída, uno en cada rueda opuesta de un mismo eje. Los sensores pueden ser de varios tipos para detectar Ia línea lateral de referencia de trayectoria y Ia fuerza lateral del vehículo; el controlador puede ser una unidad electrónica independiente o incluida en una unidad electrónica de control, en inglés
"Electronic Control Unit, ECU", original del vehículo.
Otra ventaja de esta invención es Ia amplia gama de vehículos en Ia que puede ser implementada. Desde vehículos convencionales de cuatro ruedas, tanto en el eje delantero como en el trasero e incluso en ambos.
También puede usarse en vehículos de tres ruedas, bien en las opuestas, o bien en Ia tercera. Y puede implementarse para vehículos de mayor número de ruedas como trenes de coches.
La presente invención propone utilizar Ia fuerza lateral inducida por Ia caída del neumático como sistema de variación de Ia dirección del mismo. La gestión de Ia variación de este parámetro mediante un sistema de control capacita al vehículo de un sistema de variación de Ia trayectoria sin influir en Ia dirección convencional, permitiendo compensar pérdidas de carril consecuencia de distracciones del conductor. No obstante, es importante destacar que Ia magnitud de Ia fuerza inducida es aproximadamente un 10% de Ia fuerza que se introduce al girar el volante mediante el ángulo de deriva. De esta manera, el conductor estará siempre en disposición de corregir Ia variación de dirección mediante el sistema de dirección convencional ante un posible fallo o mal funcionamiento del sistema propuesto.
Con Ia invención Ia percepción del conductor es positiva, pues el vehículo se mantiene en una trayectoria segura pero sin apreciar variación en el volante de dirección de forma autónoma, con Io que no se pierde Ia sensación de control.
Hasta el momento, todos los esfuerzos realizados en relación con Ia modificación del ángulo de caída se han centrado en optimizar Ia fuerza lateral en Ia rueda, pero no en emplearla como dispositivo para modificar Ia trayectoria.
Además, otra característica diferencial de Ia invención es Ia colocación del punto de unión de Ia varilla de Ia dirección a Ia altura de Ia conexión del triángulo o soporte inferior de unión, evitando así modificaciones de Ia geometría inicial de Ia dirección.
Es cierto que existen otros sistemas de prevención del cambio involuntario de trayectoria pero o son simples señales de aviso, luminosas y/o sonoras, o asistencias al giro del volante. En ningún caso, son sistemas autónomos que permiten modificar Ia trayectoria del vehículo, entre otras, como en el caso de Ia invención propuesta. En definitiva, el valor inventivo fundamental reside en el sistema de variación del ángulo de caída como mecanismo para controlar Ia trayectoria del vehículo y su implementación mediante un mecanismo relativamente sencillo, que permite no interferir ni en las capacidades ni en Ia configuración de Ia dirección convencional. En Ia práctica, Ia invención contempla su aplicación como un sistema de seguridad activa para evitar pérdidas involuntarias de Ia trayectoria del vehículo.
El sistema de Ia invención es un sistema de seguridad preventiva que permite impedir Ia pérdida de Ia trayectoria segura del vehículo bajo determinadas condiciones de conducción en las que el sentido de las fuerzas cambia cuando Ia orientación de Ia rueda es modificada para evitar que el vehículo traspase Ia línea continua del lateral.
La invención que se propone es un sistema que, actuando sobre el ángulo de caída de Ia rueda, permite introducir una determinada fuerza lateral para corregir Ia trayectoria del vehículo sin Ia actuación del volante de dirección. Por Io tanto, Ia corrección de trayectoria que Ia invención propone comprende un sistema y un método que se definen en los siguientes párrafos.
La invención contempla un método de ajuste del ángulo de caída o procedimiento de corrección de trayectoria. Dicho sistema de variación de Ia trayectoria basado en el ángulo de caída de Ia rueda comprende, principalmente, tres niveles. En el primero una red de sensores envía distintas señales de información. La primera señal proviene del sensor de pérdida de trayectoria LDW, que consiste en un sensor configurado para detectar si el vehículo va a perder una trayectoria segura bajo determinadas condiciones, así como detección de líneas continuas, obstáculos, etc. La segunda señal consiste en una velocidad límite por debajo de Ia cual el sistema no se activa y procede del sensor de velocidad del vehículo. En tercer lugar, si un indicador visual cambio de carril, preferentemente un intermitente, está activado el sistema tampoco funciona, y adicionalmente, si el usuario ha decidido desconectar el sistema, tampoco se activa ninguna señal de pérdida de Ia trayectoria original. Para evaluar el comportamiento dinámico del vehículo y no provocar inestabilidad en Ia conducción, por ejemplo en una curva, el sistema tiene información de Ia aceleración lateral del vehículo, que es una tercera señal, así como del giro del volante y/o velocidad de giro de volante, que es una cuarta señal.
Estas señales son enviadas a una unidad de control electrónica que puede ser una específica el sistema o una funcionalidad incluida en Ia unidad electrónica de control original del vehículo, que evalúa Ia información de los distintos sensores y decide sobre Ia necesidad de Ia actuación sobre el ángulo de caída de Ia rueda, en cuyo caso determina Ia magnitud del desplazamiento del elemento actuador, que es el causante de Ia modificación directa sobre Ia rueda. En caso de que no se diera alguna de las condiciones necesarias para Ia actuación, como por ejemplo velocidad inferior a Ia velocidad límite de funcionamiento, variación intencionada del conductor o desconexión del sistema, no se altera Ia orientación de Ia rueda. El ciclo se realimenta e itera tantas veces como Ia central de control considere necesario hasta Ia recuperación de Ia trayectoria.
El modo de funcionamiento de acuerdo con Ia orden que procese
Ia unidad electrónica de control, consiste en enviar una señal de comando al elemento actuador que genera el desplazamiento lateral necesario para introducir una variación angular de Ia rueda respecto del plano vertical de Ia misma.
Así pues, de acuerdo con Ia invención descrita, el sistema de suspensión para vehículos automóviles y el vehículo automóvil que comprende dicho sistema que Ia invención propone constituyen un avance en las suspensiones y vehículos hasta ahora utilizados, y resuelve de manera plenamente satisfactoria Ia problemática anteriormente expuesta, en Ia línea de Io que se hace en vehículos de competición donde se varía habitualmente esta longitud para modificar el ángulo de caída sin alterar dimensiones críticas de Ia suspensión como Ia altura del centro de balanceo mediante otros dispositivos.
Respecto a Io descrito en Ia patente japonesa no. JP- 2002063698, en Ia que se modifica Ia ubicación del punto de montaje al chasis de Ia horquilla superior, Ia invención no modifica los puntos de anclaje de los elementos, los cambios en Ia posición de los puntos de amarre al chasis de los tirantes provocan moderados cambios en Ia posición del centro de balanceo, por Io que el dispositivo objeto de Ia invención es ventajoso respecto a aquellos que modifican Ia posición del punto interior de anclaje del tirante.
Con relación a Ia disposición del tirante alineado en Ia dirección de Ia marcha, el elemento actuador cambia su longitud sin apenas modificar otras cotas, Io que permite una mínima alteración en el avance de Ia rueda. La necesidad de tener tres pares cinemáticos en una suspensión convencional del tipo de triángulos superpuestos hace que en el caso de incorporar un actuador para modificar Ia geometría de Ia horquilla, y consecuentemente las cotas de Ia suspensión, Ia disposición deba ser tal que el efecto en otras cotas como el avance no se vea afectado. El dispositivo de Ia invención comprende un tirante longitudinal unido al resto de elementos de Ia dirección del vehículo mediante una rótula esférica y con una longitud definida para evitar Ia variación excesiva del ángulo de avance en Ia compresión y extensión de Ia suspensión. Esta disposición de tirantes longitudinales en Ia suspensión mejora también el comportamiento resistente del tirante, ya que durante el frenado, habitualmente Ia situación que mayores cargas genera en una suspensión, provoca un esfuerzo de tracción en el tirante, ofreciendo gran rigidez del sistema con un peso mínimo, ya que es Ia forma óptima de trabajo de este tipo de elementos.
Con relación a Ia independencia de comando del dispositivo, el usuario no necesita modificar el ángulo de giro del volante para que el vehículo cambie de dirección porque el elemento actuador recibe Ia orden del sistema de control. El conductor del vehículo únicamente tiene que mantener Ia posición del volante y el dispositivo comandado por el sistema de control varia Ia dirección del vehículo mediante el desarrollo de fuerza lateral al modificar el ángulo de caída.
Con relación al desacoplamiento de las cotas de dirección y de suspensión, las cotas de giro de Ia dirección no se ven modificadas por Ia disposición del tirante de Ia dirección en el mismo plano del triángulo u horquilla inferior de Ia suspensión. El dispositivo objeto de Ia invención evita tener que hacer ninguna corrección sobre el tirante de Ia dirección del vehículo, ya que durante Ia modificación del ángulo de caída, el eje de rotación de Ia mangueta viene determinado por Ia rótula de Ia horquilla o soporte inferior y el extremo del tirante de Ia dirección. De este modo se evitan modificaciones en Ia convergencia de las ruedas. Si el dispositivo no utilizara esta disposición, un cambio de ángulo de caída en las ruedas provocaría cambios en el ángulo de Ia rueda modificado por el tirante de Ia dirección convencional, acoplando los efectos de Ia modificación del ángulo de caída con dicho ángulo. La disposición de Ia horquilla o triángulo coincidente con el tirante de dirección evita además el efecto denominado en inglés "bump steer", que varía Ia orientación de las ruedas ejerciendo fuerzas laterales parásitas cuando una de las ruedas pasa por un bache.
La arquitectura del sistema de Ia invención resulta sumamente versátil y permite implementar funciones de diferentes tipos, como maniobras evasivas, "platooning" y otros sistemas ADAS relacionados con Ia dirección del vehículo de forma que el usuario mantiene el control sobre el ángulo de deriva, que es el que genera mayor cantidad de fuerza lateral. El dispositivo se considera poco intrusivo en Ia conducción y con Ia ventaja de que no requiere modificar Ia plataforma del vehículo.
Con relación a una optimización del uso del neumático, el sistema objeto de Ia invención permite maximizar Ia fuerza lateral para un tamaño de neumático determinado, Io que supone una reducción de consumo del vehículo, ya que con unos neumáticos más estrechos se puede generar Ia misma fuerza lateral, siendo equivalente desde el punto de vista de Ia seguridad. Esto es debido a que neumáticos con menor sección frontal y pérdidas de fricción más bajas reducen el consumo. La capacidad de modificar el ángulo de caída permite tener un reglaje automatizado que tiene como consecuencia un mejor aprovechamiento del neumático, prolongando su vida útil, al garantizar un desgaste uniforme, Io que a su vez redunda en un beneficio para el medio ambiente.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista esquemática en alzado de una rueda, en Ia que pueden apreciarse el ángulo de caída y Ia influencia del elemento actuador en el centro de balanceo.
La figura 2.- Muestra una vista esquemática en perspectiva del sistema de Ia invención, incorporado en una rueda de un vehículo automóvil.
La figura 3.- Muestra una vista esquemática de perfil, desde un lado interior, del sistema representado en Ia figura 2.
La figura 4.- Muestra una vista esquemática en alzado del sistema representado en las figuras 2 y 3.
La figura 5.- Muestra una vista esquemática en planta, desde un punto de vista superior, del sistema de suspensión representado en las figuras 2 a 4.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A Ia vista de las figuras reseñadas puede observarse como en una de las posibles realizaciones de Ia invención el sistema de suspensión para vehículos automóviles que Ia invención propone está configurado para modificar un ángulo de caída de una rueda (2), donde dicha rueda (2) se encuentra soportada por una mangueta (7) que en una zona inferior, por debajo de un eje de rotación de Ia rueda (2), está articulada mediante rótula a un soporte inferior (8), que consiste en un triángulo inferior, que a su vez está articulado mediante rótula a un chasis del vehículo.
El sistema comprende una varilla de dirección (1 ) que está articulada mediante rótula a Ia mangueta (7) y a elementos de Ia dirección, por respectivos extremos. Dicha varilla de conexión (1 ) está contenida en un plano definido por el soporte inferior (8). El punto de unión entre Ia varilla de dirección (1 ) y Ia mangueta (7) se encuentra contenido en un eje instantáneo de rotación del soporte inferior (8) respecto a dicha mangueta (7) en cualquier situación del sistema de suspensión, tal y como puede apreciarse en las figuras 3 y 4. El sistema comprende un nudo de conexión (3) articulado superiormente mediante rótula a Ia mangueta (7), y un tirante (4) que por un primer extremo está articulado mediante rótula al nudo de conexión (3), y por un segundo extremo está articulado mediante rótula al chasis del vehículo.
Asimismo, el sistema comprende un elemento actuador (6) unido rígidamente al nudo de conexión (3) y articuladamente mediante rótula al chasis, dicho elemento actuador (6) está configurado para modificar el ángulo de caída de Ia rueda (2) mediante Ia modificación de Ia longitud de dicho elemento actuador (6).
En el sistema de Ia invención, el elemento actuador (6) está unido por una parte al chasis del vehículo y por Ia otra rígidamente al nudo de conexión (3) situado en Ia parte superior de Ia mangueta (7). Dicho elemento actuador (6) comprende un cilindro y un vastago configurados para ser accionados por un motor eléctrico.
Asimismo el tirante (4) está unido de forma articulada al nudo de conexión (3) por un extremo y por su extremo opuesto al chasis del vehículo. Este tirante (4) está dispuesto en una dirección sustancialmente paralela a Ia dirección de avance del vehículo, de forma que se consigue minimizar el efecto de Ia variación longitudinal del elemento actuador (6) en
Ia suspensión, tal y como puede apreciarse en Ia figura 1 , donde puede apreciarse que el elemento actuador (6) está contenido en el plano que forman los elementos de soporte superior de Ia suspensión de forma que Ia extensión o compresión del elemento actuador (6) no afecta a Ia posición del centro de balanceo (10). Los desplazamientos del elemento actuador (6) se producen coincidiendo con una línea de proyección del plano superior y, por tanto, los cambios en el ángulo de caída de Ia rueda producidos por el elemento actuador (6) no tienen como consecuencia una modificación del centro de balanceo (10).
El elemento de conexión inferior (8) está articulado mediante dos conexiones al chasis del vehículo, que son dos pares de rotación con eje colineal.
El tirante (4) se encuentra orientado según un ángulo no superior a 45° respecto a un eje perpendicular al eje de rotación de Ia rueda (2), tal y como puede apreciarse en Ia figura 5. La orientación del tirante (4) se especifica por un parámetro δ, que es el ángulo del tirante con respecto a una recta que define Ia dirección de Ia marcha. Este parámetro δ debe ser inferior o igual a 45° y cuanto más tendido en Ia dirección de Ia marcha se encuentre el tirante (4), menor es Ia variación que introduce en el avance de Ia suspensión.
Asimismo, el elemento actuador (6) se encuentra orientado según un ángulo comprendido entre -15° y 15° respecto a un eje paralelo al eje de rotación de Ia rueda (2).
En Ia figura 5 se puede apreciar Ia posición y orientación del elemento actuador (6) según una vista en planta, que se define según su orientación respecto a una dirección transversal a Ia marcha. El elemento actuador (6) tiene una orientación definida por un parámetro β que se encuentra comprendido entre -15° y 15°, de forma que las variaciones del ángulo de caída producidas por el elemento actuador (6) no afectan al resto de Ia geometría del conjunto de Ia suspensión, en concreto no afectan a Ia posición del centro de balanceo (10). Esto se justifica por qué el centro de balanceo (10) se ubica mediante una recta que contiene al elemento actuador (6), en concreto, se obtiene en Ia intersección de Ia recta con el plano longitudinal de simetría del vehículo (9), al y como se muestra en Ia figura 1. El elemento actuador (6) está actuado mediante medios motrices (5), que consisten en un motor eléctrico. Asimismo, el elemento actuador (6) comprende sensores de posición configurados para detectar Ia posición de dicho elemento actuador (6).
Por último, el elemento actuador (6) comprende un sistema antiretorno configurado para impedir una transmisión de esfuerzos desde Ia rueda (2) a dicho elemento actuador (6).
A Ia vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en Ia materia podrá entender que las realizaciones de Ia invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de Ia invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de Ia misma, pero para el experto en Ia materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de Ia invención reivindicada.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Sistema de suspensión para vehículos automóviles, configurado para modificar un ángulo de caída de al menos una rueda (2), donde dicha, al menos una, rueda (2) se encuentra soportada por una mangueta (7) que en una zona inferior, por debajo de un eje de rotación de dicha, al menos una, rueda (2), está articulada mediante rótula a un soporte inferior (8) que a su vez está articulado mediante rótula a un chasis del vehículo, caracterizado porque comprende: - una varilla de dirección (1 ) articulada mediante rótula a Ia mangueta (7) y a elementos de Ia dirección, donde dicha varilla de conexión (1 ) está contenida en un plano definido por el soporte inferior (8), y donde el punto de unión entre Ia varilla de dirección (1) y Ia mangueta (7) se encuentra contenido en un eje instantáneo de rotación del soporte inferior (8) respecto a dicha mangueta (7) en cualquier situación del sistema de suspensión,
- un nudo de conexión (3) articulado superiormente mediante rótula a Ia mangueta (7),
- un tirante (4) que por un primer extremo está articulado mediante rótula al nudo de conexión (3), y por un segundo extremo está articulado mediante rótula al chasis del vehículo, y
- un elemento actuador (6) unido rígidamente al nudo de conexión (3) y articuladamente mediante rótula al chasis, dicho elemento actuador (6) estando configurado para modificar el ángulo de caída de dicha, al menos una, rueda (2) mediante Ia modificación de Ia longitud de dicho elemento actuador (6).
2.- Sistema de suspensión según Ia reivindicación 1 , en el que el tirante (4) se encuentra orientado según un ángulo no superior a 45° respecto a un eje perpendicular al eje de rotación de dicha, al menos una, rueda (2).
3.- Sistema de suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento actuador (6) se encuentra orientado según un ángulo comprendido entre -15o y 15o respecto a un eje paralelo al eje de rotación de dicha, al menos una, rueda (2).
4.- Sistema de suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento actuador (6) está actuado mediante medios motrices (5).
5.- Sistema de suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento actuador (6) comprende al menos un sensor de posición configurado para detectar Ia posición de dicho elemento actuador (6).
6.- Sistema de suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento actuador (6) comprende un sistema anti-retorno configurado para impedir una transmisión de esfuerzos desde dicha, al menos una, rueda (2) a dicho elemento actuador (6).
7.- Vehículo automóvil, caracterizado porque comprende un sistema de suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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