MX2009002189A

MX2009002189A - Sistema de conduccion de cuatro ruedas.

Info

Publication number: MX2009002189A
Application number: MX2009002189A
Authority: MX
Inventors: Thomas Towles Lawson Jr
Original assignee: Thomas Towles Lawson Jr
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-03-11
Also published as: WO2008027320A2; EP2064107B1; CN101511662A; US7597160B2; WO2008027320A3; EP2064107A4; EP2064107A2; BRPI0715651A2; US20070051540A1; ES2542996T3; CA2661313A1; CN101511662B; CA2661313C

Abstract

Un sistema de conducción de cuatro ruedas para vehículos bilateralmente simétricos se caracteriza por sistemas de conducción separados para las ruedas frontales y posteriores. Cada sistema de conducción es operable para conducir independientemente cada rueda. Las ruedas posteriores del vehículo son ruedas orientables que se conectan con el bastidor del vehículo para girar independientemente alrededor de un eje vertical. La dirección y conducción de las ruedas se controla mediante un controlador. La combinación de dirección independiente para las ruedas posteriores y la activación independiente de las cuatro ruedas proporciona al vehículo un radio de giro cero para una movilidad mejorada, así como una tracción mejorada en las superficies inestables.

Description

SISTEMA DE CONDUCCIÓN DE CUATRO RUEDAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Siempre ha habido ventajas y desventajas entre la tracción y maniobrabilidad de los vehículos, especialmente en vehículos de equipo pesado, tractores, y similares. Generalmente los tractores no se consideraban para sistemas de conducción de cuatro ruedas porque se creía que la distribución de peso deliberada y los frenos bilateralmente independientes en las ruedas de conducción serían suficientes para una fuerza de tracción máxima. Además, hay dificultades en proporcionar una fuérza de dirección a las ruedas de dirección frontales de tales vehículos . Si se le brindará una capacidad de condücción a las ruedas de dirección, sería ventajoso hacer las ruedas de dirección más grandes para una tracción mayor. Sin embargo, ruedas' de dirección frontales más grandes interferirían con la carrocería del vehículo, y por medio de ello, limitarían su utilidad. Además, las diferencias convencionales requeridas para conducir las ruedas de dirección son complejas y costosas. Con la llegada de los vehículos de radio de giro cero capaces de girar en una dirección inversa dentro de la longitud del vehículo, hay una mayor necesidad para una tracción mejorada. Algunos de estos vehículos tienen ruedas de dirección que pivotan alrededor de ejes verticales en lugar de las ruedas orientables que son más estables en materia de dirección. La presente invención se relaciona con vehículos de radio de giro cero en los que las ruedas de dirección se conducen y giran alrededor de sus ejes verticales para controlar las fuerzas de dirección y propulsión en las mismas. Se han usado varios dispositivos para disminuir el radio de giro de los vehículos de conducción de cuatro ruedas. Kubota usa un mecanismo de giro Bi-Speed en donde las velocidades variables se usan para el fuste frontal con relación a la parte posterior. Kubota también fabrica un sistema en donde los embragues se usan en lugar de un diferencial entre las ruedas posteriores, de modo que, en giros de poco radio, el sistema es prácticamente un vehículo de cuatro ruedas con las tres ruedas exteriores conducidas . Otros han usado fustes orientables en donde todo el fuste pivota alrededor de su eje vertical. Otros métodos para disminuir los radios de giro mientras se mantiene una conducción de cuatro ruedas incluyen la dirección de cuatro ruedas, dirección deslizante tal como la que se proporciona por Ingersoll Rand, y dirección articulada. Sin embargo, aparte de la dirección deslizante, ninguno de estos dispositivo permite un radio de giro cero. Además, los vehículos de giro cero que se conocen en la técnica no se proporcionan con conducción de cuatro ruedas debido a las complejidades de conducir las ruedas de dirección, como se establece en lo anterior. La presente invención se desarrolló para superar estas y otras desventajas de dispositivos anteriores al proporcionar un vehículo de conducción de cuatro ruedas el cual también tiene capacidades de radio de giro cero. El sistema de conducción de cuatro ruedas de la invención es apropiado para usarse con vehículos bilateralmente simétricos que tienen un par de ruedas frontales y un par de ruedas posteriores . Cada una de las ruedas posteriores se conecta con el vehículo para girar alrededor de un eje vertical para proporcionar dirección para el vehículo. Un primer sistema de conducción gira independientemente las ruedas frontales alrededor de ejes horizontales y un segundo sistema de conducción gira independientemente de las ruedas posteriores alrededor de ejes horizontales para impulsar al vehículo en direcciones delantera y reversa. Además, el segundo sistema de conducción gira independientemente de las ruedas posteriores alrededor de sus ejes verticales para orientar el vehículo. Las ruedas posteriores pueden girarse a 360 grados para proporcionar un radio de giro cero al vehículo. Un controlador se conecta con el primer y segundo sistema de conducción para controlar la operación de los mismos para impulsar y orientar el vehículo en una dirección deseada. El controlador también se conecta de preferencia con cada una de las ruedas para recibir las señales de las ruedas correspondientes a la rotación horizontal de las mismas y a la posición de giro de las ruedas posteriores. Los sistemas de conducción comprenden bombas hidráulicas o motores. El segundo sistema de conducción incluye dos bombas, una para liberar una fuerza de propulsión a las ruedas posteriores y otra para liberar una fuerza de dirección a las ruedas posteriores . En una configuración alternativa, el primer sistema de conducción para las ruedas frontales incluye una fuente de energía, un bifurcador de energía conectado con la fuente de energía, y un par de mecanismos de conducción opuestos conectados con un bifurcador de energía y las ruedas frontales. Cada mecanismo de conducción incluye un primer embrague diferencial conectado con el bifurcador de energía y un segundo embrague diferencial conectado con el primer embrague diferencial. El primer y segundo dispositivos de frenado se conectan entre el primer y segundo embrague diferencial para controlar la liberación de energía del bifurcador de energía a cada rueda. La operación del primer y segundo dispositivo de frenado controla el grado y dirección de la energía de conducción que se libera de la fuente de energía a las ruedas. En una modalidad preferida, las bombas hidráulicas actúan como los dispositivos de frenado y válvulas apropiadas y controles evitan la necesidad de bombas separadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros objetos y ventajas de la invención se volverán a aparentes a partir de un estudio de la siguiente especificación cuando se vea a la luz de los dibujos anexos, en los que : La Figura 1 es una vista esquemática del sistema de conducción de cuatro ruedas de acuerdo con la invención; las Figuras 2 y 3 son vistas frontal y en perspectiva, respectivamente, de una de las ruedas de dirección del vehículo; la Figura 4 es una vista esquemática de un sistema de conducción preferido para las ruedas frontales del vehículo; y la Figura 5 es una vista esquemática de un sistema de conducción preferido para las ruedas posteriores del vehículo . Con referencia a la Figura 1, se describirá el sistema de conducción de cuatro ruedas de acuerdo con la invención. El sistema se usa para conducir y orientar un vehículo . bilateralmente simétrico. Tales vehículos incluyen equipo de granja, tractores, cortadoras de césped, y otros tipos de maquinaría pesada que incluyen las ruedas 2, 4 frontales y ruedas 6, 8 posteriores. Un primer sistema 10 de conducción se conecta con las ruedas frontales para girar independientemente cada una de las ruedas en las direcciones delantera o en reversa alrededor de ejes horizontales para impulsar el vehículo. Las ruedas tienen un eje vertical fijo en relación con el vehículo y, por medio de ello, no son orientables excepto que se logra una dirección limitada al girar las ruedas 2 y 4 a diferentes velocidades o en diferentes direcciones . Un controlador 12 se conecta con el primer sistema de conducción para controlar la liberación de la fuerza o energía de conducción a las ruedas frontales a través del primer sistema de conducción. Un segundo sistema 14 de conducción se conecta con el controlador y con las ruedas 6 y 8 posteriores para girar independientemente cada rueda en las direcciones delantera y en reversa alrededor de ejes horizontales para impulsar el vehículo. Así, el vehículo tiene una capacidad de conducción de cuatro ruedas bajo control del controlador 12, el cual ayuda al vehículo a atravesar terreno inestable . A diferencia de las ruedas frontales, las ruedas 6, 8 posteriores son ruedas de dirección. Para acomodar la dirección de las mismas, las ruedas posteriores se conectan con el vehículo para girar alrededor de un eje vertical. En las Figuras 2 y 3 se muestra una de las ruedas 6 posteriores que tiene un eje H horizontal que pasa a través del centro del fuste 16 sobre el que se monta la rueda y un eje V vertical que pasa a través del centro de un árbol 18 vertical. El árbol vertical se conecta con su extremo inferior con un bastidor 20 que pasa por arriba y por debajo del lado de la rueda. El fuste 16 horizontal se conecta con el extremo inferior del bastidor. Como se muestra más particularmente en la Figura 3, el árbol 18 vertical de la rueda pasa a través del bastidor 22 de un vehículo y gira con respecto al bastidor. Esto permite que la rueda 6 gire alrededor de su eje V vertical para orientar el vehículo. De preferencia, la rueda gira 360 grados. La otra rueda 8 posterior se conecta en la misma manera que la rueda 6 para ser orientable también. Un sistema de dirección se conecta entre el controlador 12 y las ruedas 6 y 8 posteriores como se muestra en la Figura 1. El sistema de dirección es operable para girar independientemente las ruedas alrededor de sus ejes verticales. Debido a las que ruedas giran 360 grados, el vehículo tiene un radio de giro cero que le permite girar dentro de su longitud. Un motor 26 se opera por el controlador 12 para girar el árbol 18 vertical para girar la rueda 6 de dirección asociada. El motor puede ser un motor eléctrico, un motor hidráulico, o un motor de aire como se apreciará por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención como se muestra en la Figura 3, el motor 26 comprende una bomba hidráulica. El controlador controla válvulas (no mostradas) entre la bomba 26 y el árbol 18 vertical para controlar la liberación del fluido hidráulico al árbol para girar el árbol en direcciones opuestas . Cada rueda se conecta también con el controlador 12 para proporcionar señales de retroalimentación que indican la dirección y velocidad de la rotación horizontal de cada rueda, así como la posición giratoria de las ruedas posteriores con respecto a sus ejes verticales. Las señales de retroalimentación pueden usarse para anular ciertas entradas del controlador por el operador del vehículo para impedir que el vehículo se conduzca en una manera peligrosa. Por ejemplo, conforme la velocidad de avance del vehículo se incrementa, el radio de giro del vehículo aumenta para impedir que el vehículo se vuelque al girar de una manera demasiado brusca a alta velocidad. En la Fig. 4, se muestra un sistema de conducción preferido para las ruedas frontales del vehículo. Este sistema de conducción se describe en la Patente Norteamericana No. 6,957,731. El sistema de la Figura 4 incluye una fuente 102 de energía conectada con un bifurcador 104 de energía a través de un árbol 106 de conducción. El bifurcador de energía incluye los árboles 108 y 110 de salida, los cuales se conectan a los primeros embragues 112 y 114 diferenciales, respectivamente. Los primeros diferenciales 112 y 114 tienen una sola entrada que recibe energía de los árboles 108, 110 de salida a partir del bifurcador de energía, y dos salidas, las cuales se conectan con los segundos diferenciales 130, 132 a través de sus árboles de salida respectivos. Más particularmente, los árboles 134 y 136 de salida conectan al primer diferencial 112 al segundo diferencial 130, mientras que los árboles 138 y 140 de salida conectan al primer diferencial 114 con el segundo diferencial 132. Los árboles 134, 138 de salida giran en una primera dirección, mientras que los árboles 136, 140 de salida giran en la dirección opuesta. Los segundos diferenciales 116, 118 tienen dos entradas y una sola salida. Debido a que el bifurcador libera la misma salida a los embragues diferenciales, el sistema de conducción es bilateralmente simétrico. Cada segundo embrague diferencial tiene un árbol 116, 118 de conducción de salida conectado con una rueda 2, 4. La operación de cada embrague diferencial se controla individualmente mediante los dispositivos 124, 126, 142, y 144 de frenado. Los dispositivos de frenado pueden ser de cualquier tipo convencional incluyendo bombas o generadores . La acción de frenado de uno de los dispositivos de frenado desacelera o detiene la rotación del giro del árbol correspondiente en una primera dirección y acopla el embrague diferencial al primer árbol diferencial con el que se conecta, por medio de ello, permite que la energía se transmita al árbol de salida que gira en la dirección opuesta. El árbol que gira transmite energía al girar el otro árbol de salida, el cual también se conecta al segundo diferencial . Debido a que los dispositivos de frenado se controlan independientemente a través del controlador 12 por el operador, la cantidad de fuerza de conducción aplicada a cada rueda a partir de la fuente de energía puede controlarse para impulsar la rueda en una dirección delantera o en reversa, así como también proporcionar una dirección coordinada del vehículo. Por ejemplo, si los elementos 124, 126 de frenado se acoplan, la energía de la fuente de energía se transmite a los segundos embragues 130, 132 diferenciales mediante los árboles 136 y 140 de salida, respectivamente, y por medio de ello, facilitar el movimiento en reversa. Si los elementos 142, 144 de frenado se acoplan, la energía a partir de la fuente de energía se transmite a los segundos embragues 130, 132 diferenciales mediante los árboles 134 y 138 de salida, respectivamente, por medio de lo cual, se proporciona el movimiento hacia delante. Para ejecutar un giro hacia la derecha, los elementos 142, 126 de frenado se acoplan, por medio de lo cual, hacen que la energía de la fuente de energía se transmita a los segundos embragues 130, 132 diferenciales mediante los árboles 134 y 140 de salida, respectivamente, por medio de lo cual, se facilita el giro de radio cero hacia la derecha. Un giro hacia la izquierda del radio cero se logra al acoplar los elementos 124 y 144 de frenado. El sistema preferido de conducción y dirección para las ruedas 6 y 8 de dirección posteriores se describirá con referencia a la Figura 5. Una primera bomba 150 de desplazamiento variable se conecta con el controlador y alimenta fluido hidráulico a un primer motor 152 hidráulico, el cual a su vez se conecta con el fuste 16 horizontal de una de las ruedas posteriores . La conexión sería a través del bastidor 20 de la rueda. Una segunda bomba 154 de desplazamiento variable alimenta fluido hidráulico a un segundo motor 156 hidráulico, el cual se conecta con el fuste 18 vertical de la rueda bajo control del controlador. El primer motor 152 hidráulico activa el fuste horizontal para conducir la rueda hacia delante o hacia atrás. El segundo motor 156 hidráulico activa el fuste vertical para girar la rueda hacia la izquierda o hacia la derecha. Las señales de retroalimentación se envían a partir del fuste 16 horizontal y 18 vertical al controlador 12. La rotación del eje vertical se logra al indexar el segundo motor 156 hidráulico. Un decodificador envía una señal al controlador 12 de modo que el controlador sepa el ángulo al que se dirige cada una de las ruedas posteriores . Con tal disposición, las ruedas posteriores pueden girar alrededor de sus ejes verticales en un ángulo mucho mayor que las ruedas de tracción o dirección tradicionales . Los motores hidráulicos también pueden usarse para conducir . independientemente las ruedas 2 y 4 frontales del sistema de conducción que se muestra en la Figura 4. Los motores se suministrarían mediante una bomba de desplazamiento variable bajo control del controlador en una manera similar al sistema de accionamiento del fuste horizontal de la Figura 5 para las ruedas posteriores . Además cada uno de los motores de conducción y dirección puede comprender motores eléctricos o neumáticos, como se conoce en la técnica. En la operación, un operador puede usar una palanca de mando, no mostrada, para proporcionar una entrada al controlador, el cual se usa para impulsar y orientar el vehículo. Si el operador empuja la palanca de mando completamente hacia la izquierda, el vehículo permanecería inmóvil, por las ruedas posteriores girarían alrededor de sus ejes verticales y se dirigirían a 90 grados hacia la dirección de las ruedas frontales y, también, por consiguiente, 90 grados hacia donde la máquina está orientada. Si el operador moviera luego la palanca de mando, sosteniéndola aún por completo hacia la izquierda, el vehículo comenzaría a hacer un giro a mano izquierda muy brusco. Las rueda frontal derecha rodaría hacia delante, y la rueda frontal izquierda rodaría hacia atrás, ambas a través de un suministro de energía. Las ruedas posteriores se conducirían hacia delante, es decir, empujarían la parte posterior del vehículo hacia la derecha en un ángulo recto hacia donde el vehículo está orientado. Si el operador empuja luego la palanca de mando hacia atrás, aún con la palanca de mando por completo hacia la izquierda, la rueda 2 frontal izquierda se conduciría hacia delante y la rueda 4 frontal derecha se conduciría en reversa. Las ruedas posteriores no cambiarían en relación con sus ejes verticales, pero su rotación horizontal se invertiría. Si el sistema de conducción para las ruedas frontales es del tipo que se muestra en la Figura 4 , las bombas que se usan en lugar de los frenos pueden usarse para proporcionar el aceite hidráulico para conducir las ruedas posteriores. Una válvula se integra dentro del sistema de modo que el aceite vaya en una dirección apropiada a través de los motores de las ruedas en las ruedas posteriores . Aunque las formas y modalidades preferidas de la invención se han ilustrado y descrito, será aparente para aquellos con experiencia ordinaria en la técnica que pueden llevarse a cabo diferentes cambios y modificaciones sin desviarse de los conceptos inventivos establecidos en lo anterior.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un sistema de conducción de cuatro ruedas para un vehículo bilateralmente simétrico que tiene pares de ruedas frontales y posteriores, respectivamente, el cual comprende : (a) un primer sistema de conducción para girar independientemente cada una de las ruedas frontales alrededor de un eje horizontal para impulsar el vehículo; (b) un segundo sistema de conducción para girar independientemente cada una de las ruedas posteriores alrededor de un eje horizontal para impulsar el vehículo, dichas ruedas posteriores además se conectan con tal vehículo para girar alrededor de ejes verticales, respectivamente, tal segundo sistema de conducción gira independientemente las ruedas posteriores alrededor de sus ejes verticales para dirigir el vehículo; y (c) un controlado conectado con el primer y segundo sistemas de conducción para controlar la operación del mismo para dirigir e impulsar el vehículo.
2. El sistema de conducción de cuatro ruedas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tal controlador se conecta además con una de las ruedas para recibir señales en relación con la velocidad giratoria de las ruedas y la posición de las ruedas posteriores en relación con los ejes verticales.
3. El sistema de conducción de cuatro ruedas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos uno de cada primer y segundo sistema de conducción comprende (a) una fuente de energía; (b) un bifurcador de energía conectado con tal fuente de energía; y (c) un par de mecanismos de conducción opuestos conectados con tal bifurcador de energía y las ruedas, cada mecanismo de conducción incluye (I) un primer embrague diferencial conectado con tal bifurcador de energía y un segundo embrague diferencial conectado con tal primer embrague diferencial; y (II) un primer y segundo dispositivos de frenado conectados entre el primer y segundo embragues diferenciales para controlar la liberación de energía de dicho bifurcador de energía a la rueda, por medio de lo cual la operación del primer y segundo dispositivos de frenado controla el grado y dirección de la energía de conducción que se libera de tal fuente de energía a las ruedas.
4. El sistema de conducción de cuatro ruedas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos uno del primer y segundo sistemas de conducción comprende un motor eléctrico, un motor hidráulico, un motor neumático, una bomba, un alternador, y un generador.
5. El sistema de conducción de cuatro ruedas de conformidad con la reivindicación , caracterizado porque tales motores comprenden bombas hidrostáticas y motor hidráulicos .
6. El sistema de conducción de cuatro ruedas de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque comprende una bomba de desplazamiento variable conectada entre tal controlador y tal motor hidráulico.
7. El sistema de conducción de cuatro ruedas de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el segundo sistema de conducción comprende la primera y segunda bombas de desplazamiento variables conectadas con el primer y segundo motores hidráulicos, uno de tales motores hidráulicos libera energía al fuste horizontal de cada una de las ruedas posteriores para propulsión y el otro de tales motores hidráulicos libera energía al fuste vertical de cada una de las ruedas posteriores para dirección.
8. Un mecanismo de dirección para un vehículo, el cual comprende : (a) un fuste; (b) un par de ruedas conectadas con tal fuste para girar alrededor de ejes horizontales, tales ruedas giran además alrededor de ejes verticales con respecto a tal fuste; y (c) un sistema de conducción conectado con tales ruedas para conducir tales ruedas alrededor de dichos ejes horizontales, respectivamente, y para girar tales ruedas alrededor de dichos ejes verticales, respectivamente, para dirigir el vehículo.
9. El sistema de dirección de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque comprende un controlador conectado con tal sistema de conducción para controlar la operación del mismo para dirigir e impulsar el vehículo .
10. El sistema de dirección de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque tal sistema de dirección comprende un motor eléctrico, un motor hidráulico, un motor neumático, una bomba, un alternador, y un generador.
11. El sistema de dirección de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque tal sistema de conducción comprende bombas hidrostáticas y motores hidráulicos .
12. El sistema de dirección de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque comprende una bomba de desplazamiento variable conectada entre tal controlador y tal motor hidráulico.
13. El sistema de dirección de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque tal sistema de conducción comprende la primera y segunda bombas de desplazamiento variable conectadas con el primer y segundo motores hidráulicos, uno de tales motores hidráulicos libera energía al fuste horizontal de cada una de tales ruedas para propulsión y el otro de tales motores hidráulicos libera energía al fuste vertical de cada una de tales ruedas para dirección.