ES2275973T3 - Sensor de angulo para la deteccion del angulo de direccion de un sistema de direccion. - Google Patents
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Abstract
Sistema de dirección que comprende un cilindro de dirección (18) que está en unión de accionamiento con una rueda dirigible (12A, 12B) y que está unido con una válvula de dirección (20), y un sensor de ángulo (28) para captar el ángulo de dirección, caracterizado porque el sensor de ángulo (28) está dispuesto entre la válvula de dirección (20) y el cilindro de dirección (18) y está preparado para captar el flujo hacia dentro del cilindro de dirección (18) y hacia fuera de éste.
Description
Sensor de ángulo para la detección del ángulo de
dirección de un sistema de dirección.
La invención concierne a un sistema de dirección
que comprende un cilindro de dirección que está en unión de
accionamiento con una rueda dirigible y que está unido con una
válvula de dirección, y un sensor de ángulo para captar el ángulo
de dirección. Un sistema de dirección de esta clase es conocido, por
ejemplo, por el documento DE 196 16 437 C.
Los sistemas de dirección hidráulicos son
dispositivos en sí conocidos de vehículos dirigibles. En un sistema
de dirección hidráulico típico un usuario regula manualmente la
posición de un mecanismo de dirección, tal como, por ejemplo, un
volante. Esta actuación da lugar a que una válvula de dirección
varíe el flujo de un fluido hidráulico proporcionado por una bomba
a un cilindro de dirección. Esta variación en el flujo del fluido
hidráulico tiene como consecuencia una variación de la dirección de
las ruedas dirigidas. Sin embargo, se plantean problemas en el
desarrollo de sistemas de dirección automáticos. En particular, un
sistema de dirección automático tiene que determinar o medir el
ángulo de la rueda dirigida para vigilar y/o controlar la dirección
del vehículo.
Un problema en la medición de un ángulo de una
rueda dirigida consiste en que las ruedas y el eje de la rueda
dirigida están expuestos a condiciones ambientales potencialmente
desfavorables. Resulta así difícil la instalación de los sistemas
de medida o de los sensores. Condiciones ambientales tales como
suciedad o agua pueden influir desventajosamente sobre la precisión
de las mediciones del sensor o dañar al sensor. En algunas
soluciones conocidas en el estado de la técnica se han dispuesto
sensores en el cilindro de dirección para captar la posición de
dicho cilindro de dirección. La disposición del sensor en el
cilindro de dirección expone también al sensor a condiciones
desfavorables.
El documento DE 196 15 437 C describe un sistema
de dirección en el que se capta la carrera de un pistón en un
cilindro de dirección por medio de un sensor y se entrega ésta como
señal de realimentación a un circuito de regulación.
El documento JP 2001 082 417 A describe un
dispositivo de medida para captar la posición de un cilindro, en el
que se captan por medio de caudalímetros las cantidades de flujo del
fluido hidráulico que circulan hacia dentro de las cámaras del
cilindro o hacia fuera de ellas y se emplean estas cantidades en un
dispositivo de ordenador para calcular la posición del pistón. Este
documento no concierne a un dispositivo de dirección.
El problema que sirve de base a la invención
estriba en proporcionar un sistema de dirección que presente un
medio para determinar el ángulo de dirección que no tenga que
instalarse ineludiblemente cerca del eje dirigido o de las ruedas
dirigidas.
Este problema se resuelve según la invención por
medio de las enseñanzas de la reivindicación 1, exponiéndose en las
demás reivindicaciones características que desarrollan
adicionalmente la solución de una manera ventajosa.
Se propone un sistema de dirección que es está
preparado para captar el ángulo de dirección de una rueda dirigible
de un vehículo. El vehículo presenta un par de ruedas distanciadas
(o una rueda dirigible individual) que están dispuestas en un eje
de dirección. Un cilindro de dirección, generalmente de doble
efecto, está acoplado para funcionamiento con la ruedas dirigibles
a fin de prefijar su ángulo de dirección. Sería imaginable también
el empleo de un cilindro de dirección de efecto simple que coopere
con un muelle o un segundo cilindro de dirección para lograr un
intervalo de ángulo de dirección suficiente. El cilindro de
dirección está unido con un circuito hidráulico que comprende una
válvula de dirección y una fuente unida a ésta para proporcionar
fluido sometido a presión, en general una bomba. El cilindro de
dirección tiene un vástago de pistón móvil en direcciones opuestas
para mover las ruedas en una de dos direcciones posibles. Se propone
un sensor de ángulo que capte el flujo hidráulico que entra en el
cilindro de dirección o que sale de éste. Dado que este flujo
contiene una información sobre el respectivo ángulo de dirección, el
sensor de ángulo es adecuado para captar el ángulo de dirección.
Se consigue de esta manera un reconocimiento del
ángulo de dirección que puede emplearse como realimentación para un
bucle de regulación de un sistema de dirección automático. Además,
en la presente invención no es necesario unir los sensores
directamente con las ruedas dirigibles. Los elementos funcionales,
incluido el sensor de ángulo, pueden disponerse a una distancia
suficiente del eje dirigible del vehículo y, por tanto, en un lugar
protegido.
El sensor de ángulo sirve para captar el flujo
hacia dentro del cilindro de dirección y hacia fuera de éste.
Pueden emplearse sensores de flujo adecuados de cualquier clase, por
ejemplo ruedas de paletas como las que se emplean para medir
carburantes. En una forma de realización preferida de la invención
el sensor de ángulo es un motor hidráulico que es accionado por el
flujo. El motor tiene un árbol de salida cuyo movimiento es captado
por un sensor
adecuado.
adecuado.
El sensor puede captar la dirección de giro del
árbol de salida para determinar la respectiva dirección en la que
se mueve el cilindro de dirección. En caso de que el flujo sea
siempre constante, lo que ocurre, por ejemplo, con válvulas de
dirección que solamente conecten y desconecten (por ejemplo,
válvulas de dos vías), un reconocimiento de la duración en tiempo
de un giro y su dirección sería suficiente para reconocer el ángulo
de dirección. Por el contrario, particularmente en caso de que se
emplee una válvula proporcional como válvula de dirección, es
conveniente que también sea captada por el sensor la magnitud del
giro del árbol de salida. Por tanto, se captan la dirección y la
velocidad o la variación del ángulo de giro del árbol de salida.
Para captar el giro del árbol de salida puede
servir una rueda dentada dispuesta sobre éste. El sensor coopera con
los dientes y los huecos intercalados.
El sensor puede consistir en un sensor
magnéticamente sensible, por ejemplo un relé de laminillas o un
sensor de efecto Hall, que sea activado por las propiedades
magnéticas de la rueda.
Para poder reconocer la dirección de giro del
árbol de salida, es conveniente el empleo de dos sensores. Los
sensores están montados preferiblemente en una disposición en
cuadratura, es decir que están preparados para emitir señales
desfasadas al producirse un giro del árbol de salida del motor.
Basándose en la fase de las señales emitidas por los sensores se
puede reconocer la dirección de giro por medio de un circuito
electrónico adecuado.
En los dibujos están representados dos ejemplos
de realización de la invención que se describen seguidamente con más
detalle. Muestran:
La figura 1, un esquema en el que está
representado un sistema de dirección según la invención,
La figura 2, un alzado frontal de un sensor de
ángulo de dirección según la invención,
La figura 3, una vista en planta de un sensor de
ángulo de dirección según la invención y
La figura 4, una vista en planta semejante a la
figura 1, en la que se muestra una forma de realización alternativa
de la invención.
La presente invención propone un sistema de
dirección que haga posible una captación del ángulo de una rueda
dirigida en un sistema de dirección hidráulico. Como se muestra en
la figura 1, el sistema de dirección 10 comprende ruedas 12A y 12B.
Cada una de estas ruedas está unida mediante un varillaje 14 (es
decir, 14A y 14B) con un cilindro de dirección 18 de doble efecto.
El cilindro de dirección 18 de doble efecto presenta un único
vástago móvil 16 que puede moverse en direcciones opuestas para
dirigir las ruedas 12A y 12B en una de dos direcciones angulares
(es decir, hacia la izquierda o hacia la derecha).
El cilindro de dirección hidráulico 18 forma
parte de un circuito hidráulico. El circuito hidráulico comprende
una válvula de dirección hidráulica 20 de dos vías que está unida
hidráulicamente con el cilindro de dirección 18. La válvula de
dirección 20 de dos vías está unida hidráulicamente, además, con una
bomba hidráulica 22. La bomba 22 sirve para proporcionar fluido
sometido a presión para el circuito hidráulico.
La presente invención prevé, además, que la
válvula de dirección 20 esté unida mediante una columna de dirección
24 con un mecanismo de dirección 26, tal como un volante. Se hace
posible así de manera convencional una dirección manualmente
controlada, en caso de que sea deseable una dirección manual. En
otra forma de realización se activa la válvula de dirección 20 por
vía electromagnética y se controla ésta por medio de un sensor para
captar el ángulo del mecanismo de dirección o por medio de un
dispositivo de dirección automático.
La válvula de dirección 20 está montada
preferiblemente en el lado inferior de la columna de dirección 24.
Con la válvula de dirección 20 está unido, además, un sensor de
ángulo 28. El sensor de ángulo 28 está unido también por vía
hidráulica con el cilindro de dirección 18. El sensor de ángulo 28
está representado de forma óptima en la figura 2. El sensor de
ángulo 28 está montado en el bastidor del vehículo, en un eje del
vehículo, en la cabina del vehículo o en otro sitio cualquiera del
vehículo.
Según la figura 2, el sensor de ángulo 28 está
provisto de un motor hidráulico 34 que está dispuesto en el
circuito hidráulico entre el cilindro de dirección 18 y la válvula
de dirección 20. El motor hidráulico 34 tiene un árbol de salida
36. Este árbol de salida 36 del motor 34 está preparado para girar
en una de dos direcciones, dependiendo de la dirección del flujo
del fluido a través del motor hidráulico 34. Mediante una medición
del movimiento del árbol de salida 36 del motor 34 y de su dirección
se capta el ángulo de giro.
La relación entre el movimiento del árbol de
salida 36 del motor 34 y el ángulo de dirección viene dada por la
variación del ángulo de dirección con respecto a la magnitud de la
variación de la posición del árbol del motor y puede variar en
función de los componentes empleados. La variación del flujo del
fluido proveniente del cilindro hidráulico corresponde a
variaciones en el flujo de fluido a través del motor hidráulico 34,
de modo que existe una relación entre el movimiento del árbol de
salida 36 y el ángulo de dirección. Cuando un usuario conduce, por
ejemplo, en una dirección, existe un mayor flujo hacia dentro del
cilindro de dirección 18 y, por tanto, un mayor ángulo de
dirección. Se incrementa también el flujo de fluido hacia el motor
hidráulico 34, lo que tiene como consecuencia una velocidad de giro
incrementada del árbol de salida 36.
Para medir el movimiento y la dirección del
árbol de salida 36 del motor 34, se emplea un par de sensores 30
(es decir, 30A y 30B) dispuestos cerca del árbol de salida 36, tal
como puede apreciarse de forma óptima con ayuda de la figura 3. En
la figura 3 una rueda dentada 32 está unida con el árbol de salida
36. Los sensores 30A y 30B están dispuestos en las proximidades de
la rueda dentada 32. Los sensores pueden ser sensores magnéticos,
tal como sensores de efecto Hall. Los sensores 30 están montados en
una disposición en cuadratura y, por tanto, pueden emplearse para
medir transiciones entre dientes 38 y huecos 40 de la rueda dentada
32. En esta disposición se emplean los sensores 30 para medir la
magnitud del giro, tal como, por ejemplo, contando el número de
dientes 38 que pasan en un período de tiempo dado por delante de uno
o ambos de los sensores 30. Además, se puede detectar también una
variación de la dirección de giro, ya que esta disposición permite
detectar y evaluar las transiciones entre los dientes 38 y los
tramos no dentados (huecos 40) de la rueda dentada 32.
Aún cuando se emplea preferiblemente una rueda
dentada 32, se pueden realizar también, en el marco de la idea de
la invención, mediciones en el árbol de salida 36, en vez de
realizarlas en la rueda dentada 32 que está unida con dicho árbol
de salida 36. En caso de que se emplee una rueda dentada 32, un
tamaño adecuado de una rueda dentada es un diámetro de 127 mm, pero
también es posible cualquier otro tamaño. Se pueden utilizar también
otros tipos y montajes de sensores.
Esta configuración tiene una serie de ventajas.
Dado que la dirección de giro y la magnitud del giro del motor 30
corresponden a variaciones en el flujo de fluido hacia dentro del
cilindro de dirección 18, existe una relación entre el movimiento
del árbol de salida 36 y el ángulo de dirección. Cuando un usuario
conduce, por ejemplo, en una dirección, existe un flujo
incrementado hacia dentro del cilindro de dirección 18 y, por tanto,
un mayor ángulo de dirección. Aumenta también el flujo de fluido a
través del motor hidráulico 34, lo que tiene como consecuencia una
velocidad de giro incrementada del árbol de salida 36.
Mediante la medición de la dirección de giro y
de la magnitud del giro del árbol de salida 36 del motor 34 se
puede detectar también el ángulo de dirección, con lo que esta
información puede ser utilizada dentro de un sistema de dirección
automático. En un sistema de dirección automático se puede emplear
el ángulo de la rueda dirigida como realimentación en un bucle
cerrado. Otra ventaja de esta disposición consiste en que el sensor
de ángulo 28 puede disponerse a una distancia mayor del cilindro de
dirección 18, del eje dirigido y de las ruedas 12. Preferiblemente,
se dispone el sensor de ángulo 28 en un entorno más seguro en lugar
de instalarlo en las proximidades de las ruedas dirigidas 12 o del
eje dirigido. Cuando se emplea el sistema de dirección según la
invención, por ejemplo, en aperos agrícolas, el sensor de ángulo 28
puede posicionarse en una cabina del vehículo o en otro sitio para
protegerlo mejor contra influencias ambientales que podrían
perjudicar a los sensores.
Además, los sensores 30 no tienen que unirse
ineludiblemente con el árbol de salida 36. Como se ha representado,
la presente invención propone que se puedan emplear sensores 30 de
efecto Hall u otros sensores sin contacto (por ejemplo, ópticos)
para medir la dirección y la magnitud del giro del árbol de salida
36 del motor 34.
En la figura 4 se muestra una forma de
realización alternativa de la invención. Un cilindro 18A de doble
efecto está articulado de manera basculable por un extremo en el
bastidor del vehículo. El cilindro 18A está unido mediante
mangueras hidráulicas adecuadas con los mismos componentes con los
que está unido el cilindro 18, tal como se representa en la figura
1. Un vástago de pistón 16A que se mueve en vaivén se extiende desde
el otro extremo del cilindro 18A. El extremo exterior del vástago
de pistón 16A está unido mediante un varillaje 16B con un vástago
de unión alargado 16C. El vástago de unión 16C está unido de manera
basculable con las ruedas 12A y 12B por medio de unos varillajes
14A y 14B. Cuando se mueve el vástago de pistón 16A, se mueve de
manera correspondiente el vástago de unión 16C para hacer girar cada
una de las ruedas 12A y 12B en una u otra dirección por medio de
los varillajes 14A y 14B. Esta disposición tiene todas las ventajas
funcionales de los componentes hidráulicos de la figura 1 que se
refieren al cilindro de dirección.
Claims (10)
1. Sistema de dirección que comprende un
cilindro de dirección (18) que está en unión de accionamiento con
una rueda dirigible (12A, 12B) y que está unido con una válvula de
dirección (20), y un sensor de ángulo (28) para captar el ángulo de
dirección, caracterizado porque el sensor de ángulo (28) está
dispuesto entre la válvula de dirección (20) y el cilindro de
dirección (18) y está preparado para captar el flujo hacia dentro
del cilindro de dirección (18) y hacia fuera de éste.
2. Sistema de dirección según la reivindicación
1, caracterizado porque comprende un motor hidráulico (34)
cuyo árbol de salida (36) gira en función del flujo que circula por
el motor (34), y porque un sensor (30) que sirve para captar el
ángulo de dirección está preparado para captar el movimiento del
árbol de salida (36) del motor (34).
3. Sistema de dirección según la reivindicación
2, caracterizado porque la dirección de giro del árbol de
salida (36) depende de la dirección del flujo del fluido que circula
por el motor (34), y porque el sensor (30) está preparado para
captar la dirección de giro del árbol de salida (36).
4. Sistema de dirección según la reivindicación
2 ó 3, caracterizado porque el sensor (30) está preparado
para captar la magnitud del giro del árbol de salida (36).
5. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque está dispuesta
sobre el árbol de salida (36) una rueda dentada (32) con la que
coopera el sensor (30).
6. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque dos sensores
(30A, 30B) están dispuestos en posiciones contiguas al árbol de
salida (36).
7. Sistema de dirección según la reivindicación
6, caracterizado porque los dos sensores (30A, 30B) están
colocados en una disposición en cuadratura.
8. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque el sensor (30)
trabaja magnéticamente y es de preferencia un sensor de efecto
Hall.
9. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque está dispuesto a
cierta distancia del cilindro de dirección (18) y de las ruedas
(12).
10. Sistema de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la válvula
de dirección (20) es una válvula de dos vías.
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