BR112017020407B1 - Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada - Google Patents

Abstract

COMBINAÇÃO DE MOLA PNEUMÁTICA DE AMORTECIMENTO E AMORTECEDOR PARA SISTEMAS DE EIXO/SUSPENSÃO PARA VEÍCULOS DE CARGA PESADA. Trata-se de uma combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada que inclui uma mola pneumática de amortecimento e um amortecedor, ambos operativamente conectados ao sistema de eixo/suspensão. A mola pneumática de amortecimento primariamente proporciona amortecimento ao sistema de eixo/suspensão ao longo de um primeiro intervalo de frequências. O amortecedor primariamente proporciona amortecimento ao sistema de eixo/suspensão ao longo de um segundo intervalo de frequências. O primeiro intervalo de frequências varia de aproximadamente 0,0 Hz a aproximadamente 6,0 Hz e o segundo intervalo de frequencias varia de aproximadamente 0,0 Hz a aproximadamente 13,0 Hz.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO

[001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente U.S. Provisório No 62/137.866, depositado em 25 de março de 2015.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A invenção refere-se, de modo geral, à técnica de sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada. Mais particularmente, a invenção refere-se a sistemas de eixo/suspensão a ar para veículos de carga pesada que utilizam uma mola pneumática de amortecimento para amortecer a condução do veículo. Mais especificamente, a invenção está direcionada à combinação de uma mola pneumática de amortecimento utilizada em conjunto com um amortecedor para sistemas de eixo/suspensão a ar para veículos de carga pesada, em que a mola pneumática de amortecimento é otimizada para ajudar a conferir características de amortecimento ao sistema de eixo/suspensão em um intervalo de frequência selecionado, e o amortecedor é otimizado para ajudar a proporcionar amortecimento ao sistema de eixo/suspensão em um intervalo de frequência selecionado geralmente diferente do intervalo de frequência amortecido pela mola pneumática de amortecimento. A combinação da mola pneumática de amortecimento e do amortecedor trabalhando juntos em complementação um ao outro para proporcionar amortecimento otimizado por todo o intervalo de frequências críticas encontradas pelo sistema de eixo/suspensão durante a operação, dessa forma aumentando as características de direção macia do sistema de eixo/suspensão e prolongando a vida útil dos componentes do sistema de eixo/suspensão, pneus e outros componentes do veículo, além de potencialmente reduzir o peso do sistema de eixo/suspensão.

TÉCNICA ANTERIOR

[003] O uso de um ou mais sistemas de eixo/suspensão a ar do tipo viga rígida de braço de suspensão traseira e dianteira tem sido muito popular na indústria de caminhões de carga pesada, ônibus e caminhões-tratores com reboque há muitos anos. Embora tais sistemas de eixo/suspensão possam ser encontrados em formas estruturais amplamente variadas, em geral, sua estrutura é similar pelo fato de que cada sistema tipicamente inclui um par de conjuntos de suspensão. Em alguns veículos de carga pesada, os conjuntos de suspensão são conectados diretamente à estrutura primária do veículo. Em outros veículos de carga pesada, a estrutura do veículo suporta uma subestrutura, e os conjuntos de suspensão conectam-se diretamente à subestrutura. Para os veículos de carga pesada que suportam uma subestrutura, a subestrutura pode ser não-móvel ou móvel, a última sendo normalmente designada por caixa deslizante, subestrutura deslizante, chassi deslizante, ou estrutura deslizante secundária. Para fins de conveniência e clareza, será feita referência aqui aos membros principais, com o entendimento de que tal referência é para fins ilustrativos, e que a presente invenção aplica-se a sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada suspensos a partir de membros principais dentre: estruturas primárias, subestruturas móveis e subestruturais não- móveis.

[004] Especificamente, cada conjunto de suspensão de um sistema de eixo/suspensão inclui uma viga alongada estendida longitudinalmente. Cada viga tipicamente está localizada adjacente a e abaixo de um respectivo de um par de membros principais estendidos longitudinalmente separados e um ou mais membros transversais que formam a estrutura do veículo. Mais especificamente, cada viga é conectada de forma pivotante, em uma de suas extremidades, a um suporte, que é, por sua vez, conectado a e depende de um respectivo dos membros principais do veículo. Um eixo estende-se transversamente entre e tipicamente é conectado por algum meio às vigas do par de conjuntos de suspensão em uma localização selecionada a partir do ponto central de cada viga até a extremidade da viga oposta à sua extremidade de conexão pivotante. A extremidade de viga oposta à extremidade de conexão pivotante também é conectada a uma mola pneumática, ou equivalente, que, por sua vez, é conectada a um respectivo dos membros principais. As molas pneumáticas suavizam o deslocamento do veículo durante a operação, e em alguns casos, proporcionam amortecimento. Uma válvula de controle de altura é montada no membro principal ou em outra estrutura de suporte e é operativamente conectada à viga e à mola pneumática de modo a manter a altura de deslocamento do veículo. Um sistema de freio e um ou mais amortecedores também são montados no sistema de eixo/suspensão. Os amortecedores proporcionam amortecimento ao sistema de eixo/suspensão do veículo durante a operação. A viga pode se estender para trás ou para frente a partir da conexão pivotante em relação à frente do veículo, definindo assim o que são tipicamente chamados de sistemas de eixo/suspensão de braço traseiro ou braço dianteiro, respectivamente. No entanto, para as finalidades da descrição contida aqui, entende-se que o termo “braço traseiro” irá abranger vigas que se estender tanto para trás quanto para frente com relação à extremidade frontal do veículo.

[005] Os sistemas de eixo/suspensão do veículo de carga pesada atuam suavizando o deslocamento, amortecendo vibrações e estabilizando o veículo. Mais particularmente, à medida que o veículo se desloca pela estrada, suas rodas se deparam com condições de estrada que transmitem várias forças, cargas e/ou tensões, coletivamente chamadas aqui de forças, ao respectivo eixo no qual as rodas são montadas, e, por sua vez, aos conjuntos de suspensão que são conectados ao eixo e suportam o mesmo. De modo a minimizar o efeito prejudicial dessas forças sobre o veículo à medida que está operando, o sistema de eixo/suspensão é projetado para reagir e/ou absorver pelo menos parte das forças.

[006] Essas forças incluem forças verticais causadas pelo movimento vertical das rodas à medida que encontram certas condições de estrada, forças longitudinais causadas pela aceleração e desaceleração do veículo, e forças de carga lateral e de torção associadas ao movimento transversal do veículo, tal como pelo movimento de curva do veículo e por manobras de mudança de pista. De modo a lidar com tais forças distintas, os sistemas de eixo/suspensão possuem diferentes exigências estruturais. Mais particularmente, é desejável que um sistema de eixo/suspensão seja razoavelmente rígido a fim de minimizar a quantidade de balanço experimentado pelo veículo, e, dessa forma, proporcionar o que é conhecido na técnica como estabilidade em rolagem. No entanto, também é desejável que um sistema de eixo/suspensão seja relativamente flexível para auxiliar no amortecimento do veículo contra impactos verticais, e para conferir capacidade de deformação elástica de forma que os componentes do sistema de eixo/suspensão resistam a falhas, aumentando assim a durabilidade do sistema de eixo/suspensão. Também é desejável amortecer as vibrações ou oscilações que resultam de tais forças. Um componente crucial do sistema de eixo/suspensão que amortece impactos verticais durante o deslocamento do veículo é a mola pneumática, ao passo que um amortecedor tipicamente proporciona características de amortecimento ao sistema de eixo/suspensão, embora também tenham sido utilizadas molas pneumáticas com recursos de amortecimento.

[007] Uma mola pneumática típica sem os recursos de amortecimento do tipo utilizado nos sistemas de eixo/suspensão a ar para carga pesada inclui três componentes principais: um fole flexível, um pistão e uma placa superior do fole. O fole é tipicamente formado de borracha ou outro material flexível, e é operativamente montado em cima do pistão. O pistão é tipicamente formado de aço, alumínio, plástico reforçado com fibra ou outro material rígido e é montado na extremidade traseira da placa superior da viga do conjunto de suspensão por dispositivos de fixação, que são geralmente bem conhecidos na técnica. O volume de ar pressurizado, ou “volume de ar”, que está contido na mola pneumática é um fator principal ao determinar o coeficiente de elasticidade da mola pneumática. Mais especificamente, este volume de ar está contido dentro do fole, e, em alguns casos, do pistão da mola pneumática. Quanto maior o volume de ar da mola pneumática, menor o coeficiente de elasticidade da mola pneumática. Um coeficiente de elasticidade inferior é geralmente mais desejável na indústria de veículos de carga pesada, pois proporciona uma condução mais macia ao veículo durante a operação. Tipicamente, o pistão contém uma cavidade oca, que está em comunicação com o fole e que adiciona ao volume de ar da mola pneumática por permitir a comunicação irrestrita do ar entre o pistão os volumes de fole, ou o pistão possui uma forma cilíndrica geralmente oca e não se comunica com o volume do fole, em consequência do que o pistão não contribui para o volume de ar da mola pneumática. O volume de ar da mola pneumática está em comunicação de fluido com uma fonte de ar, tal como um tanque de alimentação de ar, e também está em comunicação de fluido com a válvula de controle de altura do veículo. A válvula de controle de altura, por direcionar o fluxo de ar para dentro e para fora da mola pneumática do sistema de eixo/suspensão, ajuda a manter a altura de condução desejada do veículo.

[008] As molas pneumáticas da técnica anterior, tal como a descrita acima, embora proporcionem amortecimento ao veículo, à carga e ao(s) ocupante(s) durante a operação do veículo, proporcionam pouco, ou mesmo nenhum amortecimento ao sistema de eixo/suspensão. Tal amortecimento é, em vez disso, tipicamente proporcionado por um par de amortecedores hidráulicos, ainda que um único amortecedor também tenha sido utilizado e seja geralmente bem conhecido na técnica. O amortecedor tipicamente inclui um cilindro que é preenchido de fluido. Um êmbolo com um diafragma montado em sua extremidade é disposto longitudinalmente dentro do cilindro repleto de fluido de modo que o êmbolo e o diafragma possam se mover dentro do cilindro repleto de fluido. O diafragma tipicamente inclui uma série de aberturas e também inclui uma válvula de purga que é montada no diafragma. A válvula de purga inclui aberturas maiores que permitem uma curva de amortecimento de dois estágios que é geralmente bem-conhecida na técnica. O cilindro do amortecedor é montado na viga de um respectivo dos conjuntos de suspensão e o êmbolo é montado em um respectivo dos membros principais do veículo. À medida que a viga é rotacionada para cima em direção ao membro principal durante a operação do veículo, o êmbolo e o diafragma são movidos para baixo através do cilindro repleto de fluido. À medida que a viga é rotacionada para baixo para longe do membro principal durante a operação do veículo, o êmbolo e o diafragma são movidos para cima através do cilindro repleto de fluido. O movimento do êmbolo e do diafragma através do cilindro repleto de fluido resulta no amortecimento viscoso do sistema de eixo/suspensão.

[009] Para reboques de veículos de carga pesada, as frequências em que o amortecimento ideal do(s) sistema(s) de eixo/suspensão é crítico variam de aproximadamente 1,8 Hz, modo de movimento para cima e para baixo da carroceria, a aproximadamente 13 Hz, modo de salto da roda. Nessas frequências naturais, o sistema de eixo/suspensão está predisposto a se mover, portanto, as cargas de entrada da estrada nessas frequências podem resultar em um acúmulo de movimento no sistema de eixo/suspensão que pode potencialmente afetar de maneira prejudicial o desempenho do sistema de eixo/suspensão. Os amortecedores da técnica anterior possuem uma curva de amortecimento que aumenta continuamente em frequências maiores. Isto significa que, à medida que a frequência das entradas para o sistema de eixo/suspensão aumenta, o amortecimento proporcionado pelo amortecedor ao sistema de eixo/suspensão é aumentado. Este amortecimento aumentado em frequências de entrada maiores causa o aumento da transmissibilidade das forças atuando sobre o sistema de eixo/suspensão através dos amortecedores, o que, por sua vez, pode reduzir as características de andar macio do sistema de eixo/suspensão em frequências superiores e também pode levar ao desgaste prematuro dos componentes do sistema de eixo/suspensão, pneus e outros componentes do veículo. A curva de amortecimento continuamente crescente dos amortecedores da técnica anterior também pode potencialmente causar a “borrifação” do amortecedor. Mais especificamente, a borrifação ocorre quando o fluido contido no amortecedor é forçado para fora em torno do êmbolo do amortecedor durante a operação do amortecedor. Isto ocorre quando cargas de entrada de alta energia da estrada são transmitidas ao sistema de eixo/suspensão através das rodas do veículo durante a operação do veículo. Essas cargas de entrada de alta energia sobre o sistema de eixo/suspensão causam uma força de amortecimento maior no amortecedor da técnica anterior por causa da curva de amortecimento continuamente crescente dos amortecedores. Esta força de amortecimento aumentada, por sua vez, faz o amortecedor gerar pressões internas muito altas, o que pode levar o amortecedor a borrifar. Embora a borrifação do amortecedor geralmente não comprometa a capacidade do amortecedor em proporcionar amortecimento, a borrifação pode afetar de maneira adversa os componentes no entorno do amortecedor, contaminando-os com o fluido do amortecedor, e também pode resultar na falsa impressão de que os amortecedores ou outros componentes falharam, quando na verdade não, resultando na troca prematura dos amortecedores ou de outros componentes, o que gera custos adicionais. Portanto, é preferível reduzir a quantidade de borrifação do amortecedor de modo a minimizar a possibilidade de contaminação dos componentes circundantes e a substituição prematura dos amortecedores ou de outros componentes do veículo. Além disso, a força de amortecimento aumentada do amortecedor da técnica anterior em frequências maiores pode causar maior tensão para os componentes do sistema de eixo/suspensão, o que, por sua vez, pode potencialmente aumentar o desgaste e reduzir a vida útil dos componentes do sistema de eixo/suspensão, dos pneus e demais componentes do veículo.

[010] A quantidade de carga que um veículo pode suportar é regulada por leis de estradas e pontes locais, estaduais e/ou nacionais. O princípio básico por trás da maioria das leis de pontes e estradas é limitar a carga máxima que um veículo pode transportar, bem como limitar a carga máxima que pode ser suportada pelos eixos individuais. uma vez que os amortecedores convencionais da técnica anterior são relativamente pesados, esses componentes adicionam peso indesejável ao sistema de eixo/suspensão, e, portanto, reduzem a quantidade de carga que pode ser transportada pelo veículo de carga pesada. Dependendo dos amortecedores empregados, eles também adicionam graus variáveis de complexidade ao sistema de eixo/suspensão, o que também é indesejável.

[011] Molas pneumáticas com recursos de amortecimento, tal como a descrita na Patente U.S. No 8,540,222 de propriedade do cessionário do presente pedido, também são conhecidas. A mola pneumática com recursos de amortecimento ilustrada e descrita na Patente ‘222 pode ser incorporada aos sistemas de eixo/suspensão, tal como o descrito acima, e inclui um fole e um pistão. A extremidade superior do fole é engatada de forma vedada a uma placa superior do fole. Uma placa de montagem de mola pneumática é montada na parte superior da placa superior por dispositivos de fixação, que também são usados para montar a parte superior da mola pneumática a um respectivo dos membros principais do veículo. O pistão geralmente tem formato cilíndrico e inclui uma parede lateral contínua geralmente escalonada afixada a uma placa inferior geralmente plana e formada integralmente com uma placa superior. A placa inferior do pistão é formada com uma abertura central. Um dispositivo de fixação é disposto através da abertura de modo a afixar o pistão à placa superior da viga na extremidade traseira da viga.

[012] A placa superior, a parede lateral e a placa inferior do pistão definem uma câmara de pistão tendo um volume interior. A placa superior do pistão é formada com uma protuberância circular estendida para cima possuindo um rebordo em torno de sua circunferência. O rebordo coopera com a extremidade mais inferior do fole para formar uma vedação hermética entre o fole e o rebordo. Meios alternativos de fixação também são conhecidos e são geralmente utilizados na técnica. O fole, a placa superior e a placa superior do pistão definem uma câmara do fole tendo um volume interior. A placa superior do pistão é formada com um par de aberturas, que permitem que o volume da câmara do pistão e o volume da câmara do fole se comuniquem uma com a outra. O volume da câmara do pistão, o volume da câmara do fole e a área de seção transversal das aberturas formadas na placa superior do pistão entre a câmara do pistão e a câmara do fole proporcionam características de amortecimento à mola pneumática durante a operação do veículo.

[013] Outras molas pneumáticas da técnica anterior tentaram proporcionar características de amortecimento à mola pneumática colocando válvulas entre os foles e as câmaras de pistão da mola pneumática. Ainda outras molas pneumáticas da técnica anterior tentaram proporcionar características de amortecimento à mola pneumática por meio da formação de uma abertura entre o fole e as câmaras de pistão da mola pneumática que é parcialmente coberta por abas de borracha montadas adjacentes à abertura.

[014] Essas molas pneumáticas da técnica anterior com recursos de amortecimento podem potencialmente proporcionar amortecimento inferior ao ideal em frequências maiores acima de aproximadamente 5 Hz, o que pode, por sua vez, potencialmente causar redução da vida útil dos componentes do sistema de eixo/suspensão, incluindo possível aumento do desgaste dos pneus e danos à carga útil transportada.

[015] A mola pneumática de amortecimento e amortecedor combinados da presente invenção superam os problemas associados às molas pneumáticas de amortecimento da técnica anterior e amortecedores utilizados com molas pneumáticas sem amortecimento, oferecendo uma mola pneumática de amortecimento otimizada que é utilizada em combinação com um amortecedor otimizado, resultando em características de amortecimento aprimoradas para o sistema de eixo/suspensão ao longo de todo o espectro de frequências de entrada críticas. A mola pneumática de amortecimento e amortecedor combinados para veículos de carga pesada possibilita o ajuste fino de certos componentes estruturais do amortecedor para proporcionar o amortecimento ideal em frequências superiores, resultando em amortecimento aprimorado ao sistema de eixo/suspensão ao mesmo tempo em que se reduz a transmissibilidade das forças e a borrifação que são comuns nos amortecedores convencionais da técnica anterior, economizando peso e custos, e permitindo que o veículo de carga pesada transporte mais carga. Ademais, a redução da transmissibilidade das cargas de entrada da estrada para os componentes do sistema de eixo/suspensão durante a operação do veículo aumenta a durabilidade do sistema de eixo/suspensão e dos componentes do sistema de eixo/suspensão, mantendo as características de direção macia do sistema de eixo/suspensão em frequências de entrada superiores críticas. Além disso, a mola pneumática de amortecimento proporciona amortecimento ideal em frequências inferiores a aproximadamente 5 Hz, o que, por sua vez, aumenta a vida útil dos componentes do sistema de eixo/suspensão, pneus e demais componentes do veículo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[016] Os objetivos da presente invenção incluem proporcionar uma combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada que otimize o amortecimento por todo o intervalo de frequências críticas encontradas pelo sistema de eixo/suspensão durante a operação.

[017] Um objetivo adicional da presente invenção é proporcionar uma combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada que permita o ajuste fino de certos componentes estruturais do amortecedor para oferecer amortecimento ideal em frequências maiores, resultando em amortecimento aprimorado ao sistema de eixo/suspensão ao mesmo tempo em que se reduz a transmissibilidade das forças e o efeito de borrifação que são comuns nos amortecedores convencionais da técnica anterior.

[018] Ainda outro objetivo da presente invenção é proporcionar uma combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada que reduza o peso e os custos, e que permita ao veículo de carga pesada transportar mais carga.

[019] Ainda outro objetivo da presente invenção é proporcionar uma combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada que reduza a transmissibilidade das cargas de entrada da estrada para os componentes do sistema de eixo/suspensão durante a operação do veículo, que aumente a durabilidade do sistema de eixo/suspensão e dos componentes do sistema de eixo/suspensão mantendo, ao mesmo tempo, as características de direção macia do sistema de eixo/suspensão em frequências de entrada críticas maiores. Ainda outro objetivo adicional da presente invenção é proporcionar uma combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada pela qual a mola pneumática de amortecimento proporciona amortecimento ideal em frequências inferiores, abaixo de aproximadamente 5 Hz, o que, por sua vez, aumenta a vida útil dos componentes do sistema de eixo/suspensão, dos pneus e dos demais componentes do veículo.

[020] Esses objetivos e vantagens são obtidos pela combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada da presente invenção, que inclui uma mola pneumática de amortecimento operativamente conectada ao sistema de eixo/suspensão, e um amortecedor operativamente conectado ao sistema de eixo/suspensão. A mola pneumática de amortecimento primariamente proporciona amortecimento ao sistema de eixo/suspensão ao longo de um primeiro intervalo crítico de frequências e o amortecedor primariamente proporciona amortecimento ao sistema de eixo/suspensão ao longo de um segundo intervalo de frequências críticas. O primeiro intervalo de frequências críticas e o segundo intervalo de frequências críticas são diferentes um do outro.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS

[021] A concretização preferida da presente invenção, ilustrativa do melhor modo no qual o requerente contemplou a aplicação dos princípios é apresentada na descrição seguinte e é ilustrada nos desenhos, e é particularmente e apontada e apresentada nas reivindicações anexas.

[022] A FIG. 1 é uma vista em perspectiva traseira superior de um sistema de eixo/suspensão incorporando um par de molas pneumáticas sem amortecimento da técnica anterior, e ilustrando um par de amortecedores, com cada um do par de amortecedores montado em um respectivo conjunto dos conjuntos de suspensão do sistema de eixo/suspensão;

[023] A FIG. 2 é uma vista em seção transversal esquemática do amortecedor da técnica anterior ilustrado na FIG. 1, ilustrando o êmbolo estendendo- se para a parte inferior do amortecedor e conectado a um diafragma que inclui um par de aberturas e uma válvula de purga, e ilustrando o cilindro do amortecedor preenchido com fluido;

[024] A FIG. 3 é uma vista em perspectiva de uma mola pneumática da técnica anterior com recursos de amortecimento, em seção, ilustrando as aberturas formadas na placa superior do pistão entre e comunicando-se com a câmara do pistão e a câmara do fole, e também ilustrando um batente conectado à placa superior do pistão;

[025] A FIG. 4 é um gráfico ilustrando o nível relativo de amortecimento por ciclo ao longo de um intervalo crítico de frequências de um sistema de eixo/suspensão incorporando a mola pneumática sem amortecimento e o amortecedor da técnica anterior ilustrados na FIG. 1;

[026] A FIG. 5 é um gráfico ilustrando o nível relativo de amortecimento por ciclo ao longo de um intervalo crítico de frequências de um sistema de eixo/suspensão incorporando a mola pneumática de amortecimento ilustrada na FIG. 3, sem utilizar um amortecedor;

[027] A FIG. 6 é uma vista em perspectiva de um sistema de eixo/suspensão incorporando uma primeira concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento otimizada e amortecedor otimizado da presente invenção;

[028] A FIG. 7 é uma vista em seção transversal esquemática do amortecedor otimizado ilustrado na FIG. 6, ilustrando o êmbolo estendendo-se para a parte inferior do amortecedor e conectado a um diafragma que inclui um par de aberturas com a válvula de purga otimizada;

[029] A FIG. 8 é um gráfico ilustrando o nível relativo de amortecimento por ciclo ao longo de um intervalo crítico de frequências do eixo/suspensão incorporando a primeira concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento otimizada e amortecedor otimizado da presente invenção ilustrados na FIG. 6;

[030] A FIG. 9 é uma vista em perspectiva de um sistema de eixo/suspensão incorporando uma segunda concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento otimizada e amortecedor tradicional da presente invenção; A FIG. 10 é um gráfico ilustrando o nível relativo de amortecimento por ciclo ao longo de um intervalo crítico de frequências do sistema de eixo/suspensão incorporando a segunda concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento otimizada e amortecedor tradicional da presente invenção ilustrados na FIG. 8; e

[031] A FIG. 11 é um gráfico comparando o nível relativo de amortecimento por ciclo ao longo de um intervalo crítico de frequências dos sistemas de eixo/suspensão ilustrados acima nos gráficos nas FIGS. 4, 5, 8 e 10.

[032] Numerais similares referem-se a partes similares por todos os desenhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA

[033] De modo a melhor compreender o ambiente no qual a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para um veículo de carga pesada da presente invenção é utilizada, um sistema de eixo/suspensão a ar do tipo viga elevada sobre o eixo (overslung) de braço traseiro que incorpora uma mola pneumática sem amortecimento 24 da técnica anterior, é indicado geralmente em 10, ilustrado na FIG. 1, e agora será descrito em detalhes abaixo.

[034] Deve-se observar que o sistema de eixo/suspensão 10 é tipicamente montado em um par de membros principais separados estendidos longitudinalmente (não ilustrados) de um veículo de carga pesada, que é geralmente representativo de vários tipos de estruturas usadas para veículos de carga pesada, incluindo estruturas primárias que não suportam uma subestrutura e estruturas primárias e/ou estruturas de piso que suportam uma subestrutura. Para estruturas primários e/ou estruturas de piso que suportam uma subestrutura, a subestrutura pode ser não- móvel ou móvel, a último sendo normalmente chamada de caixa deslizante. Uma vez que o sistema de eixo/suspensão 10 geralmente inclui um par idêntico de conjuntos de suspensão 14, para fins de clareza e concisão, apenas um dos conjuntos de suspensão será descrito abaixo.

[035] O conjunto de suspensão 14 é conectado de forma pivotante a um suporte 16 por meio de uma viga elevada do braço traseiro 18. Mais especificamente, uma viga 18 é formada tendo uma forma de “U” formada integralmente geralmente invertida com um par de paredes laterais 66 e uma placa superior 65, com a parte aberta da viga voltada geralmente para baixo. Uma placa inferior (não ilustrada) estende-se entre e é conectada às extremidades mais inferiores das paredes laterais 66 por quaisquer meios adequados, tal como soldagem, para completar a estrutura da viga 18. A viga elevada do braço traseiro 18 inclui uma extremidade frontal 20 tendo um conjunto de bucha 22, que inclui uma bucha, parafusos pivôs e arruelas, os quais são bem conhecidos na técnica, para facilitar a conexão pivotante da viga ao suporte 16. A viga 18 também inclui uma extremidade traseira 26, que é soldada ou de alguma outra forma rigidamente conectada a um eixo estendido transversalmente 32.

[036] O conjunto de suspensão 14 também inclui a mola pneumática 24, montada sobre e estendendo-se entre a extremidade traseira da viga 26 e o membro principal (não ilustrado). A mola pneumática 24 inclui um fole 41 e um pistão 42. A extremidade superior do fole 41 é engatada de forma vedada a uma placa superior do fole 43. Uma placa de montagem de mola pneumática 44 é montada na placa superior 43 por dispositivos de fixação 45, que também são usados para montar a parte superior da mola pneumática 24 no membro principal do veículo (não ilustrado). Meios alternativos para montar a placa superior 43 no membro principal do veículo, tal como fixação direta, por meio de dispositivos de fixação ou soldas, também são geralmente bem conhecidos na técnica. O pistão 42 geralmente tem formato cilíndrico e tem uma placa inferior e placa superior geralmente planas (não ilustradas). A porção inferior do fole 41 é engatada de forma vedada à placa superior do pistão (não ilustrada). A placa inferior do pistão repousa sobre a placa superior da viga 65 na extremidade traseira da viga 26 e é afixada à mesma de uma maneira bem conhecida pelo versados na técnica, tal como por dispositivos de fixação ou parafusos (não ilustrados). A placa superior do pistão é formada sem aberturas, de modo que não haja comunicação de fluido entre o pistão 42 e o fole 41. Como resultado, o pistão 42 geralmente não contribui com qualquer volume apreciável para a mola pneumática 24. A extremidade superior de um amortecedor 40 é montada em uma asa estendendo-se internamente 17 do suporte 16 por meio de um suporte de montagem 19 e um dispositivo de fixação 15, de uma maneira bem conhecida na técnica. A extremidade inferior do amortecedor 40 é montada na viga 18 (o suporte não é ilustrado) de uma maneira bem conhecida pelos versados na técnica. Para fins de completude relativa, um sistema de freio 28 é ilustrado montado no conjunto de suspensão 14 da técnica anterior. Como mencionado acima, o sistema de eixo/suspensão 10 é projetado para absorver forças que atuam sobre o veículo à medida que está operando. Mais particularmente, é desejável que o sistema de eixo/suspensão 10 seja rígido ou firme de modo a resistir às forças de rolagem, e, assim, proporcionar estabilidade em rolagem para o veículo. Isto é tipicamente realizado usando a viga 18, que é rígida, e que também é conectada rigidamente ao eixo 32. Também é desejável, entretanto, que o sistema de eixo/suspensão 10 seja flexível para ajudar a amortecer o veículo (não ilustrado) contra os impactos verticais e fornecer capacidade de deformação elástica de modo que o sistema de eixo/suspensão resista à falha. Tal flexibilidade tipicamente é alcançada através da conexão pivotante da viga 18 ao suporte 16 com o conjunto de bucha 22. A mola pneumática 24 amortece os impactos sofridos pelo veículo durante a viagem para a carga e os passageiros, enquanto que o amortecedor 40 ajuda a controlar o veículo em seu deslocamento.

[037] Voltando-se agora para a FIG. 2, o amortecedor 40 da técnica anterior inclui uma parte de copo invertido superior 116 que é encaixada por deslizamento sobre o cilindro 118. Um ilhó 109 incluindo um conjunto de bucha 108 é montado na extremidade mais inferior do cilindro do amortecedor 118 e também na extremidade mais superior da parte de copo invertido 116. Mais especificamente, o conjunto de bucha 108 inclui um suporte externo geralmente cilíndrico 110 formado de metal ou de outro material suficientemente rígido. Uma bucha 112 formada com uma abertura contínua 113 em seu centro é encaixada por pressão no suporte cilíndrico 110. Uma luva interna 114 possuindo uma forma geralmente cilíndrica e formada com uma abertura contínua 115 em seu centro é encaixada por pressão na abertura 113 da bucha 112. A luva interna 114 estende-se geralmente para fora para além da bucha 112 e do suporte 110. O suporte 110 é conectado de maneira fixa à extremidade mais superior de um êmbolo 126, por meio de soldas ou outros meios similares de fixação rígida. O cilindro 118 inclui uma câmara 119, que é preenchida com o fluido 124. A câmara 119 também inclui um diafragma plano geralmente circular 120 formado com um par de aberturas 122 que permitem a comunicação de fluido através do diafragma e dentro de ou através de toda a câmara. A superfície mais superior do diafragma 120 é conectada ao êmbolo 126. O êmbolo 126 estende-se a partir do diafragma 120, através da câmara 119 e do fluido 124, através de uma abertura 131 formada na parte mais superior do cilindro 118, e é conectado à superfície interna do copo invertido 116 e ao suporte 110 como mencionado acima. Uma parte de copo invertido 116 desliza para baixo sobre o cilindro 118 do amortecedor 40 durante a operação do veículo, o êmbolo 126 move o diafragma 120 para baixo na direção D. Inversamente, uma parte de copo invertido 116 desliza para cima sobre a parte inferior 118 do amortecedor 40 durante a operação do veículo, o êmbolo 126 move o diafragma 120 para cima na direção U. O movimento para cima e para baixo do diafragma 120 proporciona amortecimento viscoso ao amortecedor 40, e, por usa vez, ao sistema de eixo/suspensão ao qual ele está conectado durante a operação do veículo de carga pesada. Uma válvula de purga 133 está localizada no diafragma 120. A válvula de purga 133 proporciona alívio controlado das pressões de pico em qualquer um dos lados do diafragma 120 na câmara do cilindro 119 resultantes do movimento do diafragma através do fluido 124 contido na câmara do cilindro. A válvula de purga 133 é ativada durante entradas de carga de alta energia, reduzindo assim a pressão dentro da câmara do cilindro 119 e reduzindo a taxa de aumento de amortecimento dentro do amortecedor 40. Inversamente, a válvula de purga 133 tipicamente permanece fechada para entradas de baixa energia.

[038] A mola pneumática 24 da técnica anterior descrita acima possui capacidades de amortecimento muito limitadas ou nenhuma devido à sua estrutura, como descrito, não possibilitar isto. Em vez disso, a mola pneumática 24 da técnica anterior recorre ao amortecedor 40 para proporcionar amortecimento ao sistema de eixo/suspensão 10.

[039] Voltando-se agora para a FIG. 4, ilustra-se o nível relativo de amortecimento por ciclo do sistema de eixo/suspensão 10, ilustrado na FIG. 1, representado graficamente em um intervalo crítico de frequências. Nesta disposição da técnica anterior, o amortecedor 40 é empregado como o único meio para oferecer recursos de amortecimento ao sistema de eixo/suspensão 10. Em virtude disso, o sistema de eixo/suspensão 10 utilizando o amortecedor 40 em combinação com uma mola pneumática 24 típica da técnica anterior sem recursos de amortecimento geralmente proporciona amortecimento ideal no ponto A, em aproximadamente 1,8 Hz. Em frequências superiores, entre aproximadamente 12,0 Hz e 14,0 Hz no ponto I, o sistema de eixo/suspensão 10 é sujeito ao amortecimento aumentado como resultado da curva de amortecimento continuamente crescente do amortecedor 40 típico da técnica anterior. O amortecimento aumentado do amortecedor 40 causa o aumento da transmissibilidade das forças atuando sobre o sistema de eixo/suspensão através dos amortecedores, o que, por sua vez, pode reduzir as características de andar macio do sistema de eixo/suspensão e pode levar ao desgaste prematuro dos componentes do sistema de eixo/suspensão, pneus e outros componentes do veículo. Este amortecimento aumentado demonstrado pelo amortecedor 40 da técnica anterior do sistema de eixo/suspensão 10 também pode potencialmente causar a borrifação do amortecedor quando ele se depara com entradas de energia alta como descrito anteriormente, o que pode afetar adversamente os componentes no entorno do amortecedor por contaminá-los com o fluido do amortecedor e também pode resultar na substituição prematura dos amortecedores ou componentes no entorno. Além disso, o amortecimento aumentado do amortecedor 40 da técnica anterior requer suportes grandes e pesados para a transmissão eficaz das forças atuando sobre o amortecedor através do sistema de eixo/suspensão durante a operação do veículo, o que indesejavelmente aumenta o peso do veículo, e, por sua vez, aumenta os custos de operação do veículo devido ao maior consumo de combustível.

[040] Uma mola pneumática da técnica anterior com recursos de amortecimento, ilustrada de forma geral em 224 na FIG. 3 e usada em conjunto com um eixo de um sistema de eixo/suspensão tendo uma classificação de peso de eixo bruto (GWR) de aproximadamente 20.000 libras, é o tema da Patente U.S. No 8,540,222 e será descrita em detalhes abaixo. Assim como a mola pneumática 24 da técnica anterior descrita acima, a mola pneumática 224 também é incorporada no sistema de eixo/suspensão 10 ou em outro sistema e eixo/suspensão a ar similar. Entretanto, a mola pneumática 224 é tipicamente utilizada sem o amortecedor 40. A mola pneumática 224 inclui um fole 241 e um pistão 242. A extremidade superior do fole 241 é engatada de maneira vedada a uma placa superior do fole 243 de uma maneira bem conhecida na técnica. Uma placa de montagem de mola pneumática (não ilustrada) é montada na superfície superior da placa superior 243 por dispositivos de fixação (não ilustrados) que também são usados para montar a parte superior da mola pneumática 224 a um respectivo dos membros principais (não ilustrados) do veículo. Como alternativa, a placa superior do fole 243 também poderia ser montada diretamente em um respectivo dos membros principais (não ilustrados) do veículo. O pistão 242 geralmente tem formato cilíndrico e inclui uma parede lateral contínua geralmente escalonada 244 afixada a uma placa inferior geralmente plana 250 e formada integralmente com uma placa superior 282. A placa inferior 250 é formada com um cubo central estendido para cima 252. O cubo central 252 inclui uma placa inferior 254 formada com uma abertura central 253. Um dispositivo de fixação 251 é disposto através da abertura 253 de modo a fixar o pistão 242 à placa superior da viga 65 na extremidade traseira da viga 26 (FIG. 1).

[041] A placa superior 282, a parede lateral 244 e a placa inferior 250 do pistão 242 definem uma câmara de pistão 299 tendo um volume interior V. A placa superior 282 do pistão 242 é formada com uma protuberância circular estendida para cima 283 possuindo um rebordo 280 em torno de sua circunferência. O rebordo 280 coopera com a extremidade mais inferior do fole 241 para formar uma vedação hermética entre os foles e o rebordo, como é bem conhecido por aqueles com conhecimento básico na área técnica. O fole 241, a placa superior 243 e a placa superior do pistão 282 definem uma câmara do fole 298 tendo um volume interior V2 em uma altura de deslocamento estática padrão. Um batente 281 é fixado rigidamente a uma placa de montagem do batente 286 por meios geralmente bem conhecidos na técnica. A placa de montagem do batente 286 é, por sua vez, montada sobre a placa do pistão 282 por um dispositivo de fixação 284. O batente 281 estende-se para cima a partir da superfície superior da placa de montagem de batente 286. O batente 281 serve de amortecedor entre a placa superior do pistão 282 e a placa superior do fole 243 de modo a impedir as placas de entrarem em contato uma com a outra durante a operação do veículo, o que pode potencialmente causar danos às placas.

[042] A câmara do fole 298 preferivelmente possui o volume interior V2 na altura de condução estática padrão de aproximadamente 305 pol3 a aproximadamente 915 pol3. A câmara do fole 299 preferivelmente possui o volume interior V1 na altura de condução estática padrão de aproximadamente 150 pol3 a aproximadamente 550 pol3.

[043] A placa superior do pistão 282 é formada com um par de aberturas 285, que permitem que o volume V1 da câmara do pistão 299 e o volume V2 da câmara do fole 298 se comuniquem um com o outro. Mais particularmente, as aberturas 285 permitem a passagem de fluido ou ar entre a câmara do pistão 299 e a câmara do fole 298 durante a operação do veículo. As aberturas da placa superior do pistão 285 preferivelmente possuem uma área de seção transversal combinada de aproximadamente 0,039 pol2 a aproximadamente 0,13 pol2.

[044] A razão da área de seção transversal das aberturas 285 medida em pol2 para o volume da câmara do pistão 299 medido em pol3 para o volume da câmara do fole 298 medido em pol3 está no intervalo de razões de cerca de 1:600:1200 a aproximadamente 1:14100:23500. Tendo agora descrito a estrutura da mola pneumática de amortecimento 224 da técnica anterior, a operação das características de amortecimento da mola pneumática será descrita em detalhes abaixo. Quando o eixo 32 do sistema de eixo/suspensão 10 experimenta um evento de impacto, tal como quando as rodas do veículo se encontram com um meio-fio ou quebra-molas saliente na estrada, o eixo se move verticalmente para cima em direção ao chassi do veículo. Em tal evento de impacto, a câmara do fole 298 é comprimida pelo sistema de eixo/suspensão 10 à medida que as rodas do veículo se deslocam sobre o meio-fio ou quebra-molas salientes na estrada. A compressão da câmara do fole da mola pneumática 298 faz a pressão interna da câmara do fole aumentar. Portanto, cria-se um diferencial de pressão entre a câmara do fole 298 e a câmara do pistão 299. Este diferencial de pressão faz o ar circular a partir da câmara do fole 298, através das aberturas da placa superior do pistão 285 e para a câmara do pistão 299. O fluxo de ar restrito entre a câmara do fole 298 para a câmara do pistão 299 através das aberturas da placa superior do pistão 285 faz com que o amortecimento ocorra. Como resultado adicional do fluxo de ar através das aberturas 285, o diferencial de pressão entre a câmara do fole 298 e a câmara do pistão 299 é reduzido. O ar continua a fluir através das aberturas da placa superior do pistão 285 até que as pressões da câmara do pistão 299 e da câmara do fole 298 tenham se equalizado.

[045] Inversamente, quando o eixo 32 do sistema de eixo/suspensão 10 experimenta um evento de rebote, tal como quando as roas do veículo se encontram com um buraco grande ou depressão na estrada, o eixo se move verticalmente para baixo para longe do chassi do veículo. Em tal evento de rebote, a câmara do fole 298 é expandida pelo sistema de eixo/suspensão 10 à medida que as rodas do veículo se deslocam para o buraco ou depressão na estrada. A expansão da câmara do fole da mola pneumática 298 faz a pressão interna da câmara do fole diminuir. Como resultado, cria-se um diferencial de pressão entre a câmara do fole 298 e a câmara do pistão 299. Este diferencial de pressão faz o ar circular a partir da câmara do pistão 299, através das aberturas da placa superior do pistão 285 e para a câmara do fole 298. O fluxo de ar restrito entre as aberturas da placa superior do pistão 285 faz com que o amortecimento ocorra. Como resultado adicional do fluxo de ar através das aberturas 285, o diferencial de pressão entre a câmara do fole 298 e a câmara do pistão 299 é reduzido. O ar irá continuar a fluir através das aberturas da placa superior do pistão 285 até que as pressões da câmara do pistão 299 e da câmara do fole 298 tenham se equalizado. Quando tiver ocorrido pouco ou nenhum movimento de suspensão durante um período de vários segundos, a pressão da câmara do fole 298 e da câmara do pistão 299 pode ser considerada igual.

[046] Por meio do ajuste dos tamanhos relativos do volume V1 da câmara do pistão 299, do volume V2 da câmara do fole 298 e/ou das aberturas da placa superior do pistão 285, é possível ajustar o nível de amortecimento que é alcançado, assim como a frequência em que ocorre o maior nível de amortecimento. O nível de amortecimento alcançado é medido pela energia que é perdida através do amortecimento durante um ciclo ou oscilação. Por exemplo, um volume de câmara de fole relativamente menor V2 irá geralmente produzir um nível maior de amortecimento, uma vez que a alteração de pressão dentro da câmara do fole 298 será maior para um dado evento, isto é, um diferencial de pressão superior significa maior fluxo através das aberturas da placa superior do pistão 285, resultando assim em mais amortecimento. A título de exemplo adicional, um volume de câmara do pistão relativamente maior V1 também irá geralmente produzir um nível superior de amortecimento, uma vez que o diferencial de pressão entre a câmara do pistão 299 e a câmara do fole 298 irá geralmente levar mais tempo para ser equalizado, isto é, mais ar precisará circular através das aberturas da placa superior do pistão 285, resultando em mais amortecimento entre a câmara do pistão e a câmara do fole. A título de exemplo adicional, alterar o tamanho de seção transversal relativo, forma, número ou até mesmo o tamanho das aberturas da placa superior do pistão 285 irá, por sua vez, afetar o tempo que leva para as pressões na câmara do pistão 299 e na câmara do fole 298 se equalizarem. Portanto, o tamanho transversal das aberturas da placa superior do pistão 285 pode ser alterado tanto para variar o nível de amortecimento quanto a frequência na qual ocorre o maior nível de amortecimento.

[047] Voltando-se agora para a FIG. 5, ilustra-se o nível relativo de amortecimento por ciclo durante um intervalo crítico de frequências do sistema de eixo/suspensão 10 incorporando a mola pneumática de amortecimento 224 da técnica anterior sem o amortecedor 40. Como pode ser visto na FIG. 5, a combinação do sistema de eixo/suspensão 10 com a mola pneumática de amortecimento 224 sem o amortecedor 40 apresenta amortecimento máximo em B em torno do intervalo de 1,5 a 5,0 Hz. À medida que aumenta a frequência das entradas no sistema de eixo/suspensão 10, o amortecimento relativo fornecido pela mola pneumática de amortecimento 224 começa a declinar como ilustrado em C. Isso se deve ao fato de que a mola pneumática de amortecimento 224 proporciona menos amortecimento em frequências acima de aproximadamente 6,0 Hz. Tal amortecimento reduzido em frequências maiores pode potencialmente causar desgaste aos pneus e danos à carga transportada.

[048] Mais especificamente, as molas pneumáticas 224 da técnica anterior com recursos de amortecimento podem potencialmente proporcionar amortecimento inferior ao ideal em frequências críticas maiores D, tal como de cerca de 13,0 Hz, o que pode, por sua vez, potencialmente causar redução da vida útil dos componentes do sistema de eixo/suspensão, incluindo possível aumento do desgaste dos pneus e danos à carga útil transportada.

[049] Os amortecedores 40 da técnica anterior, tais como do tipo ilustrado nas FIGS. 1 e 2, possuem uma curva de amortecimento continuamente crescente em frequências críticas superiores I, aproximadamente em torno de 13,0 Hz. Isto significa que, à medida que a frequência das entradas no sistema de eixo/suspensão 10 aumentam, o amortecimento proporcionado pelo amortecedor 40 ao sistema de eixo/suspensão é aumentado. Este amortecimento aumentado do amortecedor 40 em frequências de entrada maiores causa o aumento da transmissibilidade das forças atuando sobre o sistema de eixo/suspensão 10, o que, por sua vez, pode reduzir as características de andar macio do sistema de eixo/suspensão em frequências superiores e também pode levar ao desgaste prematuro dos componentes do sistema de eixo/suspensão, pneus e outros componentes do veículo. Uma vez que o amortecedor 40 da técnica anterior 40 apresenta uma curva de amortecimento continuamente crescente, quando o amortecedor encontra entradas de alta energia, pode ocorrer a “borrifação” do amortecedor como descrito acima, o que pode resultar na possível necessidade de substituição prematura dos amortecedores ou de outros componentes e pode potencialmente causar contaminação dos componentes adjacentes. A combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor da presente invenção supera esses problemas e as vantagens e benefícios da invenção serão descritos em detalhes abaixo.

[050] Uma primeira concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300 é ilustrada geralmente nas FIGS. 6 e 7, e será descrita em detalhes abaixo. A mola pneumática de amortecimento 324 é geralmente idêntica à mola pneumática 224 da técnica anterior com os recursos de amortecimento descritos em detalhes acima, e sua colocação no sistema de eixo/suspensão 10 também é geralmente idêntica. O amortecedor 340 otimizado é similar, sob certos aspectos, ao amortecedor 40 da técnica anterior descrito em detalhes acima, pelo fato de que a colocação do amortecedor 340 no sistema de eixo/suspensão 10 é geralmente idêntica à colocação do amortecedor 40 da técnica anterior descrito em detalhes acima. No entanto, o amortecedor 340 otimizado é menor e menos caro de se fabricar do que o amortecedor 40 da técnica anterior e utiliza um equipamento de montagem com tamanho reduzido, dessa forma economizando peso.

[051] Voltando-se agora para a FIG. 7, o amortecedor 340 otimizado é ilustrado removido do sistema de eixo/suspensão 10. O amortecedor 340 otimizado inclui uma parte de corpo invertido superior 316 que é encaixada por deslizamento sobre um cilindro 318. Um ilhó 309 incluindo um conjunto de bucha 308 é montado na extremidade mais inferior do cilindro do amortecedor 318 e também na extremidade mais superior da parte de copo invertido 316. Mais especificamente, o conjunto de bucha 308 inclui um suporte externo geralmente cilíndrico 310 formado de metal ou de outro material suficientemente rígido. Uma bucha 312 formada com uma abertura contínua 313 em seu centro é encaixada por pressão no suporte cilíndrico 310. Uma luva interna 314 possuindo uma forma geralmente cilíndrica e formada com uma abertura contínua 315 em seu centro é encaixada por pressão na abertura 313 da bucha 312. A luva interna 314 estende-se geralmente para fora para além da bucha 312 e do suporte 310. O suporte 310 é conectado de maneira fixa à extremidade mais superior de um êmbolo 326, por meio de soldas ou outros meios similares de fixação rígida. O cilindro 318 inclui uma câmara 319, que é preenchido com fluido 325. A câmara 319 também inclui um diafragma plano geralmente circular 320 formado com um par de aberturas 322 que permitem a comunicação de fluido através do diafragma e dentro de ou através de toda a câmara. A superfície mais superior do diafragma 320 é conectada ao êmbolo 326. O êmbolo 326 estende-se a partir do diafragma 320, através da câmara 319 e do fluido 325, através de uma abertura 331 formada na parte mais superior do cilindro 318, e é conectado ao corpo invertido 316 e ao suporte 310. Uma parte de copo invertido 316 desliza para baixo sobre o cilindro 318 do amortecedor 340 otimizado durante a operação do veículo, o êmbolo 326 move o diafragma 320 para baixo na direção D. Inversamente, uma parte de copo invertido 316 desliza para cima sobre a parte inferior 318 do amortecedor 340 otimizado durante a operação do veículo, o êmbolo 326 move o diafragma 320 para cima na direção U. O movimento para cima e para baixo do diafragma 320 através do fluido 325 proporciona amortecimento viscoso ao amortecedor 340, e, por usa vez, ao sistema de eixo/suspensão ao qual ele está conectado durante a operação do veículo de carga pesada.

[052] A principal diferença entre o amortecedor 340 otimizado da presente invenção e o amortecedor 40 da técnica anterior é que o amortecedor otimizado inclui uma válvula de purga 333 otimizada e, como resultado, gera amortecimento reduzido através de todas as frequências. Além disso, a montagem do ilhó 309 na extremidade mais superior da parte de corpo invertido 316 e na parte mais inferior do cilindro do amortecedor 318 é menos robusta, o que economiza peso. A montagem menos robusta é suficiente devido ao amortecimento reduzido requerido pelo amortecedor, uma vez que está sendo utilizado em combinação com a mola pneumática de amortecimento 324.

[053] Voltando-se agora para a FIG. 8, ilustra-se o nível relativo de amortecimento por ciclo durante um intervalo crítico de frequências de um sistema de eixo/suspensão 10 incorporando a primeira concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300 da presente invenção. Como pode ser visto na FIG. 8, a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300 da presente invenção proporciona amortecimento ideal ao sistema de eixo/suspensão através de todo o intervalo de frequências naturais críticas do sistema de eixo/suspensão a partir de aproximadamente 1,8 Hz E a aproximadamente 13,0 Hz F, e também através de todo o intervalo de frequências, principalmente de aproximadamente 0,0 Hz a aproximadamente 14,0 Hz. Mais especificamente, a mola pneumática de amortecimento 324 primariamente proporciona amortecimento ideal ao sistema de eixo/suspensão 10 em frequências inferiores abaixo de aproximadamente 6 Hz, enquanto que o amortecedor 340 otimizado primariamente proporciona amortecimento ideal ao sistema de eixo/suspensão em frequências superiores acima de aproximadamente 6 Hz. A combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300 da presente invenção proporciona amortecimento ideal através de todo o intervalo de frequências, incluindo todos os intervalos de frequência críticos que incluem o modo de movimento para cima e para baixo da carroceria, 1,8 Hz, e o modo de salto da roda, 13,0 Hz para um reboque.

[054] A combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300 da presente invenção supera os problemas associados às molas pneumáticas de amortecimento 224 da técnica anterior e dos amortecedores 40 da técnica anterior utilizados com molas pneumáticas sem amortecimento 24, proporcionando uma mola pneumática de amortecimento 324 que é utilizada em combinação com o amortecedor otimizado 340, resultando em características de amortecimento aprimoradas para o sistema de eixo/suspensão 10 através de todo o espectro de frequências de entrada críticas. A combinação da mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300 para veículos de carga pesada da presente invenção possibilita o ajuste fino de certos componentes estruturais do amortecedor 340 para proporcionar o amortecimento ideal em frequências superiores, resultando no amortecimento aprimorado do sistema de eixo/suspensão 10 ao mesmo tempo em que se reduz a transmissibilidade e o efeito de borrifação que são comuns nos amortecedores 40 convencionais da técnica anterior, potencialmente economizando peso e custos, e permitindo que o veículo de carga pesada transporte mais carga. Ademais, a redução da transmissibilidade das cargas de entrada da estrada para os componentes do sistema de eixo/suspensão 10 durante a operação do veículo aumenta a durabilidade do sistema de eixo/suspensão e dos componentes do sistema de eixo/suspensão, ao mesmo tempo em que mantém as características de direção macia do sistema de eixo/suspensão em frequências de entrada superiores críticas.

[055] Voltando-se agora para a FIG. 9, uma segunda concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 400 é ilustrada geralmente na FIG. 9, e será descrita em detalhes abaixo. A mola pneumática de amortecimento 424 é geralmente idêntica à mola pneumática 224 da técnica anterior com os recursos de amortecimento descritos em detalhes acima, e sua colocação no sistema de eixo/suspensão 10 também é geralmente idêntica. O amortecedor 440 é geralmente idêntico ao amortecedor 40 da técnica anterior descrito em detalhes acima, e a colocação do amortecedor 440 no sistema de eixo/suspensão 10 também é geralmente idêntica à colocação do amortecedor 40 da técnica anterior descrito em detalhes acima.

[056] Nos últimos anos, certas jurisdições implementaram uma legislação “amigável em relação à estrada”. Nessas jurisdições, as regulações do governo requerem níveis extremamente altos de amortecimento para veículos viajando em estradas dentro da jurisdição. Tipicamente, este amortecimento aumentado é realizado usando amortecedores que são “de carga extra” e que proporcionam o limiar de amortecimento mínimo necessário. Esses amortecedores requerem estruturas de montagem pesadas/robustas que são onerosas. A segunda concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 400 da presente invenção alcança os níveis aumentados de amortecimento através da utilização de uma combinação de uma mola pneumática de amortecimento 424 e um amortecedor 440.

[057] Voltando-se agora para a FIG. 10, ilustra-se o nível relativo de amortecimento por ciclo durante um intervalo crítico de frequências de um sistema de eixo/suspensão 10 incorporando a segunda concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 400 da presente invenção. Como pode ser visto pela FIG. 10, a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 400 da presente invenção proporciona níveis maiores de amortecimento ao sistema de eixo/suspensão em ambas as frequências críticas naturais do sistema de eixo/suspensão, 1,8 Hz G e 13,0 Hz H. Tal amortecimento aumentado permite que a segunda concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 400 da presente invenção proporcione amortecimento em conformidade com as jurisdições “amigáveis em relação à estrada”, sem a necessidade de implementar amortecedores “de carga extra” que são pesados e que requerem estruturas de montagem pesadas/robustas. Assim, a utilização da segunda concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 400 da presente invenção economiza peso, o que, por sua vez, permite que os veículos utilizando a invenção transportem mais carga.

[058] Voltando-se agora à FIG. 11, o nível relativo de amortecimento por ciclo ao longo de um intervalo crítico de frequências dos vários sistemas de eixo/suspensão ilustrados nos gráficos nas FIGS. 4, 5, 8 e 10 é ilustrado em comparação um com o outro.

[059] Contempla-se que a primeira e segunda concretizações preferidas da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da presente invenção poderiam ser utilizadas em caminhões-tratores com reboques ou em outros veículos de carga pesada, inclusive caminhões, especificamente caminhões comerciais de classe 8, ou ônibus e similares possuindo um ou mais de um eixo, sem alterar o conceito ou operação geral da presente invenção. É adicionalmente contemplado que a concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da presente invenção poderia ser utilizada em veículos com estruturas ou subestruturas que são móveis ou não-móveis sem alterar o conceito geral da presente invenção. É ainda adicionalmente contemplado que a concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da presente invenção poderia ser utilizada em todos os tipos de projetos de sistemas de eixo/suspensão a ar do tipo viga de braço dianteiro e/ou traseiro conhecidos pelos versados na técnica sem alterar o conceito ou operação geral da presente invenção. Por exemplo, a presente invenção encontra aplicação em vigas ou braços que são feitos de outros materiais além de aço, tal como alumínio, outros metais, ligas metálicas, compósitos e/ou combinações dos mesmos. Contempla-se ainda que a concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da presente invenção poderia ser utilizada em sistemas de eixo/suspensão possuindo uma configuração elevada/montada no topo ou uma configuração rebaixada/montada na parte inferior, sem modificar o conceito geral da presente invenção. A presente invenção também encontra aplicação em vigas ou braços com diferentes construções e/ou configurações além das ilustradas acima, tais como vigas sólidas, vigas do tipo concha, estruturas em treliça, placas entrecruzadas, vigas de mola e placas paralelas. A presente invenção também encontra aplicação em estruturas intermediárias, tais como sedes de mola. Também é contemplado que a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da concretização preferida da presente invenção poderia ser utilizada em conjunto com outros tipos de sistemas de eixo/suspensão do tipo viga rígida a ar, tais como os que utilizam parafusos em U, suportes de parafuso em U/sedes de eixo e similares, sem modificar o conceito ou operação geral da presente invenção. Contempla-se ainda que a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da concretização preferida da presente invenção poderia ser formada de vários materiais, incluindo, mas não se limitado a compósitos, metais e similares, sem modificar o conceito ou operação geral da presente invenção. É contemplado ainda que a concretização preferida da combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da presente invenção poderia ser utilizada com qualquer fluido, tal como ar ou fluido hidráulico, sem alterar o conceito geral da presente invenção. Deve-se compreender ainda que a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da concretização preferida da presente invenção poderia ser modificada para ser utilizada em ônibus nos quais o modo de movimento para cima e para baixo crítico da carroceria é de 1,5 Hz e o modo de salto de roda é de 11,0 Hz sem modificar o conceito ou operação geral da presente invenção. É adicionalmente contemplado ainda que as molas pneumáticas de amortecimento 324, 424 utilizadas na combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400 da concretização preferida, respectivamente, poderiam ser conectadas por meio de conduto(s) a um reservatório externo ao invés de ao reservatório contido na câmara do pistão 299, sem modificar o conceito ou operação geral da presente invenção. Deve-se entender ainda que diferentes tipos de sistemas de eixo/suspensão podem apresentar diferentes frequências naturais críticas para o modo de movimento para cima e para baixo da carroceria e o modo de salto de roda e os ensinamentos aqui apresentados são aplicáveis aos mesmos. É contemplado que a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300 da concretização preferida da presente invenção poderia ser utilizada com um amortecedor que não inclui uma válvula de purga, sem modificar o conceito ou operação geral da presente invenção. É também contemplado que as molas pneumáticas de amortecimento 324, 424 utilizadas na combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor 300, 400, respectivamente, da concretização preferida, poderiam ser diferentes tipos de molas pneumáticas de amortecimento possuindo diferentes estruturas e composições, sem modificar o conceito ou operação geral da presente invenção.

[060] Por conseguinte, a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada é simplificada, oferece uma estrutura e método eficazes, seguros, de baixo custo e eficientes que alcançam todos os objetivos enumerados, possibilita eliminar as dificuldades encontradas nas molas pneumáticas e amortecedores da técnica anterior, e soluciona problemas e obtém novos resultados na técnica.

[061] Na descrição anterior, certos termos foram usados por questão de brevidade, clareza e compreensão; porém, não se devem inferir quaisquer limitações desnecessárias a partir destes para além das exigências da técnica anterior, pois tais termos são usados para fins descritivos e deverão ser interpretados de maneira ampla.

[062] Além disso, a descrição e ilustração da invenção são a título de exemplo, e o âmbito da invenção não se limita aos detalhes exatos ilustrados ou descritos. Tendo agora descrito os aspectos, descobertas e princípios da invenção, a maneira em que a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada é usada e instalada, as características da construção, a disposição e as etapas do método, e os novos e úteis resultados vantajosos obtidos; as novas e úteis estruturas, dispositivos, elementos, disposições, processos, partes e combinações são apresentados nas reivindicações anexas.

Claims (12)

1. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão (10) para veículos de carga pesada, compreendendo: uma mola pneumática de amortecimento (324, 424) operativamente conectada ao dito sistema de eixo/suspensão (10), e um meio de amortecimento (340, 440) operativamente conectado ao dito sistema de eixo/suspensão (10), a combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada sendo CARACTERIZADA pelo fato de que o dito meio de amortecimento (340, 440) sendo separado da dita mola pneumática de amortecimento (324, 424), a dita mola pneumática de amortecimento (324, 424) primariamente proporcionando amortecimento ao sistema de eixo/suspensão (10) ao longo de um primeiro intervalo de frequências críticas e o dito meio de amortecimento (340, 440) primariamente proporcionando amortecimento ao sistema de eixo/suspensão (10) ao longo de um segundo intervalo de frequências críticas, o dito primeiro intervalo de frequências críticas e o dito segundo intervalo de frequências críticas sendo diferentes um do outro, pelo que o meio de amortecimento (340, 440) otimiza o dito amortecimento sobre o primeiro e o segundo intervalos de frequências críticas.

2. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito primeiro intervalo de frequências críticas é de 0,0 Hz a 6,0 Hz.

3. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito segundo intervalo de frequências críticas é de 0,0 Hz a 13 Hz.

4. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito segundo intervalo de frequências críticas é maior do que 6,0 Hz.

5. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita mola pneumática de amortecimento (324, 424) compreende adicionalmente uma câmara de fole (298) e uma câmara de pistão (299), a dita câmara de fole (298) estando em comunicação de fluido com a dita câmara de pistão (299) por meio de pelo menos uma abertura (285).

6. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita câmara de pistão (299) compreende um reservatório externo localizado fora da dita mola pneumática.

7. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita câmara de pistão (299) está localizada dentro de um pistão (242) da dita mola pneumática.

8. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita pelo menos uma abertura (285) possui uma área de seção transversal de 0,039 pol2 (0,25 cm2) a 0,13 pol2 (0,83 cm2).

9. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão de uma área de seção transversal da dita pelo menos uma abertura (285), medida em polegadas quadradas, para o volume da dita câmara de pistão (299), medido em polegadas cúbicas, para um volume da dita câmara de fole (298), medido em polegadas cúbicas, está no intervalo de razões de 1:600:1200 a 1:14100:23500.

10. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita câmara do pistão possui um volume de 150 pol3 (2458 cm3) a 550 pol3 (9012 cm3).

11. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita câmara de fole (298) possui um volume de 305 pol3 (4998 cm3) a 915 pol3 (14994 cm3).

12. Combinação de mola pneumática de amortecimento e amortecedor (300, 400) para sistemas de eixo/suspensão para veículos de carga pesada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito meio de amortecimento (340, 440) inclui uma válvula de purga (333) que gera amortecimento reduzido ao longo de todas as frequências.