ES2206785T3 - Dispositivo de suspension que comprende un corrector de resorte. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE SUSPENSION QUE GARANTIZA EL CONTROL DEL DESPLAZAMIENTO ENTRE UN PUNTO SUSPENDIDO UNIDO A LA CAJA (3) DEL VEHICULO Y UN PUNTO NO SUSPENDIDO UNIDO A UNA RUEDA (2). COMPRENDE UNA UNION ELASTICA (1) MONTADA ENTRE DICHOS PUNTOS SUSPENDIDO Y NO SUSPENDIDO Y QUE ESTA CONSTITUIDA ESENCIALMENTE POR UN MUELLE (4) DE RIGIDEZ K Y LONGITUD PREDETERMINADA BAJO UNA CARGA DE REFERENCIA, Y POR UN GATO ELECTRICO REVERSIBLE (5) QUE ACTUA EN PARALELO AL MUELLE (4) PARA CONTROLAR LOS MOVIMIENTOS ENTRE LOS PUNTOS SUSPENDIDO Y NO SUSPENDIDO. EL DISPOSITIVO INCLUYE MEDIOS DE PILOTAJE DEL GATO ELECTRICO PARA, A PARTIR DE UNA VARIACION OBSERVADA EN LA DISTANCIA ENTRE LOS PUNTOS SUSPENDIDO Y NO SUSPENDIDO OCASIONADA POR UN DESPLAZAMIENTO RELATIVO DE LOS MISMOS, CUALQUIERA QUE SEA EL SENTIDO DEL DESPLAZAMIENTO, PRIMERAMENTE SEGUIR EL MUELLE ALIMENTANDO EN ENERGIA ELECTRICA EL GATO ELECTRICO (5) DE FORMA QUE DESARROLLE UN ESFUERZO ORIENTADO COMO EL DESPLAZAMIENTO, Y DESPUES RELAJAR DICHO ESFUERZO CON EL FIN DE ANULARLO EN UN PERIODO DE TIEMPO DE RELAJACION PREDETERMINADO.

Description

Dispositivo de suspensión que comprende un corrector de resorte.

La presente invención concierne al ámbito de las suspensiones. Se refiere, en particular, a la suspensión de vehículos, por ejemplo, vehículos de turismo. De modo más preciso, se refiere a los medios utilizados para permitir la oscilación vertical de la rueda entre dos puntos (un punto suspendido, por ejemplo, unido a la caja o al chasis de un vehículo, y un punto no suspendido, por ejemplo, solidario de un brazo de suspensión o de un portarrueda) esforzándose al mismo tiempo en aminorar las variaciones de la fuerza desarrollada por la suspensión, vistas por el punto suspendido.

Se sabe que la suspensión de un vehículo comprende disposiciones constructivas por las cuales se guía la oscilación vertical de una rueda o de las ruedas de un eje con respecto al chasis (o bien con respecto a la caja del vehículo), y comprende, también, medios que proporcionan a la suspensión una cierta flexibilidad y un cierto amortiguamiento. Por comodidad, estos últimos medios pueden designarse por la función muelle y la función amortiguamiento. De modo más general, estos medios actúan sobre los movimientos existentes entre la rueda y el chasis. Se significa previamente que, para simplificar la exposición, a lo largo de toda esta memoria se considerará solamente la suspensión denominada vertical de un vehículo. Este contexto particular no es, naturalmente, limitativo, incluso aunque esto constituye un ámbito de predilección de la invención.

Un muelle está calculado para soportar la carga del vehículo manteniendo al mismo tiempo una distancia al suelo suficiente en el vehículo. Gracias a la función de amortiguamiento, las ruedas equipadas con neumáticos tienden a mantenerse siempre en contacto con la carretera cuando la suspensión es solicitada por las irregularidades de la carretera. Un amortiguador impide el entretenimiento de las oscilaciones que sobrevienen a consecuencia de una perturbación, especialmente, las oscilaciones de la propia rueda, que el neumático no puede por sí solo atenuar suficientemente.

Se sabe que la concepción de una suspensión se caracteriza por la búsqueda de un compromiso entre objetivos que tienen la reputación de ser, al menos en gran medida, contradictorios: la comodidad y la estabilidad en carretera. Para encontrar un compromiso mejor, se han desarrollado numerosos esfuerzos. El estado de la técnica conoce suspensiones denominadas activas o semiactivas, cuyo gobierno se hace posible gracias a los progresos de la electrónica. En tales suspensiones, se transmiten órdenes por vía eléctrica o electrohidráulica para modificar en tiempo real las características de flexibilidad y/o de amortiguamiento de la suspensión. Esto conduce a añadir a los dispositivos mecánicos, o neumáticos, o hidráulicos clásicos, un nivel de regulación electrónica con sus captadores y sus medios de cálculo, y electroválvulas o servoválvulas, para transmitir a los órganos mecánicos que aseguran la función de suspensión propiamente dicha las órdenes de cambio de características. Se trata, por ejemplo, de provocar la apertura o el cierre de una válvula en un amortiguador, para mejorar la disipación de energía que éste provoca, o de poner en circuito o fuera de él un acumulador hidroneumático suplementario, para modificar la rigidez global del muelle.

Desgraciadamente, esto conduce a hacer más complejos los componentes de base de la suspensión, que son los muelles y los amortiguadores. Además, mientras que se desea que la suspensión pueda adaptar instantáneamente sus características a las modificaciones de las condiciones de rodaje que encuentra el vehículo, las electroválvulas o servoválvulas son responsables de un retardo en un cambio de estado efectivo de las características de la suspensión, debido a su tiempo de respuesta. La utilización de electroválvulas o de servoválvulas aporta, por tanto, un límite tecnológico que no permite alcanzar la velocidad de reacción deseada. Parece difícil esperar tiempos de respuesta inferiores a la centésima de segundo.

Por este motivo, los diseñadores de suspensiones activas o semiactivas desarrollan estrategias de regulación capaces de anticipar: el gobierno de la suspensión se basa en mediciones de velocidad del vehículo, del ángulo del volante y/o de la velocidad de rotación del volante, de la presión de frenado y/o de la velocidad de aumento de la presión de frenado, y del grado y/o de la velocidad de hundimiento del pedal del acelerador. Estos parámetros permiten anticipar todo lo posible los probables movimientos de la caja que originarán las acciones del conductor del vehículo, gracias a la observación experimental del comportamiento del vehículo.

Incluso si esta anticipación puede presentar un cierto interés, ésta sigue siendo insuficiente para tener en cuenta rápidamente las perturbaciones exteriores a la conducción del vehículo, especialmente las perturbaciones que vienen del carácter irregular del suelo sobre el cual se rueda. Por esto, se ha buscado ya gobernar de modo más directo por la electricidad las características propias de un órgano de suspensión. Desgraciadamente, las posibilidades tecnológicas de modificar así el esfuerzo introducido por un amortiguador no son numerosas. Y no se conoce un medio simple de ajustar directamente la rigidez de un muelle por una corriente eléctrica, o una tensión eléctrica o un campo electromagnético. No deja de ser menos cierto que, fundamentalmente, una suspensión comprende un muelle. Por tanto, es deseable poder actuar, también, sobre la función muelle a fin de poder mejorar la comodidad, preservando al mismo tiempo la seguridad de rodadura, es decir, la estabilidad en carretera (por tanto, la permanencia del contacto de la rueda con el suelo, incluso en las situaciones extremas).

Se ha intentado ya, también, adoptar medios de acción sobre la suspensión que se prestan mejor al gobierno por vía eléctrica. La patente US 5 060 959 muestra un accionador eléctrico que actúa en paralelo con un muelle neumático para controlar los movimientos de una rueda de un vehículo. Sin embargo, el gobierno citado recurre a numerosos captadores de fuerzas, de posición, lo que hace su explotación práctica algo problemática. Además, aparece que el accionador eléctrico se comporta siempre como un amortiguador clásico en las fases de expansión de la suspensión, puesto que frena el movimiento de suspensión. Tal modo de proceder no es satisfactorio para mejorar la comodidad de los vehículos.

El estado de la técnica choca, por tanto, con la elección de los parámetros de gobierno, para la correcta explotación de una multitud de señales consideradas necesarias para captar directamente la posición de un vehículo y, finalmente, aunque los progresos del gobierno por vía eléctrica dejaban esperar desde hace varios años un progreso en el ámbito de la suspensión de los vehículos, se choca también con el control de las características de una suspensión activa.

Habiéndose observado que un amortiguador clásico es siempre perjudicial para la comodidad, la invención propone un método que abandone los intentos consistentes en querer gobernar de modo más elaborado el amortiguamiento de la suspensión.

En una suspensión, se utiliza un dispositivo de suspensión que comprende una unión elástica montada entre los citados puntos suspendido y no suspendido, concebida para ejercer entre los citados puntos una fuerza de sustentación de un valor nominal predeterminado. La unión elástica está constituida, esencialmente, por un muelle de rigidez K y de longitud predeterminada bajo una carga de referencia, y por un gato eléctrico reversible actuando en paralelo con el muelle.

El método de control de acuerdo con la invención, que asegura el control de la oscilación vertical de la rueda entre un punto suspendido y un punto no suspendido, de un dispositivo de suspensión que comprende una unión elástica montada entre los citados puntos suspendido y no suspendido, comprendiendo la citada unión elástica un muelle, y que comprende un gato eléctrico reversible actuando en paralelo con el muelle, teniendo la citada unión elástica una distancia de base entre el citado punto suspendido y el citado punto no suspendido para la cual el citado muelle compensa exactamente la carga estática que actúa sobre el dispositivo de suspensión, comprendiendo el citado método un cálculo de la corriente que hay que aplicar al citado gato eléctrico de acuerdo con un período de muestreo predeterminado para controlar la oscilación vertical de la rueda entre los citados puntos suspendido y no suspendido, está caracterizado porque, a partir de una variación observada de la distancia entre los citados puntos suspendido y no suspendido originada por un desplazamiento del punto suspendido con respecto al punto no suspendido, cualquiera que sea el sentido de la oscilación vertical de la rueda, la corriente calculada es tal que el gato eléctrico desarrolla un esfuerzo orientado como la oscilación vertical de la rueda, siendo la amplitud del citado esfuerzo:

\bullet

una función de la variación de la citada distancia de base,

\bullet

y reduciéndose progresivamente de modo que el citado esfuerzo se anule en un cierto número de períodos de muestreo representativo de un período de tiempo de relajación.

La función del gato eléctrico es, esencialmente, imponer que el muelle siga del modo más fiel posible las variaciones de distancia entre el punto suspendido y el punto no suspendido, cualquiera que sea el sentido de estas variaciones (compresión y expansión). Si se realiza esta condición, la variación del esfuerzo sobre la caja es nula. Si no hay variación de esfuerzo, no hay aceleración, por tanto, no hay movimiento vertical de caja y, por tanto, la comodidad es muy grande. El gobierno del gato eléctrico permite ofrecer un gobierno activo de la suspensión. De hecho, el gato eléctrico actúa permanentemente como corrector de muelle a fin de descrestar radicalmente las variaciones de fuerza que, en caso contrario, impondría el muelle a la masa suspendida bajo la acción de perturbaciones exteriores. La función de este corrector de muelle consiste en modificar el esfuerzo de reacción que el muelle habría desarrollado de modo natural en respuesta a una perturbación, aplicando una estrategia de corrección que tiende a proporcionar la mayor comodidad posible. El corrector de muelle es capaz de modificar en tiempo real la rigidez global de la suspensión para aproximarse a la situación ideal que conferiría un muelle de pendiente nula.

De acuerdo con una forma de realización puede utilizarse un muelle clásico, dimensionado para absorber la carga estática de un vehículo. El valor de K, en este caso particular, es constante. El muelle desarrolla una fuerza de reacción sobre la caja del vehículo. Gracias al muelle, se observa que, sobre un suelo matemáticamente plano y fuera de cualquier perturbación proveniente de una maniobra del vehículo, no hay necesidad de ninguna acción del gato eléctrico para soportar la carga del vehículo y, por tanto, para mantener la posición y el asiento de la caja. Así, la suspensión no consume energía en régimen establecido.

Para asegurar una excelente comodidad de rodaje, convendría que la caja sufriera tan poca aceleración vertical como fuera posible, incluso si se rodara sobre un suelo irregular. Dicho de otro modo, convendría que la fuerza que el suelo ejerce sobre el vehículo fuera independiente de la posición de la rueda con respecto a la caja del vehículo. El principio de la invención, consiste en corregir permanentemente, por medio de un gato eléctrico que actúa paralelo con el muelle, la reacción debida al muelle, por un esfuerzo desarrollado por el gato eléctrico, de amplitud y de signo tales que la reacción global de la suspensión sobre la caja varíe tan poco como sea posible. Dicho de otro modo, la característica global resultante de los esfuerzos combinados del muelle y del corrector tiende siempre a ser la de un muelle de pendiente nula, tanto en extensión como en compresión. En este caso, el dispositivo se comporta como seguidor de perfil puro. Denominando K al valor instantáneo de la rigidez del muelle y Z a la variación de la distancia entre el punto suspendido y el punto no suspendido, la alimentación eléctrica del gato eléctrico es tal que éste desarrolla un esfuerzo F = KZ (es decir, que el esfuerzo es proporcional al producto de la rigidez del muelle por la variación de la distancia; si es necesario, puede añadirse un término que permite tener en cuenta la inercia de las masas no suspendidas, pero este término es de segundo orden y, naturalmente, es tanto más despreciable cuanto menor es la citada inercia). Así, durante la fase de seguimiento de la oscilación vertical de la rueda por el gato, el gato eléctrico compensa la variación de la fuerza ejercida por el muelle a causa de la citada variación de distancia, con miras a mantener la nueva posición relativa entre el punto suspendido y el punto no suspendido, tal como ésta es impuesta por las citadas solicitaciones exteriores.

Sin aportar correctivo al acompañamiento explicado anteriormente, la suspensión sería inestable, por ser incapaz de adaptarse correctamente a las variaciones de carga estática del vehículo o incapaz de encontrar la posición de equilibrio del muelle definida por la carga estática a consecuencia de las modificaciones permanentes del nivel del perfil de la carretera. Además, ésta consumiría constantemente energía para mantener el esfuerzo en el gato eléctrico. Por este motivo, conviene introducir una relajación del esfuerzo desarrollado en el gato eléctrico. Esta relajación interviene con una constante de tiempo mucho mayor que la reacción como seguidor de perfil puro. Esto crea una tendencia permanente del gato eléctrico al retorno a la posición inicial.

La invención se comprenderá mejor por la descripción que sigue de un ejemplo dado a título no limitativo, refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:

\sqbullet la figura 1 muestra un vehículo equipado con una suspensión,

\sqbullet las figuras 2 y 3 ilustran el funcionamiento de una suspensión de este tipo,

\sqbullet la figura 4 es un diagrama de bloques que explica un aspecto del gobierno del gato eléctrico.

En la figura 1 se ve un vehículo equipado con cuatro uniones elásticas 1 montadas entre las ruedas 2 y la caja 3. Cada unión elástica comprende un muelle helicoidal 4 y un gato eléctrico 5 montado en paralelo. El gato eléctrico 5 está constituido por una cremallera 50 deslizante dentro de un manguito 51. Un motor eléctrico 52 está fijado por su carcasa al manguito 51. Un piñón (no representado) está montado en el rotor del motor y está engranado a la cremallera 50.

En una variación particularmente interesante, se utiliza un motor eléctrico 52 de tipo síncrono autogobernado, con inductor de imanes permanentes. Este tipo de motor comprende, por construcción, captadores de posición del rotor utilizados para asegurar su gobierno, cualquiera que sea la aplicación. Utilizados en esta aplicación, estos captadores miden, de hecho, la variación de la distancia entre la rueda 2 y la caja 3. El gobierno de la suspensión de una rueda aisladamente, puede efectuarse sin otro captador que aquéllos de los que está provisto el motor 52. Se ha visto que el esfuerzo F que hay que desarrollar en el gato eléctrico es proporcional a Z (la citada variación de distancia). Ahora bien, se sabe que, para obtener un esfuerzo dado en un gato eléctrico 5 tal como el descrito anteriormente, es necesario que el motor desarrolle un par determinado. Se sabe que el par es proporcional a la corriente inyectada en el motor. El gobierno para obtener un esfuerzo predeterminado se reduce, por tanto, a gobernar la corriente que hay que inyectar en el motor.

La información que viene de los captadores internos al motor llega a una unidad 55 de gobierno individual de una rueda, a través del canal 53. La unidad 55 comprende un inyector de corriente y los medios electrónicos para explotar la información que viene de los citados captadores internos al motor, en función de una estrategia de gobierno elegida, a saber, el comportamiento en primer lugar como seguidor de perfil que obliga al gato eléctrico 5 a desarrollar un esfuerzo, y la aparición después de una relajación del esfuerzo del gato eléctrico 5. De este modo, la unidad 55 inyecta la corriente adecuada en el motor 52 por el cable eléctrico 54. El motor 52 desarrolla, entonces, un esfuerzo en el sentido adecuado.

Para explicar el gobierno del gato eléctrico 5, se supone, en primer lugar, que se desea que la caja permanezca perfectamente inmóvil, es decir, que no sufra ninguna aceleración vertical, cualquiera que sea la solicitación proveniente de las ruedas. En la práctica, si la rueda encuentra un obstáculo, como un desnivel que forma un saliente, la rueda tenderá a subir antes de que, en razón de su inercia, la caja del vehículo siga este movimiento ascendente. Desde el momento en que se detecte que la distancia entre la rueda y el chasis o la caja del vehículo disminuye, se acciona el gato eléctrico para que éste comprima el muelle, consumiendo la energía necesaria a este respecto. Todo ocurre como si el gato eléctrico siguiera el movimiento ascendente de la rueda. Esta reacción del gato eléctrico puede ser ultrarrápida. Ésta exige solamente que el tiempo tecnológico de establecimiento de la corriente requerida en el gato eléctrico sea del orden del milisegundo, añadido al tiempo de cálculo de la unidad de gobierno 55. Naturalmente, si la distancia entre la caja y la rueda tiene tendencia a aumentar, el gato eléctrico actúa en sentido contrario para contribuir a alejar la rueda de la caja consumiendo eventualmente la energía necesaria con este fin, es decir, para empujar a la rueda, por ejemplo, al fondo de una rodada. Esta reacción del gato eléctrico se denomina reacción de seguimiento del perfil de la carretera, es decir, una reacción de acompañamiento de los movimientos entre el punto suspendido y el punto no suspendido.

En las figuras 2a y 3a se ha representado el perfil de la carretera. Las abscisas "d" son el desplazamiento a lo largo de la carretera. Como recta, el eje horizontal representa una referencia determinada por el nivel medio de la carretera. Las ordenadas "L" son el desvío con respecto a este nivel medio. En este sistema de referencia, una curva representa, por tanto, la evolución de la posición exacta de la superficie de la carretera en función del avance a lo largo de la carretera. En la figura 2a, se ha representado una sobreelevación de gran longitud, que un vehículo tardaría varios segundos en franquear. En la figura 3a, se ha representado un saliente y una rodada. En las figuras 2b y 3b, las abscisas son las de las figuras 2a y 3a, representando las ordenadas "Z" el desplazamiento relativo entre el punto suspendido y el punto no suspendido, supuesto éste negativo para una compresión de la suspensión y positivo para una expansión. En las figuras 2c y 3c, las abscisas son las de las figuras 2a y 3a, representando las ordenadas "F" el esfuerzo aplicado por el gato eléctrico 5, supuesto positivo para una descompresión del muelle 4 y negativo para una sobrecompresión del muelle 4.

En la parte izquierda de las figuras 2, se ve que, desde que la rueda encuentra el obstáculo, se establece en el gato eléctrico 5 un esfuerzo que comprime el muelle 4, lo que permite que la rueda 2 suba por el obstáculo sin que la caja 3 sufra variación de altitud con respecto al nivel medio del suelo. Esta es la fase de seguimiento de la variación de posición relativa entre el punto suspendido y el punto no suspendido. Al menos al principio de la reacción de acompañamiento, el gato eléctrico 5 puede ser gobernado para sobrecompensar el movimiento, a fin de anular el retardo debido a la detección. Obsérvese, sin embargo, que este retardo es inferior, al menos en un orden de magnitud, al tiempo de reacción tecnológica de las electroválvulas o de las servoválvulas de las suspensiones hidráulicas o neumáticas activas o semiactivas.

A continuación, interviene la relajación del esfuerzo desarrollado en el gato eléctrico. En las figuras 2, se ve, continuando desplazándose según las abscisas d, que desde el momento en que la rueda 2 se encuentre por encima del desnivel, el esfuerzo del gato eléctrico 5 vuelve a cero, según una constante de tiempo elegida de tal modo que la variación de la posición relativa entre el punto suspendido y el punto no suspendido que así resulta desplace la caja hacia arriba, para encontrar la posición de equilibrio del muelle 4, función de la carga estática del vehículo, y esto de modo suficientemente lento para no penalizar la comodidad.

En la parte derecha de las figuras 2, se ha ilustrado lo que ocurre si la rueda 2 desciende un desnivel de la misma importancia. El funcionamiento es simétrico en su principio. El gato eléctrico 5 obliga a la rueda 2 a mantenerse pegada al suelo, desarrollando una fuerza que descomprime el muelle 4, es decir, que, como durante la fase de compresión, desvía el muelle 4 de su posición de equilibrio dictada por la carga estática del vehículo, y así empuja y hace descender la rueda 2 al fondo de la rodada o a la parte inferior del desnivel.

A continuación, y aquí, también, de modo simétrico a lo que se produce cuando la solicitación inicial provoca una sobrecompresión del muelle 4, después de la fase de descompresión del muelle 4 interviene la relajación del esfuerzo desarrollado en el gato eléctrico 5. En las figuras 2 se ve que, continuando desplazándose según las abscisas d, que, desde el momento en que la rueda se encuentra en la parte baja del desnivel, el esfuerzo del gato eléctrico 5 vuelve a cero, según la misma constante de tiempo de relajación, para encontrar la posición de equilibrio del muelle 4, función de la carga estática del vehículo, y esto de modo suficientemente lento para no penalizar la comodidad.

Por el efecto combinado del componente dominante como "seguidor de perfil" después de la relajación, la suspensión absorbe las irregularidades de la carretera consumiendo para esto una cierta cantidad de energía eléctrica, tendiendo al mismo tiempo, de modo permanente y progresivo, a volver a su estado de equilibrio inicial en que el consumo de energía eléctrico es nulo.

En las figuras 3, las variaciones impuestas por el perfil de la carretera se invierten tan rápidamente que el fenómeno de relajación no tiene tiempo de intervenir. El sistema actúa como seguidor de perfil puro.

La unidad de gobierno 55 comprende medios de cálculo cargados con programas adecuados para poner en práctica esta estrategia de gobierno. El valor de la rigidez K del muelle es memorizado en la unidad 55 (aquí, es un parámetro constante), y la unidad 55 recibe de los captadores internos al motor, a través del canal 53, la información sobre la posición instantánea medida "Z_{im}" del gato eléctrico. La unidad 55 calcula permanentemente la posición de equilibrio, designada por Z_{0} (posición en la cual el esfuerzo del muelle 4 compensa exactamente la carga estática de la caja), por ejemplo, por medio del valor Z en un período de tiempo relativamente largo (por ejemplo, del orden de 10 segundos). A partir de las informaciones Z_{im} y Z_{0} puede deducirse inmediatamente el desvío Z con respecto a la posición de equilibrio, y puede calcularse el esfuerzo F que hay que aplicar, lo que permite conocer inmediatamente la corriente que hay que inyectar al motor 52. La unidad 55 recalcula permanentemente el citado esfuerzo F que hay que ejercer, según un período de muestreo predeterminado (por ejemplo, cada 2 milisegundos). En el transcurso de los cálculos sucesivos, la unidad 55 introduce la relajación del esfuerzo, lo que puede hacerse por diferentes métodos, siempre que esto conduzca a disminuir progresivamente la parte del esfuerzo resultante de una perturbación anterior.

A continuación se describe un método particular, invitándose al lector a consultar la figura 4 que ilustra un aspecto de este método particular. En la parte izquierda de la figura 4, se ve en entrada la variable Z_{im} obtenida a partir de la medición por los captadores integrados en el motor (posición instantánea Z_{im}). El bloque función 70 calcula la posición de equilibrio Z_{0} (como se indicó anteriormente). Por comparación de Z_{im} y Z_{0}, se obtiene la variable Z (desvío con respecto a la posición de equilibrio anterior).

Para relajar el esfuerzo del gato, puede procederse de modo que los medios de gobierno que se han tratado anteriormente, introduzcan una atenuación del seguimiento de la citada variación de la distancia por el gato eléctrico 5. Esta atenuación del seguimiento puede tomar la forma de la creación de una función de amortiguamiento. El gobierno como seguidor de perfil es menos puro. El gato adopta, de modo parcial y progresivo, un comportamiento como amortiguador. Sin embargo, y al contrario que en una suspensión pasiva clásica, a primera vista, no se opone ningún amortiguamiento al movimiento de la suspensión, puesto que muy al contrario el gato eléctrico va incluso a difuminar la reacción del propio muelle.

Se trata, por tanto, de gobernar el gato eléctrico para que éste no funcione como seguidor de perfil puro, es decir, para que el seguimiento de las variaciones de distancia entre una rueda y el chasis sea menos fiel. Se crea, así, un parámetro de regulación denominado \alpha, que es posible gobernar en tiempo real: el gato eléctrico sigue las variaciones de distancia tan exactamente como sea posible, o sólo las sigue parcialmente, incluso se opone a ellas. El gobierno del gato eléctrico regula en tiempo real el citado parámetro para optimizar la comodidad del vehículo.

Así, por ejemplo, despreciando también la inercia de las masas no suspendidas, el esfuerzo F desarrollado por el gato eléctrico puede gobernarse de acuerdo con la ley siguiente:

F=[\alpha\cdot K \cdot Z]\cdot\left[(1-\alpha)\cdot C \cdot \frac{dZ}{dt}\right]

siendo K la rigidez del muelle, Z la variación de la distancia entre el punto suspendido y el punto no suspendido, C el coeficiente de amortiguamiento, y \alpha el parámetro de regulación para ajustar la suspensión entre un comportamiento como seguidor de muelle puro (\alpha=1) y un comportamiento como amortiguador puro (\alpha=0). El parámetro \alpha toma valores inferiores a 1 durante la fase de relajación. Estos valores son ajustados en tiempo real, en función de la constante de tiempo deseada para la relajación. Al final de la relajación, el parámetro \alpha vuelve al valor 1 y está listo para responder como seguidor de perfil puro para una nueva solicitación de la carretera.

La figura 4 ilustra el cálculo en tiempo real del parámetro \alpha. A partir de la variable Z (desvío con respecto a la posición de equilibrio anterior), se efectúan uno o varios tratamientos que permiten actuar sobre el parámetro \alpha.

Uno de estos tratamientos se refiere a la relajación. Para ilustrar cómo se pone en práctica la citada relajación en el ejemplo descrito, se examina el caso de una variación de la carga estática de un vehículo, mientras que el gobierno de la suspensión está en servicio (por ejemplo, un pasajero suplementario sube en el vehículo, motor giratorio). A partir de la variable Z, una unidad 71 calcula un valor medio Z_{m} que toma Z en un período de tiempo predeterminado muy inferior a la citada constante de tiempo, por ejemplo, del orden del segundo, y si la unidad 71 constata que Z_{m} se aleja de un valor nulo, la unidad 71 da a \alpha un valor inferior a 1, aquí, preferentemente, muy poco inferior a 1, hasta anular el esfuerzo del gato 5.

Por tanto, el valor instantáneo del parámetro \alpha es una función elegida y predeterminada del alejamiento de la posición de equilibrio en la cual el muelle 4 soporta solo la carga estática soportada por el dispositivo de suspensión. La elección de la función permite regular el comportamiento de la suspensión.

De acuerdo con lo que se acaba de exponer, la suspensión no aporta corrección de altura de la caja que reaccione a la carga transportada por el vehículo. Para aportar una corrección de altura, hay que aceptar consumir permanentemente energía para que la fracción de la carga que exceda del peso muerto del vehículo sea soportada por el gato eléctrico, lo que no es incompatible con el principio de acuerdo con la invención. Sin embargo, parece preferible prescindir de la corrección de altura, o reservar la función de corrección de altura para otro dispositivo distinto al citado gato eléctrico, actuando este otro dispositivo con una constante de tiempo grande, y que sólo consuma energía durante la fase de corrección.

Se observa, sin embargo, que, gracias al principio de la invención, puede elegirse un muelle de rigidez K bastante grande sin perjuicio de la comodidad, porque el gato eléctrico impide que el muelle repercuta bruscamente sobre la caja una aceleración vertical provocada a nivel de la rueda. Por tanto, puede elegirse un muelle de rigidez suficientemente grande para que el hundimiento del vehículo bajo el efecto de su carga máxima admisible se mantenga pequeño. La invención permite, por tanto, conciliar una gran comodidad de suspensión con un hundimiento pequeño de la caja, cosa que no se sabía hacer hasta ahora sin introducir un corrector de altura.

Este principio de gobierno de la suspensión es particularmente adecuado para los neumáticos de gran rigidez propia, por ejemplo, neumáticos de relación H/B muy pequeña. El experto en la técnica sabe que se designan, así, neumáticos de pequeña rigidez, es decir, neumáticos cuya altura H de costado es bastante pequeña con respecto a su anchura B. Se sabe que estos neumáticos son elegidos de buen grado, especialmente, para conferir al vehículo un carácter deportivo muy marcado, y que son más bien penalizantes en cuanto a la comodidad. Ahora bien, una ventaja interesante de la presente invención es permitir utilizar tales neumáticos de relación H/B muy pequeña, aportando al mismo tiempo una gran comodidad por el gobierno que se acaba de explicar.

Se sabe, también, que, en algunos casos, por ejemplo con neumáticos muy flexibles, de gran altura de costado, la aptitud del neumático para amortiguar sus propias vibraciones puede ser insuficiente, por lo que se corre el riesgo bien conocido de rebote debido al neumático. Por otra parte, la función del amortiguador clásico es la de atenuar el rebote para evitar hacer perder al neumático el contacto con el suelo (impedir el entretenimiento de los rebotes debidos al neumático).

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La invención propone tratar este fenómeno del modo siguiente. Se sabe que el entretenimiento de los rebotes del neumático (o de lo ocupa su lugar en la unión con el suelo) se caracteriza por una vibración de frecuencia de resonancia función de la rigidez y de la masa de la parte no suspendida. Habida cuenta de que la inercia de las masas no suspendidas es siempre muy pequeña con respecto a la inercia de la masa suspendida, puede considerarse que la caja es inmóvil en, o en los alrededores, de la citada frecuencia de resonancia. Puede considerarse que las variaciones de Z en, o en los alrededores de, la citada frecuencia de resonancia son debidas a la aparición de una resonancia del neumático. Por tanto, puede considerarse que la amplitud "a_{cr}" de la aceleración del centro de la rueda es la imagen de la amplitud de los rebotes del neumático (resonancia del neumático).

Una unidad de tratamiento 72 efectúa la derivada segunda de la señal Z con respecto al tiempo para obtener a_{cr}, lo que es un estimador de la oscilación vertical del neumático. Por otra parte, el conocimiento de la masa no suspendida y de la rigidez del neumático, permite establecer valores de referencia prefijados que permiten decidir lo que es normal, lo que es aceptable y lo que no lo es para acr. Por ejemplo, no puede aceptarse que el neumático flexione más allá de un cierto límite. La comparación de la amplitud a_{cr} con los citados valores de referencias permite dar rápidamente a \alpha un valor suficientemente inferior a 1 (por ejemplo, según una ley de variación lineal en función de la amplitud) para amortiguar rápidamente las vibraciones de la masa no suspendida, y volver a un valor 1 cuando la citada amplitud vuelve a un valor aceptable.

El valor instantáneo del parámetro \alpha es, así, función de la detección de la entrada en resonancia del neumático, permitiendo el gobierno preservar, así, siempre, el contacto con el suelo y asegurar un alto nivel de seguridad.

Se sabe, también, que, en el caso de suspensiones muy flexibles concebidas para favorecer la comodidad, se sufre, en general, un balanceo y un cabeceo importantes que con cierta frecuencia llevan a las suspensiones a una zona de funcionamiento próxima a un tope de oscilación vertical de la rueda. En la técnica anterior, se lucha contra estos fenómenos no deseables actuando sobre los diseños de suspensión y utilizando barras antibalanceo.

En el caso de la suspensión de acuerdo con la invención, para evitar desplazarse hacia zonas de funcionamiento demasiado próximas a un tope de oscilación vertical de la rueda, y esto constituye un aspecto opcional suplementario del tratamiento, puede atenuarse, también, la reacción de acompañamiento del gato eléctrico tal como se explicó anteriormente, actuando sobre el parámetro \alpha si se observa que la oscilación vertical de la suspensión se aproxima a un tope. Una unidad de tratamiento 73 observa la aproximación a los topes y hace variar el valor instantáneo del parámetro \alpha para fijarlo en un valor tanto más próximo a 0 cuanto más se desplace el dispositivo de suspensión hacia las zonas de funcionamiento cada vez más próximas a un tope de oscilación vertical de la rueda, con retorno a un valor de 1 cuando se aleja de los topes. Obsérvese que esta posición puede ser puesta en práctica con un captador suplementario de aproximación a los topes. O bien, a partir de una evaluación aproximada basada solamente en el análisis de Z, y habida cuenta de la carrera de suspensión conocida, puede obtenerse una señal Z_{b} representativa de la aproximación a los topes. Aunque en este caso haya un error de cero, esta aproximación simplificada se considera suficiente cuando la rigidez del muelle es elevada (pequeño hundimiento bajo carga, véanse las consideraciones relativas a la variación de altura bajo el efecto de la carga estática).

Pueden existir, así, fases de funcionamiento durante las cuales el esfuerzo desarrollado por el gato eléctrico 5 es en dirección opuesta a su movimiento. Aunque un funcionamiento de este tipo se parece a un amortiguamiento, el gobierno es el que determina en tiempo real la parte de amortiguamiento deseable, por la elección del valor del parámetro \alpha como se explicó anteriormente. Este gobierno depende de las condiciones de funcionamiento de la suspensión tales como son impuestas por el rodaje del vehículo. Éste no depende de un parámetro intrínseco de la suspensión, como, por ejemplo, una diferenciación entre una fase de compresión y una fase de expansión.

En razón de la introducción de un gato eléctrico que participa activamente en el comportamiento de la suspensión, no puede distinguirse aisladamente un muelle y un amortiguador. Se ha expuesto ya anteriormente (véase el apartado que trata de la corrección en altura) que la flexibilidad de la suspensión que será percibida en la caja del vehículo no tiene una vinculación única con la rigidez K del muelle. Asimismo, la parte de amortiguamiento depende del gobierno del gato eléctrico. El gato eléctrico es un accionador puesto en paralelo con el muelle, y cuyo gobierno en tiempo real determina en todo momento las características de la suspensión.

El gobierno individual de cada rueda 2 asegurado por la unidad de gobierno 55 cuyo funcionamiento ha sido explicado anteriormente, es capaz por sí solo de proporcionar una suspensión confortable y segura a un vehículo. Sin embargo, como opción, pueden añadirse otros niveles de gobierno, de modo que la unidad 55 puede, eventualmente, formar parte de una regulación más sofisticada que vincula el comportamiento entre sí de las suspensiones de las diferentes ruedas, por ejemplo, para añadir una corrección del balanceo y/o cabeceo del vehículo. En este caso, pueden utilizarse captadores 60, 61, 62 exteriores a los gatos eléctricos 5 de cada rueda, como, por ejemplo, acelerómetros unidos a la caja, o bien pueden utilizarse, también, estrategias del gobierno que observan las acciones de gobierno del vehículo, tales que éstas permiten anticipar con respecto a los movimientos de caja. Los medios de cálculo requeridos están dispuestos en una central 6 de mando, que intercambia informaciones con las unidades 55 a través de las líneas 65. Esto conduce a actuar sobre el medio de gobierno individual de cada rueda para modificar el esfuerzo que desarrolla el gato eléctrico con respecto al que es calculado por el gobierno individual de cada rueda.

Se señala, finalmente, que, naturalmente, es deseable que cada gato eléctrico pueda funcionar en modo degradado, en caso de avería de una u otra de las unidades 55 y/o de la central 6. En este caso se conectan los bornes de

\hbox{alimentación}

del inducido del motor 52, por ejemplo en cortocircuito o a una resistencia de disipación adecuada, lo que hace funcionar el motor 52 como generador, con disipación de energía por efecto Joule debido a la circulación de una corriente. En este caso, la suspensión se hace puramente pasiva.

Claims (10)

1. Método de control de la oscilación vertical de la rueda entre un punto suspendido y un punto no suspendido, de un dispositivo que comprende una unión elástica (1) montada entre los citados puntos suspendido y no suspendido, comprendiendo la citada unión elástica (1) un muelle (4), y que comprende un gato eléctrico (5) reversible actuando en paralelo con el muelle (4), teniendo la citada unión elástica una distancia de base entre el citado punto suspendido y el citado punto no suspendido para la cual el citado muelle compensa exactamente la carga estática que actúa sobre el dispositivo de suspensión, comprendiendo el citado método un cálculo de la corriente que hay que aplicar al citado gato eléctrico (5) de acuerdo con un período de muestreo predeterminado para controlar la oscilación vertical de la rueda entre los citados puntos suspendido y no suspendido, caracterizado porque, a partir de una variación observada de la distancia entre los citados puntos suspendido y no suspendido originada por un desplazamiento del punto suspendido con respecto al punto no suspendido, cualquiera que sea el sentido de la oscilación vertical de la rueda, la corriente calculada es tal que el gato eléctrico (5) desarrolla un esfuerzo orientado como la oscilación vertical de la rueda, siendo la amplitud del citado esfuerzo:

\bullet una función de la variación de la citada distancia de base,

\bullet y reduciéndose progresivamente de modo que el citado esfuerzo se anule en un cierto número de períodos de muestreo representativo de un período de tiempo de relajación.

2. Método de control de acuerdo con la reivindicación 1 en el cual, denominando K al valor instantáneo de la rigidez del muelle y Z a la variación de la distancia entre el punto suspendido y el punto no suspendido, la corriente calculada es tal que el gato desarrolla un esfuerzo F = K.Z.

3. Método de control de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2 en el cual la función de la variación de la citada distancia de base es tal que ésta introduce una atenuación del seguimiento de la citada variación de distancia por el gato eléctrico (5).

4. Método de control de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 en el cual, siendo \alpha un parámetro de atenuación comprendido entre 0 y 1, el esfuerzo desarrollado por el gato vale

F=[\alpha\cdot K \cdot Z]\cdot \left[(1-\alpha)\cdot C \cdot \frac{dZ}{dt}\right]

siendo C un coeficiente de amortiguamiento.

5. Método de control de acuerdo con la reivindicación 4 en el cual el valor intrínseco del parámetro \alpha es función de la detección de la entrada en resonancia del neumático.

6. Método de control de acuerdo con la reivindicación 4 en el cual el valor instantáneo del parámetro \alpha es función del alejamiento de la posición de equilibrio en la cual el muelle (4) soporta solo la carga estática soportada por el dispositivo de suspensión, y es tanto más próxima a 0 cuando el dispositivo de suspensión de desplaza hacia las zonas de funcionamiento próximas a un tope de oscilación vertical de la rueda.

7. Método de control de acuerdo con la reivindicación 4 en el cual el valor instantáneo del parámetro \alpha es función de la constante de tiempo deseada para la relajación del esfuerzo del gato.

8. Método de control de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, utilizado para controlar un dispositivo en el cual el gato eléctrico (5) comprende un motor eléctrico (52) de tipo síncrono autogobernado, de imanes permanentes, en el cual la variación de la posición relativa entre el punto suspendido y el punto no suspendido está determinada totalmente a partir de una medición de la variación de posición facilitada por captadores integrados en el motor eléctrico.

9. Método de control de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, utilizado para un dispositivo de suspensión vertical entre una rueda (2) de un vehículo y el chasis al cual está unida la rueda, comprendiendo el dispositivo de suspensión una unión elástica (1) montada entre un punto suspendido y un punto no suspendido, comprendiendo la citada unión elástica (1) un muelle (4), y que comprende un gato eléctrico (5) reversible actuando en paralelo con el muelle (4), teniendo la citada unión elástica una distancia de base entre el citado punto suspendido y el citado punto no suspendido para la cual el citado muelle compensa exactamente la carga estática que actúa sobre el dispositivo de suspensión.

10. Sistema de suspensión de un vehículo que comprende una pluralidad de ruedas unidas al chasis por un dispositivo de suspensión que comprende una unión elástica (1) montada entre un punto suspendido y un punto no suspendido, comprendiendo la citada unión elástica (1) un muelle (4), y que comprende un gato eléctrico (5) reversible actuando en paralelo con el muelle (4), teniendo la citada unión elástica una distancia de base entre el citado punto suspendido y el citado punto no suspendido para la cual el citado muelle compensa exactamente la carga estática que actúa

\hbox{sobre}

el dispositivo de suspensión, controlado según un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende un nivel de gobierno global de las suspensiones que, a partir de informaciones que estiman la posición del vehículo, actúa sobre el medio de gobierno individual de cada rueda para modificar el esfuerzo que desarrolla el gato eléctrico (5) con respecto a lo que es determinado por los medios de gobierno individual de cada rueda.