ES2628434T3 - Sistema de suspensión para un compartimento del conductor de un vehículo - Google Patents

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ES2628434T3
ES2628434T3 ES12714409.5T ES12714409T ES2628434T3 ES 2628434 T3 ES2628434 T3 ES 2628434T3 ES 12714409 T ES12714409 T ES 12714409T ES 2628434 T3 ES2628434 T3 ES 2628434T3
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Albertus Clemens Maria Van Der Knaap
Menno Adrianus BEENAKKERS
Jeroen Vandenhoudt
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DAF Trucks NV
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DAF Trucks NV
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Abstract

Sistema de suspensión para el compartimento del conductor en el chasis de un vehículo, que comprende: - una disposición de montaje para montar el compartimento del conductor en el chasis de un vehículo que incluye al menos dos resortes neumáticos (30) dispuestos a lo largo de una parte lateral del compartimento del conductor y acoplados entre el compartimento del conductor y el chasis del vehículo; - un suministro de presión (20) y una ventilación atmosférica (25); - para cada resorte neumático (30) respectivamente, un dispositivo de válvula (10) acoplado comunicativamente a la alimentación de presión; la ventilación y un resorte neumático respectivo a través de un respectivo terminal de presión (11); terminal de ventilación (12) y terminal de resorte (13); - un sistema de control del estado del vehículo (14) que proporciona un valor de ajuste de la presión en el resorte neumático (30); - un controlador de presión (145) dispuesto en el dispositivo de válvula (10) alternativamente para presurizar o despresurizar los resortes neumáticos; - en donde el dispositivo de válvula (10) comprende al menos una primera válvula (15, 16) que tiene una salida de válvula (152) acoplada al terminal de resorte (13) y una entrada de válvula (151) acoplada comunicativamente al terminal de presión (11), y caracterizado porque la primera válvula comprende o un asiento de válvula (153) que tiene un orificio efectivo (Aorificio) y que separa la entrada de válvula (151) y la salida de válvula (152); o un elemento de válvula (154) que se presiona en condición normalmente cerrada contra el asiento de válvula (153) mediante un medio de resorte (158); de modo que durante el uso se ejerce una presión de entrada sobre el elemento de válvula (154) a través del orificio (153) del asiento de válvula, el elemento de válvula (155) está encerrado en la salida de la válvula de manera que la presión de salida actúa sobre el elemento de válvula (154); el elemento de válvula está sometido a la fuerza generada por la diferencia de presión entre la entrada (151) y la salida (152); y o un actuador eléctrico (156, 160) acoplado mecánicamente al elemento de válvula (154) que tiene un punto de ajuste de fuerza continuamente variable para definir, por el controlador de presión (145), una fuerza de ajuste que contrarresta la diferencia de presión, para generar una presión de ajuste en el resorte neumático (30) derivado del sistema de control del estado del vehículo independientemente del caudal másico del gas y de la temperatura del gas.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de suspension para un compartimento del conductor de un vehnculo Campo y antecedentes de la invencion
La presente invencion se refiere a un sistema de suspension para el compartimento del conductor de un vehnculo, mas particularmente, a un sistema de suspension que incluye resortes neumaticos.
La optimizacion del confort de conduccion en vehnculos, en particular, camiones con cabinas suspendidas desde chasis del vetnculo, siempre ha sido un punto de atencion. Aunque la mayor parte de la atencion ha sido la optimizacion de la suspension pasiva y el ajuste de las caractensticas pasivas a las condiciones del vetnculo y/o de la carretera, se han propuesto sistemas de suspension que minimizan las perturbaciones transmitidas a traves del chasis neutralizando activamente el impacto de las perturbaciones de la carretera y/o el sistema de suspension de la cabina. El objetivo es neutralizar cualquier perturbacion en la cabina de modo que el sistema de suspension mantenga la cabina practicamente estable en una posicion forzada que contrarreste el balanceo, cabeceo o movimientos de elevacion que se producen en el vehnculo debido a las aceleraciones. Ademas, la cabina puede mantenerse en una posicion de reposo con desviacion de impacto minima.
Tales sistemas convencionales de suspension activa experimentan dificultades en el ajuste y sufren una demanda de energfa bastante alta, lo cual es un inconveniente en el enfoque actual para economizar energfa.
Aunque la mayor parte de la suspension activa utiliza presion hidraulica, en la serie de documentos tecnicos SAE/, pap.910023 1991 A. Wiesmeier, F. Uffelmann (Ingeniena de camiones IVECO) "Cabina aislada de vibracion por suspension activa - Requisitos, Conceptos y Primeros Resultados" se contempla una disposicion neumatica. El documento proporciona mas detalles sobre una suspension hidraulica con una disposicion de valvula proporcional para una configuracion de cabina suspendida. Se utiliza una fuente de suministro de presion central para operar los cilindros de presion. Se encontro una disposicion neumatica poco atractiva teniendo en cuenta las consideraciones de temperatura y eficiencia energetica. De hecho, las leyes de la termodinamica para los gases de Boyles requiere un modelo ffsico complejo para poder controlar los resortes basados en el flujo masico.
El documento DE102009012581, que se considera como la tecnica anterior mas cercana, explora sin embargo esta direccion y utiliza un modelo invertido de ecuaciones termodinamicas basicas que se linealizan sobre un intervalo de control para proporcionar una fuerza controlada en los resortes neumaticos en los que se requiere un control de alimentacion directa para la prediccion de la masa de aire requerida en el resorte neumatico. Se contempla una valvula neumatica proporcional para implementar como una valvula entre la presion central y los resortes neumaticos. Es importante destacar, que se contemple que la valvula proporcional tenga una abertura de valvula regulable, dependiente de la tension de control (o corriente electrica del solenoide).
El documento WO 2010/019038 describe una suspension hidraulica multipunto con un modo de control activo y pasivo.
La invencion tiene como objeto proporcionar una suspension para el compartimento del conductor con un concepto de control de la valvula que sea facil de fabricar y que tenga un control suave y de alta precision de la presion del gas en los resortes neumaticos, con el fin de neutralizar las perturbaciones de la carretera y/o el compartimento del conductor.
Resumen de la invencion
Segun un aspecto de la invencion, se proporciona un sistema de suspension para el compartimento del conductor en el chasis de un vehnculo, que comprende una disposicion de montaje para montar el compartimento del conductor en el chasis del vehnculo que incluye al menos dos resortes neumaticos dispuestos a lo largo de la parte lateral del compartimento del conductor y se acopla entre el compartimento del conductor y el chasis del vehnculo. El sistema de suspension incluye un suministro de presion y una ventilacion atmosferica.
Por cada resorte neumatico se acopla comunicativamente un dispositivo de valvula a la alimentacion de presion; la ventilacion y un resorte neumatico respectivo a traves de un terminal de presion; un terminal de ventilacion y un terminal de resorte. El dispositivo de valvula comprende al menos una primera valvula que tiene una salida de valvula formada por el terminal de resorte y una entrada de valvula acoplada comunicativamente a la alimentacion de presion. Dicha al menos primera valvula comprende un asiento de valvula que separa la entrada de valvula y la salida de valvula; un elemento de valvula que se presiona en condicion normalmente cerrada contra el asiento de valvula por medio de un resorte. Durante el uso, se ejerce una presion de entrada en el elemento de valvula a traves del orificio del asiento de valvula, el elemento de valvula esta encerrado en la salida de la valvula de modo que la presion de salida se contraponga al elemento de valvula; el elemento de valvula esta sujeto a la fuerza generada por una diferencia de presion entre la entrada y la salida. Un accionador electrico se acopla al elemento de valvula. Puede establecerse un punto de ajuste de fuerza continuamente variable que active un servomecanismo de presion integrado de valvula (explicado con mas detalle con la descripcion de la Figura 5) y define asf una fuerza de ajuste que contrarresta la
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diferencia de presion entre la entrada y la salida y se proporciona un controlador para establecer el punto de ajuste de la fuerza de la valvula mediante la alimentacion del actuador en base a un valor de referencia establecido.
De esta manera, se logra una operacion fluida y continuamente variable sin complejidad ya que los parametros de ajuste de presion segun esta disposicion pueden controlar directamente la dinamica de fuerza mecanica requerida para el movimiento del compartimento del conductor independientemente de la temperatura y el flujo masico.
Otras areas de aplicabilidad de los presentes sistemas y metodos se pondran de manifiesto a partir de la descripcion detallada proporcionada a continuacion. Debe entenderse que la descripcion detallada y los ejemplos espedficos, aunque indican modalidades ejemplares de las presentaciones y metodos, se destinan unicamente a fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invencion.
Breve descripcion de las Figuras
Estas y otras caractensticas, aspectos y ventajas de los aparatos, sistemas y metodos de la presente invencion se comprenderan mejor a partir de la siguiente descripcion, reivindicaciones adjuntas, y dibujos acompanantes en los que:
La Figura 1 muestra uno de los resortes neumaticos con un sistema de valvulas;
La Figura 2 muestra una disposicion de conmutacion alternativa de la Figura 1;
La Figura 3 muestra una valvula neumatica de control proporcional de presion con un servomecanismo de presion integrado con mas detalle;
La Figura 4 muestra el principio de funcionamiento de la valvula de la Figura 3;
La Figura 5 muestra un diagrama de fuerza ejemplar de la valvula de fuerza regulable;
La Figura 6 muestra otra modalidad de acuerdo con la invencion;
La Figura 7 muestra un circuito de control de presion que ilustra la no dependencia entre la temperatura y el volumen; y La Figura 8 muestra un ejemplo de diagrama de estimacion del estado del vetuculo
La Figura 9 muestra multiples configuraciones de remolque en combinacion con las correspondientes estrategias de retroalimentacion haptonomica de retorno de dicho sistema de suspension de cabina activa.
La Figura 10 muestra otra modalidad adicional de acuerdo con la invencion;
Descripcion en detalle
La siguiente descripcion de ciertas modalidades ejemplares es meramente de naturaleza ejemplar y no pretende en modo alguno limitar la invencion, sus aplicaciones o sus usos. En la siguiente descripcion detallada de modalidades de los presentes sistemas, dispositivos y metodos, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la misma, y en los que se muestran a modo de ilustracion modalidades espedficas en las que los dispositivos y metodos descritos pueden practicarse. Estas modalidades se describen con suficiente detalle para permitir que los expertos en la tecnica practiquen los sistemas y metodos descritos en la presente invencion, y debe entenderse que pueden utilizarse otras modalidades y que pueden realizarse cambios estructurales y logicos sin apartarse del alcance del presente sistema.
Por lo tanto, la siguiente descripcion detallada no debe tomarse en un sentido limitativo, y el alcance del presente sistema se define unicamente por las reivindicaciones adjuntas. El(Los) dfgito(s) principal(es) de los numeros de referencia en las Figuras del presente documento se corresponden tfpicamente con el numero de la Figura, con la excepcion de que los componentes identicos que aparecen en multiples Figuras se identifican con los mismos numeros de referencia. Ademas, a efectos de claridad, se omiten descripciones detalladas de dispositivos, circuitos y metodos bien conocidos para no eclipsar la descripcion del presente sistema.
La Figura 1 muestra un resorte neumatico 30 con un dispositivo de valvula 10 que acopla selectivamente el resorte 30 a una alimentacion de presion 20 o una abertura de ventilacion 25. El resorte neumatico forma parte de una disposicion de montaje para montar el compartimento de un conductor en el chasis de un vetuculo; tfpicamente de un gran camion de carga (no mostrado). La suspension preferentemente se dispone en una de cuatro puntos, pero tambien puede formarse como una suspension neumatica de dos o tres puntos; por ejemplo, en combinacion con acopladores que acoplan la cabina al chasis del veldculo, tales como bisagras (flexibles); por ejemplo, con los resortes neumaticos dispuestos a lo largo de una parte lateral del compartimento del conductor, tfpicamente el lado delantero del vedculo. De esta manera, el resorte 30 puede acoplarse entre el compartimento de conductor y el chasis de vedculo (no mostrado) y formar un resorte neumatico que puede acoplarse de forma selectiva a la alimentacion de presion 20 o abertura de ventilacion 25 para obtener un flujo masica de gas desde o hacia el resorte 30. El dispositivo de valvula se acopla comunicativamente a la alimentacion de presion a traves del terminal de presion 11; a la ventilacion a traves del terminal de ventilacion 12 y a un resorte neumatico respectivo a traves del terminal de resorte 13. El dispositivo de valvula comprende una primera valvula 15 que acopla selectivamente el resorte neumatico 30 y la alimentacion de presion 20 y una segunda valvula 16 que acopla selectivamente el resorte neumatico 30 y la ventilacion 25 bajo el control de un controlador 14 dispuesto para conmutar las valvulas primera y segunda 15, 16 alternativamente para presurizar o despresurizar el resorte neumatico 30.
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Se proporciona un controlador 14 para establecer el punto de ajuste de la fuerza de la valvula al accionar el actuador basandose en un valor de referencia establecido y acoplarse comunicativamente con un sistema de control del estado del vetnculo (no mostrado). El sistema de control del estado del vetnculo deriva los movimientos de la cabina de una serie de variables dinamicas de entrada; tales como: velocidad del vetnculo; aceleracion del vetnculo; balanceo absoluto; velocidades de cabeceo e impulso (para el control del cabeceo) de la cabina del camion; altura e inclinacion de la cabina; el angulo de direccion y la aceleracion lateral tales como la velocidad del balanceo, del cabeceo y del impulso.Basandose en una estrategia de control de avance directo, puede controlarse la presion neumatica en el resorte neumatico independientemente del caudal masico y de la temperatura. Ademas, ventajosamente, un sensor de presion y un sensor de altura en el resorte neumatico 30 (ver la Figura 6) pueden proporcionar valores de ajuste a traves de un control de retroalimentacion. La valvula ascendente 15 tiene una salida de valvula 152 formada por el terminal de resorte 13. Una segunda valvula descendente 16 tiene una entrada 161 acoplada al terminal de resorte 13 y una salida 162 acoplada a la ventilacion 25 a traves del terminal de ventilacion 12. Las valvulas 15 y 16 son de tipo regulable por fuerza para definir una diferencia de presion regulable entre los terminales de entrada y salida de las valvulas, respectivamente, y se ilustran mas detalladamente en la Figura 3.
La Figura 2 muestra otra disposicion en la que se muestra una combinacion de una valvula regulable por fuerza 15 con dos valvulas de conmutacion rapida 18 y 19 que trabajan juntas en sincroma para definir una trayectoria de flujo unidireccional a traves de la valvula 15 que actua selectivamente como valvula ascendente entre la alimentacion de presion 20 y el resorte 30 o como valvula descendente entre la ventilacion 25 y el resorte 30. En la condicion de presurizacion del resorte 30; el conmutador rapido 18 acopla el suministro de presion 20 y desacopla la ventilacion 25; inversamente, en la condicion de despresurizacion del resorte 30, el conmutador rapido 18 desacopla la alimentacion de presion y acopla la ventilacion. Simultaneamente, el conmutador rapido 19 bloquea la trayectoria de flujo de retorno y permite el paso del flujo de gas forzado a traves de la valvula regulable por fuerza 15; inversamente, cuando se despresuriza; el conmutador rapido 19 proporciona una trayectoria de flujo de retorno para fluir a traves de la valvula regulable por fuerza para proporcionar un flujo unidireccional a traves de la valvula regulable por fuerza 15.Otras combinaciones de una valvula regulable por fuerza 15 y una disposicion de valvula de conmutacion rapida tambien caen bajo el concepto de la invencion.
La Figura 3 muestra una valvula regulable por fuerza 15 con mas detalle. Espedficamente, la valvula 15 tiene una salida de valvula 152, y una entrada de valvula 151. La valvula es unidireccional y tiene una entrada de alta presion y una salida de presion inferior que definen un flujo unidireccional desde la entrada 151 a la salida 152. Un asiento de valvula 153 separa la entrada de valvula 151 y la salida de valvula 152. La entrada 151, la salida 152 y el asiento de valvula 153 pueden estar previstos en una cubierta de valvula 150. El elemento de valvula 154 se encierra en la salida por una cubierta 155 que aloja un actuador electrico 156. La cubierta se conecta comunicativamente a la salida de valvula 152 de manera que el elemento de valvula se encierre en la salida de valvula 152 y, por lo tanto, sujeto a la presion de la salida de valvula. El elemento de valvula 154 se presiona en condicion normalmente cerrada contra el asiento de valvula 153 por un resorte 158 a traves del piston 160, por ejemplo, un resorte helicoidal. El elemento de valvula 154 se acopla a un piston 160 que puede proveerse de un orificio 157 para la funcion de amortiguacion. El actuador electrico 156 se acopla mecanicamente al elemento de valvula 154 por medio del piston 160, teniendo el actuador 156 un punto de ajuste de fuerza continuamente variable. Mediante la alimentacion del actuador 156; espedficamente; mediante el control de corriente 145, se ajusta automaticamente una diferencia de presion preestablecida entre el terminal de entrada 151 y el terminal de salida 152 mediante un servomecanismo neumatico de control de presion que se explicara con mas detalle en la proxima seccion de la descripcion de la Figura 4 independientemente del caudal masico y la temperatura. La geometna de esta valvula es unidireccional teniendo una alta presion en la entrada 151 de la valvula y una presion inferior en la salida 152 de la valvula.
La Figura 4 muestra el principio de trabajo de la valvula 15 con mas detalle; en el que el asiento de valvula 153 define un area de presion igual al orificio de asiento A. Se observa que en una geometna invertida del actuador, el elemento de valvula puede accionarse a traves del orificio A y puede tener por lo tanto un area efectiva reducida en el elemento de valvula 154 sujeto a la diferencia de presion entre la presion de entrada y de salida. Un orificio tfpico puede tener 6 mm de ancho de diametro o mayor para tener suficiente flujo de gas rapido con valores de presion de 5-10 bar y tiempos de conmutacion con constantes de tiempo tfpicas de 0,5 -1,5 segundos para proporcionar variaciones de fuerza de 3000 - 6000 N. La fuerza electromagnetica proporcionada para una corriente fija ISol (control de corriente 145) a traves de un solenoide 156 con una fuerza que vana en un rango de fuerza predeterminado de aproximadamente un 10% (dependiendo del diseno de la valvula proporcional y la precision deseada de control de presion neumatico proporcional) de una fuerza de ajuste promedio independientemente de la posicion del elemento de valvula.
La presion alta Ph desde la entrada 151 se equilibra con la presion baja Pl desde la salida 152, dando como resultado una presion neta de Ph menos Pl ejercida sobre el elemento de valvula a traves de una superficie de elemento de valvula efectiva con area Aorificio. La diferencia de fuerza entre un resorte relativamente debil (con suficiente fuerza de pretension) y la contrafuerza controlada del solenoide equilibran la diferencia de presion en esta superficie efectiva del elemento de valvula. Por lo tanto, se establece un caudal que es efectivo por una distancia x del orificio del elemento de valvula. Dado que el solenoide controla esta fuerza antagonista para que sea constante, el caudal se hace efectivo independientemente del flujo y la temperatura del gas, y la presion en la salida 152 (acoplada al resorte neumatico) se mantiene constante con relacion a la entrada 151 (acoplada a la alimentacion de presion) que se establece un
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servomecanismo de control de presion neumatico automatico en el que el elemento de valvula se mantiene flotante debido a la diferencia de presion y la contrafuerza controlada. Cuando se producen fluctuaciones de caudal debido a efectos termicos o impacto dinamico, el elemento de presion flotante se ajusta automaticamente bajo la influencia de la fuerza preestablecida, estableciendo asf un servomecanismo de control de presion. El controlador 14 puede proporcionar asf un punto de ajuste de fuerza directamente relacionado con un control de presion en el resorte neumatico independientemente de la temperatura y el flujo de gas.
Las ecuaciones del movimiento del elemento de la valvula son las siguientes:
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Aqm, Fresorte es una fuerza de pretension, lo suficientemente fuerte para cerrar la valvula (libre de fugas) independientemente de la presion del actuador, ejercida por el resorte 158 y Fsol es la contrafuerza proporcionada por el sistema de solenoide 156; k es la constante elastica del resorte 158 y c es un factor de amortiguacion. La fuerza de pretension tfpica puede ser de aproximadamente 40-100 N, tipicamente un elemento de valvula 154 y/o asiento de valvula 153, de 60 N preferentemente, comprende un sellante elastomerico 159 para sellar completamente el orificio en condicion normalmente cerrada, contrariamente a los tipos de valvula deslizante como se describen por ejemplo en el documento DE102009012581. Mediante el sellador 159, en estado normalmente cerrado, la valvula sellara completamente el gas en el resorte neumatico, lo que reducira el uso de energfa. El cierre hermetico es lo suficientemente ngido como para impedir el estriado, y mantiene sustancialmente su geometna durante el uso.
La alta presion de entrada Ph se comunica sobre la superficie del elemento de valvula 154.1 a traves del orificio de valvula eficaz Aorificio en direccion de apertura. La baja presion de salida pl contrarresta el elemento de valvula en la direccion de cierre en la superficie eficaz 160.1 axialmente opuesta a la primera superficie del elemento de valvula 154.1. Durante el uso, se ejerce una presion de entrada sobre un area efectiva del elemento de valvula 154 a traves del orificio del asiento de valvula 153, el elemento de valvula 154 esta encerrado en la salida de valvula por la cubierta 155 de manera que la presion de salida Pl contrarreste el elemento de valvula 154; el elemento de valvula 154 esta sometido a la fuerza generada por una diferencia de presion entre la entrada 151 y la salida 152. El servomecanismo de presion da lugar al hecho de que la diferencia de presion entre la entrada y la salida se ajusta automaticamente en relacion (o proporcion) con la fuerza de cierre de resorte Fresorte menos la fuerza de solenoide actuada Fsol (ver la ecuacion de estado estacionario). Cuanto mayor sea el area del orificio Aorificio, mas sensible sera el control del servomecanismo de presion que reaccionara a los cambios en la fuerza de accionamiento Fsol y perturbaciones en el flujo masico y en la temperatura.
Se muestra un tfpico diagrama de fuerzas del sistema de solenoide 156 en la Figura 5 de un sistema de valvula solenoide, como por ejemplo puede encontrarse en el documento US4954799 y que puede obtenerse a partir de una valvula de alivio de presion proporcional hidraulica obtenible comercialmente. Tfpicamente, puede disenarse un solenoide estandar de un solenoide proporcional de corriente continua de manera que la curva fuerza - carrera del solenoide sea tan horizontal y lineal como sea posible alrededor de una carrera de trabajo Sa. La presion se controla asf electricamente, en donde la senal de control electrica del solenoide se suministra por la electronica de control apropiada que opera el solenoide 156 (corrientes de control I1, I2). La Figura 5 muestra un buen comportamiento de la fuerza constante del solenoide independientemente de la posicion del elemento de valvula. La fuerza del solenoide se caracteriza por un comportamiento de fuerza constante del solenoide independientemente de la posicion del elemento de valvula. Aunque los valores practicos pueden variar, preferentemente, el accionamiento electrico se proporciona por un solenoide con una fuerza que vana en un rango de fuerza predeterminado de aproximadamente un 10% a partir de una fuerza de ajuste promedio independientemente de la posicion del elemento de valvula definido por sistemas de propiedades espedficamente, que tienen una constante de resorte que es preferentemente muy baja. Un valor tfpico puede ser menor que los valores entre 3 N/mm y 10 N/mm aproximadamente. Notablemente, con presiones practicas de 5-15 bar, mientras que la fuerza de pretension del resorte (dependiendo de la zona del orificio Aorificio puede ser tfpicamente bastante fuerte (tfpicamente 50-100 N), la constante del resorte es preferentemente muy baja para una dinamica de control eficiente. Ademas, o alternativamente, los circuitos de control pueden disponerse para variar la potencia de control dependiendo de la posicion de la valvula; para suministrar una fuerza sustancialmente constante
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independientemente de la distancia de apertura mediante un actuador electrico con una fuerza electromagnetica configurable para cada posicion del elemento de valvula.
La Figura 6 muestra otra modalidad de acuerdo con la invencion en la que la valvula se integra en el resorte neumatico 30. Un sensor de presion 31 mide el fuelle de presion de gas del resorte para la retroalimentacion al controlador 14 (ver la Figura 14). Ademas, un sensor de desviacion del resorte 32 proporciona una distancia de desviacion que vana dependiendo del estado de presion en el fuelle y de las fuerzas contrarias que actuan sobre los acopladores del resorte 34 acoplados al chasis del vetnculo y la cabina, respectivamente. La altura del orificio es indicativa de la extension del resorte entre los acopladores 34. Puede obtenerse un control adicional de la suspension activa a partir de un sensor de aceleracion de accion vertical opcional 33 que puede mejorar la calidad del sistema de control total del vetnculo y/o la estimacion del estado de los movimientos que se producen en la cabina (tenga en cuenta que para el control del cabeceo se requiere la velocidad absoluta de elevacion de la cabina, la cual no es directamente medible por simples sensores directos). El dispositivo de valvula integrado 15 puede ser de la forma descrita en la Figura 1 - Figura 4 y evita el montaje separado de valvulas que simplifica el montaje y el cableado de las lmeas de presion y lmeas de control; ahorra peso y costos y mejora la robustez. La unidad de resorte puede combinarse ventajosamente con un amortiguador hidraulico central (no dibujado en la Figura 6 por razones de transparencia). Ademas, las valvulas proporcionales de control de presion pueden montarse internamente (de acuerdo con la Figura) o externamente cuando el embalaje lo requiere. De esta manera puede ahorrarse un bloque de valvulas independiente.
La Figura 7 y la Figura 8 ilustran finalmente un circuito de control de errores que combina la retroalimentacion de presion y el control de avance de alimentacion. Se utilizan las siguientes variables:
r
e
I
p
a
FB
FF
PS
SE
senal de presion de referencia
senal de error
senal de corriente
presion en el sistema neumatico
presion medida en el sistema
Controlador de retroalimentacion debil
Prealimentacion basada en la caractenstica PI
Sistema neumatico (valvula y aire-resorte y otro hardware)
Sensor de presion
Cuanto mejor sea la precision del servomecanismo de presion integrado de la valvula mejor sera la prealimentacion de acuerdo con las caractensticas medidas de presion - corriente (P-I) que puede confiarse mediante el diseno del sistema de control de ordenador requerido. Puede proporcionarse una retroalimentacion adicional del sensor de presion del resorte para ajustar la presion que optimiza el comportamiento dinamico del resorte 30. Puede proporcionarse la retroalimentacion de la desviacion del resorte para optimizar adicionalmente el comportamiento del resorte neumatico, tipicamente, para proporcionar un comportamiento de resorte pasivo con una cantidad de gas constante fija que minimiza el uso de la potencia del sistema de resorte.
La Figura 8 muestra la relacion entre la estimacion del estado del vetnculo y el control de la valvula; a traves de un sistema de control de estado del vetnculo que puede proporcionar una caractenstica de avance de alimentacion con un valor de ajuste de fuerza al controlador de presion. El estimador del estado del vetnculo se forma a partir de un numero de variables dinamicas de entrada; tales como: velocidad del vetnculo; aceleracion del vetnculo; balanceo absoluto; velocidades de cabeceo e impulso (para el control del cabeceo) de la cabina del camion; altura e inclinacion de la cabina; el angulo de direccion y la aceleracion lateral.
En una modalidad; el controlador de presion acciona selectivamente el actuador dependiendo de una altura medida que difiere de una altura ajustada para la accion neumatica pasiva del resorte; en el que la alimentacion selectiva depende de una altura predeterminada superior al 5% de la altura medida para reducir el consumo de energfa (por ejemplo, durante la operacion en la carretera). Alternativamente o adicionalmente, el controlador de presion alimenta selectivamente el actuador para tener una altura de conjunto que nivela el compartimiento del conductor, por ejemplo, durante el estacionamiento. Una cabina nivelada proporciona mas confort, espedficamente para dormir el conductor cuando se estaciona en una superficie irregular. El estimador de estado del vetnculo puede proporcionar alimentacion selectiva del actuador dependiendo de la condicion de seguridad del estado del vetnculo.
La Figura 9 muestra condiciones de carga tfpicas que pueden derivarse de un controlador de estado de vetnculo acoplado a sensores de presion 90.2 y sensores de desviacion 90.1 en la suspension de vetnculo; y acelerometros laterales (no representados) para determinar un centro de gravedad dinamico 91. De este modo, la condicion de seguridad del estado del vetnculo se proporciona por un controlador del estado del vetnculo dispuesto para derivar una condicion de carga del vetnculo provista de un sistema de control de advertencia de vuelco. Dependiendo de la condicion de carga, por ejemplo, si se determina, a partir de la desviacion, presion y acelerometros, que la carga esta montada de forma estable sobre el suelo y tiene un centro de gravedad estable y relativamente bajo (como se muestra en la Figura 9A) puede adoptarse una estrategia de control que controla la suspension de la cabina en modo antibalanceo, tfpicamente condicionado a que las aceleraciones laterales se mantengan por debajo de aproximadamente 2-3,5 m/s2 para tener una suspension de cabina de "cabeceo" nivelada. Por encima de estos valores
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de aceleracion, puede proporcionarse gradualmente el comportamiento del balanceo. Esta estrategia de antibalanceo mejorara sustancialmente el comportamiento de la direccion del vehnculo resultando en un "donde usted dirige es donde usted va!" la sensacion de precision de la direccion para el conductor, que mejora fuertemente la facilidad de la operacion de direccion mientras que se adelanta y/o conduce en rotondas. Por otra parte, cuando el motor del estado del vehnculo determina, mediante acelerometros, sensores de presion y desviacion, una condicion de carga similar a la de las Figuras 9B o 9C (centro de gravedad dinamico o fluido movil elevado), correspondiente a una condicion de seguridad del estado del vehnculo peligrosa, el controlador puede accionar selectivamente el actuador de manera que tenga una altura ajustada que desacople el compartimento del conductor para proporcionar una retroalimentacion haptonomica de la condicion de seguridad. El movimiento del balanceo de la cabina es un indicador importante para que los humanos juzguen el margen de seguridad en las curvas de la combinacion del vehnculo. Un angulo de balanceo elevado da una sensacion de malestar y una creciente sensacion de inestabilidad. Puede detectarse una condicion de carga del remolque relacionando la aceleracion medida real con la presion del fuelle de aire y/o la desviacion de la suspension. De esta manera puede monitorearse el llamado mecanismo de generacion de fuerza de transferencia de carga desde las ruedas internas hacia las exteriores y pueden simularse diferentes escenarios de estrategia de balanceo de acuerdo con los graficos superiores de la Figura 9. Una vez experimentado un escenario de precision de direccion estable y confortable, que corresponde a una condicion de carga de remolque estable, el conductor se vera enormemente disuadido a tomar curvas demasiado rapido cuando se somete a un ajuste de control de cabeceo de cabina que permite movimientos amplios de cabeceo de cabina. Resumiendo lo anterior, puede concluirse que las caractensticas tfpicas de conformacion de los diagramas superiores de la Figura 9, como el nivel de aceleracion lateral donde la cabina empieza a cabecear y el angulo de inclinacion (o gradiente) en funcion de la aceleracion creciente son parametros de importacion para ajustar la eficacia del sistema tfpico de advertencia haptonomica de balanceo total. Alternativamente, cuando se detecta una condicion insegura; por ejemplo una velocidad demasiado alta o la direccion demasiado abrupta; el control de presion normal puede conmutarse o incluso invertirse ligeramente para proporcionar angulos de balanceo incrementados para advertir de este modo al conductor de la condicion insegura, por ejemplo, cuando se aproxima a un viraje de carretera, para proporcionar un balanceo suficiente de reserva para el movimiento del vehnculo para evitar volcarse. Puede adoptarse una estrategia de control dinamico preestablecido en la que un angulo de balanceo se fija activamente dependiendo de la aceleracion lateral.
Dado que la estabilidad de la cabina es proporcionada activamente por el sistema de suspension; los estabilizadores convencionales pueden parcialmente omitirse o reducirse en rigidez; por ejemplo, el compartimiento del conductor puede proveerse de una barra estabilizadora colateral con los al menos dos resortes neumaticos, el estabilizador provisto de un debilitamiento para mejorar el confort de marcha en carreteras onduladas (la excitacion a la izquierda y a la derecha esta fuera de fase). Puede ser necesario proporcionar al compartimiento del conductor una estructura de bloqueo para bloquear los resortes neumaticos durante la inclinacion hacia delante de la cabina (necesaria para el mantenimiento del motor) cuando el cilindro basculante hidraulico se situa en un lado del vehnculo.
La Figura 10 muestra otra modalidad adicional de acuerdo con la invencion, en la que la valvula se integra en el resorte neumatico 300. Los fuelles 301 se unen entre un elemento de tapa 302 unido al acoplador del resorte superior que puede montarse en la cabina. Los fuelles se unen adicionalmente a un elemento de cubierta 303 que se acopla al acoplador del resorte inferior 341 para fijarse al chasis del vehnculo. Un sensor de presion 31 dispuesto en la cubierta 303 mide el fuelle de presion de gas del resorte 301 para la retroalimentacion al controlador 14 del estado del vehnculo. Ademas, un sensor de desviacion del resorte 32 dispuesto en la cubierta 303 y el elemento de tapa 302 proporciona respectivamente una distancia de desviacion que vana dependiendo del estado de presion en el fuelle 302 y fuerzas contrarias que actuan sobre los acopladores de los resortes 341, 342. La altura del orificio es indicativa de la extension del resorte entre los acopladores 341, 342. Puede obtenerse un control adicional de la suspension activa desde un sensor de aceleracion de accion vertical 33 dispuesto en la cubierta, que puede mejorar la calidad del sistema general de control del vehnculo y/o estimar el estado de los movimientos que se producen en la cabina. Los sensores se forman preferentemente como una unidad de sensor desmontable integrada en la cubierta 303. Las valvulas 151, 152 de control de presion proporcional se montan externamente para propositos de refrigeracion. La fuerza de ajuste proporcionada por el resorte neumatico 300, definida por el control de presion del controlador de presion, es proporcional a la presion ejercida sobre el area efectiva con un diametro Deff.
Convenientemente, la cubierta 303 tiene una parte de pared de contacto 304 para contactar el fuelle del resorte 301 en un rango de trabajo. La parte de pared de contacto 304 tiene un diametro efectivo que disminuye cuando aumenta el area de contacto entre la parte de pared de contacto y el fuelle del resorte.
La superficie de contacto para el fuelle se forma preferentemente como una parte de pared conica 304 en un intervalo de trabajo con una pendiente que aumenta el area efectiva en la direccion de expansion del resorte neumatico 300. En la direccion de contraccion, con el aumento del area de contacto entre la parte de pared conica y los fuelles del resorte, el diametro efectivo disminuye con una pendiente negativa p correspondiente a la direccion axial en el intervalo de trabajo. Con una pendiente negativa menos beta, el diametro efectivo de la cubierta disminuye cuando el resorte neumatico se contrae, y aumenta cuando el resorte se expande. Las formas de diametro efectivo y el area efectiva para el fuelle del resorte que genera una fuerza de resorte F con presion de resorte P.
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Con un area de contacto aun mas creciente, en posicion con^da fuera del margen detrabajo, el area efectiva aumenta sustancialmente para aumentar la contrafuerza neta en estado con^do del resorte 300.
Esta ultima caractenstica emula la caractenstica progresiva de un resorte de tope convencional, reduciendo ventajosamente la carga maxima que actua sobre un eventual tope de caucho. La parte de pared conica con una pendiente negativa p tiene el efecto de reducir sustancialmente la cantidad de flujo de gas al resorte para generar una fuerza de ajuste incrementada, ya que tanto la presion como el area efectiva aumentan la fuerza incrementada. Se considera que el intervalo practico preferido para el angulo de la pendiente sea mayor que 20 grados, o incluso tan grande como 30 grados o mas. Ademas, la conduccion pasiva se beneficia de una rigidez de resorte eficaz bastante baja debido a la pendiente negativa, de manera que el control activo preferentemente solo trabaja en frecuencias de movimiento de cabina inferiores a 10 Hz con el fin de minimizar el consumo de energfa de la suspension de cabina activa. Para proporcionar comodidad de conduccion en el rango de alta frecuencia (tfpicamente >5-10 Hz) se aplica una rigidez de resorte bastante suave. Esto puede lograrse disenando un gran volumen de gas encapsulado Vin en los fuelles de aire (cuanto mayor sea el volumen, menor sera la velocidad del resorte).Sin embargo, el inconveniente de este volumen tan grande en la nueva aplicacion del sistema de suspension activa es lo que los flujos de gases bastante grandes necesitan para alimentarse hacia y desde el elemento de resorte para cambiar el punto de ajuste de la fuerza (por ejemplo, durante las curvas y/o el frenado). Esto tambien es negativo para la optimizacion del consumo de energfa.
Con la introduccion del contorno conico del elemento de cubierta 303, puede disenarse la misma rigidez de resorte bajo para una excelente comodidad de conduccion pasiva en combinacion con el volumen de gas aceptablemente compacto Vin dentro del fuelle 301. Esto funciona de la siguiente manera: en este caso particular, el diametro efectivo deff del area efectiva donde el fuelle actua disminuye con la contraccion creciente del elemento de resorte. Por consiguiente, la fuerza que actua en las conexiones 341, 342 hacia la cabina y hacia el chasis (que es en realidad producto al aire por presion de gas despues del area efectiva) no aumenta tan drasticamente como en un resorte sin la caractenstica conica. Esto significa que la rigidez del resorte se reduce efectivamente sin aumentar el volumen de aire Vin. Por consiguiente, puede conseguirse un diseno con un volumen de gas encapsulado relativamente pequeno Vin en comparacion con el resorte neumatico convencional sin tal contorno conico del elemento de cubierta 303.
Este diseno es beneficioso para optimizar el consumo total de energfa del sistema de suspension de cabina activa 4PP.
Por supuesto, se considera que esta descripcion expone cualquiera de las modalidades o procesos anteriores en combinacion con una, o con una o mas de otras modalidades o procesos para proporcionar aun mas mejoras en la busqueda y asociacion de usuarios con personalidades particulares y proporcionar recomendaciones relevantes. Cuando los sistemas de solenoide descritos son de un sistema de traccion que tira del elemento de valvula a traves de un piston desde el asiento de valvula contra la fuerza del resorte; son posibles configuraciones similares en las que una valvula se empuja contra el asiento de valvula; o en el que el piston se acciona extendiendose a traves del asiento de valvula, dando como resultado una fuerza de ajuste neta que contrarresta la diferencia de presion en el elemento de valvula estableciendo asf un flujo de gas a traves de un espacio variable entre el elemento de valvula y el asiento de valvula.
Finalmente, la descripcion anterior pretende ser meramente ilustrativa del presente sistema y no debe ser interpretada como limitativa de las reivindicaciones adjuntas a ninguna modalidad particular o grupo de modalidades. Por lo tanto, aunque el presente sistema se ha descrito con particular detalle con referencia a modalidades ejemplares espedficas de la misma, tambien debe apreciarse que numerosas modificaciones y modalidades alternativas pueden idearse por los expertos en la tecnica sin apartarse del alcance mas amplio y pretendido del presente sistema como se expone en las reivindicaciones que siguen. Por consiguiente, la memoria descriptiva y los dibujos deben considerarse de una manera ilustrativa y no pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones adjuntas.
En la interpretacion de las reivindicaciones adjuntas, debe entenderse que:
a) la palabra "que comprende" no excluye la presencia de otros elementos o actos distintos de los enumerados en una reivindicacion dada;
b) la palabra "un" o "una" que precede a un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de dichos elementos;
c) los signos de referencia de las reivindicaciones no limitan su alcance;
d) varios "medios" pueden representarse por el mismo o diferentes artfculos o estructura o funcion implementada por hardware o software;
e) cualquiera de los elementos descritos puede componerse de partes de hardware (por ejemplo, incluyendo circuitos electronicos discretos e integrados), partes de software (por ejemplo, programacion de ordenador) y cualquier combinacion de las mismas;
f) partes de hardware pueden componerse por una o ambas porciones analogicas y digitales;
g) cualquiera de los dispositivos descritos o porciones de los mismos pueden combinarse juntos o separarse en otras porciones a menos que se indique espedficamente lo contrario; y
h) ninguna secuencia espedfica de actos o pasos se pretende que sea necesaria, a menos que se indique espedficamente.

Claims (18)

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    Reivindicaciones
    1. Sistema de suspension para el compartimento del conductor en el chasis de un vetnculo, que comprende:
    - una disposicion de montaje para montar el compartimento del conductor en el chasis de un vetnculo que incluye al menos dos resortes neumaticos (30) dispuestos a lo largo de una parte lateral del compartimento del conductor y acoplados entre el compartimento del conductor y el chasis del vetnculo;
    - un suministro de presion (20) y una ventilacion atmosferica (25);
    - para cada resorte neumatico (30) respectivamente, un dispositivo de valvula (10) acoplado comunicativamente a la alimentacion de presion; la ventilacion y un resorte neumatico respectivo a traves de un respectivo terminal de presion (11); terminal de ventilacion (12) y terminal de resorte (13);
    - un sistema de control del estado del vehfculo (14) que proporciona un valor de ajuste de la presion en el resorte neumatico (30);
    - un controlador de presion (145) dispuesto en el dispositivo de valvula (10) alternativamente para presurizar o despresurizar los resortes neumaticos;
    - en donde el dispositivo de valvula (10) comprende al menos una primera valvula (15, 16) que tiene una salida de valvula (152) acoplada al terminal de resorte (13) y una entrada de valvula (151) acoplada comunicativamente al terminal de presion (11), y caracterizado porque la primera valvula comprende
    o un asiento de valvula (153) que tiene un orificio efectivo (Aorificio) y que separa la entrada de valvula (151) y la salida de valvula (152);
    o un elemento de valvula (154) que se presiona en condicion normalmente cerrada contra el asiento de valvula (153) mediante un medio de resorte (158); de modo que durante el uso se ejerce una presion de entrada sobre el elemento de valvula (154) a traves del orificio (153) del asiento de valvula, el elemento de valvula (155) esta encerrado en la salida de la valvula de manera que la presion de salida actua sobre el elemento de valvula (154); el elemento de valvula esta sometido a la fuerza generada por la diferencia de presion entre la entrada (151) y la salida (152); y o un actuador electrico (156, 160) acoplado mecanicamente al elemento de valvula (154) que tiene un punto de ajuste de fuerza continuamente variable para definir, por el controlador de presion (145), una fuerza de ajuste que contrarresta la diferencia de presion, para generar una presion de ajuste en el resorte neumatico (30) derivado del sistema de control del estado del vetnculo independientemente del caudal masico del gas y de la temperatura del gas.
  2. 2. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde para cada resorte neumatico (30) se dispone un sensor de presion (31) y un sensor de desviacion (32), que miden respectivamente la presion del resorte y la altura del resorte; el controlador se dispone para ajustar el punto de ajuste de la fuerza de la valvula alimentando el actuador basandose en una referencia derivada del sensor de presion y del sensor de altura.
  3. 3. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende ademas una segunda valvula (16) que tiene una entrada acoplada al terminal de resorte (13) y una salida acoplada a la ventilacion (25).
  4. 4. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el accionamiento electrico se proporciona por un solenoide (156) con una fuerza que vana en un rango de fuerza predeterminado del 10% a partir de una fuerza de ajuste promedio independientemente de la posicion del elemento de valvula.
  5. 5. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el actuador electrico (155, 156) se dispone para actuar con una fuerza electromagnetica regulable para cada posicion del elemento de valvula.
  6. 6. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el elemento de valvula (154) y/o el asiento de valvula (153) comprenden un sellador elastomerico (159).
  7. 7. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde la valvula se integra en el resorte neumatico (30).
  8. 8. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el controlador (14) acciona selectivamente el actuador dependiendo de una altura medida diferente de una altura establecida para la accion de resorte neumatico pasivo; en el que la alimentacion selectiva depende de una altura de ajuste predeterminada mayor que el 5% de la altura medida.
  9. 9. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el controlador (14) acciona selectivamente el actuador para tener una altura de ajuste que nivela el compartimento del conductor.
  10. 10. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el controlador (14) alimenta selectivamente el actuador dependiendo de la condicion de seguridad del estado del vetnculo.
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  11. 11. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 10, en donde la condicion de seguridad del estado del vetnculo se proporciona por un controlador del estado del vetnculo (14) dispuesto para derivar una condicion de carga del vetnculo.
  12. 12. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 11, en donde el controlador de estado de vetnculo (14) utiliza informacion del sensor de un acelerometro lateral, carrera de suspension de rueda trasera de camion y/o presion del fuelle de aire para supervisar la transferencia de carga desde las ruedas interiores hacia las exteriores y consecuentemente derivar un estado de condicion de seguridad.
  13. 13. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 10-12, en donde dependiendo de la condicion de seguridad del estado del vetnculo, el controlador (14) acciona selectivamente el actuador para tener una altura de conjunto que desactive el compartimento del conductor para proporcionar una retroalimentacion haptonomica de la condicion de seguridad.
  14. 14. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que la retroalimentacion haptonomica de la condicion de seguridad se proporciona en base al nivel de aceleracion lateral en el que la cabina se empieza a balancear y el angulo de inclinacion (o gradiente) en funcion de la aceleracion se incrementa.
  15. 15. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, que incluye cuatro resortes neumaticos (30) dispuestos en las esquinas del compartimento del conductor.
  16. 16. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el compartimento del conductor se provee de una barra estabilizadora colateral con los al menos dos resortes neumaticos, el estabilizador se provee con un debilitamiento.
  17. 17. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el compartimiento del conductor se provee de una estructura de bloqueo para bloquear al menos un resorte neumatico durante la inclinacion de la cabina.
  18. 18. Sistema de suspension de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el resorte neumatico (30) comprende una tapa (302) y una cubierta (303), teniendo la tapa y el cubierta unos fuelles de resorte (301) dispuestos entre ellos y comprendiendo cada uno un acoplador de resorte (341, 342), en el que la cubierta (303) tiene una parte de pared de contacto (304) para poner en contacto el fuelle de resorte (301) en un rango de trabajo, teniendo la parte de pared de contacto (304) un diametro efectivo que disminuye cuando el contacto entre la parte de pared de contacto y el fuelle de resorte (301) aumenta.
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