IT202100015170A1 - Metodo di controllo degli ammortizzatori attivi di un veicolo stradale che prevede l'abbassamento del baricentro - Google Patents

Metodo di controllo degli ammortizzatori attivi di un veicolo stradale che prevede l'abbassamento del baricentro Download PDF

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IT
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tgt
gravity
center
acceleration
lowering
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IT102021000015170A
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English (en)
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Federico Favalli
Francesca Mincigrucci
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Ferrari Spa
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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?METODO DI CONTROLLO DEGLI AMMORTIZZATORI ATTIVI DI UN VEICOLO STRADALE CHE PREVEDE L'ABBASSAMENTO DEL BARICENTRO?
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione ? relativa ad un metodo di controllo degli ammortizzatori attivi di un veicolo stradale.
ARTE ANTERIORE
Il movimento degli ammortizzatori passivi ? determinato interamente dalle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale e quindi gli ammortizzatori passivi sono ?in balia? del fondo stradale. Da diversi anni sono stati proposti degli ammortizzatori attivi che sono in grado di compiere dei movimenti autonomi (ovvero del tutto indipendenti dalle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale) che si aggiungono ai movimenti indotti dalle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale; lo scopo dei movimenti autonomi compiuti da un ammortizzatore attivo ? di reagire alle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale per massimizzare la prestazione dinamica del veicolo stradale o per migliorare il comfort di marcia del veicolo stradale (lo stesso veicolo stradale pu? fare inseguire ai propri ammortizzatori attivi degli obiettivi differenti in funzione del tipo di guida scelta dal guidatore).
Un ammortizzatore attivo ? provvisto di un proprio attuatore idraulico o elettrico che pu? venire pilotato per generare un movimento autonomo (ovvero del tutto indipendente dalle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale); ad esempio pilotando l?attuatore di un ammortizzatore attivo ? possibile alzare e abbassare il telaio del veicolo stradale in modo indipendente su ciascuna ruota (anche quando il veicolo stradale ? fermo).
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione ? di fornire un metodo di controllo degli ammortizzatori attivi di un veicolo stradale che permetta di massimizzare le prestazioni durante la guida in condizioni vicine al limite di aderenza.
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo degli ammortizzatori attivi di un veicolo stradale, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
? la figura 1 ? una vista schematica ed in pianta di un veicolo stradale provvisto di quattro ammortizzatori attivi che vengono controllati in accordo con la presente invenzione;
? la figura 2 ? una vista schematica di una sospensione del veicolo stradale della figura 1;
? la figura 3 ? una vista schematica del veicolo stradale della figura 1 durante la percorrenza di una curva con in evidenza la traiettoria, la velocit? di avanzamento, l?angolo di sterzo, e l?angolo di assetto;
? la figura 4 ? uno schema di controllo implementato in una unit? di controllo del veicolo stradale della figura 1;
? la figura 5 ? un diagramma che mostra la variazione di un abbassamento desiderato del baricentro del veicolo stradale della figura 1 al variare della accelerazione longitudinale;
? la figura 6 ? un diagramma che mostra la variazione di un abbassamento desiderato del baricentro del veicolo stradale della figura 1 al variare della accelerazione trasversale;
? la figura 7 ? un diagramma che mostra la variazione di un angolo di rollio desiderato del veicolo stradale della figura 1 al variare della accelerazione trasversale; e
? la figura 8 ? un diagramma che mostra la variazione di un angolo di beccheggio desiderato del veicolo stradale della figura 1 al variare della accelerazione longitudinale.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero di riferimento 1 ? indicato nel suo complesso un veicolo stradale provvisto di due ruote 2 anteriori e di due ruote 2 posteriori.
Il veicolo 1 stradale ? provvisto di un sistema di motopropulsione (noto e non illustrato) che pu? comprendere un motore termico a combustione interna e/o uno o pi? motori elettrici.
Un mozzo 3 (illustrato schematicamente nella figura 2) di ciascuna ruota 2 ? collegato ad un telaio 4 del veicolo 1 stradale mediante una sospensione 5 (parzialmente illustrata nella figura 1), la quale ? provvista di un ammortizzatore 6 attivo (a controllo elettronico) che ? in grado di compiere dei movimenti autonomi (ovvero del tutto indipendenti dalle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale) che si aggiungono ai movimenti indotti dalle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, ciascun ammortizzatore 6 attivo comprende un elemento 7 che definisce una estremit? dell?ammortizzatore 6 attivo ed un elemento 8 che definisce l?altra estremit? dell?ammortizzatore 6 attivo ed ? montato scorrevole rispetto all?elemento 7 in modo tale da potere traslare linearmente rispetto all?elemento 7. Ciascun ammortizzatore 6 attivo comprende una molla 9 che ? collegata tra i due elementi 7 e 8 e viene compressa o espansa quando i due elementi 7 e 8 traslano linearmente uno rispetto all?altro. Infine, ciascun ammortizzatore 6 attivo comprende un attuatore 10 elettrico che ? configurato per fare compiere all?ammortizzatore 6 attivo dei movimenti autonomi (ovvero del tutto indipendenti dalle sollecitazioni che vengono trasmesse dal fondo stradale) tra gli elementi 7 e 8, ovvero ? in grado di generare una forza F che viene applicata tra gli elementi 7 e 8. A titolo di esempio, gli ammortizzatori 6 attivi potrebbero essere realizzati come descritto nelle domande di brevetto US2008190104A1 e WO2014145215A2. Ciascun ammortizzatore 6 attivo comprende un sensore 11 di posizione (ad esempio un potenziometro) che fornisce la posizione p1?4 relativa corrente dei due elementi 7 e 8, ovvero la misura esatta di quanto l?elemento 8 ? traslato rispetto all?elemento 7.
Il veicolo 1 stradale comprende una unit? 12 di controllo elettronica (?ECU?) che, tra le altre cose, pilota gli attuatori 10 degli ammortizzatori 6 attivi secondo le modalit? descritte in seguito; fisicamente, l?unit? 12 di controllo pu? essere composta da un solo dispositivo oppure da pi? dispositivi tra loro separati e comunicanti attraverso la rete CAN del veicolo 1 stradale.
Secondo quanto illustrato nella figura 1, il veicolo 1 stradale comprende un accelerometro 13 longitudinale ed un accelerometro 14 trasversale che sono montati sul telaio 4, ovvero sono rigidamente fissati al telaio 4 per muoversi in modo solidale al telaio 4, e sono configurati per misurare rispettivamente una accelerazione ax longitudinale ed una accelerazione ay trasversale del telaio 4 (ovvero del veicolo 1 stradale). Secondo una possibile forma di attuazione, i due accelerometri 13 e 14 potrebbero essere integrati in un unico sensore (ad esempio un accelerometro triassiale) che fornisce sia l?accelerazione ax longitudinale, sia l?accelerazione ay trasversale. L?unit? 12 di controllo ? collegata (direttamente o indirettamente attraverso una rete BUS del veicolo 1 stradale) agli accelerometri 13 e 14 per leggere ciclicamente i valori correnti della accelerazione ax longitudinale e della accelerazione ay trasversale.
L?unit? 12 di controllo ? in grado di leggere ciclicamente il valore corrente di un angolo ? di sterzo (illustrato nella figura 3) delle ruote 2 anteriori (tipicamente attraverso la rete BUS del veicolo 1 stradale).
Secondo quanto illustrato nella figura 4, l?unit? 12 di controllo implementa un blocco 15 stimatore che determina in modo noto l?angolo ? di assetto effettivo del veicolo 1 stradale (ovvero l?angolo compreso fra l?asse x longitudinale del veicolo 1 stradale e la direzione della velocit? V di avanzamento del veicolo 1 stradale nel baricentro B). A titolo di esempio, il blocco 15 stimatore dell?unit? 12 di controllo stima la traiettoria T seguita del veicolo 1 stradale utilizzando le misure fornite in tempo reale da un giroscopio tri-assiale e da un posizionatore satellitare; in particolare, la traiettoria T viene determinata integrando due volte nel tempo le accelerazioni misurate dal giroscopio tri-assiale e le misure fornite dal posizionatore satellitare vengono utilizzate per annullare ciclicamente gli errori di posizione che si verificano nel processo di integrazione. Inoltre, il blocco 15 stimatore dell?unit? 12 di controllo stima la velocit? V di avanzamento del veicolo 1 stradale nel baricentro B utilizzando le misure fornite in tempo reale dal giroscopio tri-assiale; in particolare, la velocit? V del veicolo 1 stradale nel baricentro B viene determinata integrando una volta nel tempo le accelerazioni misurate dal giroscopio tri-assiale (verificando che la velocit? V di avanzamento del veicolo 1 stradale nel baricentro B sia effettivamente tangente alla traiettoria T seguita del veicolo 1 stradale, altrimenti, in caso di scostamento significativo, viene compiuta almeno una ulteriore iterazione del calcolo apportando delle correzioni ai parametri utilizzati).
L?unit? 12 di controllo implementa un blocco 16 stimatore che determina in modo noto un angolo ? di imbardata (ovvero l?angolo di oscillazione del veicolo 1 stradale intorno ad un asse verticale passante per il baricentro B) e di conseguenza una velocit? V? di imbardata, ovvero la variazione dell?angolo ? di imbardata nel tempo (la velocit? V? di imbardata pu? venire determinata derivando nel tempo l?angolo ? di imbardata). Secondo una possibile forma di attuazione, la velocit? V? di imbardata pu? venire misurata e fornita dallo stesso sensore che integrata i due accelerometri 13 e 14; ovvero il sensore integrato fornisce, oltre alla accelerazione ax longitudinale ed alla l?accelerazione ay trasversale, anche la velocit? V? di imbardata; l?angolo ? di imbardata pu? venire determinata integrando nel tempo la velocit? V? di imbardata.
Secondo quanto illustrato nella figura 4, l?unit? 12 di controllo implementa un blocco 17 di calcolo che riceve in ingresso: le posizioni p1?4 dei quattro ammortizzatori 6 attivi fornite dai sensori 11 di posizione, l?accelerazione ax longitudinale fornita dall?accelerometro 13 longitudinale, l?accelerazione ay trasversale fornita dall?accelerometro 14 trasversale, l?angolo ? di assetto dal blocco 15 stimatore, e la velocit? V? di imbardata dal blocco 16 stimatore. Il blocco 17 di calcolo determina, secondo modalit? dettagliate in seguito, un abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B, ovvero un valore (generalmente espresso in mm) che indica di quanto si vuole abbassare il baricentro B rispetto ad una posizione standard che il baricentro B assume in assenza di interventi esterni (ad esempio quando il veicolo 1 stradale ? fermo). Inoltre, il blocco 17 di calcolo determina, secondo modalit? dettagliate in seguito, un angolo ?TGT di rollio desiderato ed un angolo ?TGT di beccheggio desiderato.
L?obiettivo dell?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B ? di abbassare il veicolo 1 stradale in condizioni dinamiche in modo da ottenere una prestazione maggiore tramite la diminuzione del trasferimento di carico assoluto con un effetto finale di aumento dell?aderenza complessiva dei pneumatici delle ruote 2 (ovvero tendenzialmente ogni ruota 2 viene sollecitata nello stesso modo invece di avere delle ruote 2 pi? sollecitate e delle ruote 2 meno sollecitate); la diminuzione di trasferimento di carico avviene sia in caso di impegno laterale, sia in caso di impegno longitudinale con conseguente miglioramento delle prestazioni in termini di accelerazione ay trasversale massima e di accelerazione ax longitudinale massima. Quindi, l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B ha un effetto positivo anche nelle fasi di accelerazione e frenata, in quanto la diminuzione del trasferimento di carico longitudinale permette di trasmettere maggiore forza a terra e conseguentemente permette di ottenere una maggiore accelerazione ax longitudinale massima.
L?obiettivo del controllo dell?angolo ?TGT di rollio desiderato ? di ridurre il rollio statico e dinamico; ? possibile definire sia un valore di gradiente di rollio statico, sia un comportamento dinamico desiderato al variare delle frequenze di ingresso.
Gli obiettivi del controllo dell?angolo ?TGT di beccheggio desiderato sono di: ridurre il beccheggio statico e dinamico, variare l?assetto del veicolo 1 stradale per ottimizzare i punti di lavoro aerodinamici, e smorzare i transitori nelle frenate in cui interviene il sistema di antibloccaggio delle ruote 2 (ABS). La riduzione del beccheggio ed il rallentamento della dinamica del beccheggio permettono di ottenere un assestamento pi? rapido delle forze verticali e longitudinali e permettono di migliorare il bilancio aerodinamico (riducendo quindi il trasferimento di carico longitudinale); questi diversi effetti portano un miglioramento degli spazi di arresto.
Secondo quanto illustrato nella figura 4, l?unit? 12 di controllo implementa un blocco 18 di calcolo che riceve in ingresso dal blocco 17 di calcolo l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B, l?angolo ?TGT di rollio desiderato, e l?angolo ?TGT di beccheggio desiderato e determina per ciascun ammortizzatore 6 attivo una forza F1?4-
TGT desiderata (ovvero un obiettivo di forza) che deve venire generata dall?ammortizzatore 6 attivo stesso ed ? quindi espresso in Newton. Ovvero, l?attuatore 10 elettrico di ciascun ammortizzatore 6 attivo viene pilotato per inseguire la corrispondente forza F1?4-TGT desiderata, cio? per fare generare la corrispondente forza F1?4-TGT desiderata.
Secondo una preferita forma di attuazione, il blocco 18 di calcolo utilizza un modello matematico della vettura 1 stradale che in funzione del valore istante per istante delle variabili in ingresso (abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B, angolo ?TGT di rollio desiderato, e angolo ?TGT di beccheggio desiderato) fornisce il valore istante per instante delle variabili in uscita (forze F1?4-TGT desiderate che devono venire generate dagli ammortizzatori 6 attivi).
Preferibilmente, il blocco 17 di controllo implementato nella unit? 12 di controllo ricalcola (aggiorna) l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B, l?angolo ?TGT di rollio desiderato, e l?angolo ?TGT di beccheggio desiderato con una frequenza relativamente bassa e generalmente compresa tra 1 e 4 Hz; ovviamente, il blocco 18 di controllo implementato nella unit? 12 di controllo ricalcola (aggiorna) le forze F1?4-TGT desiderate con la stessa frequenza di aggiornamento del blocco 17 di controllo.
Il blocco 17 di controllo implementato nella unit? 12 di controllo stabilisce un abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B del veicolo 1 stradale in funzione della accelerazione ax longitudinale e della accelerazione ay trasversale (come detto in precedenza, l?attuatore 10 di ciascun ammortizzatore 6 attivo viene pilotato per ottenere l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B attraverso l?azione del blocco 18 di controllo). In particolare, il blocco 17 di controllo stabilisce un primo contributo solo in funzione della accelerazione ax longitudinale (ovvero senza tenere conto della accelerazione ay trasversale), stabilisce un secondo contributo solo in funzione della accelerazione ay trasversale (ovvero senza tenere conto della accelerazione ax longitudinale), e quindi determina l?abbassamento hb-TGT desiderato come il massimo in valore assoluto tra il primo contributo ed il secondo contributo (ovvero sceglie il contributo che presenta il valore assoluto pi? alto). In altre parole, l?abbassamento hb-TGT desiderato ? pari al contributo che presenta il valore assoluto pi? alto.
Secondo quanto illustrato nella figura 5, il blocco 17 di controllo stabilisce l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B (ovvero il primo contributo dell?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B) in funzione della accelerazione ax longitudinale mediante una legge L1 lineare (illustrata nella figura 5). La legge L1 lineare ? specularmente simmetrica per accelerazioni ax longitudinali positive e negative (specularmente simmetrica in quanto l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B ? sempre negativo indipendentemente dal segno della accelerazione ax longitudinale) e prevede di aumentare proporzionalmente l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B all?aumentare del valore assoluto della accelerazione ax longitudinale. In particolare, la legge L1 lineare prevede un abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B nullo quando il valore assoluto dell?accelerazione ax longitudinale ? inferiore ad un valore TH1 di soglia, prevede un abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B costante e pari ad un valore VMAX1 massimo quando il valore assoluto dell?accelerazione ax longitudinale ? superiore ad un valore TH2 di soglia, e prevede una variazione lineare dell?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B da quando il valore assoluto dell?accelerazione ax longitudinale ? pari al primo valore TH1 di soglia al valore VMAX1 massimo a quando il valore assoluto dell?accelerazione ax longitudinale ? pari al secondo valore TH2 di soglia.
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 5, il valore VMAX1 ? pari (in valore assoluto) a 20 mm (nella figura 5 il valore VMAX1 ? negativo per indicare che ? un abbassamento), il valore TH1 di soglia ? pari (in valore assoluto) a 0,25 g ed il valore TH2 di soglia ? pari (in valore assoluto) a 1 g; la lettera ?g? indica l?accelerazione di gravit? media misurata sulla Terra, che convenzionalmente vale 9,80665 m/s<2>.
Secondo quanto illustrato nella figura 6, il blocco 17 di controllo stabilisce l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B (ovvero il secondo contributo dell?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B) in funzione della accelerazione ay trasversale mediante una legge L2 lineare. La legge L2 lineare ? specularmente simmetrica per accelerazioni ay trasversali positive e negative (specularmente simmetrica in quanto l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B ? sempre negativo indipendentemente dal segno della accelerazione ay trasversale) e prevede in ogni condizione di funzionamento di aumentare proporzionalmente l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B all?aumentare del valore assoluto della accelerazione ay trasversale; in particolare, la legge L2 lineare prevede un abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B nullo solo quando il valore assoluto dell?accelerazione ay trasversale ? nullo e prevede una variazione lineare dell?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B da un valore nullo quando il valore assoluto dell?accelerazione ay trasversale ? nullo ad un valore VMAX2 massimo quando il valore assoluto dell?accelerazione ay trasversale ? massimo.
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 6, il valore VMAX2 ? pari (in valore assoluto) a 22,5 mm (nella figura 6 il valore VMAX2 ? negativo per indicare che ? un abbassamento) e viene raggiunto quando l?accelerazione ay trasversale ? pari (in valore assoluto) a 1,5 g.
Come detto in precedenza, il blocco 18 di calcolo utilizza un modello matematico della vettura 1 stradale che determina una forza F1?4-TGT obiettivo per l?attuatore 10 di ciascun ammortizzatore 6 attivo (anche) in funzione dell?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B; di conseguenza, l?attuatore 10 di ciascun ammortizzatore viene pilotato per inseguire la corrispondente forza F1?4-TGT obiettivo.
Secondo una preferita forma di attuazione, l?abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B viene stabilito sia in funzione della accelerazione ax longitudinale, sia della accelerazione ay trasversale; secondo una diversa forma di attuazione, l?abbassamento hb-
TGT desiderato del baricentro B viene stabilito solo in funzione della accelerazione ax longitudinale oppure solo della accelerazione ay trasversale.
Secondo quanto illustrato nella figura 7, il blocco 17 di controllo stabilisce l?angolo ?TGT di rollio desiderato solo in funzione della accelerazione ay trasversale mediante una legge L3 lineare. La legge L3 lineare ? simmetrica per accelerazioni ay trasversali positive e negative (ovvero l?angolo ?TGT di rollio ? sempre positivo quando l?accelerazione ay trasversale ? positiva e l?angolo ?TGT di rollio ? sempre negativo quando l?accelerazione ay trasversale ? negativa) e prevede di variare linearmente l?angolo ?TGT di rollio desiderato di un valore compreso tra 1,0? e 1,8? (e preferibilmente pari a 1,4?) per ogni incremento di 1 g del valore assoluto della accelerazione ay trasversale; ovvero la legge L3 lineare prevede un gradiente (variazione dell?angolo per unit? di accelerazione) compreso tra 1,0?/g e 1,8?/g e preferibilmente pari a 1,4?/g. Di conseguenza, la legge L3 lineare prevede di variare proporzionalmente il valore assoluto dell?angolo ?TGT di rollio desiderato all?aumentare del valore assoluto della accelerazione ay trasversale ed in particolare la legge L3 lineare prevede un angolo ?TGT di rollio desiderato nullo solo quando il valore assoluto dell?accelerazione ay trasversale ? nullo; in altre parole, la legge L3 lineare prevede una variazione lineare dell?angolo ?TGT di rollio desiderato da un valore nullo quando il valore assoluto dell?accelerazione ay trasversale ? nullo ad un valore assoluto VMAX3 massimo quando il valore assoluto dell?accelerazione ay trasversale ? massimo.
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 7, il valore VMAX3 ? compreso in valore assoluto tra 1,8? e 2,4? ed ? preferibilmente pari a pari a 2,1? e viene raggiunto quando l?accelerazione ay trasversale ? pari (in valore assoluto) a 1,5 g.
Secondo quanto illustrato nella figura 8, il blocco 17 di controllo stabilisce l?angolo ?TGT di beccheggio desiderato solo in funzione della accelerazione ax longitudinale mediante una legge L4 lineare. La legge L4 lineare non ? simmetrica per accelerazioni ay trasversali positive e negative (ovvero la legge L4 lineare ? sbilanciata verso angoli ?TGT di beccheggio positivi che prevedono di abbassare la parte frontale del veicolo 1 stradale e di alzare la parte posteriore del veicolo 1 stradale) e prevede di variare l?angolo ?TGT di beccheggio desiderato di un valore compreso tra 1,2? e 2,0? (preferibilmente pari a 1,6?) per ogni incremento di 1 g del valore assoluto della accelerazione ax longitudinale; ovvero la legge L4 lineare prevede un gradiente (variazione dell?angolo per unit? di accelerazione) compreso tra 1,2?/g e 2,0?/g e preferibilmente pari a 1,6?/g.
La legge L4 lineare prevede di aumentare proporzionalmente l?angolo ?TGT di beccheggio desiderato al diminuire del valore della accelerazione ax longitudinale. In particolare, la legge L4 lineare prevede un angolo ?TGT di beccheggio positivo e maggiore di zero quando il valore dell?accelerazione ax longitudinale ? nullo e prevede un angolo ?TGT di beccheggio negativo quando il valore dell?accelerazione ax longitudinale ? positivo (veicolo 1 stradale in accelerazione) e preferibilmente maggiore di almeno 0.3 g; in particolare, la legge L4 lineare prevede un angolo ?TGT di beccheggio nullo quando il valore dell?accelerazione ax longitudinale ? positivo (ovvero il veicolo 1 stradale ? in accelerazione) ed ? compreso tra 0,3 g e 0,5 g (preferibilmente ? pari a 0,4 g).
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 8, la legge L4 lineare prevede che l?angolo ?TGT di beccheggio desiderato sia compreso tra 2,0? e -0,5? rispettivamente in caso di decelerazione massima e di accelerazione massima.
Come detto in precedenza, il blocco 18 di calcolo utilizza un modello matematico della vettura 1 stradale che determina una forza F1?4-TGT obiettivo per l?attuatore 10 di ciascun ammortizzatore 6 attivo (anche) in funzione dell?angolo ?TGT di rollio desiderato e dell?angolo ?TGT di beccheggio desiderato; di conseguenza, l?attuatore 10 di ciascun ammortizzatore viene pilotato per inseguire la corrispondente forza F1?4-TGT obiettivo.
Secondo una preferita forma di attuazione, il blocco 18 di calcolo (che stabilisce un angolo ?TGT di rollio desiderato e determina una forza F1?4-TGT obiettivo per l?attuatore 10 di ciascun ammortizzatore 6 attivo in funzione dell?angolo ?TGT di rollio desiderato) determina un momento antirollante complessivo in funzione dell?angolo ?TGT di rollio desiderato (ovvero un momento antirollante complessivo che permetta di ottenere l?angolo ?TGT di rollio desiderato), stabilisce una ripartizione del momento antirollante complessivo tra un assale anteriore (comprendente le due ruote 2 anteriori) ed un assale posteriore (comprendente le due ruote 2 posteriori), e determina la forza F1?4-TGT obiettivo per l?attuatore 10 di ciascun ammortizzatore 6 attivo in funzione del momento antirollante complessivo ed anche in funzione della ripartizione del momento antirollante complessivo tra l?assale anteriore e l?assale posteriore.
Tradizionalmente, il momento antirollante complessivo viene ripartito simmetricamente tra l?assale anteriore e l?assale posteriore, ovvero un momento antirollante generato all?assale anteriore ? sempre uguale ad un momento antirollante generato all?assale posteriore. E? stato osservato che ? vantaggioso avere una ripartizione asimmetrica del momento antirollante complessivo, ovvero il momento antirollante generato all?assale anteriore ? diverso dal momento antirollante generato all?assale posteriore; inoltre, la ripartizione del momento antirollante complessivo pu? venire modificata (spostando parte del momento antirollante complessivo dall?assale anteriore all?assale posteriore o viceversa) in funzione dello stato di moto del veicolo 1 stradale.
Secondo una preferita forma di attuazione, la ripartizione del momento antirollante complessivo prevede un valore limite inferiore che determina un aumento del momento antirollante all?assale posteriore ed ? compreso tra -12% e -6% (ovvero il momento antirollante all?assale posteriore ? pi? grande del 12%-6% del momento antirollante all?assale anteriore) ed un valore limite superiore che determina un aumento del momento antirollante all?assale anteriore ed ? compreso tra 1,5% e 4% (ovvero il momento antirollante all?assale anteriore ? pi? grande del 1,5%-4% del momento antirollante all?assale posteriore).
Il blocco 18 di calcolo determina quando il veicolo 1 stradale si trova in un ingresso di una curva o in un centro di una curva e stabilisce una ripartizione del momento antirollante complessivo pi? sbilanciata verso l?assale posteriore quando il veicolo 1 stradale si trova ad un ingresso di una curva o in un centro di una curva. Inoltre, il blocco 18 di calcolo determina quando il veicolo 1 stradale si trova in una uscita di una curva e stabilisce una ripartizione del momento antirollante complessivo meno sbilanciata verso l?assale anteriore quando il veicolo 1 stradale si trova in una uscita di una curva.
Il blocco 18 di calcolo determina se il veicolo 1 stradale ha un comportamento sovrasterzante e sbilancia la ripartizione del momento antirollante complessivo verso l?assale anteriore quando il veicolo 1 stradale ha un comportamento sovrasterzante (in modo da contrastare il comportamento sovrasterzante per cercare di dare al veicolo 1 stradale un comportamento pi? neutro). Analogamente, Il blocco 18 di calcolo determina se il veicolo 1 stradale ha un comportamento sottosterzante e sbilancia la ripartizione del momento antirollante complessivo verso l?assale posteriore quando il veicolo 1 stradale ha un comportamento sottosterzante (in modo da contrastare il comportamento sottosterzante per cercare di dare al veicolo 1 stradale un comportamento pi? neutro).
Il momento antirollante complessivo introdotto dal controllo di rollio pu? essere distribuito arbitrariamente tra assale anteriore ed assale posteriore; la scelta di questa distribuzione influenza la ripartizione di trasferimento di carico laterale tra i due assali, mantenendo il trasferimento totale invariato. In generale una distribuzione pi? sbilanciata al posteriore aumenter? l?accelerazione laterale massima poich? ritarder? la saturazione dell?assale anteriore, tale configurazione ? quindi da preferire in fase di ingresso e centro curva con puro impegno laterale. Una distribuzione spostata all?anteriore invece diminuir? l?accelerazione laterale massima anticipando la saturazione dell?assale anteriore, ma allo stesso tempo privilegia invece l?assale posteriore rendendolo in grado di trasferire pi? forza longitudinale pertanto tale configurazione ? da preferire nella fase di trazione di uscita curva. La distribuzione del momento antirollante pu? essere variata dinamicamente per mettere il veicolo 1 stradale in una condizione migliore nelle diverse fasi della curva; a titolo di esempio la distribuzione del momento antirollante potrebbe prevedere un valore di -8.5% (ingresso e centro curva) e -3% (uscita curva), utilizzando cos? una variazione di circa il 5%.
La combinazione del controllo dell?altezza del baricentro B e del controllo dell?angolo ? di rollio permette di mantenere fermo l?angolo interno alla curva e lasciare invariata la posizione dell?angolo esterno alla curva; un comportamento ottimale si ottiene imponendo un angolo ?TGT di rollio desiderato corrispondente alla met? dell?angolo ? di rollio del veicolo 1 stradale non controllato (ovvero con gli ammortizzatori 6 attivi spenti e quindi solo passivi) ed imponendo un abbassamento hb-TGT desiderato del baricentro B pari alla met? dell?abbassamento dell?angolo esterno alla curva del veicolo 1 stradale non controllato (ovvero con gli ammortizzatori 6 attivi spenti e quindi solo passivi). Tale funzionalit? ? dipendente dall?accelerazione ay trasversale, nello specifico in fase di percorrenza di curva si attuer? una forza verso il basso negli angoli interni alla curva per evitarne l?estensione in modo da abbassare il baricentro B e ridurre il rollio; per ridurre ulteriormente il gradiente di rollio ? necessaria anche un?azione sull?angolo esterno tramite una forza verso l?alto (che sar? comunque molto minore della forza richiesta all?angolo interno).
La combinazione dei controlli dell?altezza del baricentro B e dell?angolo ? di beccheggio statico permette di ottenere un abbassamento del baricentro B tramite differenziazione delle altezze da terra tra assale anteriore ed assale posteriore in modo da lavorare nel miglior punto di efficienza aerodinamica. Tale funzionalit? ? importante sia per la prestazione assoluta, infatti si pu? aumentare il carico verticale posizionandosi opportunamente secondo una mappa aerodinamica predeterminata, sia per i consumi poich? in condizioni di guida rettilinea si pu? scegliere di ridurre la resistenza all?avanzamento. Ad esempio, il controllo potrebbe prevedere nessuno sbilanciamento di altezza tra i due assali per velocit? inferiori a 100 km/h, un aumento del carico verticale per velocit? maggiori di 100 Km\h tramite un abbassamento maggiore dell?assale anteriore rispetto all?assale posteriore, ed un abbassamento dell?assale anteriore anche in rettilineo per diminuire la resistenza all?avanzamento.
La combinazione dei controlli dell?altezza del baricentro B e dell?angolo ? di beccheggio permette anche un?ottimizzazione dello spazio di arresto. Grazie all?abbassamento del baricentro B si ha un minor trasferimento di carico longitudinale con conseguente aumento dell?aderenza complessiva, grazie invece al controllo dell?angolo ? di beccheggio sia statico che dinamico si ha un assestamento delle forze verticali e longitudinali pi? veloce.
Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.
Il metodo di controllo sopra descritto presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, il metodo di controllo sopra descritto permette di aumentare le prestazioni del veicolo 1 stradale durante la guida in prossimit? del limite di aderenza (tipicamente in pista) sia nella percorrenza delle curve, sia nella percorrenza dei rettilinei (in accelerazione in uscita dalle curve o in decelerazione in ingresso alle curve).
In particolare, il metodo di controllo sopra descritto permette di ridurre sia il rollio statico e dinamico, sia il beccheggio statico e dinamico e queste riduzioni sono direttamente avvertibili dal guidatore che quindi riceve la percezione di un veicolo 1 stradale pi? stabile e quindi pi? divertente (sicuro) da guidare. Inoltre, l?abbassamento del baricentro B determina un incremento delle prestazioni in quanto riduce il trasferimento di carico assoluto e quindi permette di fare lavorare tutte le ruote 2 al limite. La riduzione del beccheggio statico e dinamico permette di migliorare le prestazioni in frenata. La ripartizione dinamica del momento antirollante permette di migliorare le prestazioni in frenata in quanto permette di arrivare ad una gestione ottimale della ellisse di aderenza dei pneumatici delle ruote 2.
Ovvero, il metodo di controllo sopra descritto migliora la pura prestazione riducendo il tempo sul giro e migliora anche il divertimenti di guida facendo sentire al guidatore una vettura pi? fruibile.
Inoltre, il metodo di controllo sopra descritto ? particolarmente robusto e sicuro in tutte le condizioni, ovvero presenta un rischio sostanzialmente nullo di errori di controllo che possano generare oscillazioni anomale o sovraelongazioni nelle sospensioni 5.
Infine, il metodo di controllo sopra descritto ? di semplice ed economica implementazione in quanto non richiede n? una elevata potenza di calcolo, n? una elevata occupazione di memoria.
ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE 1 veicolo
2 ruote
3 mozzo
4 telaio
5 sospensione
6 ammortizzatore attivo
7 elemento
8 elemento
9 molla
10 attuatore elettrico
11 sensore di posizione
12 unit? di controllo
13 accelerometro longitudinale
14 accelerometro trasversale
15 blocco stimatore
16 blocco stimatore
17 blocco di controllo
18 blocco di controllo
ax accelerazione longitudinale
ay accelerazione trasversale
B baricentro
? angolo di sterzo
? angolo di assetto
hB-TGT abbassamento desiderato del baricentro F forza
FTGT forza desiderata
? angolo di rollio
? angolo di beccheggio ? angolo di imbardata ? angolo di sterzo
V? velocit? di imbardata L1 legge
L2 legge
L3 legge
L4 legge

Claims (14)

R I V E N D I C A Z I O N I
1) Metodo di controllo degli ammortizzatori (6) attivi di un veicolo (1) stradale; ciascun ammortizzatore (6) attivo ? parte di una sospensione (5) che collega un telaio (4) ad un mozzo (3) di una ruota (2) ed ? provvisto di un attuatore (10); il metodo di controllo comprende la fase di determinare una accelerazione (ax) longitudinale e/o una accelerazione (ay) trasversale del veicolo (1) stradale;
il metodo di controllo ? caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di:
stabilire un abbassamento (hb-TGT) desiderato di un baricentro (B) del veicolo (1) stradale in funzione della accelerazione (ax) longitudinale e/o della accelerazione (ay) trasversale; e
pilotare l?attuatore (10) di ciascun ammortizzatore (6) attivo per ottenere l?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B).
2) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui l?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) viene stabilito in funzione della accelerazione (ax) longitudinale e della accelerazione (ay) trasversale.
3) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 2 e comprendente le ulteriori fasi di:
stabilire un primo contributo solo in funzione della accelerazione (ax) longitudinale;
stabilire un secondo contributo solo in funzione della accelerazione (ay) trasversale; e
stabilire l?abbassamento (hb-TGT) desiderato pari al contributo avente il maggior valore assoluto.
4) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) viene stabilito in funzione della accelerazione (ax) longitudinale mediante una prima legge (L1) lineare.
5) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 4, in cui la prima legge (L1) lineare prevede di aumentare proporzionalmente l?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) all?aumentare del valore assoluto della accelerazione (ax) longitudinale.
6) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la prima legge (L1) lineare prevede un abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) nullo quando il valore assoluto dell?accelerazione (ax) longitudinale ? inferiore ad un primo valore (TH1) di soglia.
7) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 4, 5 o 6, in cui la prima legge (L1) lineare prevede un abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) costante e pari ad un valore (VMAX1) massimo quando il valore assoluto dell?accelerazione (ax) longitudinale ? superiore ad un secondo valore (TH2) di soglia.
8) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, in cui:
la prima legge (L1) lineare prevede un abbassamento (hb-
TGT) desiderato del baricentro (B) nullo quando il valore assoluto dell?accelerazione (ax) longitudinale ? inferiore ad un primo valore (TH1) di soglia;
la prima legge (L1) lineare prevede un abbassamento (hb-
TGT) desiderato del baricentro (B) costante e pari ad un valore (VMAX1) massimo quando il valore assoluto dell?accelerazione (ax) longitudinale ? superiore ad un secondo valore (TH2) di soglia; e
la prima legge (L1) lineare prevede una variazione lineare dell?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) da quando il valore assoluto dell?accelerazione (ax) longitudinale ? pari al primo valore (TH1) di soglia al valore (VMAX1) massimo a quando il valore assoluto dell?accelerazione (ax) longitudinale ? pari al secondo valore (TH2) di soglia.
9) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui l?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) viene stabilito in funzione della accelerazione (ay) trasversale mediante una seconda legge (L2) lineare.
10) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 9, in cui la seconda legge (L2) lineare prevede di aumentare proporzionalmente l?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) all?aumentare del valore assoluto della accelerazione (ay) trasversale.
11) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui la seconda legge (L2) lineare prevede un abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) nullo solo quando il valore assoluto dell?accelerazione (ay) trasversale ? nullo.
12) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 9, 10 o 11, in cui la seconda legge (L2) lineare prevede una variazione lineare dell?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) da un valore nullo quando il valore assoluto dell?accelerazione (ay) trasversale ? nullo ad un valore (VMAX2) massimo quando il valore assoluto dell?accelerazione (ay) trasversale ? massimo.
13) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12 e comprendente le ulteriori fasi di:
utilizzare un modello matematico del veicolo (1) stradale per determinare una forza (F1?4-TGT) obiettivo per l?attuatore (10) di ciascun ammortizzatore (6) attivo in funzione dell?abbassamento (hb-
TGT) desiderato del baricentro (B); e
pilotare l?attuatore (10) di ciascun ammortizzatore per inseguire la corrispondente forza (F1?4-TGT) obiettivo.
14) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui l?abbassamento (hb-TGT) desiderato del baricentro (B) viene ricalcolato con una frequenza compresa tra 1 e 4 Hz.
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