ITBO20000190A1

ITBO20000190A1 - Gruppo di sterzatura per autoveicoli .

Info

Publication number: ITBO20000190A1
Application number: IT2000BO000190A
Authority: IT
Inventors: Amedeo Visconti; Alberto Longhi
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2001-10-04
Also published as: EP1142746A2; EP1142746A3

Description

DESCRIZ IONE

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un gruppo di sterzatura per autoveicoli.

Come è noto, i gruppi di sterzatura per autoveicoli attualmente in produzione comprendono un volante, una scatola dello sterzo collegata tramite tiranti ai mozzi delle sospensioni anteriori del veicolo, ed un albero di trasmissione atto a collegante meccanicamente il volante alla scatola dello sterzo in modo tale da permettere a quest'ultima di trasformare un qualsiasi spostamento angolare del volante in una corrispondente rotazione dei mezzi delle sospensioni anteriori del veicolo.

Per migliorare la guidabilità ed il comfort del veicolo, la maggior parte dei gruppi di sterzatura attualmente in produzione integra all'interno della scatola dello sterzo un attuatore idraulico che, sfruttando l'olio in pressione prodotto da una pompa rotativa mossa dal motore del veicolo, riduce la forza che il guidatore deve esercitare sul volante per ruotare le ruote anteriori del suddetto veicolo.

Nei gruppi di sterzatura più evoluti, inoltre, all'insieme costituito dall'attuatore idraulico e dalla pompa rotativa, comunemente noto come servosterzo idraulico, negli ultimi anni si è aggiunto anche un motore elettrico meccanicamente accoppiato all'albero di trasmissione, o direttamente alla scatola dello sterzo, in modo tale da poter variare, in funzione della velocità, la forza che il guidatore deve applicate al volante per poter ruotare le ruote del veicolo.

Sotto il controllo di una centralina elettronica, il motore elettrico è in grado infatti di esercitare una coppia torcente variabile in valore e verso che, sommandosi alla forza prodotta dal servosterzo idraulico, è in grado di regolare lo sforzo che il guidatore deve applicate al volante, in modo tale da aumentare la forza richiesta al guidatore via via che aumenta la velocità del veicolo.

Secondo questa soluzione è, infatti, possibile dimensionare il servosterzo idraulico in modo tale da garantire uno sforzo accettabile quando il veicolo procede ad alta velocità, mentre il motore elettrico viene attivato alle basse velocità per diminuire ulteriormente la forza che il guidatore deve esercitare sul volante per ruotare le ruote anteriori del veicolo. Pur migliorando la precisione e la facilità di Guida del veicolo, anche nelle versioni più sofisticate i gruppi di sterzatura attualmente noti hanno il grosso inconveniente di trasmettere al volante, in particolari condizioni di fondo stradale, delle vibrazioni angolari che possono diminuire sensibilmente il comfort all'interno dell'abitacolo.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un gruppo di sterzatura per autoveicoli che possa ovviare, in modo semplice ed economico, all'inconveniente sopra descritto.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un gruppo di sterzatura per autoveicoli comprendente un volante, una scatola dello sterzo, ed un albero di trasmissione dello sterzo atto a collegante meccanicamente il volante alla detta scatola dello sterzo; il gruppo di sterzatura essendo caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione delle vibrazioni angolari di ampiezza e frequenza determinate.

Secondo una prima preferita forma di realizzazione i mezzi selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione delle vibrazioni angolari, sono atti a produrre delle vibrazioni angolari in controfase con le oscillazioni angolari che, in particolari condizioni di guida, vengono trasmesse dalla scatola dello sterzo al volante attraverso l'albero di trasmissione, in modo tale da attenuare od eliminare queste ultime.

Secondo un'altra preferita forma di realizzazione i mezzi selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione delle vibrazioni angolari, sono atti a produrre, a comando, delle vibrazioni angolari di ampiezza e frequenza determinate che, una volta raggiunto il volante, sono percepibili dal guidatore; i detti mezzi essendo atti a produrre le dette vibrazioni al verificarsi di determinate condizioni di guida in modo tale da allertare il guidatore.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento al disegno allegato, che ne illustra in vista prospettica e con parti asportate per chiarezza un esempio di attuazione non limitativo.

Con riferimento alla figura allegata, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un gruppo di sterzatura per autoveicoli che comprende un volante 2, una scatola dello sterzo 3 collegata tramite una coppia di tiranti 4 ai mozzi delle sospensioni anteriori del veicolo (non illustrati), ed un albero di trasmissione 5 dello sterzo atto a collegante meccanicamente il volante 2 alla scatola dello sterzo 3 in modo tale da permettere a quest'ultima di trasformare un qualsiasi spostamento angolare del volante in una corrispondente rotazione dei mozzi delle sospensioni anteriori del veicolo.

L'albero di trasmissione 5 è preferibilmente, ma non necessariamente, suddiviso in due o più porzioni accoppiate tramite giunti meccanici di tipo noto, ed almeno una sua porzione è montata assialmente girevole all'interno di un canotto 6 che risulta, a sua volta, fissato al telaio del veicolo. Tale canotto è parte integrante del gruppo di sterzatura 1, in quanto funge da supporto per l'albero di trasmissione 5 ed il volante 2 fissato all'estremità di tale albero, ed è comunemente noto con il termine di piantone dello sterzo.

La scatola dello sterzo 3 è di tipo noto e preferibilmente, ma non necessariamente, integra al proprio interno un attuatore idraulico (non illustrato) che, sfruttando l'olio in pressione prodotto da una pompa rotativa (non illustrata) mossa dal motore del veicolo, riduce la forza che il guidatore deve esercitare sul volante 2 per ruotare le ruote anteriori del veicolo.

Il gruppo di sterzatura 1 comprende inoltre mezzi selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione 5 dello sterzo delle vibrazioni angolari di ampiezza e frequenza determinate.

In particolare, in una prima condizione di utilizzo, tali mezzi sono atti a produrre delle vibrazioni angolari in controfase con le oscillazioni angolari che, in particolari condizioni di guida, vengono trasmesse dalla scatola dello sterzo 3 al volante 2 attraverso l'albero di trasmissione 5, in modo tale da attenuare od eliminare queste ultime; mentre in una seconda condizione di utilizzo tali mezzi sono selettivamente atti a produrre delle vibrazioni angolari di piccola ampiezza ed elevata frequenza che, una volta raggiunto il volante 2, sono facilmente percepibili dal guidatore, senza però creare alcun problema di guidabilità .

Più in dettaglio, nella seconda condizione di utilizzo i mezzi selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione 5 dello sterzo delle vibrazioni angolari sono atti ad inviare al volante 2 un treno di vibrazioni angolari di ampiezza e frequenza determinate, in modo tale da informare il guidatore del verificarsi di determinate condizioni di guida, come, per esempio, il raggiungimento dei limiti di aderenza del veicolo, il superamento di una velocità di riferimento preimpostata, il raggiungimento di una determinata accelerazione trasversale, eccetera.

Con riferimento alla figura annessa, nell'esempio illustrato i mezzi selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione 5 dello sterzo delle vibrazioni angolari comprendono: un attuatore elettrico 6 meccanicamente accoppiato all'albero di trasmissione 5; uno o più sensori 9 atti a rilevare, istante per istante, gli spostamenti angolari dell'albero di trasmissione 5 rispetto ad un riferimento determinato; ed una centralina elettronica 10 atta a comandare 1'attuatore elettrico 8 in funzione dei segnali provenienti dai sensori 9 ed eventualmente di altri sensori presenti nel veicolo.

La centralina elettronica 10, in particolare, è atta a pilotare 1'attuatore elettrico 8 in funzione dei segnali provenienti dai sensori 9, in modo tale da imprimere all'albero di trasmissione 5 delle vibrazioni angolari in grado di compensare, e quindi eliminare, le vibrazioni od oscillazioni angolari che, in particolari condizioni di guida, vengono trasmesse dalla scatola dello sterzo 3 al volante 2 attraverso l'albero di trasmissione 5. In aggiunta o alternativa, la centralina elettronica 10, al verificarsi di particolari condizioni di guida, è atta comandare 1'attuatore elettrico 8 in modo tale da imprimere all'albero di trasmissione 5 delle vibrazioni angolari di piccola ampiezza ed elevata frequenza che, una volta raggiunto il volante 2 delle vibrazioni, siano facilmente percepibili dal guidatore, senza però creare alcun problema di guidabilità.

Nell'esempio illustrato, l'attuatore elettrico 8 è costituito da un motore elettrico del tipo passo-passo o similare, meccanicamente accoppiato all'albero di trasmissione 5 tramite una cascata di ingranaggi; mentre i sensori 9 sono costituiti da una coppia di encoder di tipo noto, disposti sull'albero di trasmissione 5 uno in prossimità del giunto che normalmente collega l'albero di trasmissione 5 alla scatola dello sterzo 3, e l'altro in prossimità dell'altra estremità dell'albero, dove è fissato il volante 2.

È opportuno sottolineare che l'attuatore elettrico 8 non dovendo produrre coppie torcenti particolarmente elevate, il suo compito è infatti quello di generare sull'albero delle oscillazioni angolari che sperimentalmente hanno una ampiezza relativamente piccola, per cui è sufficiente utilizzare un motore elettrico passo-passo di piccola potenza, dal peso ed ingombro ridotto.

È opportuno sottolineare inoltre che la centralina elettronica 10, se provvista di un modello matematico del comportamento dell'albero di trasmissione 5, è in grado di pilotare l'attuatore elettrico 8 utilizzando i segnali provenienti anche da un solo sensore 9 disposto lungo l'albero di trasmissione 5.

Secondo una variante non illustrata, l'attuatore elettrico 8 è costituito da un motore elettrico del tipo di quelli normalmente utilizzati per realizzare servosterzi elettrici o ibridi elettroidraulici. In questo caso, oltre ad adempiere alla funzione di eliminare le vibrazioni angolari che vengono trasmesse dalla scatola dello sterzo 3 al volante 2 tramite l'albero di trasmissione 5 e/o di inviare delle vibrazioni di piccola ampiezza ed alta frequenza al volante 2, l'attuatore elettrico 8 espleta, sotto il controllo della centralina elettronica 10, anche la funzione di servosterzo tradizionale, sia esso elettrico o elettroidraulico. Ovviamente, con un motore elettrico del tipo di quelli normalmente utilizzati per realizzare servosterzi elettrici o ibridi elettroidraulici è possibile anche variare in funzione della velocità la forza che il guidatore deve applicate al volante per poter ruotare le ruote del veicolo.

Il funzionamento del gruppo di sterzatura 1 è facilmente desumibile da quanto sopra descritto, e non necessita quindi di ulteriori spiegazioni.

I vantaggi del presente dispositivo sono evidenti: in primo luogo vengono eliminate le vibrazioni od oscillazioni angolari che, in particolari condizioni di guida, vengono trasmesse dalla scatola dello sterzo 3 al volante 2 attraverso l'albero di trasmissione 5, creando notevoli problemi al guidatore; in secondo luogo viene introdotta la possibilità di avvisare il guidatore del verificarsi di una determinata condizione di guida senza costringerlo a distogliere gli occhi dalla strada, come avviene invece attualmente con le spie presenti sul cruscotto .

Un ulteriore vantaggio del gruppo di sterzatura 1 è che i mezzi selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione 5 dello sterzo le vibrazioni angolari ossia l'attuatore elettrico 8, i sensori e la centralina elettronica 10, sono facilmente integrabili in un gruppo di sterzatura tradizionale senza apportate particolari modifiche strutturali, sia esso provvisto di servosterzo elettrico o elettroidraulico.

Risulta infine chiaro che al gruppo di sterzatura 1 qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. In particolare, in una diversa implementazione del gruppo di sterzatura 1, il o i sensori 9 di posizione dell'albero di trasmissione 5 possono essere sostituiti da sensori di coppia, atti a rilevare, istante per istante, la coppia torcente

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1.Gruppo di sterzatura (1) per autoveicoli comprendente un volante (2), una scatola dello sterzo (3), ed un albero di trasmissione (5) dello sterzo atto a. collegante meccanicamente il volante (2) alla detta scatola dello sterzo (3); il gruppo di sterzatura (1) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (8, 9, 10) selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione (5) delle vibrazioni angolari di ampiezza e frequenza determinate. 2.Gruppo di sterzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi (8, 9, 10) selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione (5) dello sterzo delle vibrazioni angolari di ampiezza e frequenza determinate, sono atti a produrre delle vibrazioni angolari in controfase con le oscillazioni angolari che, in particolari condizioni di guida, vengono trasmesse dalla scatola dello sterzo (3) al volante (2) attraverso l'albero di trasmissione (5), in modo tale da attenuare od eliminare queste ultime. 3.Gruppo di sterzatura secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi (8, 9, 10) selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione (5) dello sterzo delle vibrazioni angolari, sono atti a produrre, a comando, delle vibrazioni angolari di ampiezza e frequenza determinate che, una volta raggiunto il volante (2), sono percepibili dal guidatore; i detti mezzi (8, 9, 10) essendo atti a produrre le dette vibrazioni al verificarsi di determinate condizioni di guida, in modo tale da allertare il guidatore. 4.Gruppo di sterzatura secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi (8, 9, 10) selettivamente atti ad imprimere all'albero di trasmissione (5) dello sterzo delle vibrazioni angolari comprendono un attuatore elettrico (8) meccanicamente accoppiato al detto albero di trasmissione (5) dello sterzo, almeno un sensore (9) accoppiato all'albero di trasmissione (5) stesso, ed una centralina elettronica (10) atta a comandare 1'attuatore elettrico (8) in funzione dei segnali provenienti dal detto almeno un sensore (9). 5.Gruppo di sterzatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto almeno un sensore (9) è atto a rilevare, istante per istante, gli spostamenti angolari dell'albero di trasmissione (5) rispetto ad un riferimento determinato. 6.Gruppo di sterzatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto almeno un sensore (9) è atto a rilevare, istante per istante, la coppia torcente trasmessa attraverso il detto albero di trasmissione (5), 7.Gruppo di sterzatura secondo la rivendicazione 4, 5 o 6, caratterizzato dal fatto che il detto attuatore elettrico (8) è costituito da un motore elettrico del tipo passo-passo o similare. 8.Gruppo di sterzatura secondo la rivendicazione 4, 5 o 6, caratterizzato dal fatto che il detto attuatore elettrico (8) è costituito da un motore elettrico del tipo di quelli normalmente utilizzati per realizzare servosterzi elettrici o ibridi elettroidraulici; l'attuatore elettrico (8) essendo atto, sotto il controllo della centralina elettronica (10), a riduce la forza che il guidatore deve esercitare sul volante (2) per ruotare le ruote dell'autoveicolo. 9.Gruppo di sterzatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta scatola dello sterzo (3) integra al proprio interno un attuatore idraulico che, sfruttando un fluido in pressione, è atta a ridurre la forza che il guidatore deve esercitare sul volante (2) per ruotare le ruote dell'autoveicolo .