ITCT20090010A1 - ANTI-SUSPENSION SYSTEM FOR COMMERCIAL VEHICLES FOR LIQUID TRANSPORT - Google Patents
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Description
"SISTEMA ANTIRIBALTAMENTO PER VEICOLI COMMERCIALI PER TRASPORTO LIQUIDI" "ANTI-ROLL OVER SYSTEM FOR COMMERCIAL VEHICLES FOR LIQUID TRANSPORT"
Il dispositivo in questione rappresenta un sistema in grado di minimizzare gli effetti di instabilità laterale causati dall'oscillazione laterale del liquido all'interno di autocisterne in condizione di riempimento parziale. Le prestazioni dei veicoli commerciali coinvolti nel trasporto di liquidi sono notevolmente influenzate dal movimento del carico in entrambe le direzioni trasversale e longitudinale. Un serbatoio parzialmente riempito permette infatti al liquido di muoversi producendo una condizione di carico utile soggetto a scuotimento. Ciò concerne la sicurezza del veicolo in quanto l'effetto della forza centrifuga in curva risulta esaltato dal moto del fluido all'interno del serbatoio; tale moto fa si che il baricentro complessivo si innalzi ulteriormente e si sposti dal lato opposto al centro di curvatura di una quantità decisamente maggiore rispetto al caso di carico fisso, riducendo le prestazioni dell'autoveicolo stesso in termini di soglia di accelerazione laterale per la quale avviene il ribaltamento. L'impiego di tale sistema assicura una sensibile riduzione del trasferimento di carico laterale durante la percorrenza di tratti stradali in curva e un miglioramento della sicurezza delle autocisterne in termini di riduzione del pericolo di ribaltamento. Il sistema ideato è costituito da una cisterna principale, all'interno della quale viene trasportata la maggior parte del liquido, che lungo il percorso di trasporto passa dalla condizione di riempimento totale a varie condizioni di riempimento parziale, e da due serbatoi minori laterali collegati tra loro, i quali, attraverso un sistema di pompe, variano il loro riempimento in maniera da compensare il trasferimento di carico laterale causato dalla forza centrifuga ed amplificato dagli spostamenti della massa fluida (figura l). In condizioni di accelerazione laterale nulla i due serbatoi risultano riempiti allo stesso livello, ovvero a metà del livello massimo, mentre, in presenza di forza centrifuga durante il moto in curva, il livello del serbatoio rivolto verso il centro di curvatura si incrementerà di una quantità di fluido che viene prelevata direttamente dal serbatoio laterale esterno alla curva (fig. 2) . In tal modo il movimento controllato del carico utile trasportato contribuisce in maniera decisiva all'equilibrio dell'autoveicolo. Il trasferimento di liquidi è gestito attraverso un opportuno sistema di regolazione ed avviene esclusivamente tra i due serbatoi posti lateralmente ed in basso rispetto alla cisterna principale, non interessando quindi il serbatoio centrale. The device in question represents a system capable of minimizing the effects of lateral instability caused by the lateral oscillation of the liquid inside tankers in partial filling conditions. The performance of commercial vehicles involved in the transport of liquids is greatly affected by the movement of the load in both the transverse and longitudinal directions. In fact, a partially filled tank allows the liquid to move, producing a condition of payload subject to shaking. This concerns the safety of the vehicle as the effect of the centrifugal force when cornering is enhanced by the motion of the fluid inside the tank; this motion causes the overall center of gravity to rise further and move from the side opposite the center of curvature by a much greater amount than in the case of a fixed load, reducing the performance of the vehicle itself in terms of lateral acceleration threshold for which overturning occurs. The use of this system ensures a significant reduction in lateral load transfer when traveling on road sections in curves and an improvement in the safety of tankers in terms of reducing the risk of overturning. The system conceived consists of a main tank, inside which most of the liquid is transported, which along the transport path passes from the condition of total filling to various conditions of partial filling, and of two lateral smaller tanks connected between they, which, through a system of pumps, vary their filling in such a way as to compensate for the lateral load transfer caused by the centrifugal force and amplified by the displacements of the fluid mass (figure 1). In conditions of zero lateral acceleration, the two tanks are filled to the same level, that is to half of the maximum level, while, in the presence of centrifugal force during cornering, the level of the tank facing the center of curvature will increase by an amount of fluid which is taken directly from the lateral tank outside the curve (fig. 2). In this way, the controlled movement of the transported payload contributes decisively to the balance of the vehicle. The transfer of liquids is managed through an appropriate regulation system and takes place exclusively between the two tanks placed laterally and below the main tank, thus not affecting the central tank.
Il sistema di regolazione può, idealmente, pensarsi composto di due parti: un controllore principale ed un sistema di compensazione. Questo agisce durante la traiettoria in uscita di curva e nel tratto rettilineo che segue la curva stessa, ed è addetto al ripristino della parità tra i volumi di liquido contenuti nei serbatoi laterali. Le variabili di controllo attraverso le quali il sistema opera sono: The regulation system can ideally be thought of as consisting of two parts: a main controller and a compensation system. This acts during the trajectory out of the curve and in the straight section that follows the curve itself, and is responsible for restoring parity between the volumes of liquid contained in the side tanks. The control variables through which the system operates are:
. Il trasferimento di carico laterale normalizzato, definito dal rapporto: . The normalized lateral load transfer, defined by the ratio:
In cui Fz,R ed F=,Lsono i carichi verticali complessivi agenti sulle ruote ai lati destro e sinistro del semirimorchio, Nel caso di moto in rettilineo R=O(ipotizzando una distribuzione di carico simmetrica), nel caso di incipiente ribaltamento il coefficiente R =:i:1. In which Fz, R and F =, L are the total vertical loads acting on the wheels on the right and left sides of the semitrailer, In the case of motion in a straight line R = O (assuming a symmetrical load distribution), in the case of an incipient overturning the coefficient R =: i: 1.
. L'accelerazione laterale x cui l'autocisterna è sottoposta. . The lateral acceleration x to which the tanker is subjected.
·La differenza tra i volumi di fluido contenuti nei due serbatoi laterali L1V = Vdx- V<>La figura 3 rappresenta schematicamente la logica di controllo del sistema antiribaltamento. · The difference between the volumes of fluid contained in the two side tanks L1V = Vdx- V <> Figure 3 schematically represents the control logic of the anti-tipping system.
Il controllore principale è il regolatore primario del sistema. È grazie alla sua azione che il dispositivo entra in funzione per la prima volta dopo un tratto stradale rettilineo con distribuzione laterale del carico simmetrica. Durante una curva, se il trasferimento di carico laterale eccede un certo valore di soglia, il controllore principale comanda una portata di liquido verso il serbatoio di compensazione interno alla curva, riempiendolo e, conseguentemente, svuotando il serbatoio di compensazione esterno alla curva. Il valore di soglia del trasferimento di carico è differente in base all'andamento dell' accelerazione laterale esterna, con un valore di soglia più basso nel caso di accelerazione laterale in aumento. Non appena, in uscita di curva, i segnali di accelerazione e di trasferimento di carico laterali indicano un miglioramento tendenziale della stabilità laterale del veicolo, il sistema di compensazione comanda l'inizio della fase di ripristino della parità tra i livelli di riempimento dei serbatoi laterali. The master controller is the primary controller of the system. It is thanks to its action that the device comes into operation for the first time after a straight road section with symmetrical lateral load distribution. During a curve, if the lateral load transfer exceeds a certain threshold value, the main controller commands a flow of liquid towards the compensation tank inside the curve, filling it and, consequently, emptying the compensation tank outside the curve. The load transfer threshold value is different according to the external lateral acceleration trend, with a lower threshold value in the case of increasing lateral acceleration. As soon as, when exiting the bend, the acceleration and lateral load transfer signals indicate a tendential improvement in the lateral stability of the vehicle, the compensation system commands the beginning of the phase of restoring parity between the filling levels of the side tanks. .
Si s.upponga,a titolo di esempio, di affrontare una curva a destra: superato il valore di soglia stabilito del coefficiente R, il controllore principale comanda il trasferimento di liquido verso il serbatoio laterale interno alla curva (serbatoio destro), svuotando di conseguenza l'altro serbatoio laterale (serbatoio sinistro). Durante la transizione c1otoidalealla fine della curva, una volta cessata l'azione del controllore principale, il sistema di compensazione verifica che l'accelerazione laterale sia in diminuzione e che il livello di riempimento del serbatoio destro sia maggiore del livello di riempimento del serbatoio sinistro; se tutte le condizioni sono verificate la fase di ritorno alla parità tra i livelli di riempimento dei serbatoi laterali ha inizio ed il sistema di compensazione comanda alle elettropompe di effettuare un trasferimento di liquido verso il serbatoio laterale sinistro. Infine, una volta ultimato il tratto stradale curvilineo, il ristabilimento della condizione iniziale di parità tra i volumi di riempimento dei serbatoi laterali viene portato a termine. Suppose, by way of example, that you face a curve to the right: once the threshold value established for the R coefficient has been exceeded, the main controller commands the transfer of liquid to the lateral tank inside the curve (right tank), emptying accordingly the other side tank (left tank). During the c1otoidal transition to the end of the curve, once the action of the main controller has ceased, the compensation system verifies that the lateral acceleration is decreasing and that the fill level of the right tank is greater than the fill level of the left tank; if all conditions are met, the return to parity phase between the filling levels of the side tanks begins and the compensation system commands the electric pumps to transfer liquid to the left side tank. Finally, once the curvilinear road section has been completed, the re-establishment of the initial condition of parity between the filling volumes of the side tanks is completed.
Il càrico utile massimo trasportabile da una autocisterna equipaggiata con il sistema stabilizzante proposto è pari a quello corrispondente al volume totale del serbatoio centrale più quello corrispondente a uno dei serbatoi laterali completamente pieno (infatti, in base a quanto detto, nella condizione limite di riempimento totale di uno dei serbatoi di compensazione, l'altro risulta completamente vuoto). Ciò comporta una riduzione della quantità di liquido trasportabile, a parità di lunghezza dell'allestimento, rispetto a quello trasportabile da una autocisterna convenzionale. Tale riduzione corrisponde, ad una perdita percentuale di carico utile quantificabile intorno al 15 -20 %, in base all'allestimento originario cui si fa riferimento, ed è parzialmente recuperabile attraverso la costruzione di un allestimento moderatamente più lungo. The maximum useful load that can be transported by a tanker equipped with the proposed stabilizing system is equal to that corresponding to the total volume of the central tank plus that corresponding to one of the side tanks completely full (in fact, according to what has been said, in the total filling limit condition of one of the compensation tanks, the other is completely empty). This involves a reduction in the quantity of liquid that can be transported, with the same length of the bodywork, compared to that which can be transported by a conventional tanker. This reduction corresponds to a quantifiable percentage loss in payload of around 15 -20%, based on the original set-up referred to, and is partially recoverable through the construction of a moderately longer set-up.
La stabilizzazione laterale offerta dal sistema antiribaltamento in questione è il risultato della somma di tre contributi: del contributo attivo fornito dallo spostamento controllato del carico liquido da un serbatoio di compensazione all'altro, e dei contributi passivi forniti dall'abbassamento del baricentro della massa fluida (dovuto alla presenza stessa dei serbatoi laterali) e dall'effetto frenante dovuto all'assorbimento di potenza da parte del sistema di pompaggio. Quest'ultimo infatti assorbe energia direttamente dal motore causando il rallentamento dell' autocisterna in curva, e quindi facendo diminuire l'accelerazione laterale cui questa è sottoposta. La riduzione di velocità conseguente all'assorbimento di potenza da parte del gruppo di pompe, costituisce parte integrante del sistema anti-ribaltamento. I benefici di tale effetto "frenante", seppur lievi, sono naturalmente, tanto più marcati quanto più prolungata è l'azione delle pompe, e contribuiscono in modo maggiormente sensibile nel caso di percorsi in discesa. The lateral stabilization offered by the anti-tipping system in question is the result of the sum of three contributions: the active contribution provided by the controlled displacement of the liquid load from one compensation tank to another, and the passive contributions provided by the lowering of the center of gravity of the fluid mass (due to the very presence of the side tanks) and the braking effect due to the absorption of power by the pumping system. The latter in fact absorbs energy directly from the engine causing the tanker to slow down when cornering, and therefore decreasing the lateral acceleration to which it is subjected. The speed reduction resulting from the absorption of power by the group of pumps is an integral part of the anti-overturning system. The benefits of this "braking" effect, albeit slight, are naturally all the more marked the more prolonged the action of the pumps, and contribute more significantly in the case of downhill runs.
Il sistema proposto, grazie all'azione contemporanea dei tre effetti stabilizzanti precedentemente menzionati, è in grado di migliorare la stabilità laterale di autocisterne parzialmente riempite per ogni tipo di percorso conforme alle "Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade" (Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, Ispettorato Generale per la Circolazione e la Sicurezza Stradale). The proposed system, thanks to the simultaneous action of the three stabilizing effects previously mentioned, is able to improve the lateral stability of partially filled tankers for each type of route in compliance with the "Functional and geometric standards for road construction" (Ministry of Infrastructure and Transport, General Inspectorate for Traffic and Road Safety).
Differentemente dai più diffusi sistemi di prevenzione del ribaltamento per veicoli pesanti, il dispositivo proposto presenta il vantaggio di non prevedere alcuna modifica alle sospensioni dell'autoveicolo ne alcun adattamento dell'impianto frenante e dell'impianto sterzante. Esso infatti agisce direttamente sulla disposizione del carico utile e sulla capacità di variare quest'ultima in base alle condizioni di accelerazione laterale, e quindi di trasferimento di carico in curva. Il sistema antitibaltamento descritto si presta sia all'impiego su autocisterne destinate al trasporto su strada di combustibili (per le quali è previsto che le pompe addette al trasferimento di liquido da un serbatoio di compensazione all'altro siano adatte al pompaggio di liquidi infiammabili) sia all'impiego su autocisterne destinate al trasporto di latte o acqua potabile per le quali disposizioni speciali per la pulizia impediscono l'utilizzo di paratie interne ai serbatoi con conseguente maggiore libertà di movimento del liquido trasportato. Differently from the most common overturning prevention systems for heavy vehicles, the proposed device has the advantage of not requiring any modification to the suspensions of the motor vehicle or any adaptation of the braking and steering systems. In fact, it acts directly on the arrangement of the payload and on the ability to vary the latter according to the conditions of lateral acceleration, and therefore of load transfer when cornering. The anti-tipping system described is suitable both for use on tankers intended for the transport of fuels by road (for which it is foreseen that the pumps for the transfer of liquid from one compensation tank to another are suitable for pumping flammable liquids) and for use on tankers intended for the transport of milk or drinking water for which special cleaning provisions prevent the use of bulkheads inside the tanks with consequent greater freedom of movement of the liquid transported.
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| IT000010A ITCT20090010A1 (en) | 2009-08-05 | 2009-08-05 | ANTI-SUSPENSION SYSTEM FOR COMMERCIAL VEHICLES FOR LIQUID TRANSPORT |
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2009
- 2009-08-05 IT IT000010A patent/ITCT20090010A1/en unknown
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