ITFI20110157A1 - Servomeccanismo bidirezionale per una frenata servoassistita - Google Patents

Description

SERVOMECCANISMO BIDIREZIONALE PER UNA FRENATA SERVOASSISTITA

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al settore dei dispositivi di frenata per veicoli, ed in particolare ha ad oggetto un nuovo servomeccanismo di operatività bidirezionale per frenata servoassistita o cosiddetto “servofreno”.

Dispositivi impiegati per facilitare razionamento della frenata, rendendola controllabile con ridotto grado di sforzo, sono ormai universalmente diffusi negli autoveicoli e motoveicoli.

Differenti tipologie e configurazioni sono state proposte, senza peraltro che da ciò consegua l’arrestarsi di una ricerca evidentemente indirizzata a soluzioni sempre più soddisfacenti per efficienza e sicurezza.

Tale ricerca raggiunge un risultato sorprendentemente efficace con il servomeccanismo bidirezionale secondo la presente invenzione, le cui caratteristiche essenziali sono definite dalla prima delle rivendicazioni annesse.

Concettualmente, l'invenzione prevede l'inserimento in linea, su ciascuno dei condotti dell'olio (fluido in pressione utilizzato come mezzo di trasmissione) che vanno dalla pompa a pedale ai veri e propri dispositivi meccanici di frenaggio (ad esempio e tipicamente gruppi pinza-disco) operanti su una relativa ruota, di un servomeccanismo di estrema semplicità, comprendente un cilindro idraulico con un pistone a moto bidirezionale o doppio effetto. In pratica, l'olio in pressione proveniente dal pedale ad una estremità assiale del cilindro, aziona il suddetto pistone che con il proprio spostamento agisce a sua volta da elemento di pompaggio all'altra estremità, cioè verso i dispositivi di frenaggio.

Sul cilindro, o su uno stelo che può materializzarne la parte centrale delimitata tra due superfici di spinta, il tutto essendo scorrevole a tenuta nella camera del cilindro, opera un attuatore, dotato di un proprio azionamento bidirezionale, tipicamente elettrico, che può dunque sia contrastare la pressione originata dal pedale azionato dal guidatore, diminuendo così la forza esercitata dal dispositivo di frenaggio (evitare il bloccaggio di una o più ruote), sia assistere la suddetta spinta (comportamento servofreno) aumentando la potenza di frenata (a parità di forza di azionamento al pedale).

Praticamente si ha uno sdoppiamento o frazionamento del circuito idraulico, a monte ed a valle del cilindro, con le due frazioni circuitali che pur possono ricevere l'alimentazione di olio da uno stesso, unico serbatoio in modo tradizionale. Il motorino di azionamento dell'attuatore operante sul pistone può essere controllato automaticamente, sulla base di istruzioni preprogrammate, in risposta a rilevazioni effettuate da un sistema di sensori, attraverso i quali è possibile determinare l'esigenza di assistere o contrastare l'azionamento di frenaggio.

Secondo un aspetto particolarmente significativo delTinvenzione, può essere realizzato un sistema di modulazione di frenata antibloccaggio delle ruote ad azione continua, bidirezionale ed anche aggiuntiva rispetto alla forza esercitata sul pedale, consentendo una percezione diretta degli effetti, da parte del guidatore, e con entrata in azione in condizioni al limite del bloccaggio, per cui il guidatore stesso neanche realizza la presenza della servo-assistenza e diminuendo la pressione del piede può ritrovare e ripristinare le normali condizioni di frenata.

Ad esempio, una vantaggiosa modalità di controllo di particolare interesse potrà prevedere che, in una fase di incipiente slittamento della ruota, si vada a seguire ruota per ruota la decelerazione, attraverso sensori di velocità dedicati, al fine di mantenere tale incipiente slittamento (che se controllato realizza condizioni di frenata particolarmente efficaci), aumentando o diminuendo attraverso l’attuatore la forza frenante agente sul freno, in modo che il suddetto slittamento si mantenga all’interno di un intervallo prefissato.

Le caratteristiche e i vantaggi del servomeccanismo bidirezionale per una frenata servoassistita secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di sue forme realizzative, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui vengono mostrate schematicamente, rispettivamente in figura 1 e 2, le configurazioni di massima di due diversi esempi del servomeccanismo.

Con riferimento a dette figure, un circuito idraulico 1 di un impianto di frenatura di un autoveicolo è rappresentato in forma semplificata, ossia mostrando - per esigenze di chiarezza illustrativa, uno solo dei rami o linee 1a che collega una pompa a pedale 2 preposta aN’azionamento della frenata dal parte del guidatore del veicolo, ad una rispettiva ruota su cui interviene il vero e proprio dispositivo di frenaggio (non mostrato e comunque di tipo in sé e per sé tradizionale). Ovviamente gli altri tre rami disposti in parallelo e connessi alle altre tre ruote, simboleggiati dai segmenti di linea 1 b, 1 c, 1 d, avranno configurazione identica a quella del ramo 1a.

L’estremità della linea 1a afferente al dispositivo di frenaggio è indicata dalla freccia F, e tra tale estremità e l’estremità opposta adiacente alla pompa 2 è definita, da mezzi a cilindro 3, una camera 3a in cui scorre lungo una direzione X in entrambe le direzioni, almeno un pistone 4. La direzione X corrisponde all’asse di sviluppo della linea 1a, e dunque il pistone 4 si muove a seguito di un differenziale di pressione del fluido all’interno della camera 3a tra monte e valle, cioè tra il lato in comunicazione idraulica diretta con la pompa 2 e quello in comunicazione idraulica diretta con il dispositivo di frenaggio.

Nella forma realizzativa di figura 1 , è previsto un unico corpo a pistone 4 le cui due estremità definiscono superfici di spinta 4a dotate di guarnizione idraulica 4b su cui opera l’azionamento del fluido in pressione, azionamento che nelle normali condizioni operative prevede che il fluido messo in pressione dalla pompa 2, per effetto dell’azionamento del pedale, spinga il pistone 4 e questo, con il proprio spostamento, agisca a sua volta da elemento di pompaggio all'altra estremità, permettendo così al fluido a valle di trasmettere l’azionamento al dispositivo di frenaggio. La tenuta idraulica del pistone rispetto alle pareti interne della camera 3a è perfezionate da guarnizioni 4c, che bloccano eventuali trafilamenti.

Lo spostamento del pistone 4 è peraltro controllabile anche per effetto di un attuatore meccanico 5, che entra in funzione quando necessario (come si chiarirà tra breve) e che sempre nell’esempio di figura 1 comprende un motore elettrico 6 che opera attraverso un ingranaggio 6a su un riduttore 7 a sua volta ingranante attraverso una trasmissione a pignone/cremagliera con lo stesso pistone 4. Tramite opportuno dimensionamento degli ingranaggi si può evidentemente controllare il rapporto di trasmissione, fermo restando che il motore 6 è in grado di promuovere lo spostamento del pistone 4 in entrambe le direzioni, al fine rispettivamente di assistere o contrastare il movimento corrispondente all’azionamento di frenata precedentemente menzionato, quello cioè di avanzamento lungo la direzione X. Corrispondentemente, si avrà una riduzione o un aumento dello sforzo di azionamento a parità di forza frenante, o un aumento/riduzione di forza frenante a parità di sforzo di azionamento.

Il motore può essere un motore elettrico a corrente continua che riceve e commuta in coppia una corrente elettrica modulata da una scheda elettronica la quale è in grado di agire in tempi estremamente ridotti. Per semplicità rappresentativa, e vista anche la breve corsa necessaria, gli ingranaggi del riduttore 7 si presentano nell’esempio distribuiti su porzioni ad arco semicircolari.

La presenza di un polmone di accumulo del fluido, indicato con 9 e posto in comunicazione idraulica attraverso rami 1e, 1 f, 1g sia con la pompa a pedale, sia con la camera o il sistema di camere previste sul servomeccanismo, per recuperare eventuali trafilamenti, sarà necessario al buon funzionamento del sistema, secondo quanto ovvio ed evidente per un esperto del ramo.

L’attuazione del servomeccanismo sarà controllata come anticipato da un’unità di controllo programmabile a scheda elettronica, che sulla base di rilevazioni da parte di una rete di sensori governerà automaticamente gli interventi dell’attuatore più opportuni alle differenti esigenze operative. La parte fissa del cilindro 3 sarà ovviamente solidale al telaio del veicolo.

Nella forma realizzativa di figura 2 un analogo risultato è ottenuto con un pistone 14 a doppio corpo, con una prima porzione 141 (a monte) ed una seconda porzione 142 (a valle) collegate da uno stelo 143. La porzione a monte 141 si muove entro una rispettiva prima parte di cilindro 131, definente una sezione di camera 131 a messa in pressione dal fluido proveniente dalla pompa 2, mentre la porzione a valle 142 è disposta entro una seconda parte di cilindro 132, che oltre a definire la seconda sezione di camera 132a rivolta verso il dispositivo di frenaggio, ne definisce anche una terza 132b immediatamente a monte della seconda parte di cilindro.

La camera 132b è in comunicazione con il serbatoio polmone 9 attraverso un dotto supplementare 1 g’, chiuso da un’elettrovalvola 18. Appena l’unità di controllo riceve dai sensori informazioni di attuazione, l’elettrovalvola 18 viene chiusa e viene attivata una regolazione della pressione su entrambi i lati del cilindro, cioè sulle camere 132b e 132a. Tali camere sono in comunicazione tramite rispettivi condotti 17 con una valvola idraulica differenziale 16 che riceve fluido in pressione da una pompa azionata elettricamente. L’azionamento della valvola provoca una variazione controllata del differenziale di pressione tra le due sezioni di camera ai due alti della seconda parte di cilindro, e conseguentemente si ha anche in questo caso un’attuazione che si somma o si sottrae all’azionamento principale dato dalla forza esercitata dal guidatore. Al posto della valvola differenziale possono essere evidentemente previste due valvole idrauliche distinte aventi la funzione complessiva di modulare la pressione su almeno un lato della parte di cilindro coinvolta, mettendo l'altro in comunicazione con un polmone di accumulo del fluido.

In generale, il sistema di attuazione, sempre comandato da una scheda elettronica o analogo più semplice comando elettrico, può essere di qualsiasi tipo, elettrico o idrostatico, per cui potranno essere previste ad esempio soluzioni a elettromagnete coassiale al pistone o agente tramite una leva, un attuatore a vite agente anch'esso direttamente sul pistone o tramite un leverismo, un attuatore idraulico avente configurazione simile a quella del sistema meccanico sopra esemplificato e la stessa funzione dinamica.

I vantaggi dell’invenzione possono dunque essere riassunti nei termini seguenti: - bidirezionalità operativa del servomeccanismo;

- capacità di controllare singolarmente e indipendentemente i vari dispositivi di frenaggio, così da ottenere un servocontrollo differenziato ruota per ruota;

- rapidità di comando;

- semplicità costruttiva;

- precisione micrometrica della modulazione dell'attuazione;

- mantenimento di una forza frenante qualsiasi guasto possa verificarsi all’attuazione del servomeccanismo, in quanto la normale operatività del freno rimane comunque salvaguardata.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un impianto di frenatura servoassistita di un veicolo, comprendente; - mezzi di azionamento (2) azionabili da un guidatore del veicolo; - mezzi di frenaggio ad azionamento idraulico agenti su almeno una ruota del veicolo; un circuito idraulico (1) con fluido in pressione che connette detti mezzi di azionamento (2) e detti mezzi di frenaggio, in modo da rendere i secondi operativamente asserviti ai primi; almeno un servomeccanismo disposto su detto circuito (1), in cui detto servomeccanismo comprende: - mezzi a cilindro (3) con pistone (4) a doppio effetto, atto a spostarsi per effetto di un differenziale di pressione di detto fluido tra monte e valle del pistone stesso; - mezzi attuatori (5) operanti in modo bidirezionale su detto pistone (4); e mezzi di controllo atti a controllare detti mezzi attuatori, secondo istruzioni preprogrammabili, in risposta a rilevazioni da parte di una rete di sensori, per cui detti mezzi attuatori (5) sono atti a fornire un aumento o una diminuzione della pressione a valle del pistone, e conseguente variazione della forza frenante esercitata da detti mezzi di frenaggio a parità di sforzo esercitato da detto guidatore.
2. 2. L’impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi attuatori (5) comprendono una trasmissione meccanica agente su detto pistone (4).
3. 3. L’impianto secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi attuatori (5) comprendono un motore elettrico (6) che opera attraverso un ingranaggio (6a) su un riduttore (7) a sua volta ingranante attraverso una trasmissione a pignone/cremagliera con detto pistone (4)
4. 4. L’impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi attuatori (5) comprendono mezzi a pompa comunicanti attraverso una valvola differenziale con camere (132a, 132b) definite su lati opposte di una porzione (142) di detto cilindro.
5. 5. L’impianto secondo la rivendicazione 4, in cui detti mezzi a cilindro comprendono un pistone (14) a doppio corpo, con una prima porzione (141) ed una seconda porzione (142) collegate da uno stelo (143), la prima porzione (141) muovendosi entro una rispettiva prima parte di cilindro (131), definente una sezione di camera (131a) messa in pressione dal fluido proveniente da detti mezzi di azionamento (2), mentre la seconda porzione (142) è disposta entro una seconda parte di cilindro (132), che definisce dette camere (132a, 132b).
6. 6. L’impianto secondo la rivendicazione 5, in cui la camera (132b) a monte di detta seconda porzione di pistone (142) è in comunicazione con un serbatoio polmone (9) attraverso un dotto (1g), chiuso da un’elettrovalvola (18).
7. 7. L’impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui su detto circuito (1) è previsto un polmone di accumulo del fluido posto in comunicazione idraulica con detti mezzi di azionamento (2) e detti mezzi a cilindro (3).