ITMI20061403A1

ITMI20061403A1 - Metodo ed apparato per controllare una sospensione semiattiva

Info

Publication number: ITMI20061403A1
Application number: IT001403A
Authority: IT
Inventors: Sergio Matteo Savaresi; Cristiano Spelta
Original assignee: Milano Politecnico
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-01-20
Also published as: EP2040944B1; WO2008010075A2; EP2040944A2; WO2008010075A3; ATE469777T1; CN101511616B; CN101511616A; US20100121529A1; ES2347191T3; DE602007006956D1

Description

MI 200SA o o 1 4 o a P02628/IT/FC Titolare: Politecnico di Milano

Titolo: “Metodo ed apparato per controllare una

semiattiva.”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un apparato per controllare una sospensione semiattiva in accordo, rispettivamente, con il preambolo della rivendicazione 1 e 14.

Più in particolare, l'invenzione si riferisce ad un metodo e ad un apparato per il controllo in una sospensione semiattiva della dinamica di un generatore di forza controllabile.

Le sospensioni semiattive trovano la loro applicazioni in svariati settori industriali, quali, ad esempio, nell’industria automobilistica, motociclistica, nelle macchine agricole, nei veicoli ferroviari, nei elettrodomestici e similari.

Nella presente descrizione con il termine di massa sospesa ci si riferisce al telaio di un autoveicolo, mentre con il termine di massa non sospesa ci si riferisce alle ruote di un autoveicolo, ovvero cerchione, gomma, impianto dei freni e parte degli organi della trasmissionè.<;>

L’unione tra la massa sospesa e, la<1>massa non sospesa è garantita dalla sospensione che risulta essere composta da un sistema elastico e da un elemento smorzatore, anche chiamato ammortizzatore.

Giova rilevare che tale semplificazione automobilistica vale anche con semplici considerazioni per uno qualunque dei settori industriali precedentemente elencati.

Come noto, le sospensioni si possono distinguere nelle seguenti

Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO 1096 B tipologie:

-passive: costituite da molle e ammortizzatori i cui parametri sono scelti in fase di progetto dalla casa costruttrice e non possono essere variati; e

-semiattive: costituite da molle e ammortizzatori il cui valore di coefficiente di smorzamento può essere variato mediante un sistema di controllo.

E da notarsi che, prescindendo dalla tipologia di sospensione scelta, scopo delle sospensioni è di ottenere i seguenti obiettivi:

-comfort di guida: che risulta essere strettamente connesso con

Γ isolamento del veicolo e quindi del conducente, dalle asperità del terreno;

-tenuta di strada: che risulta essere strettamente connesso alla forza di contatto tra pneumatico e asfalto.

È importante osservare che gli obbiettivi di comfort e tenuta di strada sono intrinsecamente in contrasto tra loro e sarà quindi necessario effettuare una scelta di compromesso tra i due.

Infatti, come ben noto ad un tecnico del ramo, un veicolo dotato di una sospensione particolarmente “morbida” sarà in grado di deformarsi molto velocemente e quindi di assorbire qualsiasi asperità della strada, ma, per contro, è suscettibile di perdere facilmente il contatto tra ruota e asfalto diminuendo l’aderenza del veicolo, rendendolo praticamente inguidabile.

Al contrario, un veicolo dotato di una sospensione particolarmente “rigida” avrà un’ottima tenuta di strada a scapito dell’isolamento dal terreno, cioè a deperimento del comfort di guida.

Con riferimento alla figura 1, in cui è mostrato lo spettro delle accelerazioni di un elemento di una sospensione passiva, ad esempio della

Ing. Fabio CICERI 6Uscr. ALBO )$B-B 3 3⁄4To<p>massa sospesa, si nota un primo profilo 1, cui corrisponde una sospensione passiva particolarmente “morbida” o a coefficiente di smorzamento minimo cmin, un secondo profilo 2, cui corrisponde una sospensione passiva particolarmente “rigida” o a coefficiente di smorzamento massimo cmax. e un terzo profilo 3, cui corrisponde una sospensione passiva di compromesso o standard.

In particolare, tale terzo profilo 3 risulta essere una delle possibili scelte di compresso che usualmente vengono effettuate da parte dei costruttori per garantire un adeguato compromesso tra comfort e tenuta di strada.

È proprio per soddisfare una siffatta esigenza, che sono state sviluppate le sospensioni semiattive le quali permettono, utilizzando opportuni logiche o metodi di controllo, attuati mediante specifici apparati di controllo, di migliorare, allo stesso tempo, sia il comfort di guida che la tenuta di strada rispetto alle sospensioni di tipo passivo.

Le principali differenze riscontrabili fra le sospensioni semiattive possono identificarsi nella diverse logiche di controllo o nei diversi tipi di generatori di forza regolabili (o ammortizzatori) utilizzabili.

Per quanto concerne le logiche o metodi di controllo, esse possono essere sviluppate in funzione di un numero finito di livelli preselezionati in fase di progetto dal costruttore, ad esempio due livelli, quali un livello “on” ed un livello “off’, oppure continui.

In figura 2 sono illustrati vari profili tipici dello spettro delle accelerazioni di un elemento di una sospensione, quale ad esempio la massa sospesa, in funzione di metodi di controllo quali Sky-Hook, Acceleration-Driven-Damping (noti nello stato della tecnica) e raffrontati con il profilo 3, cui

Ing. Fabio CICERI (Kproprjo e corrisponde, come precedentemente descritto in relazione alla figura 1 , una sospensione passiva avente un coefficiente di smorzamento di compromesso.

In particolare, in tale figura 2, si nota un profilo 4 che rappresenta un metodo di controllo a due stati Sky-Hook (SH), tipicamente “on” e “off’, ed un altro profilo 5 che rappresenta un altro metodo di controllo sempre a due stati Acceleration-Driven-Damping (ADD).

Tali metodi di controllo, Sky-Hook e/o Acceleration-Driven-Damping, prevedono, in buona sostanza, di imporre mediante opportuni sistemi di controllo un segnale di comando (ad esempio una corrente pilotata da una centralina di controllo) in grado di variare il coefficiente di smorzamento dell 'ammortizzatore, nella fattispecie tra un livello “on” ed un livello “off’.

È da notarsi che il livello “on” coincide con il coefficiente di smorzamento cmaxed il livello “off’ coincide con il coefficiente di smorzamento cmindell 'ammortizzatore. Tali coefficienti cmaxe cminsono scelti dal costruttore in fase di progetto della sospensione in relazione alla tipologia di veicolo cui è destinata la sospensione stessa.

Per quanto attiene alle diverse tipologie di generatori di forza regolabili (o ammortizzatori), che hanno come caratteristica peculiare quella di potere variare il proprio coefficiente di smorzamento in funzione del segnale di comando, si possono distinguere le seguenti tipologie:

-Ammortizzatori CDC (Continuously Damping Control), il cui funzionamento è basato sulla variazione della dimensione degli orifizi che collegano la camera superiore e inferiore del pistone dell’ammortizzatore, ossia è possibile cambiare la velocità con cui la sospensione toma alla posizione di equilibrio; e

Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO J<3⁄46 B - Ammortizzatori reologici il cui funzionamento prevede l’uso di fluidi reologici, ossia di fluidi che presentano una viscosità variabile in funzione di un opportuno campo elettrico e/o magnetico (anche chiamati rispettivamente ammortizzatori Elettroreologici o Magnetoreologici).

Sono noti nello stato della tecnica svariati documenti brevettuali che illustrano le diverse logiche di controllo e/o apparati in grado di controllare la dinamica di una sospensione semiattiva, quali ad esempio, quelli qui di seguito elencati:

-US 6,904,344 dal titolo “Semi-Active Shock Absorber Control System”;

-US 6,311,110 dal titolo “Adaptive Off-State Control Method”;

-US 6,115,658 dal titolo “No-Jerk Semi-Active Skyhook Control Method and Apparatus”;

-US 5,732,370 dal titolo “Method for Controlling Motion Using twostage Adj us table Damper’ ’ ;

-US 5,088,760 dal titolo “Semi-Active Suspension Control System with Reduced Switching Frequency in Hard and Soft Suspension Characteristics”; e

-US 5,062,657 dal titolo “On/Off Semi-Active Suspension Control”.

Tali documenti brevettuali si basano su una analisi “semplificata” della dinamica della sospensione, che dal punto di vista concettuale è rappresentata in figura 3.

In tale figura 3, è illustrata una cosiddetta “quarter car view”, ossia una vista parziale e schematica del veicolo oggetto di simulazione, in cui si nota un sistema di sospensione controllabile 6 in grado di interconnettere la massa sospesa 7 (“M”) di un veicolo con massa non sospesa 8 (“m”) di tale veicolo.

Ing. Fabio CI ERI N. Iscr. ALBO 1 jrìq e per

O<'>B tu A tal fine la sospensione controllabile 6 comprende un generatore di forza controllabile (o ammortizzatore controllabile) 6A ed una molla 6B in grado di controllare la dinamica verticale della massa non sospesa 8, che nella rappresentazione di figura 3 è raffigurata percorrere il profilo di una strada 9.

Si evince altresì dalla figura 3 che il profilo della strada 9 induce i seguenti spostamenti alla sospensione 6:

-zrspostamento profilo strada 9 rispetto ad un piano di riferimento H;

-z, spostamento della massa non sospesa “m” del veicolo rispetto al piano di riferimento H;

-z spostamento della massa sospesa “M” del veicolo rispetto a detto piano di riferimento H.

Tra i documenti brevettuali prima elencati, i documenti US 6,311,110, US 6,115,658, US 5,732,370, US 5,088,760 e US 5,062,657 presentano in comune l’apparato di misurazione 10, anch’esso illustrato schematicamente in figura 3.

In particolare, tale apparato di misurazione 10 comprende un sensore di accelerazione 10A montato sulla massa non sospesa 8 ed un potenziometro lineare (anche chiamato estensimetro) 10B, posizionato tra tale massa non sospesa 8 e quella vincolata 7.

Nel documento brevettuale US 6,904,344, in alternativa al potenziometro lineare 10B, è previsto un sensore di accelerazione posizionato sulla massa vincolata (non illustrato nella figura 3).

I metodi di controllo illustrati dai documenti brevettuali prima citati si possono suddividere nei seguenti tre gruppi:

1° gruppo: i documenti brevettuali US 6,311,110 e US 6,115,658 hanno

Ing. Fabio CICERI N. Iscr. AL LBC(yrfTbì>9966 B [ϊή proprio eθώΒΓ Ali altri) 10 scopo di migliorare degli aspetti critici del metodo di controllo Sky-Hook. Tuttavia, tali metodi dipendono fortemente dalle procedure di calibratura specifiche del veicolo su cui la sospensione è montata.

11° gruppo: i documenti brevettuali US 6,904,344, US 5,732,370 e US 5,062,657 basano i metodi di controllo su un calcolo semplificato della forza ottimale che la sospensione dovrebbe sviluppare in particolari condizioni, come 11 raggiungimento del fondo corsa della sospensione, limitando così la loro efficacia a particolari eventi.

UT gruppo: nel documento brevettuale US 5,088,760 è descritto un metodo di controllo basato su una fase di elaborazione di segnali relativi ad una pluralità di sensori alloggiati sulla sospensione; tuttavia le prestazioni di rilevazione di tali sensori risultano essere limitate solo ad una parte della banda di frequenze caratteristiche del sistema.

In vista dello stato della tecnica descritto, scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo ed un apparato per controllare in un sistema di sospensione controllabile un generatore di forza regolabile che sia in grado di risolvere gli inconvenienti riscontrati nei metodi e negli apparati realizzati secondo la tecnica nota.

In accordo con la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto mediante un metodo per controllare in un sistema di sospensione controllabile un generatore di forza controllabile, in accordo con la rivendicazione 1.

Tale scopo è anche raggiunto mediante un apparato per controllare in un sistema di sospensione controllabile un generatore di forza controllabile, in accordo con la rivendicazione 14.

Grazie alla presente invenzione è possibile ottenere un metodo di Ing. Fabio CICERI N. Iscr. A

g

controllo che, dopo una fase di elaborazione di opportuni segnali di misura della dinamica della sospensione, consente di ottimizzare la risposta della sospensione in modo veloce ed efficiente.

11 metodo inventivo consente il reale sfruttamento delle capacità di una sospensione semiattiva, ottimizzandone le prestazioni garantendo una migliore aderenza, altezza da terra, reagendo alle forze esterne, controllando rollio beccheggio e imbardata, filtrando disturbi di varia natura, in maniera più accurata e precisa rispetto alla tecnica nota

Infine, ma non per questo meno importante, la bassa complessità dell’apparato di controllo rende particolarmente vantaggioso implementare il metodo inventivo.

Infatti, i metodi di controllo sviluppati in accordo con le tecniche note forniscono risultati peggiori con una complessità di calcolo quasi sempre maggiore.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di più forme di realizzazione pratica, illustrate a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

-la figura 1 mostra profili tipici dello spettro delle accelerazioni di un elemento di una sospensione in funzione di coefficiente di smorzamento cmjn, Cmax e Csundard; i*<1>accordo con la tecnica nota;

-la figura 2 mostra profili tipici dello spettro delle accelerazioni di un elemento di una sospensione in funzione di metodi di controllo quali Sky-Hook, Acceleration-Driven-Damping, in accordo con la tecnica nota;

-la figura 3 mostra una vista “quarter car”, in accordo con la tecnica nota;

Ing. Fabio CICERI N. Iscr.

proprio e

-le figure da 4 a 6 mostrano tre possibili forme realizzative del metodo e dell’apparato in accordo con la presente invenzione;

-la figura 7 mostra il confronto tra profili tipici dello spettro delle accelerazioni di un elemento di una sospensione ed i profili ottenuti mediante Γ impiego del metodo di controllo in accordo con la presente invenzione.

Nel proseguo della descrizione si farà riferimento, per semplicità di descrizione, ad una sospensione semiattiva in relazione allo specifico settore dell’industria automobilistica, ma è evidente che la seguente descrizione è valida anche per sospensioni semiattive destinate ad essere implementate in motocicli, macchine agricole, veicoli ferroviari, elettrodomestici e similari.

Con riferimento alle annesse figure da 4 a 7, è indicato con 11 l’apparato per il controllo, in un sistema di sospensione controllabile 12, di un generatore di forza controllabile 13.

Il sistema di sospensione controllabile 12 è interconnesso tra un primo elemento 14 ed un secondo elemento 15.

Tale generatore di forza controllabile 13 (o ammortizzatore controllabile) in unione con una molla 16 di costante elastica k è in grado di controllare la dinamica verticale della massa non sospesa “m” del veicolo (o ruota).

La massa non sospesa “m” si identifica con il secondo elemento 15 che nella presente rappresentazione è raffigurata mediante una molla 17 di costante elastica k,.

Dalle figure 4-6, si nota altresì che il profilo della strada 18 induce i seguenti spostamenti sulla sospensione 12:

-zrspostamento profilo strada 18 rispetto ad un piano di riferimento H;

Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO

IO

-ztspostamento della massa non sospesa “m” del veicolo rispetto al piano di riferimento H;

L’apparato di controllo 11 comprende i seguenti elementi:

-primi mezzi di rilevazione 19 per rilevare opportune grandezze fisiche in modo tale da generare un primo SI ed un secondo segnale S2 rappresentativi di dette grandezze fisiche;

-mezzi di controllo 20 atti a ricevere detto primo segnale SI e detto secondo segnale S2 per generare un segnale di controllo S^ per controllare la dinamica dello smorzamento di detto generatore di forza controllabile 13.

1 mezzi di rilevazione 19 possono ad esempio rilevare grandezze fisiche quali la velocità, l’accelerazione e simili indotte sulla sospensione 12 allorquando il veicolo (non illustrato nelle figure annesse) percorre il profilo stradale 18.

Nella forma realizzativa illustrata in figura 4, il primo segnale SI può rappresentare l’accelerazione che subisce detto primo elemento 14 mentre il veicolo percorre il profilo di detta strada 18 ed il secondo segnale S2 può rappresentare la velocità di detto primo elemento 14 mentre il veicolo percorre il profilo di detta strada 18.

In altre parole, il segnale SI è identificabile con la derivata seconda dello spostamento z della massa sospesa “M” mentre il segnale S2 è identificabile con la derivata prima dello spostamento z della massa sospesa “M", ossia:

- il segnale SI è identificabile con z(t) , ossia la derivata seconda dello

. Fabio CICERI

spostamento z;

- il segnale S2 è identificabile con∑(t) , ossia la derivata prima dello spostamento z.

I primi mezzi di rilevazione 19 si concretizzano, nella forma realizzativa illustrata in figura 4, in un accelerometro 19A operativamente associato a detto primo elemento 14, atto a rilevare l’accelerazione di detto primo elemento 14 e a generare detto primo segnale S 1 (ossia la derivata seconda dello spostamento z cioè z(f)) ed in un dispositivo di integrazione 19B atto ad eseguire l’operazione di integrazione di detto primo segnale S 1 per ottenere il segnale S2 (ossia la derivata prima dello spostamento z cioè z(t) ) rappresentativo della velocità di detto primo elemento 14.

Analoghe considerazioni possono essere svolte per quanto concerne la forma realizzativa illustrata in figura 5, ad eccezione del fatto che Γ accelerometro 19A è operativamente associato a detto secondo elemento 15.

Nella forma realizzativa illustrata in figura 5, Γ accelerometro 19A è atto a rilevare P accelerazione di detto secondo elemento 15 per generare detto segnale S 1.

Con riferimento alle forme realizzative illustrate nelle figure 4 e 5, i mezzi di controllo 20 sono atti a generare, vantaggiosamente, detto segnale di controllo Sinche risulta essere funzione del valore del rapporto tra detto primo segnale SI al quadrato e detto secondo segnale S2 al quadrato in modo tale da discriminare se gli elementi della sospensione 12 presentano un comportamento in alta o in bassa frequenza.

Più in particolare, i mezzi di controllo 20 sono atti a generare detto segnale di controllo Sj„ in funzione di una prima legge di smorzamento LI Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBpyi 096 B - gli altri) 1 (JJUC allorquando il valore del rapporto tra detto primo segnale SI al quadrato e detto secondo segnale S2 al quadrato sia minore o uguale di una predeterminata costante, oppure detti mezzi di controllo 20 sono atti a generare detto segnale di controllo Sj„ in funzione di una seconda legge di smorzamento L2 allorquando il valore del rapporto tra detto primo segnale SI al quadrato e detto secondo segnale S2 al quadrato sia maggiore di detta predeterminata costante.

In altre parole, i mezzi di controllo 20 generano il segnale di controllo Sjnin base alla seguente funzione:

ossia i mezzi di controllo 20 applicano la prima legge di controllo LI se:

oppure i mezzi di controllo 20 applicano la seconda legge di controllo L2 se:

dove

z{t) è l’accelerazione espressa in m/s<2>di detto primo elemento 14 della sospensione controllabile 12 misurata al tempo t;

z(t ) è la velocità espressa in m/s di detto primo elemento 14 della sospensione controllabile 12 misurata al tempo t;

a è la frequenza di invarianza espressa in rad/sec, ossia la costante che rappresenta la frequenza atta a discriminare l’insieme delle frequenze tra alte e basse frequenze.

Giova rilevare che a è un parametro fisso ed è determinato a priori in fase di progetto della sospensione controllabile 12.

Giova altresì rilevare che le leggi di smorzamento precedentemente Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO € B prjp e pé altri) H O λ UUM identificate possono essere alternativamente applicate al primo elemento 14 ( o massa sospesa “M” del veicolo) o al secondo elemento 15 (o massa non sospesa “m” di tale veicolo).

Pertanto, la funzione f(t) identificata in [1] è una funzione in grado di discriminare tra alta e bassa frequenza, cioè se f(t)>0 si è nel campo delle alte frequenze, mentre se f(t)<0 si è nel campo delle basse frequenze.

In pratica la funzione f(t) consente di discriminare se un elemento della sospensione 12 presenta un comportamento in alta o bassa frequenza, ossia la funzione f(t) è applicabile alternativamente al primo 14 o al secondo elemento 15, qualora si voglia determinare se il primo 14 o il secondo elemento 15 presentano dinamiche in alta o bassa frequenza.

Pertanto, gli elementi della sospensione 12 presentano un comportamento in alta frequenza se il valore della frequenza è maggiore del valore delle frequenza di invarianza a (cff. Figura 1 e 2), oppure presentano un comportamento in bassa frequenza se il valore della frequenza è inferiore del valore delle frequenza di invarianza a (cff. Figura l e 2).

Per la scelta della costante a in una sospensione controllabile in grado di lavorare alternativamente ad alto o basso smorzamento (ossia rispettivamente Cmax<0>Cmin) giova rilevare che esiste una frequenza di lavoro propria della sospensione in cui è indifferente che il generatore di forza regolabile 13 sia controllato ad operare a basso od alto coefficiente di smorzamento.

In altre parole, pur scegliendo un coefficiente di smorzamento Cmaxo Cmu,, il comportamento della sospensione controllabile 12 non cambia.

Tale frequenza è chiamata frequenza di invarianza e imponendo tale valore di frequenza nella funzione f(t) identificata in [1] si ottiene il valore della

Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO B (ifTproprio e pw® altri) foL·: o 73<Cia>' frequenza di invarianza della sospensione controllabile 12.

Il valore della costante a è calcolabile mediante la funzione qui di seguito descritta:

a = -J2kl M

ossia >/2 volte la risonanza della massa sospesa M essendo k la rigidezza della sospensione.

Valori tipici per l’esempio in discussione, ossia una sospensione semiattiva in relazione allo specifico settore dell’industria automobilistica, identificano come possibile intervallo di valori per la costante a quello compreso tra 1 ,5 e 2,5 Hz, preferibilmente 1,8Hz (cfr. figura 1 e figura 2)

Giova rilevare che qualora ci si riferisse ad una sospensione semiattiva in relazione allo specifico settore dell’industria motociclistica, l’intervallo di valori possibile per la costante a sarebbe quello compreso tra 1,5 e 5Hz, preferibilmente 4Hz.

Vantaggiosamente, nella preferita forma realizzativa della presente invenzione, la prima legge di smorzamento LI da applicare al generatore di forza regolabile 13 può essere pari ad un primo coefficiente di smorzamento e la seconda legge di smorzamento L2, da applicare al generatore di forza regolabile 13, può essere pari ad un secondo coefficiente di smorzamento.

In altre parole, i mezzi di controllo 20 sono atti a generare il segnale di controllo Sinin cui la legge LI coincide con un primo coefficiente di smorzamento oppure in cui la legge L2 coincide con un secondo coefficiente di smorzamento al verificarsi della seguente relazione:

-se il valore del rapporto di z(t)<2>j z{t )<2>è minore di a<2>allora al generatore di forza controllabile 13 è imposta la prima legge di smorzamento Ing. Fabio CICERI . ALBOX096J3 LI, che può coincidere con detto primo coefficiente di smorzamento che nella fattispecie risulta essere il coefficiente di smorzamento massimo cmax;

-se il valore del rapporto di z{t)<2>j z(t)<2>è maggiore di a<2>allora al generatore di forza controllabile 13 è imposta la seconda legge di smorzamento L2, che può coincidere con detto secondo coefficiente di smorzamento che nella fattispecie risulta essere il coefficiente di smorzamento minimo cmin-E da notarsi che i coefficienti di smorzamento cmaxo cmjn, imposti al generatore di forza regolabile 13, come valori specifici delle leggi di controllo LI e L2, rispettivamente, sono scelti dal costruttore in fase di progetto della sospensione 12, laddove cmindeve essere il più basso (possibilmente ai limiti tecnici imposti dalla tipologia di sospensione) e cmaxdeve essere sufficiente a smorzare le sollecitazioni indotte dal profilo della strada 18 sulla sospensione 12.

In particolare, tali coefficienti di smorzamento cmaxo cminsono selezionati sia in relazione alla specifica tipologia di veicolo cui è destinata la sospensione 12 che per l’obiettivo per cui è stata progettata la sospensione 12, ossia un obbiettivo di comfort di guida o di tenuta di strada.

Giova inoltre rilevare che, per implementare il metodo di controllo del generatore di forza controllabile 13 nelle forme realizzative illustrate in figura 4 e 5, è necessario controllare la dinamica della sospensione controllabile 12 ad intervalli di tempo T prefissati.

Ad esempio, un intervallo T deve essere minore o uguale di 1/2F, laddove F rappresenta la massima frequenza che si vuole controllare.

Il metodo di controllo della sospensione 12 deve dunque selezionare ogni T se imporre al generatore di forza controllabile 13 un basso coefficiente di Ing. Fabio CICERI

smorzamento o un alto coefficiente di smorzamento.

In altre parole il metodo di controllo comprende la seguente fasi:

-rilevare il primo segnale SI rappresentativo della accelerazione {z{t) ) del primo elemento 14 della massa sospesa “M”;

-rilevare un secondo segnale S2 rappresentativo della velocità (z(0 ) di del primo elemento 14 della massa sospesa “M”;

-determinare il valore del rapporto tra detto primo segnale S 1 al quadrato e detto secondo segnale S2 al quadrato; e

-applicare al generatore controllabile di forza 13 un segnale di controllo di smorzamento Sj„ in funzione del valore così da discriminare se i componenti della sospensione 12 presentano una dinamica in alta o in bassa frequenza.

In particolare, il segnale di controllo Sj„ dello smorzamento prevede che se:

-il valore il valore del rapporto tra detto primo segnale S 1 al quadrato e detto secondo segnale S2 al quadrato (ossia il rapporto di z(t)<2>f z(t)<2>) è minore di a<2>allora imporre la prima legge di smorzamento LI, così da applicare il coefficiente di smorzamento massimo cmax;

-se il valore del rapporto tra detto primo segnale SI al quadrato e detto secondo segnale S2 al quadrato (ossia il rapporto di z(t)<2>f z(t)<2>) è maggiore di a<2>allora al generatore di forza controllabile 13 è imposta la seconda legge di smorzamento L2, così da applicare il coefficiente minimo cmm.

Come precedentemente descritto, il metodo di controllo può essere implementato rilevando la velocità e Γ accelerazione del secondo elemento 15, ossia della massa non sospesa “m”, ossia le leggi di smorzamento precedentemente identificate LI e L2 possono essere alternativamente applicate Ing. Fabio CICERI NJscr. ALBOyf&S B al primo elemento 14 (o massa sospesa "M” del veicolo) o al secondo elemento 15 (o massa non sospesa “m” di tale veicolo).

Vantaggiosamente, è possibile migliorare le prestazioni del metodo di controllo precedentemente illustrato, ricorrendo alla forma realizzativa dell’apparato di controllo 11 illustrata in figura 6.

Con riferimento ora in particolare alla figura 6, si nota che l’apparato di controllo 11 comprende ulteriormente secondi mezzi di rilevazione 2 1 per rilevare opportune grandezze fisiche in modo tale da generare un terzo S 3 ed un quarto segnale S4 rappresentativo di dette grandezze fisiche.

1 mezzi di rilevazione 21 possono, ad esempio, rilevare grandezze fisiche quali la velocità, l’accelerazione e simili indotte sulla sospensione 12 allorquando il veicolo (non illustrato nelle figure annesse) percorre il profilo stradale 18.

In particolare, il terzo segnale S3 può rappresentare Γ accelerazione che subisce detto secondo elemento 15 mentre il veicolo percorre il profilo di detta strada 18 ed il quarto segnale S4 può rappresentare la velocità di detto secondo elemento 15 mentre il veicolo percorre il profilo di detta strada 18.

In altre parole, il segnale S3 è identificabile con la derivata seconda dello spostamento z, mentre il segnale S4 è identificabile con la derivata prima dello spostamento zhossia:

- il segnale S3 è identificabile con z,(/) , ossia la derivata seconda dello spostamento z,; e

- il segnale S4 è identificabile con ( z,{t) , ossia la derivata prima dello spostamento zt.

1 mezzi di controllo 20, vantaggiosamente, nella forma realizzativa

Ing. Fabio CICERI N. tscr. A

iprio

illustrata in figura 6, sono atti a ricevere, oltre al primo segnale SI ed al secondo segnale S2, anche detto terzo S3 e quarto S4 segnale.

I secondi mezzi di rilevazione 21 si concretizzano in un accelerometro 21 A operativamente associato a detto secondo elemento 15, atto rilevare l’accelerazione di detto secondo elemento 15 e a generare detto terzo segnale S3 (ossia la derivata seconda dello spostamento zhcioè ed in un dispositivo di integrazione 21B atto ad eseguire l’operazione di integrazione di detto terzo segnale S3 per ottenere il segnale S4 (ossia la derivata prima dello spostamento zt,cioè zi(t ) ) rappresentativo della velocità di detto secondo elemento 15.

Vantaggiosamente i mezzi di controllo 20 sono dunque atti a generare il segnale di controllo Sinper controllare detto generatore di forza controllabile 13.

A tale fine, i mezzi di controllo 20 sono atti a generare detto segnale di controllo Sinche deve essere applicato a detto generatore di forza controllabile 13 in funzione delle seguenti condizioni:

-se il valore del rapporto ∑(t)<2>j z(t)<2>è minore di a<1>, il segnale di controllo Sindeve soddisfare la legge di controllo comunemente nota come Sky-Hook; mentre

-se il valore del rapporto z(t)<2>j z{t)<2>è maggiore di a<1>, il segnale di controllo Si„ deve soddisfare la legge di controllo comunemente nota come Ac celerai ion-Driven-Damping (ADD).

Le leggi di smorzamento che governano la logica di controllo Sky-Hook e Acceleration-Driven-Damping (ADD) sono qui di seguito riportate:

Sky-Hook (2 stati): S„ (t) = cMAX=> z(z- z, ) > 0 [4]

Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO 109(B B ADD (2 stati): Sm( t ) = cK1AX=> z(∑- z, ) ≥ 0 [6]

Sm(0 = cWN=> z(z- z, ) < 0 [7]

dove

z(t) è l’accelerazione espressa in m/s<2>di detto primo elemento 14 della sospensione controllabile 12 misurata al tempo t;

z,(f) è la velocità verticale espressa in m/s del secondo elemento 15 della sospensione controllabile 12 calcolata al tempo t;

Sj„(t) è il segnale di controllo da imporre al generatore di forza controllabile 13 in funzione del verificarsi delle anzidette condizioni.

In altre parole, i mezzi di controllo 20 sono atti ad imporre al generatore di forza controllabile 13 la legge di controllo Sky-Hook per valori del rapporto z{t)<2>/ z(t)<2>minori di a<2>e la legge di controllo Acceleration-Driven-Damping per valori del rapporto z(f)<2>/ z(f)<2>maggiori di a<2>.

Più in particolare, il segnale di controllo Sinè in grado di variare il coefficiente di smorzamento del generatore di forza controllabile 13 in accordo con detta prima legge di smorzamento LI o con detta seconda legge di smorzamento L2 allorquando sono verificate le seguenti condizioni:

-imporre la prima legge di smorzamento LI, ossia coefficiente di smorzamento cmaxqualora sia soddisfatta la condizione in accordo alla quale la funzione f(t) indicata in [1] sia minore od uguale a zero e che sia soddisfatta la condizione della logica di controllo della legge SkyHook indicata in [4], ossia

oppure qualora sia soddisfatta la condizione in accordo alla quale la

rig. Fabio CICERI N. lscr. ALBO 10βρ B funzione f(t) indicata in [1] sia maggiore di zero e che sia soddisfatta la condizione della logica di controllo della legge Acceleration-Driven-Damping indicata in [6], ossia z<1>— a<2>z<1>> 0 e z(z- z, ) > 0 ;

-imporre la seconda legge di smorzamento L2, ossia coefficiente di smorzamento cmjnqualora sia soddisfatta la condizione in accordo alla quale la funzione f(t) indicata in [1] sia minore od uguale a zero e che sia soddisfatta la condizione della logica di controllo della legge SkyHook indicata in [5] ossia z<2>-a<2>z<2><0 e z(z-z1) < 0,

oppure qualora sia soddisfatta la condizione in accorda alla quale la funzione f(t) indicata in [1] sia maggiore di zero e che sia soddisfatta la condizione della logica di controllo della legge Acceleration-Driven-Damping indicata in [7], ossia z<2>- a<2>z<2>> 0 e z(z-zt) < 0 ;

dove a è costante (identificabile con la frequenza di invarianza) espressa in rad/sec, ossia la costante che rappresenta la frequenza atta a discriminare V insieme delle frequenze tra alte e basse frequenze, detta costante a essendo pari al valore calcolabile mediante la forma precedentemente illustrata, ossia a = yjlk/M (cff. figura 1 e figura 2).

Vantaggiosamente, per implementare il metodo di controllo del generatore di forza controllabile 13 nella forma realizzativa illustrata in figura 6, è necessario controllare la dinamica della sospensione controllabile 12 ad un prefissato intervallo di tempo prefissato T.

11 metodo di controllo della sospensione 12 deve dunque selezionare ogni T se imporre al generatore di forza controllabile 13 un basso coefficiente di

Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO 1∞6 B nfproprìo e pajgtf altri) 21 Γο smorzamento o un alto coefficiente di smorzamento.

In altre parole, il metodo di controllo, in relazione alla specifica forma realizzativa illustrata in figura 6, comprende oltre alle fasi precedentemente descritte in relazione al metodo di controllo delle forme realizzative illustrate in figura 4 e 5, anche le ulteriori seguenti fasi:

-rilevare il terzo segnale S3 rappresentativo della accelerazione di detto secondo elemento (15), ossia S3 è identificabile con zf(/) ;

-rilevare il quarto segnale S4 rappresentativo della velocità di detto secondo elemento (15), ossia S4 è identificabile conz,(f) ;

-imporre la prima legge di smorzamento LI, ossia coefficiente di smorzamento cmaxse:

z<2>-a<2>∑<2>< 0 (ossia la funzione f(t) indicata in [1]) e z(z-z,) > 0 (ossia la logica di controllo SkyHook indicata in [4])

oppure z<2>-a<2>z<2>>0 (ossia la funzione f(t) indicata in [1]) e z(z- zr) > 0 (ossia la logica di controllo ADD indicata in [6]);

-imporre la prima seconda di smorzamento L2, ossia coefficiente di smorzamento cmjnse:

z<2>-a<2>z<2>< 0 (ossia la funzione f(t) indicata in [1]) e z(z- z,) < 0 (ossia la logica di controllo SkyHook indicata in [5])

oppure z<2>-a<2>z<2>>0 (ossia la funzione f(t) indicata in [1]) e ζ(ζ-ζ,) < 0 (ossia la logica di controllo ADD indicata in [7]).

Giova rilevare che il generatore di forza controllabile 13 si concretizza in un ammortizzatore controllabile del tipo precedentemente descritto con riferimento alla tecnica nota, ossia ammortizzatori CDC (Continuously Damping Control), ammortizzatori reologici.

Fabio CICERI Iscr. ALBQ4096 B ^-proprio θ/par gli altri) Λ/\ //3⁄4 CLiX Giova infine rilevare che i mezzi di controllo 20 si concretizzano in una E.C.U. normalmente reperibile in commercio.

Con riferimento ora alla figura 8, si nota un primo profilo 22, raffigurante il risultato ottenibile con la forma realizzativa dell’apparato di controllo illustrato nelle figure 4 e 5, ed un secondo profilo 23 raffigurante il risultato ottenibile con la forma realizzativa dell’apparato di controllo illustrato nella figura 6 ed un terzo profilo 24 raffigurante l’ottimo teorico ma non implementabile ottenibile da una sospensione semiattiva.

Come si evince da tale figura, il profilo 22, ottenuto mediante l’apparato di controllo descritto in relazione alle figure 4 e 5, consente il raggiungimento di risultati soddisfacenti anche se leggermente degradati rispetto al profilo 23.

Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti alle configurazioni sopra descritte, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione dell'invenzione quale definita dalle seguenti rivendicazioni.

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Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO 1096 B (hfpreprlo e pwgli àltri) /ό3⁄4Γο Jyvcu^

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per controllare in un sistema di sospensione controllabile (12), un generatore di forza controllabile (13), detto sistema di sospensione controllabile (12) essendo interconnesso tra un primo elemento (14,15) ed un secondo elemento (15,14), detto metodo comprendendo le fasi di: -rilevare un primo segnale (SI) rappresentativo della accelerazione ( z(t ) ) di detto primo elemento (14,15); -rilevare un secondo segnale (S2) rappresentativo della velocità ( z(t) ) di detto primo elemento (14,15); -determinare il valore del rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo segnale (S2) al quadrato; e -applicare a detto generatore controllabile di forza (13) un segnale di controllo (Sj„) in funzione del valore di detto rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo segnale (S2) al quadrato, così da discriminare se detto sistema di sospensione controllabile (12) presenta una dinamica in alta o in bassa frequenza.
2. Metodo in accordo con la rivendicazione 1, in cui detta fase di applicare a detto generatore controllabile di forza (13) una legge di controllo di smorzamento (Sj„) comprende le ulteriori fasi di: -applicare una prima legge di smorzamento (L1,L2) a detto generatore controllabile di forza (13) nel caso in cui il valore del rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo segnale (S2) al quadrato sia minore o uguale di una predeterminata costante (a) al quadrato, cioè z(f)<2>/ z(t)<2><a<2>oppure -applicare un seconda legge di smorzamento (L1,L2) a detto generatore Ing. Fabio CICERI N. fscr. ALBCM096 B li<">altri) 24 xu? controllabile di forza nel caso in cui il valore del rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo segnale (S2) al quadrato sia maggiore di detta predeterminata costante (a) al quadrato, cioè z(t)<2>f z(t)<2>> a<1>.
3. Metodo in accordo con la rivendicazione 2, in cui detta fase di applicare una prima legge di smorzamento (L1,L2) a detto generatore controllabile di forza (13) comprende la fase di imporre un primo coefficiente di smorzamento (cmax,Cmm) a detto generatore controllabile di forza (13).
4. Metodo in accordo con la rivendicazione 2 o 3, in cui detta fase di applicare una seconda legge di smorzamento (L1,L2) comprende la fase di imporre un secondo coefficiente di smorzamento (cmm,cmax) a detto generatore controllabile di forza (13).
5. Metodo in accordo con le rivendicazioni da 1 a 4, comprendente l’ulteriore fase di ripetere le fasi di rilevare detti primo e secondo segnale (S1,S2), di determinare il valore del rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo segnale (S2) al quadrato e di applicare a detto generatore controllabile di forza (13) un segnale di controllo (Sjn) in funzione del valore di detto rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato ad intervalli di tempo (T) prefissati.
6. Metodo in accordo con le rivendicazioni 1 e 2, comprende le ulteriori fasi di: -rilevare un terzo segnale (S3) rappresentativo della accelerazione di detto secondo elemento (14,15), ossia z,{t) ; -rilevare un quarto segnale (S4) rappresentativo della velocità di detto secondo elemento (14,15), ossia zt(t ) .
7. Metodo in accordo con la rivendicazione 6, in cui detta fase di applicare un segnale di controllo (Sm) comprende una fase di imporre una prima legge di Ing. Fabio CICERI smorzamento (L1,L2), se: ∑<2>-a<2>z<2>< 0 e z(z-z,) > 0 oppure z<2>-a<2>z<2>> 0 e z(z- z,) > 0 dove z è l’accelerazione di detto primo elemento (14,15); z è la velocità di detto primo elemento (14, 15); z, è la velocità di detto secondo elemento (14,15); a è la frequenza di invarianza.
8. Metodo in accordo con la rivendicazione 7, in cui detta prima legge di smorzamento (L1,L2) prevede di imporre a detto generatore di forza controllabile (13) un primo coefficiente di smorzamento (cmjn,cmax).
9. Metodo in accordo con le rivendicazioni da 6 a 8, in cui detta fase di applicare un segnale di controllo (Sjn) comprende una fase di imporre una seconda legge di smorzamento (L1,L2), se: z<2>-a<~>z<2><0 e ζ(ζ-ζ,) < 0 oppure z<2>- a<2>z<2>> 0 e z(z- z, ) < 0 dove z è l’accelerazione di detto primo elemento (14,15); z è la velocità di detto primo elemento (14,15); z, è la velocità di detto secondo elemento (14,15); a è la frequenza di invarianza.
10. Metodo in accordo con la rivendicazione 9, in cui detta seconda legge di smorzamento (L 1 ,L2) prevede di imporre a detto generatore di forza controllabile (13) un secondo coefficiente di smorzamento (cmin,cmax).
11. Metodo in accordo con le rivendicazioni da 6 a 10, comprendente Ing. Fabio CICERI N. tscr. ALBO 1∞βΒ Tulteriore fase di ripetere le fasi di rilevare detti terzo e quarto segnale (S3,S4), e di applicare a detto generatore controllabile di forza (13) un segnale di controllo (Sin) ad intervalli di tempo (T) prefissati.
12. Metodo in accordo con le rivendicazioni da 2 a 11, in cui detta predeterminata costante (a) è la frequenza di invarianza, detta predeterminata costante essendo pari a a =\jlk / M .
13. Metodo in accordo con le rivendicazioni da 2 a 12, in cui detto primo coefficiente di smorzamento (cmin.cmax) è un coefficiente di smorzamento rigido il cui valore è predefinito, detto secondo coefficiente di smorzamento (cmin,cmax) è un coefficiente di smorzamento morbido il cui valore è predefinito.
14. Apparato di controllo (11) per controllare in un sistema di sospensione controllabile (12) un generatore di forza controllabile (13), detto sistema di sospensione controllabile (12) essendo interconnesso tra un primo elemento (14,15) ed un secondo elemento (14,15), detto apparato di controllo comprendendo: -primi mezzi di rilevazione (19) per rilevare un primo segnale (SI) rappresentativo della accelerazione (z(r) ) di detto primo elemento (14,15) ed un secondo segnale (S2) rappresentativo della velocità ( z(t) ) di detto primo elemento (14,15); -mezzi di controllo (20) atti a ricevere detto primo segnale (SI) e detto secondo segnale (S2); caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (20) sono atti a generare un segnale di controllo (Su,) per controllare detto generatore di forza controllabile (13), detto segnale di controllo (Sjn) essendo generato in funzione del valore del rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO/OB6 B ^npooprio e pedali £3⁄4τΓ segnale (S2) al quadrato, così da discriminare se detto sistema di sospensione controllabile (12) presenta una dinamica in alta o in bassa frequenza.
15. Apparato di controllo in accordo con la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (20) sono atti a generare detto segnale di controllo (Sjn) in funzione di una prima legge di smorzamento (L1,L2) nel caso in cui il valore del rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo segnale al quadrato (S2) sia minore o uguale di una predeterminata costante (a) al quadrato, oppure in funzione di una seconda legge di smorzamento (L1,L2) nel caso in cui il valore del rapporto tra detto primo segnale (SI) al quadrato e detto secondo segnale (S2) al quadrato sia maggiore di detta predeterminata costante (a) al quadrato.
16. Apparato di controllo in accordo con la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detta prima legge (L1,L2) è pari ad un primo coefficiente di smorzamento (cmax,cmin) e detta seconda legge di smorzamento (L1,L2) è pari ad un secondo coefficiente di smorzamento (cmm,cmax).
17. Apparato in accordo con le rivendicazioni da 14 a 16, in cui detti primi mezzi di rilevazione (19) comprendono un accelerometro (19A) operativamente associato a detto primo elemento (14,15), atto rilevare l’accelerazione (z(0) di detto primo elemento (14,15) e a generare detto primo segnale (SI) ed un dispositivo di integrazione (19B) atto ad eseguire foperazione di integrazione di detto primo segnale (SI) per ottenere detto segnale (S2) rappresentativo della velocità ( z(t ) ) di detto primo elemento (14,15).
18. Apparato di controllo in accordo con le rivendicazioni 14 e 15, caratterizzato dal fatto di comprendere secondi mezzi di rilevazione (21) per rilevare un terzo segnale (S3) rappresentativo della accelerazione di detto Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBQ/tf) >96 B -iijrroroprio e dero Ili altriri) secondo elemento (14,15), ossi zt(t) ed un quarto segnale (S4) rappresentativo della velocità di detto secondo elemento (14,15), ossia z,(t) .
19. Apparato di controllo in accordo con la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (20) sono atti a ricevere detto terzo segnale (S3) e detto quarto segnale (S4) per generare detto segnale di controllo (Sin) in funzione di una prima legge di smorzamento (L1,L2) se: z<2>-a<2>z<2>< 0 e z(z-∑,) > 0 oppure ζ<2>-α<2>ζ<2>> 0 e z(z- ζ,) > 0 dove z è l’accelerazione di detto primo elemento (14,15); z è la velocità di detto primo elemento (14,15); zfè la velocità di detto secondo elemento (14,15); a è la frequenza di invarianza.
20. Apparato di controllo in accordo con la rivendicazione 19, in cui detta prima legge di smorzamento (L1,L2) prevede di imporre a detto generatore di forza controllabile (13) un primo coefficiente di smorzamento (cmin,cmax).
21. Apparato in accordo con le rivendicazioni da 19 a 20, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (20) sono atti a ricevere detto terzo segnale (S3) e detto quarto segnale (S4) per generare detto segnale di controllo (Sjn) in funzione di una seconda legge di smorzamento (LI ,L2) se z<2>-a<2>z<2>< 0 e z(z- zf) < 0 oppure z<2>-a<2>z<2>> 0 e z(z- z,) < 0 dove

z è l’accelerazione di detto primo elemento (14,15); z è la velocità di detto primo elemento (14,15): Ing. Fabio CICERI N. Iscr. ALBO 1 z, è la velocità di detto secondo elemento (14,15); a è la frequenza di invarianza.
22. Apparato in accordo con la rivendicazione 21, in cui detta seconda legge di smorzamento (L1,L2) prevede di imporre a detto generatore di forza controllabile (13) un secondo coefficiente di smorzamento (cmax,cmin).
23. Apparato in accordo con le rivendicazioni da 18 a 22, in cui detti secondi mezzi di rilevazione (21) comprendono un accelerometro (21 A) operativamente associato a detto secondo elemento (14,15), atto rilevare Γ accelerazione (z,(f) ) di detto secondo elemento (14,15) e a generare detto terzo segnale (S3) ed un dispositivo di integrazione (21B) atto ad eseguire l’operazione di integrazione di detto terzo segnale (S3) per ottenere detto segnale (S4) rappresentativo della velocità ) di detto secondo elemento (14,15).
24. Apparato in accordo con le rivendicazioni da 14 a 23, in cui detto primo coefficiente di smorzamento (cmjn,cmax) è un coefficiente di smorzamento rigido il cui valore è predefinito, detto secondo coefficiente di smorzamento (cmin,cmax) è un coefficiente di smorzamento morbido il cui valore è predefìnito. Ing. Fabio CICERI

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