ITPG980026U1

ITPG980026U1 - ACTIVE SUSPENSIONS OF INDUSTRIAL VEHICLES, PROGRAMMABLE AT THE INTERVENTION OF EXTERNAL FORCES

Info

Publication number: ITPG980026U1
Authority: IT
Inventors: Nicola Primo Zema
Original assignee: M G M Srl
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-07
Also published as: IT246159Y1

Description

DESCRIZIONE DEL MODELLO INDUSTRIALE DI UTILITÀ’ DAL DESCRIPTION OF THE INDUSTRIAL UTILITY MODEL FROM

TITOLO: TITLE:

“Sospensioni attive di veicoli industriali, programmabili all’intervento di forze esterne” "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces"

RIASSUNTO SUMMARY

Ogni cilindro idraulico appartenente alla rispettiva sospensione è collegato ad un sensore che rileva la posizione dello stantuffo; posizione che risulta proporzionale alle variazioni di carico agenti sul cilindro stesso determinate da forze esterne di varia natura che sorgono in seguito al movimento del veicolo e/o alla sua posizione non orizzontale in stato di quiete e le invia sotto forma di segnali ad un elaboratore programmato e programmabile che governa la centralina idraulica, la quale, a sua volta, invia olio al cilindro interessato in quantità proporzionale al segnale ricevuto in modo da ottenere sempre la configurazione più vantaggiosa e sicura per il veicolo interessato. Each hydraulic cylinder belonging to the respective suspension is connected to a sensor which detects the position of the piston; position that is proportional to the load variations acting on the cylinder itself determined by external forces of various kinds that arise following the movement of the vehicle and / or its non-horizontal position in a state of rest and sends them in the form of signals to a programmed processor and programmable which governs the hydraulic control unit, which, in turn, sends oil to the cylinder concerned in a quantity proportional to the signal received so as to always obtain the most advantageous and safe configuration for the vehicle concerned.

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

a) Stato dell’arte. a) State of the art.

La tecnologia corrente prevede delle sospensioni che si possono definire “passive” nel senso che reagiscono alle diverse sollecitazioni esterne dissipando l’energia posta in gioco mediante sistemi che si modificano idraulicamente ed elasticamente in modo proporzionale alle forze subite entro limiti di progetto; la caratteristica di passività viene espressa, appunto, dal fatto che ad ogni sollecitazione esterna si ha una corrispondente, proporzionale e non eliminabile deformazione del sistema elasto-idraulico, nel senso che l’elemento elastico assorbe l’energia cinetica e tende a ripristinare l’assetto iniziale, mentre l’elemento idraulico evita l’instaurarsi di oscillazioni attorno al punto di equilibrio. Current technology provides suspensions that can be defined as "passive" in the sense that they react to different external stresses by dissipating the energy involved by means of systems that modify hydraulically and elastically in proportion to the forces suffered within the design limits; the characteristic of passivity is expressed precisely by the fact that to each external stress there is a corresponding, proportional and non-eliminable deformation of the elasto-hydraulic system, in the sense that the elastic element absorbs the kinetic energy and tends to restore the initial set-up, while the hydraulic element avoids the establishment of oscillations around the equilibrium point.

Il veicolo in movimento è soggetto a forze di varia natura che dipendono: dal carico , che determina forze verticali ed un innalzamento del baricentro con un corrispondente aumento del momento risultante; dalle condizioni del percorso , con l’insorgenza di forze verticali (buche, cunette, dossi,...) ed orizzontali (forza centrifuga in curva,...) che si possono comporre con quelle verticali (buche in curva,...). Quando il veicolo è fermo, possono insorgere forze dovute all asseto non in piano (terreno inclinato) o dal carico non simmetrico o in movimento. The moving vehicle is subject to forces of various kinds which depend on: the load, which determines vertical forces and an increase in the center of gravity with a corresponding increase in the resulting moment; from the conditions of the course, with the onset of vertical forces (holes, bumps, bumps, ...) and horizontal (centrifugal force in curves, ...) that can be combined with the vertical ones (holes in curves, ...) ). When the vehicle is stationary, forces can arise from uneven ride (sloping ground) or from non-symmetrical or moving load.

Le defoimazioni del sistema elasto-idraulico indotte dalle forze esterne determinano corrispondenti variazioni di assetto del veicolo che può raggiungere configurazioni critiche fino alla rottura di organi anche strutturali per eccesso di vibrazioni e/o alla perdita di stabilità con possibilità di ribaltamento quando le forze esterne sono di entità e composizione sfavorevoli. Defoimations of the elasto-hydraulic system induced by external forces determine corresponding variations in the attitude of the vehicle which can reach critical configurations up to the breakdown of even structural parts due to excessive vibrations and / or loss of stability with the possibility of overturning when external forces are of unfavorable size and composition.

b) Descrizione del trovato. b) Description of the invention.

b.l) Generalità. b.l) General.

Ogni ruota del veicolo in movimento è soggetta a diverse sollecitazioni nel suo punto di contatto con il terreno: forze di attrito ruota-terreno di tipo radente-voivente, la cui componente orizzontale permette la locomozione del veicolo stesso; forza verticale della componente di attrito; forze inerziali verticali, dovute alle irregolarità del percorso (buche, avvallamenti, cunette,...); forze inerziali orizzontali, dovute alla forza centrifuga (variazioni nella direzione del moto); forze verticali (schiacciamenti laterali) dovute all’insorgenza di momenti ribaltanti il cui asse di rotazione passa per il punto di contatto ruota-terreno. Oltre a quelle descritte, esistono forze statiche dipendenti dal'assetto non in piano del veicolo (terreno inclinato) e/o dal carico non simmetricamente distribuito. Each wheel of the moving vehicle is subjected to different stresses at its point of contact with the ground: wheel-ground friction forces of the sliding-moving type, the horizontal component of which allows the locomotion of the vehicle itself; vertical force of the friction component; vertical inertial forces, due to the irregularities of the course (holes, hollows, bumps, ...); horizontal inertial forces, due to centrifugal force (variations in the direction of motion); vertical forces (lateral crushing) due to the onset of overturning moments whose axis of rotation passes through the wheel-ground contact point. In addition to those described, there are static forces depending on the uneven attitude of the vehicle (sloping ground) and / or on the not symmetrically distributed load.

L’energia sviluppata dalle forze indicate viene nella quasi totalità dissipata-. dai pneumatici, con le loro deformazioni elastiche; dall’attrito interno degli organi elastici; dal sistema di sospensione. The energy developed by the forces indicated is almost entirely dissipated-. from tires, with their elastic deformations; by the internal friction of the elastic organs; from the suspension system.

Viene adottato un sistema di sospensione coperto da doppio brevetto "Sistema di ammortizzazione integrato nei cilindri idraulici ” con domanda di deposito n° PG98U0012 del 21 agosto 1998 e "Sistema di doppia taratura delle sospensioni" con domanda di deposito n° PG98U0013 del 21 agosto 1998. A suspension system covered by a double patent is adopted "Integrated damping system in hydraulic cylinders" with filing application No. PG98U0012 of August 21, 1998 and "Suspension double calibration system" with filing application No. PG98U0013 of August 21, 1998 .

Viene richiamato, con scrittura in corsivo, detto sistema di sospensione, riportando uno stralcio relativo alla “Descrizione del trovato” tratto dal breveto con deposito n° PG98U0012. The suspension system is referred to in italics, with an excerpt relating to the "Description of the invention" taken from the patent with filing no. PG98U0012.

Ogni cilindro ammortizzatore del trovato contiene olio minerale di un circuito idraulico chiuso ed è reso solidale al telaio e, tramite il relativo asse, ad ogni ruota del veicolo. Each shock absorber cylinder of the invention contains mineral oil from a closed hydraulic circuit and is made integral with the frame and, through the relative axis, with each wheel of the vehicle.

Durante il moto del veicolo, il terreno interferisce con le ruote trasmettendo loro sollecitazioni di varia intensità in funzione dell'energia cinetica degli urti terreno - ruote. Nel nostro trovato ogni ruota è indipendente dall’altra e tende a seguire, autonomamente, l’andamento del terreno ed a reagire singolarmente alle sollecitazioni, grazie al sistema idropneumatico del trovato. La sollecitazione terreno - ruota, oltre ad essere dissipata parzialmente dal pneumatico, si trasmette al cilindro ammortizzatore ( uno per ruota), il quale, accorciandosi, spinge l ’ olio del circuito idraulico in una intercapedine di compensazione attraverso degli orifìzi molti dei quali hanno delle sfere come valvole di non ritorno. La sezione di passaggio dell'olio idraulico dalla camera superiore alla camera di compensazione, ottenuta come somma delle sezioni dei singoli orifìzi, è molto superiore di quella attraversata dall'olio idraulico che, sotto la spinta dell'elemento elastico (gas compresso), rifluisce dalla camera di compensazione a quella superiore, perché tale sezione è ridotta dalla presenza delle valvole sferiche di non ritorno. L 'olio detto appartiene ad un circuito idraulico chimo che interferisce, a sua volta, attraverso membrane elastiche, con l 'azoto gassoso precaricato a pressioni diverse contenuto in appositi accumulatori secondo il trovato a nome della stessa Ditta During the motion of the vehicle, the ground interferes with the wheels, transmitting to them stresses of varying intensity as a function of the kinetic energy of the ground-wheel collisions. In our invention, each wheel is independent of the other and tends to independently follow the course of the ground and to react individually to stresses, thanks to the hydropneumatic system of the invention. The ground - wheel stress, in addition to being partially dissipated by the tire, is transmitted to the shock absorber cylinder (one per wheel), which, shortening, pushes the oil of the hydraulic circuit into a compensation gap through orifices, many of which have balls as non-return valves. The section of passage of the hydraulic oil from the upper chamber to the compensation chamber, obtained as the sum of the sections of the individual orifices, is much higher than that crossed by the hydraulic oil which, under the thrust of the elastic element (compressed gas), flows back from the compensation chamber to the upper one, because this section is reduced by the presence of the spherical non-return valves. Said oil belongs to a chyme hydraulic circuit which interferes, in turn, through elastic membranes, with the gaseous nitrogen preloaded at different pressures contained in special accumulators according to the invention in the name of the same company.

depositato con il Titolo “Sistema di doppia taratura delle sospensioni ” con domanda n° PG98U00J3 del 21 agosto 1998. Chi ristabilisce, in definitiva, 'equilibrio del sistema, garantendo l aderenza di ogni singola ruota con il terreno, è l'azoto gassoso degli accumulatori che, elastico e precaricato, spinge l 'olio il quale, come visto, rifluisce attraverso gli orifìzi detti, dalla intercapedine di compensazione nel cilindro ammortizzatore che si allunga spingendo la ruota verso il terreno. Ma detto azoto gassoso, grazie alla sua elasticità ed alla precarica, dissipa utilmente gran parte dell'energia degli urti del terreno che si comunicano attraverso le ruote del veicolo. Parte di detta energia, poi, è ulteriormente dissipata dalla viscosità dell'olio contenuto in ogni cilindro ammortizzatore nel suo passaggio da una camera all 'altra. Ma il fatto che risulta decisivo nell ’ effetto ammortizzatore del cilindro consistente nella eliminazione delle oscillazioni attorno al punto di equilibrio, è la drastica perdita di carico che viene determinata dalle valvole di non ritorno che ostruiscono gran parte degli orifizi di passaggio dell'olio nel suo rifluire dalla camera di compensazione alla camera superiore, sotto l'azione riequilibratrice degli elementi elastici che, nel nostro caso, sono gli accumulatori riempiti di azoto gassoso compresso a valori differenti di pressione, come da trovato succitato. filed under the title "Suspension double calibration system" with application no. PG98U00J3 of 21 August 1998. The one who ultimately restores the equilibrium of the system, ensuring the adherence of every single wheel to the ground, is the nitrogen gas of the accumulators which, elastic and preloaded, pushes the oil which, as seen, flows back through the said orifices, from the compensation gap in the shock absorber cylinder which stretches pushing the wheel towards the ground. But said gaseous nitrogen, thanks to its elasticity and pre-charge, usefully dissipates a large part of the energy of the ground impacts that are communicated through the vehicle's wheels. Part of this energy is further dissipated by the viscosity of the oil contained in each shock absorber cylinder as it passes from one chamber to another. But the fact that is decisive in the shock-absorbing effect of the cylinder consisting in the elimination of oscillations around the equilibrium point, is the drastic loss of head that is determined by the non-return valves that obstruct most of the oil passage orifices in its flow back from the compensation chamber to the upper chamber, under the rebalancing action of the elastic elements which, in our case, are the accumulators filled with gaseous nitrogen compressed at different pressure values, as per the aforementioned finding.

b.2) Trovato b.2) Found

Si fa riferimento alla illustrazione allegata. Si ipotizza il veicolo in movimento. Ogni cilindro idraulico (pos. 1) a servizio della rispettiva ruota (pos. 2) è collegato ad un sensore (pos. 3) che consiste essenzialmente in un trasduttore di posizione che rileva la posizione dello stantuffo all’interno del cilindro dipendente dai carico e dalle sue variazioni trasmesse dalla corrispondente ruota e la comunica sotto forma di segnali elettrici ad un elaboratore elettronico (pos. 4) che è programmato e programmabile; detto elaboratore governa una centralina idraulica (pos. 5) a servizio degli accumulatori elastici (pos. 6) e dei cilindri idraulici (pos. 1), che rappresenta l’organo attuatore del sistema, provvista di pompa a portata variabile che invia olio ad ogni cilindro in quantità e pressione proporzionali al comando ricevuto dall’elaboratore elettronico stesso. Please refer to the attached illustration. The vehicle in motion is assumed. Each hydraulic cylinder (pos. 1) serving the respective wheel (pos. 2) is connected to a sensor (pos. 3) which essentially consists of a position transducer that detects the position of the piston inside the cylinder depending on the load and by its variations transmitted by the corresponding wheel and communicates it in the form of electrical signals to an electronic processor (pos. 4) which is programmed and programmable; said processor governs a hydraulic control unit (pos. 5) serving the elastic accumulators (pos. 6) and the hydraulic cylinders (pos. 1), which represents the actuator of the system, equipped with a variable flow pump that sends oil to each cylinder in quantity and pressure proportional to the command received by the electronic processor itself.

Le posizioni degli stantuffi all’interno del rispettivo cilindro varia, come detto, in funzione delle variazioni di carico determinate dalle forze agenti che si sviluppano sia durante le condizioni di moto che di quiete, quest’ ultime, in in caso di assetto asimmetrico del mezzo. The positions of the pistons inside the respective cylinder varies, as mentioned, according to the load variations determined by the acting forces that develop both during the motion and at rest conditions, the latter, in the event of an asymmetrical attitude of the vehicle. .

In Fig. 1 si ha una situazione schematizzata di equilibrio, con gli stantuffi allo stesso livello, mentre, in Fig. 2, si rappresenta, sempre schematicamente, una situazione operativa che determina un diverso livello degli stantuffi all’interno dei rispettivi cilindri. In Fig. 1 there is a schematic situation of equilibrium, with the pistons at the same level, while, in Fig. 2, an operating situation is represented, again schematically, which determines a different level of the pistons inside the respective cylinders.

Il trovato, dunque, realizza un sistema che rende le sospensioni “attive” nel _ senso che le stesse sono poste nelle condizioni di reagire sempre a tutte le sollecitazioni che tendono a deformarle compensandole adeguatamente in tempo reale; in definitiva il veicolo con dette sospensioni, è munito di un sistema autolivellante. E’ importante rilevare che rautolivellamento indotto dal trovato è indipendente dalla direzione delle sollecitazioni stesse. Queste ultime, infatti, possono svilupparsi orizzontalmente lungo la direzione del moto: accelerazioni, decelerazioni; in senso ortogonale al senso del moto derivanti da ogni cambiamento di direzione (ad esempio, curve,... ); in senso verticale, ortogonalmente al piano del moto (cunette, dossi,...); in senso combinato orizzontale - verticale (direzioni secondo un angolo qualsiasi nello spazio). The invention therefore creates a system which makes the suspensions "active" in the sense that they are placed in the conditions of always reacting to all the stresses which tend to deform them, compensating them adequately in real time; ultimately the vehicle with said suspensions is equipped with a self-leveling system. It is important to note that the self-leveling induced by the invention is independent of the direction of the stresses themselves. The latter, in fact, can develop horizontally along the direction of motion: accelerations, decelerations; orthogonal to the direction of motion deriving from any change of direction (for example, curves, ...); vertically, orthogonally to the plane of motion (bumps, bumps, ...); in a combined horizontal - vertical direction (directions according to any angle in space).

Le conseguenze del trovato, dunque, sono così schematizzabili: The consequences of the invention, therefore, can be summarized as follows:

• Il veicolo viaggia sempre nelle condizioni di assetto più vantaggiose, nel senso della massima stabilità ottenibile; • The vehicle always travels in the most advantageous trim conditions, in the sense of the maximum achievable stability;

• Questo fatto gioca in modo decisivo a favore della sicurezza del veicolo su strada e/o in cantiere; • This fact plays a decisive role in favor of the safety of the vehicle on the road and / or on the construction site;

• Vengono abbattute le cause delle vibrazioni sul veicolo in movimento; • Conseguenze importanti di quest’ultimo fatto sono: • The causes of vibrations on the moving vehicle are eliminated; • Important consequences of the latter fact are:

- aumento del comfort di guida, con ricadute positive sulla sicurezza; RIVENDICAZIONI - increase in driving comfort, with positive effects on safety; CLAIMS

1) “Sospensioni attive di veicoli industriali, programmabili all'intervento di forze esterne” come dal titolo, caratterizzate dal fatto che ogni cilindro idraulico (pos. 1) a servizio di una corrispettiva ruota (pos. 2) del veicolo è collegato ad un sensore (pos. 1) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as in the title, characterized by the fact that each hydraulic cylinder (pos. 1) serving a corresponding wheel (pos. 2) of the vehicle is connected to a sensor (pos.

3) che rileva la posizione dello stantuffo all’interno dello stesso cilindro che è funzione del carico a cui è soggetto; carico trasmesso dalla ruota corrispondente quando il veicolo è in movimento o in quiete in assetto asimmetrico; 3) which detects the position of the plunger inside the cylinder itself which is a function of the load to which it is subjected; load transmitted by the corresponding wheel when the vehicle is moving or at rest in asymmetrical trim;

2) “Sospensioni attive di veicoli industriali, programmabili all'intervento di forze esterne” come alla rivendicazione n° 1, caratterizzate dal fatto che ogni sensore (pos. 3) costituisce un trasduttore di posizione che legge la posizione dello stantuffo alfintemo del cilindro e la trasmette, sotto forma di segnali elettrici, ad un elaboratore elettronico (pos.4); 2) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim n ° 1, characterized by the fact that each sensor (pos. 3) constitutes a position transducer that reads the position of the piston at the inside of the cylinder and transmits it, in the form of electrical signals, to an electronic processor (pos. 4);

3) “Sospensioni attive di veicoli industriali, programmabili all’intervento di forze esterne” come alla rivendicazione n° 2, caratterizzate dal fatto che l’elaboratore elettronico (pos. 4) trasforma i segnali che gli giungono dai sensori (pos. 3) in comandi verso una centralina idraulica (pos. 5) che serve gli accumulatori elastici (pos. 3) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim n ° 2, characterized by the fact that the electronic processor (pos. 4) transforms the signals that reach it from the sensors (pos. 3) in commands to a hydraulic power unit (pos. 5) which serves the elastic accumulators (pos.

6) ed i cilindri idraulici (pos. 1); 6) and the hydraulic cylinders (pos. 1);

4) “Sospensioni attive di veicoli industriali, programmabili 4) “Active suspension of industrial vehicles, programmable

Claims

to the intervention of external forces "as in claim 3, characterized by the fact that the electronic computer (pos. 4) is programmed and programmable to perform its functions; 5) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim n ° 4, characterized by the fact that the hydraulic control unit (pos. S), under the control of the electronic processor (pos. 4), sends the quantity of oil commanded to any cylinder (pos. 1) individually and / or simultaneously with others, according to the stresses that have determined the displacement of each piston inside the respective cylinder; 6) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claims no. 1, 2, 3, 4, 5 above, characterized by the fact that the system of the invention performs its functions regardless of the direction of the stresses to which the vehicle is subjected, whether in motion or at rest; 7) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim n ° 6, characterized by the fact that the oil is sent by the hydraulic control unit (pos. 5) has the quantity and pressure necessary and sufficient ρετ to compensate for the external stresses to which each individual hydraulic cylinder belonging to the respective suspensions is subjected; 8) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim 7, characterized by the fact that the invention, thanks to the compensation of the external stresses transmitted by the wheels to the respective cylinders, always allows to obtain, for the vehicle, an optimal configuration, the most advantageous, since the vehicle itself, in motion or at rest, is made capable of self-leveling; 9) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim n ° 8, characterized by the fact that said optimal configuration substantially improves the safety of the vehicle, in motion or at rest, on the road and / or on site; 10) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as in claim 9, characterized by the fact that said optimal configuration substantially improves the comfort of the vehicle in motion, playing, indirectly, in favor of safety due to less stress induced on the driver; 11) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim n ° 10, characterized by the fact that said - configuration significantly reduces the stresses, especially in the form of vibrations, to which they are subject the parts of the vehicle, safeguarding their integrity against wear and the risk of breakage; 12) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per claim n ° 11, characterized by the fact that it does not prejudice the novelty of the invention if the vehicles to which said active suspension system is applied are not industrial, but of any type with terrestrial locomotion; 13) "Active suspensions of industrial vehicles, programmable to the intervention of external forces" as per the previous claims, according to the description and attached illustrations and for the purposes expressed.