ITRM980030A1

ITRM980030A1 - Dispositivo per il controllo dell'angolo di sterzata di un autoveicolo

Info

Publication number: ITRM980030A1
Application number: IT98RM000030A
Authority: IT
Inventors: Lutz Eckstein; Michael Bohringer
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-07-19
Also published as: GB2321439B; DE19702313C1; GB2321439A; FR2758514B1; JP3248101B2; JPH10203398A; US6186265B1; GB9801174D0; FR2758514A1; ITRM980030A0; IT1298858B1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

''DISPOSITIVO PER IL CONTROLLO DELL'ANGOLO DI STERZATA DI UN AUTOVEICOLO''

L'invenzione concerne un dispositivo per il controllo dell'angolo di sterzata di un autoveicolo secondo il preambolo della rivendicazione 1.

In tali dispositivi, quali vengono usati ad esempio nelle automobili, il valore nominale dell'angolo di sterzata per il dispositivo di regolazione dello stesso è predefinito in modo variabile sia in funzione della forza di azionamento applicata sull'elemento di manovra sia in funzione della velocità longitudinale momentanea del veicolo. Con tali dispositivi, che ad esempio sostituiscono uno sterzo tradizionale con volante e con dispositivo di regolazione dell'angolo di sterzata accoppiato meccanicamente a questo, non si possono raggiungere distanze di regolazione comparativamente piccole e alte velocità di regolazione. Gli elementi di manovra qui impiegati, in cui la forza di azionamento applicata su di essi influenza la predefinizione del valore nominale dell'angolo di sterzata, vengono indicati come elementi di manovra isometrici. A seconda che l'elemento di manovra sia disposto rigidamente oppure in modo deviabile per l'approntamento di una segnalazione di conferma intuitiva di una o più grandezze dinamiche di marcia, esso viene indicato come elemento di manovra passivo oppure attivo. Notoriamente, queste proprietà per l’assolvimento di una funzionalità soddisfacente dello sterzo riferite all'elemento di manovra sono combinate, preferibilmente, con un rapporto di trasmissione dello sterzo dipendente dalla velocità, cioè il valore nominale dell'angolo di sterzata viene determinato, inoltre, in funzione della velocità longitudinale, di volta in volta attuale, del veicolo.

Siccome in questi dispositivi di controllo dell'angolo di sterzata non vi è alcun collegamento meccanico diretto tra l'elemento di manovra e il dispositivo di regolazione dell'angolo di sterzata e quindi le ruote azionate del veicolo, per il conducente va perduta la segnalazione di conferma relativa a ciascuno stato di sterzo, fornitagli in modo tradizionale. Si è già cercato in vari modi di compensare questo. In U. Bolte, ’’Das aktive Stellteil ein ergonomisches Bedienkonzept'' {''La parte di regolazione attiva - un concetto di comando ergonomico''), Rapporto di funzionam. del VDI (Associazione Tedesca degli Ingegneri), serie 17 No.

75, Dusseldorf, VDI-Verlag 1991, come segnalazione di conferma viene proposta, ad esempio, la deviazione dell'elemento di manovra in funzione della velocità d'imbardata. Però, siccome questa dipende in modo lineare dalla velocità longitudinale del veicolo, la deviazione dell'elemento di manovra che funge da informazione per il conducente durante la frenatura oppure l'accelerazione cambia già in una curva con raggio costante, cosa che per il conducente è inconsueta. In un controllo dell'angolo di sterzata descritto nella DE 196 00 139 CI non pubblicata, sull'elemento di manovra viene applicata una forza di reazione opposta alla forza di azionamento che aumenta sia in caso di aumento del valore dell'angolo di sterzata sia in caso di aumento della velocità longitudinale del veicolo.

Nel brevetto US 3.022.850 è indicato un dispositivo in cui una barra di comando serve, fra l'altro, a regolare l'angolo di sterzata. A questo scopo viene proposto di amplificare il segnale di deviazione relativo della barra di comando in funzione della velocità, e precisamente preferibilmente in modo inversamente proporzionale al quadrato della velocità longitudinale, in modo che una determinata deviazione della barra di comando produca, indipendentemente dalla velocità longitudinale del veicolo, un’accelerazione trasversale sostanzialmente costante.

Nella domanda di brevetto pubblicata DE 44 03 379 Al è indicato un sistema di sterzo in cui il rapporto tra l'angolo di rotazione di un volante e l’angolo di sterzata così impostato di ruote orientabili del veicolo può essere modificato in funzione della velocità longitudinale del veicolo in modo da ottenere, in un campo di velocità medio-basso, una sensibile reazione dello sterzo e, in un campo di velocità alto, una buona stabilità dello sterzo. A questo scopo si agisce in modo appropriato sulla trasmissione di una scatola guida relativa.

Nella domanda di brevetto DE 19625 498 CI non pubblicata anticipatamente viene descritto, fra gli altri, un esempio di esecuzione di un dispositivo di controllo dello sterzo in cui il valore nominale dell'angolo di sterzata viene prestabilito solo in funzione della forza di azionamento applicata sull'elemento di manovra e in cui sono previsti mezzi di deviazione dell'elemento di manovra che deviano l'elemento di manovra corrispondentemente al valore reale dell'angolo di sterzata di volta in volta disponibile.

L'invenzione si propone, come problema tecnico, l'approntamento di un dispositivo di controllo dell'angolo di sterzata del tipo citato avanti con cui realizzare un controllo dell'angolo di sterzata con elevato comfort di comando e con elevata affidabilità di funzionamento.

L'invenzione risolve questo problema con l’approntamento di un dispositivo di controllo dell'angolo di sterzata con i particolari della rivendicazione 1. In questo dispositivo, da un lato, si prestabilisce il valore nominale dell'angolo di sterzata in modo da poter variare sia in funzione della forza di azionamento applicata sull'elemento di manovra sia in funzione della velocità longitudinale momentanea del veicolo e, dall’altro lato, si devia, attraverso mezzi di deviazione appropriati dell'elemento di manovra, detto elemento di manovra corrispondentemente al valore reale dell'angolo di sterzata di volta in volta disponibile e, successivamente, in funzione della velocità longitudinale del veicolo. Ne consegue che la predeterminazione desiderata del valore nominale dell'angolo di sterzata dipendente dalla velocità longitudinale viene effettuata senza che la segnalazione di conferma dello stato dello sterzo influisca sull'elemento di manovra dalla velocità longitudinale. In questo modo, a determinate condizioni, come in presenza di angoli di deriva costanti e di tendenza di comando neutrale del veicolo, è possibile che questa segnalazione di conferma, durante il superamento di una curva con raggio costante, non si modifichi anche se nel frattempo la velocità longitudinale del veicolo cambia.

In un .dispositivo ulteriormente sviluppato secondo la rivendicazione 2, il valore reale dell'angolo di sterzata viene rilevato da un sistema di esplorazione di spostamento lineare appropriato con riferimento al movimento di un’asta trasversale che, come parte del dispositivo di regolazione dell'angolo di sterzata, è accoppiata alle ruote orientabili del veicolo. Il valore nominale dell'angolo di sterzata viene predefinito da un corrispondente rivelatore al quale vengono inviate, a questo scopo, da un sensore relativo, le informazioni relative alla forza di azionamento dell'elemento di manovra e, dal relativo sistema di esplorazione della velocità longitudinale del veicolo, le informazioni relative alla velocità longitudinale momentanea del veicolo.

In un'altra forma di esecuzione di questo dispositivo, il sistema di esplorazione di spostamento linear dell'asta trasversale è formato, secondo la rivendicazione 3, da un cilindro odometrico idraulico, mentre i mezzi di deviazione dell'elemento di manovra comprendono un cilindro idraulico progettato come un attuatore, il quale è accoppiato idraulicamente con un cilindro odometrico.

Una forma di esecuzione vantaggiosa dell'invenzione è rappresentata nel disegno e viene descritta in seguito.

La figura unica mostra un diagramma a blocchi schematico di un dispositivo di controllo dell'angolo di sterzata per un'automobile.

Il dispositivo di controllo dell'angolo di sterzata mostrato nella figura 1 contiene, come elemento di manovra, una barra di comando 1 azionabile con una mano del conducente, la quale barra è applicata ad una estremità di una leva 2, tenuta in modo da poter oscillare in una zona situata tra le sue due stremità intorno ad un asse di oscillazione 3 disposto sulla carrozzeria del veicolo. Sulla leva 2 è disposto un sensore di forza 4 atto a rilevare la forza di azionamento applicata sulla barra di comando 1. Il segnale di uscita del sensore di forza 4 è inviato ad un rivelatore di valori nominali 5 dell'angolo di sterzata al quale viene inviata inoltre, da parte di un sistema di esplorazione 6 relativo della velocità longitudinale del veicolo, l'Informazione relativa alla velocità longitudinale di volta in volta momentanea del veicolo. In funzione di queste informazioni inviate, il rivelatore di valori nominali dell'angolo di sterzata determina il valore nominale dell'angolo di sterzata da predefinire per il controllo dello sterzo., ad esempio con riferimento ad un diagramma delle curve caratteristiche che fissa il valore nominale dell'angolo di sterzata in funzione, da un lato, della forza di azionamento sulla barra di comando 1 e, dall'altro lato, della velocità longitudinale esplorata del veicolo.

L'informazione del valore nominale dell'angolo di sterzata così rilevata viene inviata dal rivelatore di valori nominali 5 dell'angolo di sterzata ad una unità di comando 7 dello sterzo collocatA a valle, ad esempio sotto forma di un regolatore di sterzo. Questa unità attiva, in funzione del valore nominale dell'angolo di sterzata predefinito, una scatola guida 8, e precisamente in particolare un attuatore di sterzo della scatola guida 8 non mostrato più dettagliatamente. A seconda di questa attivazione, l'attuatore di sterzo 8 agisce su un'asta trasversale 9, accoppiata con il lato di presa di forza della scatola guida 8, la quale è accoppiata, di volta in volta sul lato terminale in modo tradizionale, con due ruote orientabili 10a, 10b del veicolo.

Il valore reale dell'angolo di sterzata impostato viene rilevato, nel dispositivo mostrato, tramite il movimento dell'asta trasversale 9. A questo scopo, all'asta trasversale 9 è accoppiato uno stelo di stantuffo 11 di una unità idraulica a pistone e cilindro 12, il cui cilindro 13 è disposto rigidamente sulla carrozzeria del veicolo, la quale funge, in questo modo, da unità odometrica per il movimento dell'asta trasvesale. Il pistone di questa unità odometrica 12, disposto sulla parte terminale dello stelo 11 dello stantuffo, divide il volume di compressione in due camere di lavoro da cui parte di volta in volta un tubo idraulico 14a, 14b. I tubi idraulici 14a, 14 b sono portati a due camere di lavoro corrispondenti di un'altra unità idraulica a pistone e cilindro 15 che funge da attuatore per la deviazione della barra di comando 1 in funzione del valore reale dell'angolo di sterzata riconosciuto tramite il movimento dell'asta trasversale. A questo scopo, il cilindro di questa unità 15 a pistone e cilindro è applicato, a sua volta, saldamente sulla carrozzeria del veicolo, mentre uno stelo 16 del pistone relativo è articolato con una estremità alla estremità della leva 2 opposta alla barra di comando 1. All’altra sua estrermità, lo stelo 16 del pistone porta, a sua volta, uno stantuffo che divede il volume di compressione nelle due camere di lavoro.

In questo modo, le due unità idrauliche a pistone e cilindro 12, 15 formano, insieme ai tubi idraulici 14a, 4b che le collegano, mezzi di deviazione della barra di comando mediante i quali detta barra di comando 1 viene deviata solo in funzione del valore reale dell'angolo di sterzata. Ciascuna posizione della barra di comando 1 è, in questo modo, una misura, intuitivamente rilevabile per il conducente, per l'angolo di sterzata di volta in volta disponibile sulle ruote 10a, 10b, poiché i movimenti dell'asta trasversale nell'una o nell'altra direzione e quindi i corrispondenti movimenti di sterzo delle ruote producono spostamenti dello stantuffo dell'unità odometrica 13, per cui il fluido idraulico introdotto viene espulso a pressione tramite i tubi idraulici 14a, 14b da una camera di lavoro e aspirato nell'altra camera di lavoro. Di conseguenza, il fluido idraulico nell'unità a pistone e cilindro 15 che funge da attuatore viene spinto a pressione in una camera di lavoro e aspirato dall'altra camera di lavoro, per cui il suo pistone e quindi il suo stelo 16 si spostano. Questo movimento dello stelo 16 del pistone produce, tramite la leva 2, una corrispondente oscillazione e quindi una deviazione della barra di comando 1. Ciascuna posizione della barra di comando è, pertanto, indipendente dalla velocità longitudinale momentanea del veicolo che, a sua volta, insieme alla forza di azionamento applicata sulla barra di comando 1, determina l'angolo di sterzata. Pertanto al conducente, attraverso la posizione esplorata della barra di comando in presenza di un dato valore reale dell'angolo di sterzata, ad esempio durante il superamento di una curva con raggio costante, permane una informazione costante dello stato dello sterzo anche durante eventuali processi di accelerazione e di decelerazione.

E' evidente che la segnalazione di conferma del valore reale dell'angolo di sterzata alla barra di comando 1 sotto forma di una deviazione della stessa non può essere prodotta soltanto attraverso un sistema idraulico, come quello mostrato nella figura, ma, ad esempio, anche attraverso un accoppiamento meccanico. In entrambi i casi, come ulteriore vantaggio si ottiene la proprietà che il veicolo può essere mantenuto in un funzionamento di emergenza in cui è venuto a mancare il normale cammino del dispositivo di controllo dell’angolo di sterzata dal sensore di forza 4 fino alla scatola guida 8, il valore reale dell'angolo di sterzata non essendo poi impostato direttamente per mezzo di una corrispondente deviazione della barra di comando 1. A questo scopo c'è solo bisogno di prevedere una corrispondente ruota libera nella scatola guida 8. Indi, un movimento oscillante della barra di comando 1 prodotto dal conducente attraverso un accoppiamento idraulico oppure meccanico provoca un corrispondente movimento dell’asta trasversale 9 e quindi il movimento di sterzatura desiderato per le ruote 10a, 10b.

A seconda dell'ompiego, si può prevedere una segnalazione di conferma di altre grandezze dinamiche di marcia alla barra di comando 1. Ciò è particolarmente vantaggioso quando il veicolo da sterzare non dispone di un dispositivo automatico di stabilizzazione dal punto di vista della dinamica trasversale ma questo compito di stabilizzazione deve essere assunto dal conducente. Come ulteriore esempio di dispositivo secondo l'invenzione, la dipendenza funzionale del valore nominale dell’angolo di sterzata dalla velocità longitudinale del veicolo può essere realizzata anche per il fatto che l'informazione della velocità longitudinale viene data direttamente alla scatola guida ed ivi vengono previsti mezzi tradizionali che modificano il rapporto di trasmissione dell'ingranaggio in funzione della informazione di velocità inviata. In questo caso, gli influssi della velocità longitudinale del veicolo, da un lato, e della forza di azionamento applicata sulla barra di comando 1, dall’altro, non si sovrappongono come già mostrato nel rivelatore di valori nominali dell'angolo di sterzata ma giusto nella scatola guida stessa. Inoltre è evidente che per il dispositivo secondo l’invenzione, oltre alla barra di comando mostrata, si possono impiegare anche altri tipi di elementi di manovra, ad esempio un volante che non è accoppiato in modo meccanicamente rigido con le ruote orientabili del veicolo .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il controllo dell'angolo di serzata di un autoveicolo, con - un elemento di manovra (1) azionabile da parte dell 'utilizzatore, - con un sistema di esplorazione (6) della velocità longitudinale del veicolo e - con un dispositivo di regolazione (4, 5, 7, 8, 9) dell'angolo di sterzata, il quale è accoppiato con il sistema di esplorazione della velocità longitudianale del veicolo e con l'elemento di manovra in modo che il valore nominale dell'angolo di sterzata venga predefinito in funzione della forza di azionamento applicata sull'elemento di manovra e della velocità longitudinale esplorata del veicolo, caratterizzato da - mezzi di deviazione (da 11 a 16) dell'elemento di manovra, i quali deviano l'elemento di manovra (1) corrispondentemente al valore reale dell'angolo di sterzata di volta in volta disponibile.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che - il dispositivo di regolazione (4, 5, 7, 8, 9) dell'angolo di sterzata coprende un sensore di forza (4) accoppiato all’elemento di manovra (1), un rivelatore di valori nominali (5) dell'angolo di sterzata caricato dal segnale di uscita del sensore di forza e dal sistema di esplorazione (6) della velocità longitudinale del veicolo, una unità di controllo (7) dello sterzo, collocata a valle del rivelatore di valori nominali dell'angolo di sterzata, e una unità di scatola guida attivata da quest'ultima unità con ingranaggio (8) azionato da attuatore e con asta trasversale (9) accoppiata alle ruote orientabili (10a, 10b) del veicolo e - i mezzi di deviazione (da 11 a 16) dell'elemento di manovra comprendono un sistema di esplorazione di spostamento lineare (12) per aste trasversali che rileva il movimento dell'asta trasversale (9) e una unità di deviazione (15) dell'elemento di manovra, dove quest 'ultima devia l'elemento di manovra (1) corrispondentemente al movimento dell'asta trasversale rilevato dal sistema di esplorazione di spostamento lineare per aste trasversali.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il sistema di esplorazione di spostamento lineare per aste trasversali è formato da una unità odometrica a pistone e cilindro (da 11 a 13) e l'unità di deviazione dell'elemento di manovra è formata da una unità idraulica di attuatore a pistone e cilindro (15, 16), le quali sono accoppiate fra loro tramite tubi idraulici (14a, 14b) relativi.