ITRM990726A1

ITRM990726A1 - Sistema di sospensione attiva per autoveicoli.

Info

Publication number: ITRM990726A1
Application number: IT1999RM000726A
Authority: IT
Inventors: Ralph Streiter
Original assignee: Daimler Chrysler Ag
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-05-29
Also published as: FR2787066A1; DE19855310C2; IT1308020B1; ITRM990726A0; US6249728B1; DE19855310A1; FR2787066B1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "SISTEMA DI SOSPENSIONE ATTIVA PER AUTOVEICOLI"

L'invenzione concerne un sistema di sospensione attiva per veicoli, in particolare per autoveicoli, con aggregati di sostegno disposti tra la carrozzeria del veicolo e le ruote dello stesso, i quali presentano, di volta in volta, un organo di regolazione a corsa regolabile in modo attivo e una molla passiva, disposta in serie rispetto a questo, e con comando automatico degli organi di regolazione, laddove ad ogni aggregato di sostegno è associato un trasduttore di spostamento lineare per la produzione di un segnale correlato con la posizione verticale dell'aggregato di sostegno e alla carrozzeria del veicolo è associato un sistema di sensori per la produzione di segnali correlati almeno con le accelerazioni verticali della carrozzeria e segnali di regolazione atti al controllo degli organi di regolazione presentano una parte di segnali prodotta dai segnali del sistema di sensori citati.

La DE 40 26 790 CI mostra un sistema di sospensione per autoveicoli controllato da calcolatore. In questo caso, un intervento di comando dipendente dalla frequenza delle corse della sospensione elàstica è eseguito in modo che, nella frequenza caratteristica per una risonanza della carrozzeria, si abbia uno smorzamento amplificato dei movimenti della carrozzeria .

Dalla DE 39 32 476 Al è noto un sistema di sospensione che presenta aggregati elastici e di sostegno idropneumatici in cui la molla passiva è formata da un accumulatore di energia a molla pneumatico. Questo accumulatore di energia a molla è collegato idraulicamente con una camera di lavoro di stantuffo di un gruppo a pistone e cilindro disposto tra massa molleggiata e massa non molleggiata, laddove la "tiranteria idraulica" formata dall'accoppiamento idraulico può essere accorciata e rispettivamente allungata mediante alimentazione e rispettivamente scarico di mezzo idraulico. I segnali di regolazione per gli organi di regolazione comprendono, fra l'altro, parti determinate dall'accelerazione longitudinale e trasversale della carrozzeria, nonché altre parti che dipendono dalla corsa verticale della massa non molleggiata rispetto alla massa molleggiata nonché dall'accelerazione verticale della massa molleggiata.

Secondo la EP 0 395 114 Al, in un sistema di sospensione idropneumatica è previsto controllare gli aggregati della sospensione dal punto di vista della compensazione di beccheggio e rispettivamente di rollìo, laddove i movimenti di beccheggio e rispettivamente di rollìo della carrozzeria e rispettivamente le forze che generano corrispondenti movimenti della carrozzeria vengono rilevati (e) da sensori del lato carrozzeria per l'accelerazione longitudinale e trasversale.

La DE 42 31 641 Al nonché la DE 44 14 022 Al mostrano sistemi di sospensione attiva, in cui una molla meccanica passiva è disposta in serie rispetto ad un aggregato di regolazione idraulica, cioè la "tiranteria idraulica" è combinata, secondo questo brevetto, con una molla meccanica.

Secondo la DE 196 15 737 Al, in un sistema di sospensione attiva di un autoveicolo si rilevano le accelerazioni della carrozzeria al fine di ricavare da esse una misura per la deformazione delle gomme. In questo modo si può rilevare una misura comparativamente esatta della distanza della carrozzeria dal suolo tenendo conto, da un lato, delle distanze tra la carrozzeria e le ruote del veicolo e, dall'altro lato, delle condizioni delle componenti elastiche delle gomme. In conclusione, è possibile adottare un valore realistico della distanza dal suolo come grandezza di comando per la regolazione del sistema di sospensione. Inoltre, dalla DE 43 03 160 Al è noto, ad esempio, disporre tra la carrozzeria e la ruota dei veicoli, di volta in volta soltanto un generatore di forze attivo senza molla passiva disposta in serie rispetto ad esso ed eseguire il comando in funzione di parametri da sorvegliare mediante un confronto tra valore nominale e valore reale. In tali sistemi, i generatori di forza nonché i sistemi regolati debbono avere una capacità di reazione estremamente alta, altrimenti si otterrebbe un comportamento di sospensione non confortevole.

Pertanto, compito dell'invenzione è quello di realizzare un sistema di sospensione attiva in cui si reagisce,, in modo particolare, alle accelerazioni della carrozzeria .

Questo compito viene risolto, secondo l'invenzione, per il fatto che una parte di segnali prodotta dal sistema di sensori delle accelerazioni della carrozzeria, per parti ad alta frequenza delle accelerazioni verticali della carrozzeria al di sopra di una frequenza limite, produce una regolazione degli organi di regolazione che riducono di volta in volta l'accelerazione della carrozzeria e, per parti a bassa frequenza dell'accelerazione della carrozzeria al di sotto della stessa o di un'altra frequenza limite, produce una regolazione quantitativamente ridotta o minima e/o una regolazione contraria degli organi di regolazione .

L'invenzione si basa sul concetto generale di elaborare le accelerazioni della carrozzeria tenendo conto del loro spettro di frequenza. In questo caso si tiene conto del fatto che parti ad alta frequenza delle accelerazioni della carrozzeria vengono prodotte, in gran parte, da aplanarità del piano stradale con breve lunghezza d'onda indiretta, mentre le parti a frequenza molto bassa delle accelerazioni della carrozzeria vengono prodotte, principalmente, da contorni del piano stradale con lunghezza d'onda indiretta molto grande e rispettivamente da curve del piano stradale, da pendenze laterali della carreggiata in corrispondenza di curve e simili. Grazie al fatto che si tiene conto delle accelerazioni della carrozzeria in funzione della frequenza, da un lato, si può ottenere un buon comfort, potendo garantire, in caso di movimento ald alta frequenza della carrozzeria, una cedevolezza marcatamente confortevole della sospensione. Dall'altro lato, grazie all'invenzione, si ottiene un maneggio sicuro del veicolo dal momento che i movimenti della carrozzeria prodotti dai contorni ad onde lunghe della carreggiata non si attenuano e rispettivamente vengono attenuati solo in misura limitata, in modo che la carrozzeria del veicolo possa mantenere comparativamente stabile una posizione nominale prestabilita rispetto al contorno della carreggiata ottenuto mediante una operazione media di calcolo.

Inoltre secondo una forma di esecuzione particolarmente preferita dell'invenzione, tenendo conto delle accelerazioni della carrozzeria per i segnali di regolazione degli aggregati di regolazione, si rileva anche una parte di segnali, la quale è correlata con lo stato delle componenti elastiche delle gomme delle ruote del veicolo. Se il carico utile di un veicolo durante la marcia rimane immobile rispetto alla carrozzeria del veicolo e la massa inerziale delle ruote del veicolo nonché delle sospensioni sulle ruote è bassa rispetto alla massa della carrozzeria del veicolo, le accelerazioni della carrozzeria vengono determinate prevalentemente solo dalle forze agenti tra il piano stradale e la carrozzeria, le quali vengono trasmesse dalle ruote e quindi dalle componenti elastiche delle gomme e, di conseguenza, determinano -almeno in grande misura - anche lo stato delle componenti elastiche delle gomme.

Inoltre, per quanto riguarda i particolari preferiti dell'invenzione, si rimanda alle rivendicazioni nonché alla illustrazione seguente dei disegni, con riferimento ai quali vengono descritte forme di realizzazione vantaggiose dell'invenzione. In essi :

La figura 1 mostra una rappresentazione schematica di principio di un aggregato di sostegno, la figura 2 mostra una rappresentazione schematica di un veicolo con sistema di sospensione secondo l'invenzione e

la figura 3 mostra uno schema a blocchi del comando automatico per gli organi di regolazione a corsa regolabile degli aggregati di sostegno.

Secondo la figura 1, tra la ruota 1 e la carrozzeria 2 di un veicolo è disposto un aggregato di sostegno 3 che presenta, di volta in volta, una molla passiva 4 nonché un aggregato idraulico 5 disposto in serie. Per mezzo dell'aggregato idraulico 5 è possibile regolare verticalmente la spalla del lato carrozzeria della molla 4 rispetto alla carrozzeria 2.

Parallelamente alla molla 4 è disposto un ammortizzatore 6. Secondo la figura 1, questo è previsto tra la ruota 1 e la carrozzeria 2. In linea di massima è anche possibile però disporre questo ammortizzatore 6 tra la ruota 1 e l'aggregato idraulico 5 parallelamente alla molla 4. La disposizione dell'ammortizzatore 6 rappresentata nella figura 1 offre la possibilità di realizzare 1'ammortizzatore 6 in modo da avere una lunghezza maggiore. In una disposizione dell'ammortizzatore 6 tra la ruota 1 e l'aggregato idraulico 5 è vantaggioso che detto aggregato idraulico 5, in caso di regolazione, non debba lavorare contro la resistenza dell'ammortizzatore 6.

L'aggregato idraulico 5 è collegato con una sorgente di pressione idraulica 8 in modo da poter essere comandato tramite un sistema di valvole di comando 7.

In questo caso può trattarsi, ad esempio, di un accumulatore di pressione che viene ricaricato regolarmente da una pompa non rappresentata.

Il sistema di valvole di comando 7 viene azionato per mezzo di un circuito di regolazione elettronico 10 nel modo rappresentato in seguito.

Secondo la figura 2, ad ogni ruota 1 e rispettivamente ad ogni aggregato di sostegno 3 è associato un trasduttore di spostamento lineare 11, il cui segnale è correlato con la distanza tra ciascuna ruota 1 e la carrozzeria 2. I trasduttori di spostamento lineare 11 possono essere realizzati, dal punto di vista costruttivo, in qualsiasi modo. Ad esempio si possono prevedere sensori di corsa che rilevano direttamente la distanza tra il centro della ruota 1 e la carrozzeria 2. Al loro posto si possono prevedere anche rivelatori d'angolo che rilevano, ad esempio, l'angolo di oscillazione di un braccio oscillante atto alla sospensione rispetto alla carrozzeria 2. La misura di un tale angolo di oscillazione è una misura per la distanza tra la ruota 1 e la carrozzeria 2.

Sulla carrozzeria 2 del veicolo sono previsti più sensori di accelerazione 12 mediante i quali si possono rilevare accelerazioni verticali del lato carrozzeria. In questo modo, il circuito di regolazione 10 può rilevare movimenti verticali accelerati della carrozzeria del veicolo ed eventualmente anche movimenti accelerati di beccheggio e rispettivamente di rollìo, cioè movimenti rotatori della carrozzeria del veicolo 2 intorno al suo asse trasversale e rispettivamente longitudinale. Inoltre, sensori 13 e 14 possono registrare direttamente accelerazioni longitudinali e trasversali della carrozzeria 2 del veicolo .

In conclusione, in questo modo si dispone di segnali per accelerazioni della carrozzeria in direzione longitudinale e verticale nonché per movimenti rotatori accelerati relativi all'asse longitudinale, trasversale e normale.

Secondo la figura 3, i segnali dei sensori 12 per l'accelerazione verticale della carrozzeria 2 del veicolo vengono elaborati da una unità circuitale 15 in modo che sul lato di uscita di questa unità 15 ci siano segnali per l'accelerazione verticale, l'accelerazione di beccheggio nonché l'accelerazione di rollìo della carrozzeria 2. Questi segnali vengono inviati, da un lato, ad un amplificatore 16 e, dall'altro lato, ad un filtro passabasso 17 disposto parallelamente a questo. In questo caso, l'amplificatore 16 lavora con uscita negata in modo che i segnali di uscita dell'amplificatore 16 e del filtro passabasso 17 vengano correlati fra loro nel senso di una sottrazione da un circuito sommatore 18 collegato a valle.

Se vi è un'accelerazione della carrozzeria verso l'alto, i segnali di uscita dell'amplificatore 16 rappresentano un comando per l'accorciamento di uno o più aggregati idraulici 5. In caso di accelerazione della carrozzeria verso il basso, i segnali di uscita dell'amplificatore 16 rappresentano comandi per il prolungamento di uno o più aggregati idraulici 5. In conclusione, i segnali di comando citati possono essere sensori 13 e 14 per l'accelerazione trasversale e longitudinale della carrozzeria del veicolo. Pertanto, sul lato di uscita del circuito sommatore 19 vi sono segnali che riflettono le forze esterne che agiscono sulla carrozzeria 2 fino a quando è possibile trascurare movimenti del carico utile oppure dei passeggeri del veicolo durante la marcia. In un veicolo stradale, queste forze esterne debbono agire, in pratica, completamente sulle ruote 1 e produrre un'analoga deformazione elastica e rispettivamente una distorsione delle gomme e rispettivamente delle componenti elastiche 1' delle gomme delle ruote 1.

Pertanto, per mezzo di una unità circuitale 20, i segnali di uscita del circuito sommatore 19 possono essere trasformati in segnali che riproducono lo stato di deformazione elastica delle molle 1' delle gomme.

Questi segnali vengono inviati ad un circuito sommatore 21 ed ivi combinati con i segnali dei trasduttori di spostamento lineare 11 in modo che sul lato di uscita vi siano segnali che sono correlati con le distanze dal suolo della carrozzeria 2 sulle rispettive ruote 1. Nel complesso, questi segnali costituiscono quindi una informazione relativa alla posizione della carrozzeria 2 del veicolo rispetto alla carreggiata .

Nell'unità circuitale 22, questi segnali vengono trasformati in modo che, sul lato di uscita vi siano segnali accoppiati con il valore reale della distanza media dal suolo della carrozzeria 2 del veicolo, con il valore reale dell'angolo di rollìo nonché con il valore reale dell'angolo di beccheggio della carrozzeria 2 del veicolo .

Ora, i segnali citati vengono inviati ad un circuito sommatore 23 che riceve, da rivelatori di valori nominali 24, segnali relativi per la distanza media dal suolo nonché per l'angolo di beccheggio e di rollìo della carrozzeria 2 ed esegue un confronto tra valore nominale e valore reale. In questo modo, il circuito sommatore 23 produce, sul lato di uscita, segnali che rappresentano le differenze tra valore nominale e valore reale della posizione reale della carrozzeria 2 del veicolo rispetto alla posizione nominale della stessa.

I segnali di uscita del circuito sommatore 23 vengono elaborati poi in una unità circuitale 25 nel senso di una regolazione proporzionale integrale.

I segnali di uscita dell'unità circuitale 25 vengono combinati, nel circuito sommatore 18, con i segnali di uscita dell'amplificatore 16 nonché del filtro passabasso 17, in modo da disporre, sul lato di uscita del circuito sommatore 18, di un complesso di segnali che, da un lato, comprende le contromisure desiderate contro i movimenti della carrozzeria rispetto ad un sistema di riferimento fissato al suolo nonché, dall'altro lato, le contromisure per compensare le accelerazioni della carrozzeria.

I segnali di uscita del circuito sommatore 18 possono attraversare un filtro passabasso 26 per evitare che, attraverso le vibrazioni del motore o gli squilibri delle ruote 1 o simili, si tenga conto delle oscillazioni della carrozzeria prodotte nella produzione dei segnali di regolazione per i sistemi di valvole di comando 7.

Dietro il filtro passabasso 26 è disposto, preferibilmente, un altro circuito sommotatore 27 al quale, oltre ai segnali di uscita del filtro passabasso 26, vengono inviati i segnali di uscita di un sistema differenziatore 28 che, sul lato di entrata, riceve i segnali di uscita del circuito sommatore 19. Di conseguenza, i segnali di uscita del sistema differenziatore 28 rappresentano la variazione dei segnali che sono correlati con i momenti e le forze esterne che agiscono sulla carrozzeria 2.

I segnali di uscita del circuito sommatore 27 contengono, di conseguenza, parti di segnali prestabilite dalle velocità di movimento della carrozzeria 2. Inoltre, i segnali di uscita del circuito sommatore 27 comprendono parti di segnali determinate dalle forze e momenti esterni che agiscono sulla carrozzeria. Infine vi sono parti di segnali che vengono prestabilite dalla differenza tra la posizione reale della carrozzeria dal piano stradale e una posizione nominale corrispondente.

Questi segnali vengono inviati, quindi, ad uno stadio finale 29 dove vengono trasformati in correnti elettriche di comando per i magneti di regolazione dei sistemi di valvole di comando 7 delle ruote 1 del veicolo .

Eventualmente si può prevedere di comandare in modo diverso i movimenti di regolazione degli aggregati idraulici 5 per la compensazione di movimenti di rollìo della carrozzeria 2 sulle ruote anteriori e posteriori del veicolo.

Preferibilmente, l'unità circuitale 22 produce anche segnali che sono correlati con le distanza della carrozzeria 2 dal suolo su ruote 1 diagonalmente opposte fra loro (ad esempio, la ruota anteriore destra e la ruota posteriore sinistra). Questi segnali rappresentano una informazione relativa alla grandezza e alla direzione della distorsione della carrozzeria 2.

Questi segnali vengono poi tenuti in considerazione dallo stadio finale 29 durante la compensazione di rollìo, cioè quando gli aggregati di regolazione 5 vengono azionati per la compensazione dei movimenti rotatori della carrozzeria 2 intorno all'asse longitudinale di essa

Eventualmente, lo stadio finale 29 può attivare durante la compensazione di rollìo, gli aggregati di regolazione 5 in modo che le forze di sostegno previste per la compensazione di rollìo vengano ripartite in modo prestabilito - preferibilmente in funzione di parametri sulle ruote anteriore e posteriori del rilevati come ordini di comando per la riduzione e rispettivamente l'attenuazione di accelerazioni verticali del lato carrozzeria.

I segnali di uscita del filtro passabasso 17 costituiscono comandi inversi rispetto ai segnali di uscita dell'amplificatore 16, i quali vengono prodotti però, a causa dell'effetto passabasso del filtro 17, soltanto per parti di bassa frequenza dell'accelerazione della carrozzeria.

Se i segnali di uscita dell'amplificatore 16 e del filtro passabasso 17 nel circuito sommatore 18 vengono combinati fra loro, si ottengono, quindi, sul lato di uscita del circuito sommatore 18, parti di segnali modulati in funzione della frequenza con il risultato che diventa possibile un'attenuazione di oscillazioni verticali della carrozzeria dipendente opportunamente dalla frequenza. In questo caso, attraverso gli elementi 16, 17 e 18 si determina la frequenza a partire dalla quale giocano un grande ruolo e rispettivamente si tiene conto di accelerazioni verticali della carrozzeria durante la regolazione degli aggregati di regolazione 5.

I segnali di uscita dell'unità circuitale 15 vengono inviati, inoltre, ad un circuito sommatore 19, al quale vengono inviati anche i segnali dei sistemi di

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di sospensione attiva per veicoli, in particolare per autoveicoli, con aggregati di sostegno (3) disposti tra la carrozzeria (2) del veicolo e le ruote (1) dello stesso, i quali presentano, di volta in volta, un organo di regolazione attivo a corsa regolabile (5) e una molla (4) passiva disposta in serie, e con comando automatico (10) degli organi di regolazione (5), laddove ad ogni aggregato di sostegno (3) è associato un trasduttore di spostamento lineare (11) per la produzione di un segnale correlato con la posizione verticale dell'aggregato di sostegno (3) e alla carrozzeria (2) del veicolo è associato un sistema di sensori (12, 13, 14) per la produzione di segnali correlati almeno con accelerazioni verticali della carrozzeria e segnali di regolazione atti a pilotare gli organi di regolazione (5) presentano una parte di segnali prodotta dai segnali del sistema di sensori (12, 13, 14) citati, laddove questa parte di segnali, per quote ad alta frequenza delle accelerazioni verticali della carrozzeria al di sopra di una frequenza limite, produce una regolazione degli organi di regolazione (5) che riduce ciascuna accelerazione e, per quote a bassa frequenza delle accelerazioni della carrozzeria, produce una regolazione minima e/o contraria, quantitativamente ridotta, degli organi di regolazione (5).
2. Sistema di sospensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che segnali riproducenti accelerazioni, in particolare accelerazioni verticali, della carrozzeria (2) vengono inviati ad un amplificatore (16) nonché ad un filtro passabasso (17) parallelo a questo e i segnali di uscita dell'amplificatore (16) e del filtro passabasso (17) vengono accoppiati in senso sottrattivo fra loro.
3. Sistema di sospensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 2, caratterizzato dal fatto che l'amplificatore (16) e il filtro passabasso (17) presentano uguali fattori di amplificazione.
4. Sistema di sospensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che l'amplificatore (16) presenta un fattore di amplificazione maggiore del filtro passabasso (17).
5. Sistema di sospensione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che l'amplificatore (16) presenta un fattore di amplificazione minore del filtro passabasso (17).