ITTO20010547A1 - Sospensione di tipo pneumatico con compensazione di dislivelli e di trasferimenti di carico. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad una sospensione di tipo pneumatico con compensazione di dislivelli e di trasferimenti di carico.

Come è noto, una sospensione è formata da un complesso di organi meccanici interposti fra il telaio o la scocca di un veicolo e la strada e comprende una molla, un ammortizzatore, vari cinetismi (bracci, mozzo, snodi, ecc) e una ruota (pneumatico e cerchio) ed ha lo scopo di permettere un moto relativo fra la ruota che segue il profilo stradale e la scocca, pur mantenendo determinati schemi geometrici e determinati valori degli angoli caratteristici. Tali valori degli angoli caratteristici sono di fondamentale importanza nella determinazione del comportamento dinamico del veicolo e con la loro variazione si ha la possibilità di attribuire al veicolo particolari comportamenti in rettilineo e in curva, in modo da garantire confort (che richiede sospensioni morbide per seguire bene l'andamento stradale) e buona tenuta di strada (che richiede sospensioni rìgide e ben ammortizzate). Dato che tali due esigenze sono spesso in contrasto fra loro, deve essere scelto un compromesso legato all'uso del veicolo.

In seguito, si farà riferimento a sospensioni dotate di molle pneumatiche o ad aria, che attualmente sono preferite alle molle a balestra per l'impiego in veicoli pesanti.

Nelle molle ad aria, è possibile regolare semplicemente la caratteristica di rigidità tramite immissione di aria in pressione; inoltre, le molle ad aria forniscono un confort molto più elevato di altri tipi di molla. Di conseguenza, le molle ad aria forniscono piena libertà di definizione di alcuni dei parametri fondamentali della sospensione, permettendo una costanza di assetto e variazioni di altezza del baricentro del veicolo ai diversi carichi. L'aria compressa opera infatti come elemento elastico che viene immesso in una struttura contenitiva deformabile mediante uno o più compressori che hanno anche il compito di regolare opportunamente la pressione interna in funzione del carico.

Nonostante gli evidenti vantaggi delle molle ad aria, esistono situazioni in cui esse non sono in grado di svolgere soddisfacentemente la loro funzione, e in cui possono nascere rischi dì incidenti.

In particolare, in condizioni statiche, gli autoveicoli pesanti possono trovarsi a lavorare in situazioni di assetto pericolose a causa di operazioni delicate quali il carico e lo scarico delle merci (ad esempio nei cantieri). In queste situazioni critiche, può avvenire che il baricentro del veicolo subisca variazioni apprezzabili fino ad innestare addirittura il ribaltamento. In questi casi, le molle ad aria non sono più sufficienti a ripristinare l'assetto.

Inoltre, anche in condizioni dinamiche, possono presentarsi situazioni svantaggiose dal punto di vista della tenuta di strada e del confort, che non possono essere evitate con le attuali sospensioni di tipo pneumatico. Infatti, per effetto delle sospensioni, la scocca del veicolo può muoversi rispetto alle ruote eseguendo differenti movimenti, fra cui il beccheggio e il rollio, causati da trasferimenti di carichi, tanto più gravosi nel caso di veicoli pesanti.

Ad esempio, le accelerazioni e le decelerazioni che nascono durante il moto possono provocare dei trasferimento di carico in direzione longitudinale che comportano una variazione del peso gravante sugli assi anteriore e posteriore del veicolo.

I trasferimenti di carico in direzione longitudinale sono di entità tanto maggiore quanto maggiori sono le forze che li generano, quanto maggiore è il peso del veicolo, quanto più alta è la posizione del baricentro e quanto minore è la lunghezza del passo. I trasferimenti di carico in direzione longitudinale influenzano, oltre al confort, anche la tenuta di strada, dato che in frenata l'alleggerimento del retrotreno limita la azione frenante. In accelerazione, l'alleggerimento del carico comporta invece possibili effetti di sottosterzo in curva e perdite di aderenza che non consentono di scaricare a terra tutta la potenza disponibile a causa del pattinamento delle ruote (nel caso di trazione anteriore) . Il moto cui è soggetta la scocca in questo caso è detto beccheggio ed influenza anche i valori degli angoli caratteristici a causa dell'affondamento o della distensione delle sospensioni, con evidente pericolo nel caso di grandi masse.

Analoghi rischi esistono nel caso di movimento di rollio, a causa di un trasferimento di peso in direzione trasversale, invece che longitudinale, del veicolo. Ciò può avvenire ad esempio nel caso di entrata in curva in velocità, che provoca un maggiore caricamento sulla ruota anteriore esterna e una raffica di vento laterale. Questi trasferimenti di carico in direzione trasversale sono di entità tanto maggiore quanto maggiori sono le forze che li provocano, quanto maggiore è il peso del veicolo, quanto più alta è la posizione del baricentro e quanto minore è la larghezza della "carreggiata" (larghezza assiale).

Scopo della presente invenzione è quello di superare le limitazioni delle sospensioni note in modo da evitare le situazioni critiche sopra descritte e fornire, oltre alla funzionalità tipica delle molle ad aria, anche un meccanismo di livellamento e/o di compensazione di trasferimenti di carico operanti in regime statico e, rispettivamente, dinamico.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una sospensione di tipo pneumatico, comprendente una molla ad aria includente un corpo a soffietto di materiale elasticamente cedevole, caratterizzato dal fatto di comprendere un gruppo telescopico alloggiato all'interno di detta molla ad aria e mezzi di comando estensione di detto gruppo telescopico.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di realizzazione non limitativo, in cui:

la figura 1 presenta una sezione trasversale attraverso una sospensione secondo l'invenzione, in posizione estesa;

la figura 2 presenta una sezione trasversale attraverso la sospensione di figura 1, in posizione retratta; e

la figura 3 mostra uno schema a blocchi relativo ad un sistema di controllo della sospensione secondo 1'invenzione .

Le figure 1 e 2 mostrano una sospensione 1 secondo l'invenzione. La sospensione 1 comprende una piastra inferiore 2 per il fissaggio ad un assale di un veicolo (non mostrato) attraverso mezzi a vite 3, rappresentati schematicamente; una piastra superiore 4 per il fissaggio ad un pianale di un veicolo attraverso mezzi a vite 5, pure mostrati in modo schematico; una molla ad aria 6; un cilindro di guida molla 7 ed un gruppo idraulico telescopico 8.

La molla ad aria 6 comprende un corpo cilindrico a soffietto 10, di materiale elastomerico, fissato con un'estremità superiore alla piastra superiore 4 e con un'estremità inferiore al gruppo idraulico telescopico 8, insieme al cilindro di guida molla 7.

Il gruppo idraulico telescopico 8 è formato da un cilindro inferiore 12; da un cilindro intermedio 13, inserito telescopicamente nel cilindro inferiore 12; e da uno stelo 14, inserito telescopicamente nel cilindro intermedio 13. L'estremità superiore dello stelo 14 è collegata alla piastra superiore 4 tramite un primo giunto sferico 15; il cilindro inferiore 12 è chiuso inferiormente da una base 16 collegata alla piastra inferiore 2 tramite un secondo giunto sferico 17.

La piastra inferiore 2 e la base 16 sono attraversate ciascuna da un rispettivo foro 19a, 19b, fra loro allineati, destinati ad alloggiare un innesto 20, mostrato solo schematicamente, collegato ad un condotto di mandata e ritorno 21 per l'alimentazione di olio in pressione da/verso un gruppo serbatoio/pompa 23 su comando di attuatori 22 (tipicamente elettrovalvole) posti in qualunque punto opportuno del condotto di mandata e ritorno 21, fra la sospensione 1 e gli attuatori 22. In alternativa a quanto mostrato, invece di un singolo condotto di mandata e ritorno 21, possono essere previsti due distinti condotti, rispettivamente di mandata e di ritorno, ciascuno provvisto di appositi attuatori .

La molla ad aria 6 è collegata ad un sistema di regolazione della rigidità della molla di tipo noto, dotato di un compressore non mostrato e operante in modo tradizionale, ed è integrata con il gruppo idraulico telescopico 8 secondo l'invenzione, comandato tramite gli attuatori 22 per mantenere la scocca del veicolo in assetto approssimativamente pianeggiante e/o per mantenere costante la posizione del centro di rollìo rispetto all'asse di inerzia, come descritto più in dettaglio qui di seguito.

In particolare, in una condizione di funzionamento statico, ad esempio durante le fasi di scarico (a veicolo fermo o quasi fermo), quando il baricentro del veicolo si allontana da una condizione di sicurezza, olio in pressione viene alimentato dal gruppo serbatoio/pompa 23 attraverso gli attuatori 22 all'interno del gruppo idraulico telescopico 8 e provoca l'estensione della sospensione 1 e l'irrigidimento della molla ad aria 6. In tal modo, viene garantita la distanza necessaria fra la scocca e l'assale affinché la scocca stessa si riporci in posizione approssimativamente orizzontale. La sospensione 1 opera qui in pratica come meccanismo di livellamento .

Il comando del gruppo idraulico telescopico 8 può avvenire in questo caso secondo tre diverse modalità.

Una prima modalità prevede un comando diretto degli attuatori 22 da parte dell'operatore che, dal suo posto di guida, in situazioni di terreno sconnesse che potrebbero pregiudicare l'assetto del veicolo, controlla l'immissione o la fuoriuscita dell'olio dal gruppo idraulico telescopico 8 e quindi l'entità dell'estensione della sospensione 1 in modo da ottenere il ripristino dell'assetto.

Una seconda modalità prevede un servomeccanismo elettromeccanico in cui gli attuatori 22 sono costituiti da valvole proporzionali in grado di aprirsi e chiudersi per regolare il passaggio dell'olio su comando di un sistema di bilancieri sensibili all'inclinazione della scocca.

Una terza modalità prevede un sistema di controllo elettronico che, dopo l'abilitazione da parte dell'operatore, provvede a rilevare automaticamente l'inclinazione della scocca rispetto ad una posizione di assetto pianeggiante e controlla l'entità dell'apertura/chiusura degli attuatori 22 in modo automatico .

Un sistema elettronico di tal tipo è ad esempio mostrato in figura 3, nella quale sono mostrati schematicamente una pluralità di sospensioni 1, disposte in modo noto su un veicolo tra gli assali e la scocca, i relativi condotti di mandata e ritorno 21, i relativi attuatori 22 e il gruppo serbatoio/pompa 23. Il sistema elettronico 40 di figura 3 comprende sensori di pressione 30 disposti all'interno di ciascun condotto 21, in una posizione compresa fra le sospensioni l e i relativi attuatori 22, e fornenti segnali di pressione ad un'unità di comando 31 (ad esempio a microprocessore) tramite linee 41. Ciascun attuatore 22 è collegato all'unità di comando 31 attraverso una prima linea 42 su cui l'unità di comando 31 fornisce un segnale di comando all'attuatore 22 e una seconda linea 43 sulla quale ciascun attuatore 22 fornisce all'unità di comando 31 un segnale di operatività, per consentire il controllo del funzionamento corretto degli attuatori. Trasduttori di posizione o inclinometri 32 sono posti in punti opportuni della scocca del veicolo e, tramite rispettive linee 44, forniscono segnali di posizione all'unità di comando 31. Infine, l'unità di comando 31 è collegata ad un'interfaccia 33 per lo scambio di comandi e di informazioni con un operatore tramite un'unità di ingresso/uscita non mostrata.

Nel sistema elettronico 40, l'unità di comando 31, sulla base del livello di inclinazione del veicolo, rilevato tramite i trasduttori di posizione 32, comanda gli attuatori 22 in modo da mandare in pressione i vari gruppi idraulici telescopici 6 delle diverse sospensioni o da togliere pressione dagli stessi, in modo da ripristinare l'assetto orizzontale della scocca e/o del piano di carico. L'unità di comando 31 verifica inoltre il corretto funzionamento del sistema elettronico 40 sulla base dei segnali di pressione forniti sulle linee 41, dei segnali di operatività forniti sulle linee 43. Le informazioni di attivazione/disattivazione del sistema elettronico 40, così come eventuali informazioni operative (allarmi, ecc,) vengono scambiati attraverso l'interfaccia 33.

In una condizione di funzionamento dinamico delle sospensioni 1, un sistema di controllo elettronico, simile a quello di figura 3,verifica l'esistenza di condizioni di beccheggio, provocando un irrigidimento delle molle ad aria 6 tramite l'estensione dei gruppi idraulici telescopici 8, in tempo reale, non appena viene rilevato uno spostamento di carico, in modo da evitare perdite di aderenza e scarso confort.

Analogamente, in caso di rollio, il sistema di controllo elettronico 40 agisce automaticamente in modo da fissare la posizione reciproca fra gli assi di inerzia del veicolo e gli assi di rollio, per garantire la stabilità dì assetto durante le curve percorse in velocità ed evitare pericolosi ondeggiamenti della scocca. In particolare, in questo caso, all'unità di comando 31 vengono forniti sia i segnali delle inclinazioni della scocca del veicolo, forniti sulle linee 44 dai trasduttori di posizione 32, sia il valore di estensione di ogni singolo gruppo idraulico telescopico 8 (ad esempio rilevato in base al segnale di pressione fornito dai sensori di pressione 30).

I vantaggi forniti dalla sospensione descritta sono evidenti dalla descrizione precedente. Si sottolinea solo il fatto che le funzionalità di compensazione di dislivelli e di trasferimenti di carico ottenute con la sospensione secondo l'invenzione non modificano le caratteristiche di ingombro e di applicabilità sull'assale presentate dalle sospensioni ad aria note, per cui il montaggio delle sospensioni secondo l'invenzione non comporta oneri o complicazioni aggiuntivi .

Risulta infine chiaro che alla sospensione qui descritta ed illustrata e al relativo sistema di controllo possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione.

Claims (14)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Sospensione di tipo pneumatico (1), comprendente una molla ad aria (6) includente mezzi di vincolo superiori (4), mezzi di vincolo inferiori (2), ed un corpo a soffietto (10) di materiale elasticamente cedevole, estendentisi fra detti mezzi di vincolo superiori ed inferiori, caratterizzata dal fatto di comprendere un gruppo telescopico (8) alloggiato all'interno di detta molla ad aria e collegato fra detti mezzi di vincolo superiori ed inferiori (4, 2) e mezzi di comando estensione (21-23) di detto gruppo telescopico (8).
2. 2. Sospensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di comando estensione (21-23) sono di tipo idraulico.
3. 3. Sospensione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detti mezzi dì vincolo superiori ed inferiori comprendono una piastra superiore (4) ed una piastra inferiore (2).
4. 4. Sospensione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto gruppo telescopico (8) comprende un cilindro inferiore (12) collegato a detta piastra inferiore (2); un cilindro intermedio (13), collegato telescopicamente a detto cilindro inferiore (12); ed uno stelo (14), collegato telescopicamente a detto cilindro intermedio (13), detto corpo a soffietto (10) essendo fissato superiormente a detta piastra superiore (4) e inferiormente a detto cilindro inferiore (12).
5. 5. Sospensione secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto che detto gruppo telescopico (8) è collegato a dette piastre superiore ed inferiore (4, 2) tramite giunti sferici (15, 17).
6. 6. Sistema di modifica assetto veicolo, caratterizzato dal fatto di comprendere una sospensione pneumatica (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5.
7. 7. Sistema di modifica assetto veicolo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema idraulico di alimentazione includente un serbatoio (23) di un liquido attuatore, almeno un condotto di alimentazione (21) estendentesi fra detto serbatoio e gruppo telescopico (8), e mezzi attuatori (22) collegati fra detto serbatoio e detto gruppo telescopico.
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi attuatori (22) comprendono servovalvole.
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto di comprendere un'unità di comando (31) collegata a detti mezzi attuatori (22).
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta unità di comando (31) è collegata ad un'unità di interfaccia (33) per lo scambio di comandi e/o informazioni con l'esterno.
11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che detta unità di comando (31) comprende una centralina elettronica di controllo automatico .
12. 12. Sistema secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi trasduttori di posizione (32) collegati a detta centralina elettronica (31) e fornenti segnali di inclinazione e mezzi sensori di pressione (30), disposti lungo detto condotto di alimentazione (21) e fornenti segnali di pressione a detta centralina elettronica .
13. 13. Sistema secondo la rivendicazione 11 o 12, caratterizzato dal fatto di comprendere linee di connessione (43) estendentisi fra detti mezzi attuatori (22) e detta centralina elettronica (31) e fornenti un segnale di operatività di detti mezzi attuatori a detta centralina elettronica.
14. 14. Sospensione di tipo pneumatico e sistema di modifica assetto veicolo, sostanzialmente come descritti con riferimento alle figure annesse,