ITUA20163740A1

ITUA20163740A1 - Sospensione per veicolo con ammortizzatore idraulico rigenerativo e con sistema di regolazione dell'assetto del veicolo.

Info

Publication number: ITUA20163740A1
Application number: ITUA2016A003740A
Authority: IT
Inventors: Piero Antonio Conti; Giordano Greco; Andrea Nepote; Nicola Amati; Renato Galluzzi; Andrea Tonoli
Original assignee: Sistemi Sospensioni Spa; Magneti Marelli Spa
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-24
Also published as: WO2017202811A1; BR112018073926A2; CN109311362B; US20200324610A1; EP3463941A1; BR112018073926B1; US11072220B2; CN109311362A; EP3463941B1

Description

"Sospensione per veicolo con ammortizzatore idraulico rigenerativo e con sistema di regolazione dell'assetto del veicolo"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una sospensione per ruota di veicolo comprendente una molla interposta fra la ruota e il corpo del veicolo, un sistema di regolazione dell'assetto del veicolo atto a controllare la posizione verticale relativa fra la ruota e il corpo del veicolo e un gruppo ammortizzatore idraulico rigenerativo, cioè un gruppo ammortizzatore idraulico capace di convertire parte dell'energia cinetica vibrazionale della sospensione in energia elettrica, in cui il sistema di regolazione dell'assetto del veicolo comprende un attuatore idraulico a singolo effetto disposto meccanicamente in serie alla molla, e in cui il gruppo ammortizzatore idraulico rigenerativo include un ammortizzatore idraulico disposto in parallelo all'insieme formato dalla molla e dall'attuatore idraulico, un gruppo motore e pompa avente una macchina idraulica volumetrica e una macchina elettrica accoppiata alla macchina idraulica, e un'unità elettronica di controllo predisposta per controllare la coppia (resistente o motrice) della macchina elettrica.

Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda un metodo per il controllo dell'assetto di un veicolo provvisto di una sospensione del tipo sopra identificato.

Una sospensione per ruota di veicolo secondo il preambolo della rivendicazione indipendente 1 è nota ad esempio da US 2013/0154280. Tale sospensione nota è in grado di realizzare sia la funzione di rigenerazione dell'energia sia la funzione di controllo dello smorzamento dell'ammortizzatore.

Uno scopo della presente invenzione è proporre una sospensione per ruota di veicolo che sia in grado di realizzare, oltre alle funzioni di rigenerazione dell'energia e di controllo dello smorzamento dell'ammortizzatore, anche la funzione di controllo attivo dell'assetto del veicolo, utilizzando per tutte e tre queste funzioni un comune hardware meccanico, idraulico, elettrico ed elettronico e riducendo così al minimo il livello di complessità della sospensione.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo l'invenzione grazie a una sospensione per ruota di veicolo avente le caratteristiche definite nell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Forme di realizzazione vantaggiose dell'invenzione sono specificate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrale e integrante della descrizione che segue.

In sintesi, l'invenzione si basa sull'idea di realizzare una sospensione comprendente una molla interposta fra la ruota e il corpo del veicolo, un attuatore idraulico a singolo effetto disposto in serie alla molla per controllare la posizione verticale relativa fra la ruota e il corpo del veicolo, un gruppo ammortizzatore idraulico rigenerativo includente un ammortizzatore idraulico disposto in parallelo all'insieme formato dalla molla e dall'attuatore idraulico e un gruppo motore e pompa avente una macchina idraulica volumetrica e una macchina elettrica accoppiata alla macchina idraulica, un serbatoio per un fluido di lavoro (olio), e un circuito idraulico collegante l'uno con l'altro l'attuatore idraulico, l'ammortizzatore idraulico, la macchina idraulica e il serbatoio, in cui il circuito idraulico comprende mezzi valvolari atti a controllare il flusso del fluido di lavoro fra l'attuatore idraulico, l'ammortizzatore idraulico, la macchina idraulica e il serbatoio in modo da permettere alla sospensione di funzionare nelle seguenti tre condizioni principali di funzionamento: - attuatore idraulico in posizione fissa per mantenere costante la distanza fra la ruota e il corpo del veicolo;

- attuatore idraulico in estensione (salita) per aumentare la distanza fra la ruota e il corpo del veicolo; e

- attuatore idraulico in compressione (discesa) per ridurre la distanza fra la ruota e il corpo del veicolo.

Le caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una rappresentazione schematica dell'architettura di una sospensione per ruota di veicolo secondo la presente invenzione;

la figura 2 è uno schema di una forma di realizzazione di un circuito idraulico per una sospensione per ruota di veicolo secondo la presente invenzione, in una prima modalità di funzionamento in cui l'attuatore idraulico è mantenuto in posizione costante per mantenere costante la distanza fra la ruota e il corpo del veicolo;

la figura 3 è uno schema del circuito idraulico di figura 2, in una seconda condizione di funzionamento in cui l'attuatore idraulico viene fatto estendere o comprimere per aumentare o rispettivamente ridurre la distanza fra la ruota e il corpo del veicolo;

la figura 4 è uno schema di un'ulteriore forma di realizzazione di un circuito idraulico per una sospensione per ruota di veicolo secondo la presente invenzione;

la figura 5 mostra schematicamente un esempio di ammortizzatore idraulico utilizzabile in una sospensione per ruota di veicolo secondo la presente invenzione;

la figura 6 mostra schematicamente un ulteriore esempio di ammortizzatore idraulico utilizzabile in una sospensione per ruota di veicolo secondo la presente invenzione;

la figura 7 è uno schema di un'ulteriore forma di realizzazione di un circuito idraulico per una sospensione per ruota di veicolo secondo la presente invenzione, utilizzante un ammortizzatore idraulico secondo la figura 6; e

le figure 8 e 9 mostrano schematicamente due diversi esempi di una valvola di controllo del flusso utilizzabile nel circuito idraulico di una sospensione per ruota di veicolo secondo la presente invenzione.

Con riferimento inizialmente alla figura 1, una sospensione per ruota di veicolo è complessivamente indicata con 10 e comprende fondamentalmente:

una molla 12 (preferibilmente, anche se non necessariamente, una molla meccanica) interposta fra il corpo del veicolo (indicato con B), o più in generale la massa sospesa del veicolo, e la ruota del veicolo (indicata con W, o più in generale la massa non sospesa del veicolo;

un attuatore idraulico a singolo effetto 14 (di qui in avanti indicato più semplicemente come attuatore) disposto in serie alla molla 12 per controllare la posizione verticale relativa fra la ruota W e il corpo B del veicolo; e

un gruppo ammortizzatore idraulico rigenerativo 16 (di qui in avanti indicato più semplicemente come gruppo ammortizzatore), cioè un gruppo ammortizzatore idraulico capace di convertire parte dell'energia cinetica vibrazionale della sospensione in energia elettrica, che è disposto in parallelo rispetto all'insieme formato dalla molla 12 e dall'attuatore 14 e comprende fondamentalmente un ammortizzatore idraulico 18 (di qui in avanti indicato più semplicemente come ammortizzatore) e un gruppo motore e pompa 20.

Nelle forme di realizzazione dell'invenzione qui proposte la molla 12 è una molla operante a compressione e trazione, e più precisamente una molla a elica cilindrica, e l'attuatore 14 ad essa associato è un attuatore lineare. Secondo tali forme di realizzazione, la molla 12 insiste alle sue opposte estremità, superiore e inferiore, contro rispettivi piattelli molla (non mostrati) e l'attuatore 14 è predisposto, in modo per sé noto, per variare la posizione verticale di uno dei piattelli molla. E' comunque possibile prevedere, in alternativa, l'utilizzo di una molla operante a torsione, nel qual caso l'attuatore ad essa associato è un attuatore rotativo, anziché lineare.

Come mostrato nelle figure 2 e 3, il gruppo motore e pompa 20 comprende una macchina idraulica volumetrica 22 (in particolare, una macchina idraulica reversibile) e una macchina elettrica 24 accoppiata alla macchina idraulica 22. La macchina idraulica 22 è configurata per funzionare alternativamente come macchina operatrice (cioè come macchina che riceve in ingresso energia meccanica e converte tale energia in energia idraulica) o come macchina motrice (cioè come macchina che riceve in ingresso energia idraulica e converte tale energia in energia meccanica). Analogamente, la macchina elettrica 24 è configurata per funzionare alternativamente come macchina operatrice (cioè come macchina che riceve in ingresso energia meccanica e converte tale energia in energia elettrica) o come macchina motrice (cioè come macchina che riceve in ingresso energia elettrica e converte tale energia in energia meccanica). In modo per sé noto, un albero motore della macchina idraulica 22 è accoppiato, ad esempio tramite giunto, a un albero motore della macchina elettrica 24. Il gruppo ammortizzatore 16 comprende inoltre, in modo per sé noto, un'unità elettronica di controllo 26 predisposta per controllare la coppia (resistente o motrice) della macchina elettrica 24.

Con riferimento anche alle figure 5 e 6, che mostrano due esempi di realizzazione di un ammortizzatore utilizzabile in una sospensione secondo la presente invenzione, l'ammortizzatore 18 comprende, in modo per sé noto, un cilindro 28, uno stelo 30 parzialmente fuoriuscente dalla sommità del cilindro 28 e un pistone 32 che è disposto scorrevole all'interno del cilindro 28 ed è rigidamente connesso allo stelo 30. Il pistone 32 separa l'una dall'altra una camera di estensione 34, disposta dalla parte dello stelo 30, e una camera di compressione 36, disposta da parte opposta rispetto allo stelo 30. Nella camera di estensione 34 e nella camera di compressione 36 è contenuto un fluido di lavoro (olio). L'ammortizzatore 18 è provvisto di una prima e una seconda porta idraulica di comunicazione, rispettivamente indicate con 38 e 40.

Nella forma di realizzazione della figura 5 l'ammortizzatore 18 è un ammortizzatore di tipo cosiddetto monotubo, in cui cioè il cilindro 28 è formato da un singolo tubo. In questo caso, l'ammortizzatore 18 comprende inoltre, in modo per sé noto, un diaframma mobile 42 che è accolto in modo scorrevole nel cilindro 28, al disotto del pistone 32, e separa la camera di compressione 36 da una camera del gas 44 contenente gas ad alta pressione (tipicamente, 15-20 bar). L'ammortizzatore 18 comprende inoltre una coppia di valvole unidirezionali che sono montate nel pistone 32 e regolano il flusso dell'olio fra la camera di estensione 34 e la camera di compressione 36, e precisamente una valvola di estensione 46, che consente il flusso dell'olio nel solo verso dalla camera di estensione 34 alla camera di compressione 36, e una valvola di compressione 48, che consente il flusso dell'olio solamente nel verso opposto, cioè dalla camera di compressione 36 alla camera di estensione 34. La prima porta idraulica di comunicazione 38 comunica con la camera di estensione 34, mentre la seconda porta idraulica di comunicazione 40 comunica con la camera di compressione 36.

Nella forma di realizzazione della figura 6, in cui parti ed elementi identici o corrispondenti a quelli della figura 5 sono indicati con i medesimi numeri di riferimento, l'ammortizzatore 18 è un ammortizzatore cosiddetto tritubo. In questo caso, il cilindro 28 comprende tre tubi disposti coassialmente l'uno rispetto all'altro, e precisamente:

un primo tubo più interno 50, in cui è disposto scorrevole il pistone 32 in modo da separare il volume interno al primo tubo 50 nella camera di estensione 34 e nella camera di compressione 36; un secondo tubo più esterno 52 che racchiude insieme al primo tubo 50 una camera del serbatoio 54, in cui la parte superiore di tale camera contiene gas in pressione, mentre la parte inferiore di tale camera contiene olio; e

un terzo tubo intermedio 56 interposto fra il primo tubo 50 e il secondo tubo 52.

La valvola di estensione 46 è montata nel pistone 32, come nel caso dell'ammortizzatore monotubo, e consente il flusso dell'olio nel solo verso dalla camera di estensione 34 alla camera di compressione 36, mentre la valvola di compressione 48 è montata sul fondo del primo tubo 50 e consente il flusso dell'olio nel solo verso dalla camera di compressione 36 alla camera del serbatoio 54. L'ammortizzatore 18 comprende due ulteriori valvole unidirezionali, e precisamente una valvola di compensazione 58, che è montata nel pistone 32 e consente il flusso dell'olio nel solo verso dalla camera di compressione 36 alla camera di estensione 34, e una valvola di aspirazione 60, che è montata sul fondo del primo tubo 50 e consente il flusso dell'olio nel solo verso dalla camera del serbatoio 54 alla camera di compressione 36.

In questo caso, la prima porta idraulica di comunicazione 38 attraversa il secondo tubo 52 e il terzo tubo 56 e comunica con una camera intermedia 62 dell'ammortizzatore 18 definita fra il primo tubo 50 e il terzo tubo 56, mentre la seconda porta idraulica di comunicazione 40 attraversa il secondo tubo 52 e comunica con la camera del serbatoio 54. L'ammortizzatore 18 presenta inoltre una terza porta di comunicazione 64 che attraversa il primo tubo 50 e mette in comunicazione la camera intermedia 62 con la camera di estensione 34.

Con riferimento ora nuovamente alle figure 2 e 3, la sospensione comprende inoltre un serbatoio di olio 66. Il serbatoio 66, l'attuatore 14, l'ammortizzatore 18 e la macchina idraulica 22 sono collegati l'uno all'altro tramite un circuito idraulico comprendente una pluralità di linee idrauliche nonché mezzi valvolari atti a controllare il flusso dell'olio fra il serbatoio 66, l'attuatore 14, l'ammortizzatore 18 e la macchina idraulica 22.

La suddetta pluralità di linee idrauliche comprende una prima linea idraulica 68 collegata alla prima porta idraulica di comunicazione 38 dell'ammortizzatore 18, una seconda linea idraulica 70 collegata alla seconda porta idraulica di comunicazione 40 dell'ammortizzatore 18, una terza linea idraulica 72 collegata al serbatoio 66 e una quarta linea idraulica 74 collegata all'attuatore 14.

I suddetti mezzi valvolari comprendono una prima valvola di controllo del flusso 76, che nell'esempio di realizzazione delle figure 2 e 3 è una valvola 6/2 (6 vie e 2 posizioni), atta a controllare il collegamento fra le linee idrauliche 68, 70, 72 e 74 e le bocche superiore e inferiore (dove i termini "superiore" e "inferiore" sono riferiti al punto di vista dell'osservatore delle figure 2 e 3) della macchina idraulica 22, rispettivamente indicate con 22a e 22b. La prima valvola di controllo del flusso 76 è comandabile, ad esempio mediante pilotaggio elettrico sotto il controllo dell'unità elettronica di controllo 26, per assumere selettivamente una prima posizione (figura 2) e una seconda posizione (figura 3).

Come mostrato nella figura 2, nella prima posizione la prima valvola di controllo del flusso 76 mette in comunicazione la bocca superiore 22a della macchina idraulica 22 con la prima porta idraulica di comunicazione 38 dell'ammortizzatore 18 attraverso la prima linea idraulica 68 e la bocca inferiore 2b della macchina idraulica 22 con la seconda porta idraulica di comunicazione 40 dell'ammortizzatore 18 attraverso la seconda linea idraulica 70. Inoltre, nella prima posizione la prima valvola di controllo del flusso 76 chiude la terza linea idraulica 72 e la quarta linea idraulica 74, impedendo quindi la comunicazione fra la macchina idraulica 22 e il serbatoio 66, nonché fra la macchina idraulica 22 e l'attuatore 14.

Come mostrato nella figura 3, nella seconda posizione la prima valvola di controllo del flusso 76 mette in comunicazione la bocca superiore 22a della macchina idraulica 22 con il serbatoio 66 attraverso la terza linea idraulica 72 e la bocca inferiore 22b della macchina idraulica 22 con l'attuatore 14 attraverso la quarta linea idraulica 74. Inoltre, nella seconda posizione la prima valvola di controllo del flusso 76 chiude la prima linea idraulica 68 e la seconda linea idraulica 70, impedendo quindi la comunicazione fra la macchina idraulica 22 e l'ammortizzatore 18. Preferibilmente, la prima valvola di controllo del flusso 76 è normalmente mantenuta nella prima posizione (figura 2).

Preferibilmente, i suddetti mezzi valvolari comprendono inoltre una valvola limitatrice di pressione 78 disposta lungo una quinta linea idraulica 80 che collega la terza linea idraulica 72 con la quarta linea idraulica 74. La valvola limitatrice di pressione 80 consente lo scarico di olio dalla quarta linea idraulica 74 alla terza linea idraulica 72, cioè dall'attuatore 14 al serbatoio 66, nel caso di aumento della pressione nella quarta linea idraulica 74 al disopra di un dato valore di sicurezza, a causa ad esempio di un picco di carico sull'attuatore 14, quando la prima valvola di controllo del flusso 76 si trova nella prima posizione.

La sospensione 10 sopra descritta è in grado di operare secondo le seguenti tre condizioni di funzionamento principali:

1) attuatore 14 in posizione fissa per mantenere costante la distanza fra la ruota W e il corpo B del veicolo;

2) attuatore 14 in estensione (salita) per aumentare la distanza fra la ruota W e il corpo B del veicolo; e

3) attuatore 14 in compressione (discesa) per ridurre la distanza fra la ruota W e il corpo B del veicolo.

Come mostrato nella figura 2, la prima condizione di funzionamento (attuatore 14 in posizione fissa) è ottenuta con la prima valvola di controllo del flusso 76 nella prima posizione (figura 2), che come detto in precedenza è preferibilmente la posizione in cui tale valvola non è eccitata.

In tale posizione la quarta linea idraulica 74 è chiusa e dunque l'attuatore 14 risulta bloccato nella sua posizione. Inoltre, la prima porta idraulica di comunicazione 38 dell'ammortizzatore 18 è in comunicazione, attraverso la prima linea idraulica 68, con la bocca superiore 22a della macchina idraulica 22, mentre la seconda porta idraulica di comunicazione 40 dell'ammortizzatore 18 è in comunicazione, attraverso la seconda linea idraulica 70, con la bocca inferiore 22b della macchina idraulica 22.

Ciò significa che, nel caso in cui l'ammortizzatore 18 è un ammortizzatore di tipo monotubo (come quello di figura 5), la bocca superiore 22a e la bocca inferiore 22b della macchina idraulica 22 sono in comunicazione rispettivamente con la camera di estensione 34 e con la camera di compressione 36 dell'ammortizzatore. Pertanto, il movimento di estensione e compressione dell'ammortizzatore 18 produce una rotazione in un verso e nell'altro dell'albero motore della macchina idraulica 22, e quindi dell'albero motore della macchina elettrica 24.

Nel caso in cui invece l'ammortizzatore 18 è un ammortizzatore di tipo tritubo (come quello di figura 6), la bocca superiore 22a e la bocca inferiore 22b della macchina idraulica 22 sono in comunicazione rispettivamente con la camera intermedia 62 (e quindi, attraverso la terza porta di comunicazione 64, con la camera di estensione 34) e con la camera del serbatoio 54 dell'ammortizzatore. In questo caso, il movimento alternato del pistone 32 produce un flusso di olio che è sempre diretto nel verso dalla camera di estensione 34 alla bocca superiore 22a della macchina idraulica 22, attraverso la camera intermedia 62, e dalla bocca inferiore 22b della macchina idraulica 22 alla camera del serbatoio 54, sia durante la fase di estensione sia durante la fase di compressione dell'ammortizzatore 18, e quindi la macchina idraulica 22 e la macchina elettrica 24 ruotano sempre nello stesso verso.

L'ammortizzatore 18 funziona dunque in modalità rigenerativa, nella quale cioè la macchina idraulica 22 opera come motore e la macchina elettrica 24 opera come generatore, in modo da convertire parte dell'energia cinetica vibrazionale della sospensione in energia elettrica. Il livello di smorzamento dell'ammortizzatore 18 viene controllato in tempo reale grazie al controllo della coppia resistente della macchina elettrica 24 da parte dell'unità elettronica di controllo 26.

La seconda condizione di funzionamento (attuatore 14 in salita per aumentare l'altezza del veicolo da terra) è ottenuta con la prima valvola di controllo del flusso 76 nella seconda posizione (figura 3), che come detto in precedenza è preferibilmente la posizione in cui tale valvola è eccitata. In tale posizione, l'ammortizzatore 18 è isolato dalla macchina idraulica 22, essendo la prima e la seconda linea idraulica 68 e 70 chiuse, mentre la bocca superiore 22a e la bocca inferiore 22b della macchina idraulica 22 sono rispettivamente collegate con il serbatoio 66 attraverso la terza linea idraulica 72 e con l'attuatore 14 attraverso la quarta linea idraulica 74. Alimentando la macchina elettrica 24 (funzionante in questo caso da motore) sotto il controllo dell'unità elettronica di controllo 26, la macchina idraulica 22 funziona da pompa, aspirando olio dal serbatoio 66 e alimentando olio in pressione all'attuatore 14.

In questa condizione di funzionamento, la massima pressione di lavoro della macchina idraulica 22 è limitata grazie al controllo in corrente della macchina elettrica 24 da parte dell'unità elettronica di controllo 26. La valvola limitatrice di pressione 78, se presente, limita la massima pressione all'interno dell'attuatore 14, garantendo così il buon funzionamento di tutti gli elementi di tenuta dell'attuatore stesso. Inoltre, la valvola limitatrice di pressione 78 rappresenta un'ulteriore sicurezza hardware rispetto ad eventuali sovrappressioni nella quarta linea idraulica 74 che alimenta l'attuatore 14 e sovracorrenti nella macchina elettrica 24, che potrebbero presentarsi ad esempio in caso di malfunzionamento della macchina elettrica 24 o dell'unità elettronica di controllo 26.

Durante la fase di salita dell'attuatore 14 l'ammortizzatore 18 è, come detto in precedenza, completamente isolato idraulicamente dalla macchina idraulica 22, per cui i flussi di olio all'interno dell'ammortizzatore 18 sono possibili solamente attraverso le valvole passive presenti nell'ammortizzatore stesso, vale a dire la valvola di estensione 46 e la valvola di compressione 48, nonché - nel caso di ammortizzatore di tipo tritubo - attraverso la valvola di compensazione 58 e la valvola di aspirazione 60. In questa condizione, l'ammortizzatore 18 garantisce il massimo livello di smorzamento del suo intervallo di regolazione, e quindi rallenta il movimento di estensione della sospensione (cioè il movimento di sollevamento del veicolo) in misura tanto maggiore quanto maggiore è il livello di smorzamento.

Per garantire un'elevata efficienza idraulica durante il funzionamento in rigenerazione dell'ammortizzatore 18, la valvola di estensione 46 e la valvola di compressione 48 devono comportarsi come valvole di massima pressione, garantendo quindi la perfetta tenuta dell'olio fino a quando la pressione a monte delle valvole stesse non raggiunge un predeterminato valore, che di solito è elevato per garantire un elevato valore di smorzamento massimo. Il valore della pressione di precarica della valvola di estensione 46 potrebbe ad esempio essere talmente elevato da non permettere l'estensione dell'ammortizzatore 18 durante la fase di sollevamento dell'attuatore 14. In questa condizione, quindi, pur pompando olio nell'attuatore 14 per mezzo della macchina idraulica 22, la sospensione non si estenderebbe, cioè la distanza fra il corpo B e la ruota W del veicolo non aumenterebbe, ma l'unico effetto sarebbe quello di comprimere la molla 12 a seguito dell'estensione dell'attuatore 14. Questa situazione è puramente ideale, poiché nella realtà non è possibile garantire la tenuta perfetta delle valvole dell'ammortizzatore, ma deve comunque essere considerata perché rappresenta il caso limite di un ammortizzatore con taratura delle valvole passive particolarmente rigida, e quindi sovrasmorzato. Anche in questo caso ideale, comunque, è possibile estendere l'ammortizzatore secondo una delle seguenti due strategie.

Secondo una prima strategia, l'estensione dell'ammortizzatore avviene in due fasi successive. In una prima fase, la prima valvola di controllo del flusso 76 è nella seconda posizione e l'olio pompato dalla macchina idraulica 22 funzionante da pompa fa estendere l'attuatore 14. A causa della taratura infinitamente rigida dell'ammortizzatore 18, la distanza fra il corpo B e la ruota W del veicolo rimane invariata, per cui all'estensione dell'attuatore 14 corrisponde una compressione di pari entità della molla 12. In una seconda fase, la prima valvola di controllo del flusso 76 viene riportata nella prima posizione e la macchina elettrica 24 viene controllata in modo da non trasmettere più coppia motrice alla macchina idraulica 22, ma da trasmettere solamente una coppia resistente modulabile dall'unità elettronica di controllo 26. In questo modo, l'ammortizzatore 18 funziona in modalità rigenerativa con un livello di smorzamento opportunamente impostato e, poiché la molla 12 era stata compressa nella precedente fase, la sospensione a questo punto si estende con una corsa pari a quella precedentemente fatta dall'attuatore 14 e con una velocità che dipende unicamente dal livello di smorzamento dell'ammortizzatore 18 impostato dall'unità elettronica di controllo 26. Ad esempio, se lo smorzamento impostato è molto basso, più basso dello smorzamento critico della sospensione, allora la sospensione si estenderà molto velocemente e con una notevole sovra-elongazione, oscillando successivamente attorno al valore di estensione finale, prima di smorzarsi del tutto. Se invece lo smorzamento impostato è molto alto, più alto dello smorzamento critico della sospensione, la sospensione si estenderà più lentamente e senza sovraelongazione, tendendo al valore di estensione finale senza oscillare attorno ad esso.

Se l'attuatore 14 deve essere sollevato con il veicolo in movimento, è opportuno evitare di avere la sospensione bloccata per tempi sufficientemente lunghi da poter essere percepiti dai passeggeri del veicolo, cosa che avviene nella prima fase precedentemente descritta. Per limitare al massimo la percezione da parte degli occupanti di questa fase di bloccaggio della sospensione, è preferibile far estendere la sospensione utilizzando più di una sequenza delle due fasi sopra descritte, fino al raggiungimento dell'estensione finale desiderata. Questa soluzione ha il vantaggio che ciascuna prima fase in cui la sospensione è bloccata può durare un tempo così breve da non poter essere percepita dagli occupanti, mentre in tutte le seconde fasi di estensione della sospensione l'ammortizzatore 18 funziona in modalità rigenerativa e il livello di smorzamento può essere impostato con il fine di garantire il massimo comfort e feeling di guida.

In alternativa alla prima strategia sopra descritta, è possibile utilizzare una versione modificata della prima valvola di controllo del flusso 76, come mostrato in figura 8. Rispetto a quanto mostrato nella figura 3, la prima valvola di controllo del flusso 76 comprende inoltre una strizione calibrata di bypass 82 che nella seconda posizione della valvola mette in comunicazione l'una con l'altra la porta della valvola collegata alla prima linea idraulica 68, e quindi alla prima porta idraulica di comunicazione 38 dell'ammortizzatore 18, e la porta della valvola collegata alla seconda linea idraulica 70, e quindi alla seconda porta idraulica di comunicazione 40 dell'ammortizzatore 18. Si ottiene così un passaggio di olio, con caratteristica portata - pressione tarabile, fra le due suddette porte della prima valvola di controllo del flusso 76, che permette all'ammortizzatore 18, e quindi anche all'insieme formato dalla molla 12 e dall'attuatore 14, di estendersi. In questo modo, l'estensione della sospensione può essere eseguita in una sola fase, con una velocità di estensione che è determinata dal diametro della strizione 82, oltre che dal controllo in corrente della macchina elettrica 24.

La terza condizione di funzionamento della sospensione, in cui l'attuatore 14 viene ritratto per ridurre l'altezza del veicolo da terra, è anch'essa ottenuta, come la seconda condizione di funzionamento sopra descritta, con la prima valvola di controllo del flusso 76 nella seconda posizione di figura 3. In questo caso, l'olio fluisce dall'attuatore 14 al serbatoio 66 in verso opposto rispetto alla seconda condizione di funzionamento. La macchina idraulica 22 opera da motore e fornisce coppia alla macchina elettrica 24 operante da generatore. Il livello di resistenza idraulica realizzato dalla macchina idraulica 22 può essere controllato in tempo reale controllando la coppia resistente della macchina elettrica 24 tramite l'unità elettronica di controllo 26.

Analogamente, durante la fase di discesa dell'attuatore 14, il valore della pressione di precarica della valvola di compressione 48 potrebbe essere talmente elevato da non permettere la compressione dell'ammortizzatore 18. In questa condizione, quindi, nonostante lo svuotamento dell'attuatore 14 grazie al fatto che l'olio può fluire verso il serbatoio 66 attraverso la macchina idraulica 22, la sospensione non si comprimerebbe, cioè la distanza fra il corpo B e la ruota W del veicolo non diminuirebbe, ma l'unico effetto sarebbe quello di estendere la molla 12 a seguito della compressione dell'attuatore 14. La riduzione dell'altezza del veicolo da terra può essere effettuata utilizzando le due diverse strategie sopra descritte con riferimento alla seconda condizione di funzionamento, e cioè mediante uno o più cicli di spostamento in ciascuno dei quali la prima valvola di controllo del flusso viene dapprima portata nella seconda posizione per comandare il movimento dell'attuatore 14 (in questo caso il movimento di compressione) e poi portata nella prima posizione per consentire all'ammortizzatore 18, e con esso al corpo del veicolo, di seguire il movimento appena effettuato dall'attuatore 14, oppure mediante utilizzo di una prima valvola di controllo del flusso 76 quale quella di figura 8, cioè provvista della strizione calibrata di bypass 82.

Secondo la forma di realizzazione di figura 4, i mezzi valvolari del circuito idraulico della sospensione comprendono inoltre una valvola unidirezionale 84 che è disposta lungo la quarta linea idraulica 74, e precisamente fra la prima valvola di controllo del flusso 76 e il punto di raccordo fra la quarta linea idraulica 74 e la quinta linea idraulica 80, ed è atta a consentire il flusso dell'olio nella sola direzione dalla macchina idraulica 22 all'attuatore 14, quando la prima valvola di controllo del flusso 76 si trova nella seconda posizione. In questo caso, per consentire il flusso dell'olio dall'attuatore 14 al serbatoio 66 quando l'attuatore 14 deve essere ritratto, i mezzi valvolari del circuito idraulico della sospensione comprendono inoltre una seconda valvola di controllo del flusso 86 atta a controllare il collegamento fra la terza linea idraulica 72 e la quarta linea idraulica 74 (e quindi fra l'attuatore 14 e il serbatoio 66) attraverso una sesta linea idraulica 88 che è raccordata alla quarta linea idraulica 74 in un punto interposto fra l'attuatore 14 e la valvola unidirezionale 84. La seconda valvola di controllo del flusso 86 è comandabile (ad esempio mediante pilotaggio elettrico sotto il controllo dell'unità elettronica di controllo 26) per assumere selettivamente una prima posizione, in cui impedisce il flusso dell'olio attraverso la sesta linea idraulica 88, e dunque isola l'attuatore 14 dal serbatoio 66, e in una seconda posizione, in cui consente il flusso dell'olio attraverso la sesta linea idraulica 88 dall'attuatore 14 al serbatoio 66. Preferibilmente, la seconda valvola di controllo del flusso 86 è normalmente mantenuta nella prima posizione. Preferibilmente, la seconda valvola di controllo del flusso 86 è una valvola 2/2, cioè una valvola a due vie e due posizioni.

Con riferimento infine alla figura 7, nel caso in cui l'ammortizzatore idraulico 18 è un ammortizzatore di tipo tritubo, quale quello mostrato in figura 6, la seconda linea idraulica 70, che è in comunicazione con la camera del serbatoio 54 dell'ammortizzatore 18 tramite la seconda porta idraulica di comunicazione 40, e la terza linea idraulica 72, che è in comunicazione con il serbatoio 66, possono essere collegate l'una all'altra, come indicato schematicamente in figura 7 attraverso una linea di bypass indicata con 90. Il serbatoio 66 è così sempre in comunicazione con la camera del serbatoio 54 dell'ammortizzatore 18 e si trova pertanto alla medesima bassa pressione (tipicamente, 2-6 bar) di tale camera.

In questo caso, il serbatoio 66 potrebbe anche essere omesso, la funzione di serbatoio essendo svolta unicamente dalla camera del serbatoio 54 dell'ammortizzatore. E' comunque preferibile includere anche il serbatoio 66 in modo da potere disporre di una riserva di olio da cui attingere per alimentare olio all'attuatore 14 quando la prima valvola di controllo del flusso 76 si trova nella seconda posizione, nel caso in cui la quantità di olio presente nella camera del serbatoio 54 dell'ammortizzatore 18 sia insufficiente a garantire la corsa richiesta all'attuatore 14.

Nel caso di utilizzo di un ammortizzatore 18 realizzato come ammortizzatore tritubo, la prima valvola di controllo del flusso 76 può essere modificata come mostrato in figura 9, cioè avere cinque vie, anziché sei. In questo caso, infatti, i tratti terminali (estremità lato valvola) della seconda linea idraulica 70 e della terza linea idraulica 72 possono confluire in un unico tratto collegato alla prima valvola di controllo del flusso 76 tramite un'unica via.

Come risulta chiaro dalla descrizione sopra fornita, una sospensione secondo la presente invenzione offre, fra gli altri, i seguenti vantaggi: - permette di svolgere sia la funzione di rigenerazione dell'energia con controllo dello smorzamento dell'ammortizzatore sia la funzione di controllo dell'assetto del veicolo, utilizzando per tutte queste funzioni un comune hardware meccanico, idraulico, elettrico ed elettronico, riducendo così al minimo il livello di complessità della sospensione;

- non richiede un circuito idraulico complesso a bordo del veicolo, come invece avviene nei tradizionali sistemi di sollevamento per veicolo che utilizzano una sola pompa per alimentare più attuatori distribuiti su più sospensioni del veicolo, dal momento che l'attuatore 14 è installato sulla stessa sospensione;

- associata a ciascun "corner" del veicolo, la sospensione permette di impostare altezze da terra diverse per i vari corners, poiché ciascun corner è isolato idraulicamente da tutti gli altri; e

- nel caso di un ammortizzatore idraulico realizzato come ammortizzatore tritubo, permette di utilizzare una macchina idraulica più semplice e affidabile, poiché tale macchina ruota sempre nel medesimo senso.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sospensione (10) per ruota (W) di veicolo, comprendente una molla (12) interposta fra il corpo (B) del veicolo e la ruota (W), e un gruppo ammortizzatore idraulico rigenerativo (16) comprendente un ammortizzatore idraulico (18) disposto in parallelo alla molla (12), un gruppo motore e pompa (20) con una macchina idraulica volumetrica (22) e una macchina elettrica (24) accoppiata alla macchina idraulica (22), in cui sia la macchina idraulica (22) sia la macchina elettrica (24) sono configurate per funzionare alternativamente come macchina operatrice o come machina motrice, e un'unità elettronica di controllo (26) predisposta per controllare la coppia della macchina elettrica (24), in modo da essere in grado di convertire parte dell'energia cinetica vibrazionale della sospensione (10) in energia elettrica, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre un attuatore idraulico (14) a singolo effetto disposto in serie alla molla (12) per controllare la posizione verticale relativa del corpo (B) rispetto alla ruota (W), un serbatoio (66, 54), e un circuito idraulico (68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 84, 86, 88, 90) collegante l'uno con l'altro l'ammortizzatore idraulico (18), la macchina idraulica (22), l'attuatore idraulico (14) e il serbatoio (66, 54), il circuito idraulico (68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 84, 86, 88, 90) comprendendo mezzi valvolari (76, 78, 84, 86) atti a controllare il flusso di un fluido di lavoro fra l'ammortizzatore idraulico (18), la macchina idraulica (22), l'attuatore idraulico (14) e il serbatoio (66, 54) in modo da permettere alla sospensione (10) di funzionare selettivamente in una delle seguenti tre condizioni di funzionamento: - una prima condizione di funzionamento, in cui l'attuatore idraulico (14) è isolato dal serbatoio (66, 54), in modo da rimanere in posizione fissa e mantenere così costante la distanza fra la ruota (W) e il corpo (B) del veicolo, e in cui l'ammortizzatore idraulico (18) è collegato alla macchina idraulica (22) per consentire al gruppo ammortizzatore idraulico rigenerativo (16) di funzionare in modalità rigenerativa, cioè di convertire parte dell'energia cinetica vibrazionale della sospensione (10) in energia elettrica; - una seconda condizione di funzionamento, in cui l'attuatore idraulico (14) è collegato alla macchina idraulica (22) per essere da questa alimentato e così estendersi, in modo da aumentare la distanza fra la ruota (W) e il corpo (B) del veicolo, e in cui l'ammortizzatore idraulico (18) è isolato dalla macchina idraulica (22); e - una terza condizione di funzionamento, in cui l'attuatore idraulico (14) è collegato al serbatoio (66, 54) per comprimersi e ridurre così la distanza fra la ruota (W) e il corpo (B) del veicolo, e in cui l'ammortizzatore idraulico (18) è isolato dalla macchina idraulica (22).
2. Sospensione secondo la rivendicazione 1, in cui il circuito idraulico (68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 84, 86, 88, 90) comprende inoltre una prima linea idraulica (68) collegata a una prima porta idraulica di comunicazione (38) dell'ammortizzatore idraulico (18), una seconda linea idraulica (70) collegata a una seconda porta idraulica di comunicazione (40) dell'ammortizzatore idraulico (18), una terza linea idraulica (72) collegata al serbatoio (66, 54), e una quarta linea idraulica (74) collegata all'attuatore idraulico (14), e in cui detti mezzi valvolari (76, 78, 84, 86) comprendono una prima valvola di controllo del flusso (76) atta a controllare il collegamento di dette prima, seconda, terza e quarta linea idraulica (68, 70, 72, 74) con una bocca superiore (22a) e una bocca inferiore (22b) della macchina idraulica (22).
3. Sospensione secondo la rivendicazione 2, in cui la prima valvola di controllo del flusso (76) è controllabile per assumere selettivamente una prima posizione, in cui mette in comunicazione la bocca superiore (22a) e la bocca inferiore (22b) della macchina idraulica (22) rispettivamente con la prima e la seconda porta idraulica di comunicazione (38, 40) dell'ammortizzatore idraulico (18) e chiude la terza e la quarta linea idraulica (72, 74), e una seconda posizione, in cui mette in comunicazione la bocca superiore (22a) e la bocca inferiore (22b) della macchina idraulica (22) rispettivamente con la terza e la quarta linea idraulica (72, 74) e chiude la prima e la seconda linea idraulica (68, 70).
4. Sospensione secondo la rivendicazione 3, in cui la prima valvola di controllo del flusso (76) è normalmente mantenuta nella prima posizione.
5. Sospensione secondo la rivendicazione 3 o la rivendicazione 4, in cui la prima valvola di controllo del flusso (76) include una strizione calibrata di bypass (82) che nella seconda posizione mette in comunicazione l'una con l'altra la prima e la seconda linea idraulica (68, 70).
6. Sospensione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 2 alla 5, in cui detti mezzi valvolari (76, 78, 84, 86) comprendono inoltre una valvola limitatrice di pressione (78) disposta lungo una quinta linea idraulica (80) che collega la terza linea idraulica (72) con la quarta linea idraulica (74) per consentire lo scarico del fluido di lavoro dall'attuatore (14) al serbatoio (66, 54) nel caso di aumento della pressione nella quarta linea idraulica (74) al disopra di un dato valore di sicurezza.
7. Sospensione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 2 alla 6, in cui detti mezzi valvolari (76, 78, 84, 86) comprendono inoltre: una valvola unidirezionale (84) che è disposta lungo la quarta linea idraulica (74) ed è atta a consentire il flusso del fluido di lavoro nella sola direzione dalla macchina idraulica (22) all'attuatore (14), quando la prima valvola di controllo del flusso (76) si trova nella seconda posizione, e una seconda valvola di controllo del flusso (86) atta a controllare il collegamento fra la terza linea idraulica (72) e la quarta linea idraulica (74) attraverso una sesta linea idraulica (88) che è raccordata alla quarta linea idraulica (74) in un punto interposto fra l'attuatore (14) e la valvola unidirezionale (84).
8. Sospensione secondo la rivendicazione 7, in cui la seconda valvola di controllo del flusso (86) è una valvola a due vie e due posizioni normalmente mantenuta in una posizione in cui impedisce il passaggio del fluido di lavoro attraverso la sesta linea idraulica (88).
9. Sospensione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 2 alla 8, in cui l'ammortizzatore idraulico (18) è un ammortizzatore monotubo comprendente un cilindro (28) e un pistone (32) disposto scorrevole nel cilindro (28) in modo da separare l'una dall'altra una camera di estensione (34) e una camera di compressione (36), in cui il pistone (32) è provvisto di una prima (46) e una seconda (48) valvola unidirezionale che regolano il flusso del fluido di lavoro fra la camera di estensione (34) e la camera di compressione (36), la prima valvola unidirezionale (46) consentendo il flusso del fluido di lavoro nel solo verso dalla camera di estensione (34) alla camera di compressione (36) e la seconda valvola unidirezionale (48) consentendo il flusso del fluido di lavoro nel solo verso dalla camera di compressione (36) alla camera di estensione (34), in cui il cilindro (28) accoglie in modo scorrevole un diaframma mobile (42) che è posto al disotto del pistone (32) e separa la camera di compressione (36) da una camera del gas (44) contenente gas ad alta pressione, e in cui la prima e la seconda porta idraulica di comunicazione (38, 40) dell'ammortizzatore idraulico (18) sono rispettivamente collegate con la camera di estensione (34) e con la camera di compressione (36).
10. Sospensione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 2 alla 8, in cui l'ammortizzatore idraulico (18) è un ammortizzatore tritubo comprendente: un primo tubo (50) più interno, in cui è disposto scorrevole un pistone (32) in modo da separare il volume interno al primo tubo (50) in una camera di estensione (34) e in una camera di compressione (36), un secondo tubo (52) più esterno, che è disposto coassialmente al primo tubo (50) in modo da individuare con quest'ultimo una camera del serbatoio (54), un terzo tubo (56) che è interposto fra il primo tubo (50) e il secondo tubo (52), coassialmente a questi, e racchiude con il primo tubo (50) una camera intermedia (62), in cui la prima e la seconda porta idraulica di comunicazione (38, 40) dell'ammortizzatore idraulico (18) sono rispettivamente collegate con la camera intermedia (62) e con la camera del serbatoio (54), e in cui l'ammortizzatore idraulico (18) è inoltre provvisto di una terza porta di comunicazione (64) attraverso cui la camera intermedia (62) è in comunicazione con la camera di estensione (34).
11. Sospensione secondo la rivendicazione 10, in cui il serbatoio (66, 54) è formato dalla sola camera del serbatoio (54) dell'ammortizzatore idraulico (18) e in cui la terza linea idraulica (72) coincide con la seconda linea idraulica (70).
12. Sospensione secondo la rivendicazione 10, in cui il serbatoio (66, 54) comprende la camera del serbatoio (54) dell'ammortizzatore idraulico (18) e un serbatoio supplementare (66) distinto dalla camera del serbatoio (54), e in cui la terza linea idraulica (72) è collegata sia al serbatoio supplementare (66) sia alla seconda linea idraulica (70).
13. Sospensione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 10 alla 12, in cui il pistone (32) dell'ammortizzatore idraulico (18) è provvisto di una prima (46) e una seconda (58) valvola unidirezionale che regolano il flusso del fluido di lavoro fra la camera di estensione (34) e la camera di compressione (36), la prima valvola unidirezionale (46) consentendo il flusso del fluido di lavoro nel solo verso dalla camera di estensione (34) alla camera di compressione (36) e la seconda valvola unidirezionale (58) consentendo il flusso del fluido di lavoro nel solo verso dalla camera di compressione (36) alla camera di estensione (34), in cui il primo tubo (50) è provvisto di una terza (48) e una quarta (60) valvola unidirezionale che regolano il flusso del fluido di lavoro fra la camera di compressione (36) e la camera del serbatoio (54), la terza valvola unidirezionale (48) consentendo il flusso del fluido di lavoro nel solo verso dalla camera di compressione (36) alla camera del serbatoio (54) e la quarta valvola unidirezionale (60) consentendo il flusso del fluido di lavoro nel solo verso dalla camera del serbatoio (54) alla camera di compressione (36), in cui la prima valvola unidirezionale (46) è predisposta per aprirsi in caso di una differenza di pressione fra la camera di estensione (34) e la camera di compressione (36) maggiore rispetto alla differenza di pressione alla quale è predisposta per aprirsi la seconda valvola unidirezionale (58), e in cui la terza valvola unidirezionale (48) è predisposta per aprirsi in caso di una differenza di pressione fra la camera di compressione (36) e la camera del serbatoio (54) maggiore rispetto alla differenza di pressione alla quale è predisposta per aprirsi la quarta valvola unidirezionale (60).
14. Procedimento per il controllo dell'altezza da terra di un veicolo provvisto di una sospensione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente, in successione ciclica sino al raggiungimento dell'altezza da terra desiderata, i passi di: a) provocare l'estensione o la ritrazione dell'attuatore idraulico (14) mettendo in collegamento l'attuatore idraulico (14) con il serbatoio (66, 54) tramite la macchina idraulica (22) e scollegando l'ammortizzatore idraulico (18) dalla macchina idraulica (22); e b) scollegare l'attuatore idraulico (14) dalla macchina idraulica (22) e collegare l'ammortizzatore idraulico (18) alla macchina idraulica (22) in modo da permettere all'ammortizzatore idraulico (18) di estendersi o ritrarsi sotto l'azione della molla (12).