ITBS20130123A1

ITBS20130123A1 - Dispositivo di simulazione per un apparato di frenatura a comando elettrico (bbw) e metodo di applicazione dell'azione di contrasto

Info

Publication number: ITBS20130123A1
Application number: IT000123A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Arrigoni; Paolo Sala; Beniamin Szewczyk
Original assignee: Freni Brembo Spa
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-07
Also published as: CN105517859B; EP3041717A1; EP3041717B1; US20160236663A1; CN105517859A; WO2015033292A1; US10065615B2

Description

DESCRIZIONE

Forma oggetto della presente invenzione un dispositivo di simulazione della frenata per un apparato di frenatura a comando elettrico (solitamente definiti apparati Brake-by-Wire o BBW).

Come è noto, nei veicoli dotati di un apparato di frenatura a comando elettrico, il movimento che il pedale compie sotto l’azione del piede dell’utilizzatore è utilizzato per generare un segnale di ingresso per il comando dei motori elettrici destinati all’esecuzione della frenatura; sul pedale manca quindi l’azione di contrasto al movimento che, negli apparati tradizionali, è esercitata dal liquido in pressione.

Lo schiacciamento del pedale sarebbe quindi libero, con notevole difficoltà da parte dell’utilizzatore nel modulare la frenata, poiché verrebbe a mancare il feedback dal pedale verso l’utilizzatore.

Per tale ragione, è noto utilizzare un dispositivo di simulazione della frenata, che, secondo modalità differenti, esercita sul pedale un’azione di contrasto al libero schiacciamento del pedale.

Sono note molteplici soluzioni di dispositivi di simulazione della frenata.

Secondo una prima soluzione nota, ad esempio descritta nel documento US 7,357,465, il dispositivo di simulazione è di tipo meccanico e prevede alcune molle che esercitano l’azione di contrasto sul pedale.

Tuttavia, i dispositivi di simulazione di tipo meccanico presentano l’inconveniente di prevedere un’azione di contrasto predefinita, che potrebbe non rispondere alle esigenze di un utilizzatore, soprattutto se particolarmente esigente.

Secondo una ulteriore soluzione nota, ad esempio descritta nel documento KR 20040079701, il dispositivo di simulazione è di tipo elettro-meccanico e prevede un motoriduttore ed una molla poggiata su una piastra movimentabile dal motoriduttore, in cui il motoriduttore è in asse con la direzione di schiacciamento del pedale e di compressione della molla. L’azionamento del motoriduttore, modificando la posizione della piastra, modifica la risposta della molla e quindi l’azione di contrasto da questa esercitata.

Tuttavia, la soluzione nota presenta l’inconveniente di dover prevedere un adeguato dimensionamento del motore e dei supporti, poiché deve resistere al carico massimo applicabile al pedale.

Secondo una soluzione nota ancora ulteriore, ad esempio descritta nel documento US 6,684,987, il dispositivo di simulazione è di tipo elettrico e prevede un motoriduttore agente sul pedale, disposto con asse sghembo rispetto alla direzione di schiacciamento del pedale.

Anche tale soluzione, presenta però degli inconvenienti, quale la risposta lenta del dispositivo di simulazione all’azione di schiacciamento del pedale esercitata dall’utilizzatore.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di simulazione della frenata per apparati di frenatura a comando elettrico (BBW) che superi gli inconvenienti di cui si è detto con riferimento all’arte nota.

Tale scopo è raggiunto da un dispositivo di simulazione realizzato in accordo con la rivendicazione 1 seguente. Le rivendicazioni da questa dipendenti descrivono varianti di realizzazione.

Le caratteristiche ed i vantaggi del dispositivo di simulazione secondo la presente invenzione saranno evidenti dalla descrizione di seguito riportata, data a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:

- la figura 1 mostra uno schema di un dispositivo di simulazione secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 rappresenta una sezione trasversale del dispositivo di simulazione secondo lo schema della figura 1, in una configurazione inattiva, con pedale a riposo;

- la figura 3 mostra una sezione del dispositivo di simulazione della figura 2, secondo la linea di sezione III – III in figura 2;

- la figura 4 rappresenta il dispositivo di simulazione della figura 2, in una configurazione inattiva, con pedale in una posizione limite di schiacciamento;

- la figura 5 mostra il dispositivo di simulazione della figura 2, in una configurazione intermedia di azionamento, con pedale in una posizione intermedia di schiacciamento;

- la figura 6 illustra il dispositivo di simulazione della figura 2, in una configurazione limite di azionamento, con pedale nella posizione limite di schiacciamento.

Con riferimento alle figure allegate, con 1 si è complessivamente indicato un dispositivo di simulazione della frenata di un apparato di frenatura a comando elettrico (BBW) per un veicolo, collegabile ad un gruppo pedale 10 azionabile da un utilizzatore.

Il gruppo pedale 10 comprende un pedale 12, azionabile dall’utilizzatore, ed un puntone 14, solidale al pedale 12, traslabile, quando il pedale 12 è schiacciato, lungo un asse di traslazione X. Il puntone 14 è meccanicamente impegnato con il dispositivo di simulazione 1.

In accordo con una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di simulazione 1 comprende un gruppo di supporto 30, solidale ad una parete fissa del veicolo, ad esempio incernierata a questa, per accomodare angolarmente il puntone 14.

Il gruppo di supporto 30, che preferibilmente consiste in un telaio o in un involucro chiuso, comprende una parete di supporto 32, ad esempio disposta da parte opposta rispetto al puntone 14, e mezzi di guida, ad esempio comprendenti almeno una parete di guida 34 di una flangia 35, disposta dalla stessa parte del puntone 14.

Secondo una variante di realizzazione, il gruppo di supporto è integrato nel telaio del veicolo o in componenti di questo, in modo da generare le dovute reazioni vincolari.

Il gruppo di supporto 30 presenta un vano interno 36. Il dispositivo di simulazione 1 comprende inoltre un gruppo mobile 40, supportato scorrevolmente dal gruppo di supporto 30, preferibilmente alloggiato nel vano interno 36 di questo.

Il gruppo mobile 40 è traslabile a comando lungo l’asse di traslazione X e guidato in traslazione da detti mezzi di guida, ad esempio scorrevole su detta parete di guida 34.

Preferibilmente, il gruppo mobile 40 comprende un involucro principale 42, ad esempio costituito da una boccola 44 affiancata assialmente, da una parte e dall’altra, da un semi-guscio prossimale 46 ed un semiguscio distale 48, collegati a tenuta con detta boccola 44.

L’involucro principale 42 comprende internamente:

- una base 50, forata assialmente in maniera passante, ad esempio appartenente al semi-guscio prossimale 46; - una parete di riscontro principale 52, spaziata assialmente dalla base 50, ad esempio appartenente alla boccola 44;

- preferibilmente, una parete di riscontro secondaria 54, ad esempio spaziata assialmente dalla parete di riscontro principale, ad esempio appartenente alla boccola 44; e

- una parete di battuta 56, ad esempio appartenente ancora alla boccola 44, adatta a realizzare una battuta assiale.

Il dispositivo di simulazione 1 comprende inoltre un corpo di contrasto 60, avente estensione lungo l’asse di traslazione X fra un’estremità prossimale 62 ed un’opposta estremità distale 64, traslabile a comando rispetto all’involucro principale 52 e di preferenza almeno parzialmente alloggiato in questo. Ad esempio, il corpo di contrasto 60 attraversa assialmente la base 50 dell’involucro 40 ed è guidato in traslazione da questa.

Inoltre, Il corpo di contrasto 60 è impegnato all’estremità prossimale 62 con il puntone 14 del gruppo pedale 10.

Preferibilmente, inoltre, il corpo di contrasto 60 comprende uno spallamento 66 avente estensione radiale tale da realizzare una battuta contro la base 50 dell’involucro 40, così da evitare la completa fuoriuscita del corpo di contrasto 60 da detto involucro.

Il gruppo mobile 40 comprende inoltre almeno un elemento elastico di contrasto 70, da una parte a riscontro con la parete di riscontro principale 52 della boccola 44, e dall’altra impegnabili con il corpo di contrasto 60, nel senso di influenzarlo verso la battuta con la base 50 dell’involucro principale 42. Secondo una forma di realizzazione, l'elemento elastico di contrasto comprende una pluralità di molle a tazza affacciate; secondo una ulteriore forma di realizzazione (non rappresentata), l'elemento elastico di contrasto comprende almeno una molla ad elica.

Preferibilmente, quando il corpo di contrasto 60 è in battuta con la base 50, il corpo di contrasto 60 è disimpegnato da detti elementi elastici di contrasto 70, mantenuti in posizione da un anello elastico 72.

Preferibilmente, inoltre, il gruppo mobile 40 comprende almeno un elemento elastico di ritorno 80, da una parte a riscontro con la parete di riscontro secondaria 54 e dall’altra parte permanentemente impegnata con il corpo di contrasto 60, in modo da influenzarlo verso la battuta con la base 50.

Ad esempio, gli elementi elastici di ritorno 80 e gli elementi elastici di contrasto 70 sono alloggiati nella boccola 44, concentricamente.

In particolare, secondo una forma di realizzazione, gli elementi elastici di ritorno 80 sono disposti radialmente internamente agli elementi elastici di contrasto 70; secondo una ulteriore forma di realizzazione (non rappresentata), gli elementi elastici di ritorno sono disposti radialmente esternamente agli elementi elastici di contrasto.

Il dispositivo di simulazione 1 comprende inoltre mezzi motorizzati di movimentazione attivabili per movimentare il gruppo mobile 40.

Detti mezzi di movimentazione comprendono un motore elettrico 90, ad esempio di tipo brushless in corrente continua o del tipo a spazzole in corrente continua, avente un albero motore con asse motorizzato Z.

Secondo una forma di realizzazione, i mezzi di movimentazione comprendono inoltre una vite senza fine 92, avente asse di rotazione coassiale con l’asse motorizzato Z del motore 90, ed un elemento di trasmissione 94, ad esempio una bussola dentata, impegnato con la vite senza fine 92, disposto con asse di rotazione sghembo rispetto all’asse di rotazione della vite senza fine 92, ad esempio a 90° rispetto a questo. L’asse di rotazione dell’elemento di trasmissione 94 è coincidente con l’asse di traslazione X del puntone 14.

Il motore 90 ha quindi asse motorizzato Z sghembo rispetto all’asse di traslazione X, preferibilmente a 90° rispetto a questo.

L’elemento di trasmissione 94 è adatto a influenzare il gruppo mobile 40 per provocarne la movimentazione, ad esempio operando assialmente sulla parete battuta 56 della boccola 44.

Preferibilmente, fra l’elemento di trasmissione 94 e la parete di battuta 56, è disposto un cuscinetto di spinta 98, ad esempio a strisciamento o volvente, di detti mezzi di movimentazione, per il trasferimento della spinta dal gruppo mobile 40 all’elemento di trasmissione 94 e viceversa.

Inoltre, i mezzi di movimentazione comprendono una vite di movimentazione 96, che si estende lungo l’asse di traslazione X, ad esempio provvista di filettatura trapezoidale, collegata al gruppo di supporto 30, ad esempio alla parete di supporto 32 di questo, fissa durante la movimentazione del gruppo mobile 40.

La vite di movimentazione 96 è impegnata con l’elemento di trasmissione 94, ad esempio all’interno della bussola dentata.

Il motore 90, la vite senza fine 92 e l’elemento di trasmissione 94 sono quindi a bordo del gruppo mobile 40.

Il dispositivo di simulazione 1 comprende inoltre mezzi di gestione elettronica 100 del motore 90, ad esempio una CPU, comprendente mezzi elettronici di controllo e azionamento 102 del motore 90, mezzi di memorizzazione 104, adatti a memorizzare alcuni parametri di funzionamento dell’apparato di frenatura, ad esempio relativi alla rigidezza desiderata per detto apparato, e mezzi di rilevazione 106 adatti a rilevare alcuni parametri di stato dell’apparato di frenatura e trasmettere un relativo segnale ai mezzi di controllo ed azionamento. Ad esempio, i mezzi di rilevazione 106 comprendono un sensore adatto a rilevare la configurazione del gruppo pedale 10, ad esempio la posizione del pedale 12 o del puntone 14 o la velocità di schiacciamento del pedale da parte dell’utilizzatore.

Per la gestione del dispositivo di simulazione 1, secondo una forma di realizzazione, i mezzi di gestione 100, sulla base della rigidezza desiderata e della posizione rilevata per il pedale, comandano l’azionamento del motore 90, modificando l’azione di contrasto agente sul pedale 12.

In una configurazione inattiva (figura 2), l’elemento di trasmissione 94 è disposto in una posizione limite avanzata sulla vite di movimentazione 96 e corrispondentemente, la parete principale di riscontro 52 del corpo mobile 40 è nella posizione limite avanzata.

In tale configurazione, per una predefinita corsa del corpo di contrasto 60, l’azione di contrasto esercitata dagli elementi di contrasto 70 su detto corpo di contrasto 70 è elevata, poiché la distanza utile di compressione degli elementi elastici di contrasto 70, ossia la distanza fra lo spallamento 66 del corpo 60 e la parete principale di riscontro 52, è ridotta.

A pedale in riposo (figura 2), il corpo di contrasto 60 è nella posizione limite di riposo, in cui è in battuta con la base 50 del gruppo mobile 40, tenuto in tale posizione dall’azione permanente dell’elemento elastico di ritorno 80.

Nella configurazione inattiva, ma con pedale nella condizione limite di schiacciamento (figura 4), il corpo di contrasto 60 è nella posizione limite di schiacciamento, in cui ha portato in compressione gli elementi elastici di contrasto 70 per una distanza utile H1 per la compressione massima degli elementi elastici di contrasto 70.

In una configurazione intermedia di azionamento (figura 5), l’elemento di trasmissione 94 è in una posizione intermedia, arretrata rispetto alla posizione limite avanzata sulla vite di movimentazione 96, e parimenti la parete principale di riscontro 52.

Con pedale in una posizione intermedia di schiacciamento (figura 5), il corpo di contrasto 60 è in una posizione intermedia, in cui è influenzato dagli elementi elastici di contrasto 70 (unitamente agli elementi elastici di ritorno 80), che esplicano su di esso l’azione di contrasto.

In una configurazione limite di azionamento (figura 6), l’elemento di trasmissione 94 è disposto in una posizione limite arretrata sulla vite di movimentazione 96 e corrispondentemente, la parete principale di riscontro 52 del corpo mobile 40 è nella posizione limite arretrata.

In tale configurazione, la rigidezza avvertita sul pedale è ridotta, poiché la distanza utile di compressione è aumentata.

Nella configurazione limite di azionamento, con pedale nella condizione limite di schiacciamento (figura 6), il corpo di contrasto 60 è nella posizione limite di schiacciamento, in cui ha portato in compressione gli elementi elastici di contrasto 70 con una distanza utile H2 per la compressione massima degli elementi elastici di contrasto 70, maggiore della distanza utile H1 della configurazione di riposo dell'azionamento attivo. La rigidità sentita sul pedale è pertanto minore della rigidità nella configurazione inattiva e pedale in posizione limite di schiacciamento.

Con pedale a riposo, il dispositivo di simulazione 1 è normalmente nella configurazione inattiva di azionamento.

Inoltre, la gestione del motore è definita in modo che, se l’utilizzatore schiaccia bruscamente il pedale (e quindi la velocità rilevata per il pedale o il puntone è maggiore di un predefinito valore di soglia), poiché necessita di una frenata repentina (cosiddetta “frenata di panico”), il motore non interviene, così che il dispositivo rimane nella configurazione inattiva. Il comportamento del dispositivo sarà quindi molto rigido. Se lo schiacciamento del pedale è invece più dolce (e quindi la velocità rilevata per il pedale o il puntone è minore di un predefinito valore di soglia), interviene il motore, portando il dispositivo dalla configurazione inattiva verso la configurazione limite di azionamento. Il comportamento del dispositivo sarà quindi meno rigido.

Quando l'utilizzatore termina lo schiacciamento e inizia il rilascio del pedale, il motore viene azionato per riportare il dispositivo nella configurazione inattiva.

Innovativamente, il dispositivo di simulazione secondo la presente invenzione consente di superare gli inconvenienti dell’arte nota, in quanto l’azione, spesso molto brusca, con cui l’utilizzatore agisce sul pedale, non si scarica sul motore e nel contempo, anche nel caso di frenate di panico, quando l’utilizzatore agisce repentinamente sul pedale nel tentativo di frenare immediatamente, la risposta del dispositivo di simulazione è rapida, in quanto il motore non interviene.

In particolare, vantaggiosamente, l’azione dell’utilizzatore sul pedale si scarica sulla boccola e da questa sul cuscinetto, sull’elemento di trasmissione, sulla vite di movimentazione e infine sul gruppo di supporto, senza che il motore sia coinvolto. Vantaggiosamente, inoltre, nel caso di una frenata di panico, l’azione di contrasto è immediatamente sviluppata dagli elementi elastici di contrasto, senza intervento del motore, per cui la risposta del dispositivo è estremamente rapida e rigida.

Vantaggiosamente, inoltre, l’affidabilità del dispositivo è elevata e l’usura delle parti motorizzate bassa, poiché il motore non lavora mai contro l’azione di schiacciamento dell’utilizzatore.

E’ chiaro che un tecnico del ramo, al fine di soddisfare esigenze contingenti, potrebbe apportare modifiche al dispositivo di simulazione sopra descritto, tutte contenute nell’ambito di tutela definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di simulazione (1) per un apparato di frenatura a comando elettrico (BBW) per un veicolo, in cui detto dispositivo (1) è collegabile ad un gruppo pedale (10) comprendente un pedale (12) ed un puntone (14) solidale al pedale e traslabile per schiacciamento del pedale ad opera di un utilizzatore, detto dispositivo (1) comprendendo: - un corpo di contrasto (60) collegabile solidalmente in traslazione al puntone (14) del gruppo pedale (12), traslabile lungo un asse di traslazione (X); - un gruppo mobile (40) provvisto di una parete di riscontro principale (52); - almeno un elemento elastico di contrasto (70), disposto fra la parete di riscontro principale (52) ed il corpo di contrasto (60), in modo da essere comprimibile fra questi; - mezzi di movimentazione del gruppo mobile adatti ad essere attivati per ottenere la traslazione del gruppo mobile, comprendenti: a) un motore elettrico (90) avente un asse motorizzato (Z) sghembo rispetto all’asse di traslazione (X); b) un elemento di trasmissione (94), comandabile in rotazione dal motore (90), avente asse di rotazione coincidente con l’asse di traslazione (X); c) una vite di movimentazione (96), fissabile ad una parete del veicolo, avente estensione lungo l’asse di traslazione (X), sulla quale è impegnato l’elemento di trasmissione (94); detto elemento di traslazione essendo adatto a operare sul gruppo mobile (40) per ottenerne una traslazione, così modificando la posizione della parete di riscontro principale (52).
2. Dispositivo di simulazione secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di movimentazione comprendono una vite senza fine (92), avente asse di rotazione coassiale con l’asse motorizzato (Z) del motore (90) e solidale in rotazione a questo, impegnata con l’elemento di trasmissione (94).
3. Dispositivo di simulazione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui fra l’elemento di trasmissione (94) e una parete di battuta (56) del gruppo mobile (40) è disposto un cuscinetto di spinta (98).
4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la vite di movimentazione (96) è provvista di filettatura trapezoidale.
5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il motore (90) e l’elemento di trasmissione (94) sono a bordo del gruppo mobile (40).
6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di gestione elettronica (100) del motore (90) comprendenti mezzi elettronici di controllo e azionamento (102) del motore (90), mezzi di memorizzazione (104), adatti a memorizzare alcuni parametri di funzionamento dell’apparato di frenatura, e mezzi di rilevazione (106) adatti a rilevare alcuni parametri di stato del gruppo pedale (10), ad esempio la posizione o la velocità di schiacciamento del pedale (12) o del puntone (14).
7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi di movimentazione, terminato lo schiacciamento del pedale da parte dell'utilizzatore, sono adatti a portare il dispositivo in una configurazione inattiva in cui la distanza utile per la compressione massima dell’elemento elastico di contrasto (70) è minima.
8. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo di contrasto (60) comprende uno spallamento (66) avente estensione radiale tale da realizzare una battuta contro una base (50) del gruppo mobile (40).
9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno un elemento elastico di ritorno (80) che influenza permanentemente il corpo di contrasto (60) in allontanamento dall’elemento elastico di contrasto (70).
10. Metodo di applicazione di un’azione di contrasto ad un pedale (12) di un apparato di frenatura a comando elettrico (BBW) tramite un dispositivo di simulazione (1) della frenata comprendente una parete di riscontro principale (52), un corpo di contrasto (60) collegabile al pedale (12) e almeno un elemento elastico di contrasto (70) comprimibile fra la parete di riscontro principale (52) ed il corpo di contrasto (60), e mezzi motorizzati di movimentazione della parete di riscontro principale (52), detto metodo comprendendo la fase di attivare, terminata l'azione di schiacciamento del pedale da parte dell'utilizzatore, detti mezzi motorizzati di movimentazione per raggiungere una configurazione inattiva in cui la distanza utile di compressione massima dell’elemento elastico di contrasto (70) è minima.