ITRM950426A1

ITRM950426A1 - Dispositivo per il controllo parametrico della forza di reazione, in particolare di un volante di sterzo servoassistito.

Info

Publication number: ITRM950426A1
Application number: IT95RM000426A
Authority: IT
Inventors: Bernd Langkamp
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1996-12-23
Also published as: DE4422386C1; GB2290511A; ITRM950426A0; FR2721572A1; GB2290511B; IT1278499B1; JP3010547B2; FR2721572B1; US5931256A; JPH0811733A; GB9512289D0

Abstract

L'invenzione concerne un dispositivo per il controllo parametrico della forza di reazione di un dispositivo di manovra (in particolare di un volante) di un servosterzo idraulico. In questo caso, oltre ad una forza regolatrice di asservimento prodotta idraulicamente, si produce, per mezzo di un motore elettrico, una forza parametrica supplementare.

Description

-DESCRIZIONE

corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo Dispositivo per il controllo parametricodellaforrza di reazione,.in particolare di un volante di .sterzo servoassistito

L ‘invenzione concerne un dispositivo per. il controllo parametrico dì una forza di reazione di un dispositìvo di manovra, ad esempio dl un volante, di uno sterzo idraulico servpassistito, con un motore elettrico privo di autobloccaggio.accop piabile in senso motore con il dispositivo di manovra.

Dalla DE 3908 218 A1 è noto uno sterzo idraulico servoassistito con tali particolari, dove un motore elettrico accoppiabile con lo sterzo serve a produrre un momento torcente di richiamo.

Le autovetture attuali sono equipaggiate prevalentemente con servosterzi idraulici per tenere sufficientemente basse le forze sterzanti da applicare da parte del conducente al volante disposto come dispositivo dì manovra, in particolare in caso di marcia molto lenta, eventualmente durante le manovre . . . Tali servosterzi possiedono, nella trasmissione .meccanica-tra il volante e le .ruote. orientabi lidel veicolo .due elementi-di trasmissione che sono in grado-di spostarsi limitatamente uno riispetto all'altro.contro la forza elastica e,di conseguenza , eseguono, in funzione delle forze tra--smesse tra il volante e le ruote orientabili,_movimenti relativi più o meno grandi . Questi movimenti relativi comandano una servovalvola disposta tra una sorgente idraulica di pressione e un serbatoio idraulico relativamente privo di pressione, la quale presenta sostanzialmente due percorsi paralleli di stroz· zamento con, di volta in volta, una valvo la a farfalla di entrata e una valvola a farfalla di uscita. Le valvole a farfalla di entrata e di uscita di ciascun percorso di strozzamento vengono comandate in senso opposto fra loro e anche i due percorsi di strozzamento vengono comandati in senso opposto fra loro.

Inoltre, gli organi idraulici di reazione producono un certo attrito supplementare che può causare effetti dì isteresi e produrre un peggioramento del ripristino dello sterzo.

In alternativa ai servosterzi idraulici, sono noti anche servosterzi elettromeccanici in cui la forza dì re_golazione di asservimento viene pròdotta per mezzo di un motore elettrico. Per quanto riguarda le forze di regolazione di asservimento producibili, la rete elettrica del veicolo deve essere rea l izzata però , in questi sistemi, con elevata potenzialità. Inoltre essa riserva difficoltà tecniche di comando accurato delle forze regolatrici di asservimento anche in caso di manovre molto rapide delle sterzo e rispettivamente di renderle disponibili al livello desiderato. Ciò si basa, fra l'altro, sul fatto che, per quanto riguarda le piccole dimensioni del servomotore, si impiegano motori elettrici ai regola veloci, collegabili con lo sterzo tramite corse di trasmissione separabili. In questo modo si ha la possibilità di far girare il servomotore elettrico continuamente con elevato numero di giri e di accoppiarlo, in caso di bisogno, dinamicamente con il sistema di guida.

Compito dell'invenzione è, quindi, quello di indicare un nuovo concetto di comando ai reazzione di un servosterzo.

Questo compito viene risolto, secondo la invenzione, per il fatto che, nel dispositivo indicato avanti, il motore elettrico è comandabile in funzione di parametri analogamente ad una grandezza che si modifica analogamente alla forza di azionamento da applicare al dispositivo di manovra.

L'invenzione si basa sul concetto generale. di prescindere , in un .servosterzo idraulico da un comando idraulico delle forze di reazione.in funzione d i parametri predefiniti e diprevedere al postodi .questo, un motore elettrico supplementare pilotabile in funzione dei parametri._

In questo modo si ottiene il vantaggio che i servosterzi idraulìci tradizionali sono impiegabili senza comando idraulico di forze di reazione’ dipendenti da parametri. Tali servosistemi vengono prodotti in serie molto grandi e quindi a costi vantaggiosi. In particolare, in_una lavorazione in grande serie, sia ì veicoli standard senza comando delle forze di reazione dello sterzo dipendente da parametri sìa i veicoli con particolare equipaggiamento, in particolare con un servosterzo con forza dì reazione controllata in funzione di parametri, vengono equipaggiati con gli stessi sistemi di asservimento· idraulici. Nel caso dell'equipaggiamento speciale c'è bisogno di prevedere poi soltanto il motore elettrico con il suo comando. Nel complesso, in questo modo si ottengono evidenti vantaggi di costi perchè: tutti i veicoli presentano sistemi in linea di prin cipio analoghi e, in caso di equipaggiamenti specia li* debbono essere montati soltanto sistemi supplementati.

Secondo una forma di esecuzione.preferita dell'invenzione, i servosterzo_possiede una val vola di asservimento in linea di massima nota di sposta tra una sorgente idraulica di pressione e un serbatoio idraulico relativamente privo di pressione, ; che comanda un servomotore idraulico, la quale valvola di asservimento è comandabile mediante movimenti relativi tra parti di una trasmissione_meccanica che accoppia i dispositivo di manovra e rispettiva' mente il volante con organidi comando, in particolare con ruote orientabiil del veicolo; in questo caso, il motore elettrico è accoppiato in senso motore con la parte laterale del sistema di manovra delle parti relativamente mobili fra loro.

In questo modo si garantisce che le forze prodotte con il motore non possano avere uno svilup diretto di alcun genere sulle forze regolatrici dì . asservimento prodotte dal servomotore idraulico.

Nel caso del servosterzo di un autoveicolo, di regola è preferito il fatto di progettare il sistema di asservimento idraulico in modo da poter produrre soltanto le forze regolatrici di asservimento minori, auspicate in caso di elevate velocità. Il motore elettrico viene utilizzato poi per la produzìone di una forzadi sostegno supplementare.in. caso di velocità più basse o di sìtuazioni particolari.

In l i nea d i mass ima è poss i b i l e però realizzare il sistema di asservimento idraulico con una potènzia lità tale da poter produrre le massime forze _di asservimento desiderate durante il funzi onamento e per il fatto che il motore elettrico produce, in funzione di parametri, una resistenza supplementare sensibile sul dispositivo di manovra.

Inoltre, per quanto riguarda i particolari preferiti dell'invenzione, si rimanda alle rivendicazioni nonché alia illustrazione sueccessiva di una forma di esecuzione particolarmente preferita che viene descritta con riferimento ai disegni. In essi:

La figura 1 mostra una rappresentazione a schema elettrico con dispositivo secondo l'invenzione per il controllo in funzione di parametri della forza di reazione tastabile sul volante e

la figura 2 mostra un diagramma che mostra la differenza di pressione attiva sul servomotore idrauììco in funzione della forza da applicare ai volante in diverse velocità del veicolo.

Secondo la figura 1, un volante 1 di un autoveicolo è accoppiato meccanicamente tramite un braccio del braccio comando sterzo 2 ed elementi di trasmissione. con.la tiranteria-delio sterzo 3 del le .ruote.orientabili 4 del veicolo, in modo che un angolo disterzata delle ruote .orientabι114 sia accoppiato forzatamente con una.rotazione dei-volante 1 e viceversa,

Nel collegamento.meccanico di trasmissione tra il volante1 e le ruote orientabili4 sono disposte due parti limitatamente mobili l'una rispetto ell'altra contro la forza elastica ; la rappresentaz ìone della figura 1 riguarda,. in questo caso, parti 2' e 2" dell'albero del braccio comando.sterzo in gra do di essere ruotate limitatamente l'una rispetto all'altra. Azionando il volante 1, queste.parti 2' e 2" dell ’albero del braccio comando sterzo vengono .girate l'una rispetto all'altra contro la forza di un'asta di torsione (non rappresentata) cne le collega dal punto di visti motore.

Questa rotazione relativa comanda una servovalvola 5 che, in linea di principio, è costituita da due percorsi di strozzamento paralleli fra loro con le valvole a farfalla 6' e 6" di entrata e le valvole a farfalla ai uscita 71 e 7 ". Questi pereorsì di strozzamento sono disposti tra il lato di mandata di una pompa ιdraulica 8 e un serbatoio ιdraulico 9 relativamente privo di .pressione, il quale, a _suavolta è collegato con il lato aspirante della pomp a 8.

Quand le parti 2' e 2'' dell'albero del braccio colando sterzo assumono una posizione intermedia fra loro, le valvole a farfalla 61 e 7"_sono aperte, e precisamente iji modo che le valvole a farfallaa di entrata 6' e 6", da un lato, e le valvole a farfalla di uscita, dall'altra, presentino ciascuna le stesse resistenze di strozzamento e, di conseguenza entrambi i percorsi di strozzamento, vengono attraversat is immetricarpente fra Loro da mezzo idraulico. Se le parti 2' e 2" dell'albero del braccio comando sterzo vengono ruotate l'una rispetto all'altra, delle valvole a farfalla di entrata, ad esempio la valvola a farfalla di entrata 6', viene chiusa rispetto ad altre valvole a farfalla di entrata, mentre la valvola a farfalla di uscita dell'altro percorso di strozzamento, in questo esempio, la valvola a farfalla di uscita 7", viene chiusa in modo crescente rispetto alla valvola a farfalla di uscita un percorso di strozzamento

Tra le valvole a farfalla 6' e 7' e rispettivamente 6" e 7" dei due percorsi di strozzamento sono allacciati tubi di raccordo 10 e 11 di un servò motore idraulico 12 che può essere realizzato, ad esempio , come organo .idraulico a pistone e cilindro a doppia azione. Se..i due percorsi di strozzamento sono impostati simmetricamente fra loro, tra .i tubi di raccordo 10 e 11 vi è uniformità di pressione. Non appena i percorsi di strozzamento, in caso di .rotazioni relative tra le parti 2' e 2" dell'albero del· braccio.comando sterzo, vengono spostatι.in,mdoo asimmetrico fra loro, ai tubi_di raccordo 10 e 11 Si, na una dιfferenza,di pressιone_ιdraulica più o meno grande, con la conseguenza che il servomotore ,12 produca una forza regolatrice si asservimento_più o meno grande e le trasmetta alla tiranteria 3 dello sterzo 3. I_n questo modo, la forza manuale da applicare. sui volante 1 per ciascuna manovra,di sterzata viene ridotta .

Secondo l'invenzione,_ sul lato del volante 1è disposto, sulla parte 2’ dell'albero del bracciò comande sterzo, un motore elettrico 13 privo di autobloccaggio, il quale è realizzato, preferibιlmente, in modo cne la parte 2' dell'albero del bracciò comando sterzo e rispettivamente una parte coassiale collegata saldamente con questa formi il rotore del motore elettrico 13, il cui statore è dispo-' sto poi, eventualmente sulla carrozzeria del veicolo, in modo stazionario.

Come circuito eccitatore del motore elettrico 13 è previsto un apparecchio di comando 14 elèttrico e rispettivamente e1ettronico 14,ilcui lato di uscita è collegato con il motore elettrico 13. I lato di entrata dell'apparecchio di comando 14 possiede una prima entrata che può essere collegata con un sensore di coppia 15 disposto tra il volante 1 la parte 2' dell'albero del braccio comando sterzo. Un'altra entrata 16 è collegata con un emettitore di segnali non rappresentato per un parametro da stabilire, ad esempio per la velocità di marcia del veicolo .

In questo modo, il motore elettrico 13 può essere pilotato per la produzione di una forza sterzante ausiliaria supplementare che riduce le forze manuali da applicare da parte del conducente, e pre cisamente in modo diverso a seconda della velocità di marcia

Ad esempio, vi è la possibilità di lasciare disattivato, in presenza di alta velocità di marcia, il mo tore elettrico 13 in modo che soltanto il servomotore idraulico 12 produca una forza regolatrice di asservimento che riduce la forza manuale da applica re sul volante. Quanto minore è la velocità di mareia del veicolo tanto maggiori possono diventare le forze ausliarie prodotte per mezzo del motore elet 13. In questo modo si facilitano notevolmente in par tico1are le manovre dispostamento in cui le ruote orien tabili 4 del veicolo debbono essere spostate contro una resistenza comparativamente alta.

In alternativa o in aggiunta al sensore di coppia 15, alla tiranteria 3 dello sterzo. nel1!esempio rappresentato all'asta trasversale, si può app11 care un organo dinamometrico 17 collegato con una e.n trata dell'apparecchio di comando 14. Al suo posto ’o in aggiunta ad esso, si può produrre anche, per mez· zo di emettitori di segnali 18 disposti sui tubi di raccordo 10 e 11 del servomotore idraulico 12 oppur]e_ per mezzo di un manometro differenziale 19 disposto! tra questi tubi 10 e 11, un segnale che riproduce la differenza di pressione tra le tubazioni 10 e 11 e lo si può inoltrare ad una entrata dell'apparecchio; di comando 14. In questo modo, l'apparecchio di comando 14 può governare il motore elettrico 13 in modo che in funzione della velocità di marcia (oppure di un altro parametro da predefinire) si produca una forza ausiliaria più o meno grande che si modifica analogamente alle forze che agiscono nella tiranteria 3 dello sterzo e/o analogamente alla differenza di pressione attiva sul servomotore idraulico 12.

Alla fine si ottengono .poi.rapporti .quali rappresentati nella figura 2. ivi r appresenata la pressione differenziale P di volta in.volta presente sul servomotore idraulico 12 in funzione della forza maua 1e M da applicare al.volante ee.precisamente per d iverse veloci tàdi marcia v che, ad esempio, possono oscillare tra 0 Km/h e 100 km/h. Si vede che lo sterzo , in Presenza di, bassa velocità e rispettivamente in presenza di veicolo fermo, lavora più dolcgmente che in presenza di velocità più alte

.Nella forma di esecuzione descritta si è partiti dal fatto che sia il servomotore idraulico 12 sia il motore elettrico 13 producano di volta in voita forze che riducono le forze manuali da applicares sul volante 1. Ciò vale a dire che quando lo sterzo si trova in stato relativamente duro, cioè in presenza di alta velocità, il motore elettrico 13 mane inattivo; il motore elettrico 13 diventa, inol·· tre, attivo soltanto in presenza di basse velocità rispettivamente di fermo.

Al suo posto è però possibile progettare il servomotore idraulico 12 in modo da ottenere. soltanto per mezzo di questo motore 12 già in presenza di bassa velocità e rispettivamente di fermo. guida leggera. La durezza auspicata dello sterzo in caso di velocità di marcia più elevata, può essere ragiunta po i per il ftto che con il motore elettrico 13 si produce una forza ausiliaria che aumenta la forza manuale da applicare e al volante .

per motivo di sicurezza ,negli autoveicol li è preferita di regola la prima forma di. esecuzione. Se però il motore elettrico 13 e rispettivamente l'apparecchio di comando relativo 14 non dovessero funzionare, lo sterzo, in caso di velocità di marcia Pìù alte, rimane duro. in presenza di bassa velocità nonché di fermo si deve accettare poi soltant to una perdita di comfort perchè lo sterzo rimane duro anche in questo stato di funzionamento.

Al contrario, non si puù verificare che lo sterzo inavvertitamente da uno stato relativa mento duro ad uno stato dolce

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il controllo parametrico..di una forza di reazione di un dispositivo .di manovra (volante) di un.servosterzo.idraulico conun motore elettrico privo,di autobloccaggio, accoppia-., bile in senso,motore con il dispositivo di manovra, caratter izzato dal fatto che il motore elettrico (13) è controllabile in funzione di parametri analogamente ad una grandezza che si modifica analogamente alla forza di azionamento da applicai al dispositivo di manovra.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il servosterzo presenta una servovalvola (5),disposta tra una sorgente di pressione idraulica (pompa 8) e un serbatoio idraulico (9) relativamente privo di pressione, che comanda un servomotore idraulico (12), la quale è controllabile mediante movimento relativo tra le parti (21, 2") di una trasmissione meccanica propulsiva che accoppia il dispositivo di manovra (1) con organi di comando (ruote orientabili 4), e dal fatto che il motore elettrico (13) è accoppiato in senso motore con la parte (2‘) laterale al dispositivo di manovra. delle parti (2") relativamente mobili fra loro delle parti (2', 2") relativamente mobili fra loro.
3. Dispositivo secondo.,la rivendicazione 1 oppure 2.,caratterizzato dal fatto che il rotore del motore elettrico (13) viene formato da.una parte (21) laterale al volante dell'‘albero del braccio_ comnando sterzo (2) di un autoveicolo.
4. Dispositivo secondo .una delle, rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico (13) produce una forza ausiliaria che agisce nella stessa direzione della forza regolatrice di asservimento del servomotore idraulico (12)
5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che per mezzo del motore elettrico (13) si produce una forza supplementare che reagisce alla forza regolatrice dì asservimento del servomotore idraulico (12).