ITTO20090440A1 - Dispositivo motore idraulico a controllo elettronico con rapporto meccanico pedale freno variabile e sistema frenante per autoveicoli comprendente tale dispositivo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Dispositivo motore idraulico a controllo elettronica con rapporto meccanico pedale freno variabile e sistema frenante per autoveicoli comprendente tale dispositivo”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo motore idraulico a controllo elettronico, utilizzabile in particolare per la generazione di una forza motrice in un impianto frenante di un veicolo automobilistico. 't

Allo scopo di realizzare un dispositivo del tipo sopra indicato che risulti estremamente semplice, di ridotto ingombro e ad elevata efficienza, l<’>invenzione si caratterizza per quanto indicato nell’annessa rivendicazione 1. Ulteriori caratteristiche preferite e vantaggiose sono indicate nelle annesse rivendicazioni dipendenti. Le rivendicazioni formano parte integrante dell ’insegnamepto tecnico qui somministrato in relazione all’invenzione.

Specificamente Γ invenzione riguarda un dispositivo idraulico comprendente un involucro rigido che può essere fissato alla parete parafiamma di un veicolo, nel quale è montato mobile a tenuta uno stantuffo che suddivide la! regione interna a tale involucro in due camere, primaria e secondaria, a volume variabile. La camera primaria è collegata a una sorgente di pressione idraulica proveniente dal sistema di pompaggio dell'olio del motore per trazione e regolata da mezzi! di controllo del flusso di olio controllati da una centralina elettronica. La differenza j di pressione tra le due camere dell’ aiutatore idraulico genera Γ asservimento al fazione dì frenatura richiesta dal guidatore, riducendo lo sforzo sul pedale del freno. l| sistema comprende inoltre un meccanismo che consente di incrementare il rapporto meccanico di demoltiplicazione dello sforzo richiesto al conducente su un elemento di colmando, in particolare un pedale freno. Tale meccanismo, come verrà successivamente descritto, sfrutta lo scorrimento di un elemento di azionamento del suddetto dispositivo motore idraulico in una sede ricavata sul pedale freno. Questo meccanismo permette inoltre di ridurre la corsa morta sul pedale freno dovuta al recupero dei giochi necessari per accostare le pastìglie e/o ganasce a dischi e/o tamburi freno.

Negli impianti di frenatura per autoveicoli sono prevalentemente utilizzati motori pneumatici per generare una forza di servoassistenza che va ad aggiungersi a quella esercitata direttamente dal guidatore mediante il pedale del freno e l’associato cinematismo.

Secondo la presente invenzione si realizza un dispositivo motore idraulico comandato elettronicamente, con sistema meccanico a rapporto dj trasmissione del moto variabile sul pedale freno, ed utilizzabile per sviluppare una orza motrice dì comando della frenatura. Questo motore dotato di stantuffo attuatore sfrutta la pressione idraulica già presente nel sistema di pompaggio dell<'>olio del motore per trazione consentendo, a pari forze esercitate in uscita dallo stantuffo sul pistone della pompa ad esso collegata, un minore ingombro volumetrico rispetto ai motori pneumatici. La forza sullo stantuffo attuatore viene gestita e controllata via software da una centralina elettronica, che dosa l’ asservimento in funzione del carico letto in ingresso < a un sensore. Inoltre il rapporto di trasmissione variabile grazie ad uno specifico sistema di scorrimento meccanico ad attrito tra puntale e pedale consente di ridurre le corse morte all’inizio della frenatura e demoltiplicare lo sforzo esercitalo dal guidatore sul pedale stesso.

Secondo l’invenzione, si sfrutta la pressione idraulica già disponibile nell’autoveicolo per ottenere i seguami risultati:

- demoltiplicare lo sforzo del guidatore durante frenatura mediante un pedale freno con rapporto di trasmissione variabile.

- Ridurre le corse passive in particolare nella condizione iniziale di frenatura, sempre grazie al rapporto di trasmissione variabile ad atéito tra puntale e pedale.

- Accumulare pressione idraulica in un contenitore in pressione, particolarmente un accumulatore dì pressione, le cui condizioni di carico e scarico sono realizzate attraverso valvole unidirezionali ed elettrovalvole gestite da una centralina elettronica di controllo a cui giunge in ingresso il segnale dello sforzo richiesto dal conducente durante l’azione di comandare la frenata. La pressione neU’accumulatore viene incrementata attraverso un amplificatore di pressione idraulico posizionato a monte dell’accumulatore stesso.

- Gestire la pressione idraulica di asservimento via software in modo da definire la prontezza della frenata in base a differenti curve di icari co applicato sul pedale freno versus pressione (tempo di apertura di un’ elettrovai volia di carico).

- Garantire una corsa di ritorno relativamente aU’involucro, in senso inverso alla corsa di andata, attraverso l'apertura di un'elettrovalvola di scarico quando a questa giunge il segnale dalla Centralina elettronica di comando che vede una riduzione dello sforzo richiesto dal conducente e grazie al carico sviluppato da una molla interna a una camera secondaria delPinvolucro.

- Fornire a un computer di bordo il segnale per accendere le luci di segnalazione della frenatura del veicolo Ciuci stop”) nel momento della lettura, da parte della cella di carico, della richiesta di frenatura.

Il dispositivo motore idraulico secondo Γ invenzione comprende inoltre mezzi sensori atti a fornire all' unità elettronica di controllo segnali elettrici indicativi dello sforzo esercitato su un’asta che comanda So stantuffo sittuatore (e di conseguenza dello sforzo sul pedale freno) e l'unità elettronica di controllo è predisposta per pilotare i mezzi dì controllo del flusso di olio in funzione dei segnali fomiti da detti mezzi sensori.

In una forma di esecuzione la separazione del cdreuìto di pressione dell’olio del motore per trazione (olio proveniente dalla pompa dejll'olio del motore per trazione) viene realizzata con una valvola unidirezionale che consente di caricare pressione nell’ accumulatore e almeno un'elettrovalvola di tipo normalmente chiuso (che si apre per garantire Γ asservimento richiesto via software al motore idraulico). Un’ulteriore valvola unidirezionale che consente lo scarico della pressione fino ad un valore soglia prestabilito (e comunque minore della pressione atmosferica) e almeno una seconda elettrovalvola di tipo normalmente chiuso che si apre pejr consentire il deflusso dell’olio sono attive quando è terminata l'azione di frenatura. Tali elettrovalvole vengono comandate durante le operazioni di scarico che si pendono necessarie sul sistema idraulico oggetto della presente invenzione.

La pressione idraulica che, regolata dall’elettrovalvola e che grazie ad un'unità di controllo comanderà Fattuatore, viene raccolta in un Accumulatore è incrementata (in funzione del dimensionamento del sistema frenante e dèlie prestazioni di frenatura che pressione idraulica agli attuatori di frenatura (pinze] Q ganasce freno) alle ruote. La camera secondaria 3 inoltre alloggia un elemento elastico 9 di richiamo dello stantuffo 10, preferìbilmente in forma di una molla a elica conica. Sul Iato della camera primaria 5 lo stantuffo IO è operativamente connesso a un elemento di comando, particolarmente un pedale freno 11, mediante lo stelo 10a e un’asta rigida 12. Tale asta presenta una prima estremità a sfera o a disco che le permette comunque di scorrere al l’interno di una feritoia 13 ricavata nel pedale freno Π. e una seconda estremità articolata con uno snodo semisferico 14 allo stelo 1 Oa dello stantuffo 1(X|

Nella feritoia 13 del pedale freno 11 è quindi rhobile, fra due posizioni estreme, la prima estremità dell’asta rigida 12 per variare il rapporto di trasmissione del moto fra il pedale freno 11 e lo stantuffo 10.

Si osservi che mediante lo stelo IOa il pedale freno i l è operativamente connesso alla pompa freni 22 ed è atto a provocare un mòto dello stantuffo 10 per azionare la pompa freni 22.

L'involucro 4 viene fissato, ad esempio, al parafiamma della vettura attraverso viti indicate con 15; la posizione dello stantuffo è rilevata da mezzi sensori, particolarmente da un sensore di forza 16 (cella di carico) che invia il dato a una centralina elettronica di controllo 20 alla quale è operativamente connesso.

Al dispositivo motore idraulico, particolarmente alla camera primaria 5, è connesso, in corrispondenza di una luce di afflusso* 5a e una luce di deflusso 5b ambedue in vista della suddetta camera primaria 5, un circuito idraulico.

Il suddetto circuito idraulico comprende mezzi idi controllo del flusso di olio al suo interno operativamente connessi alla centralina elettronica di controllo 20 e attivabili per comandare un afflusso o un deflusso di otto verso o dalla camera primaria 5 in base a un segnale inviato dalla centralina elettronica di controllo 20 e indicativo di una forza applicata sullo stantuffo 10 rilevata dal sensorie 16.

L’elemento di comando 11 ha un rapporto idi trasmissione del moto allo stantuffo 10 variabile durante l’azionamento. Tali me^zi di controllo del flusso d’olio nel circuito idraulico comprèndono, in una forma di esecuzione preferita, una prima e una seconda elettrovalvola 17, 18 ambedue di tipo unidfrezionale e normalmente chiuse. Nel seguito, sì farà talvolta riferimento alle elettrovalvole 17, 18 anche con i termini, rispettivamente, elettrovalvola di carico ed elettrovalvolà di scarico.

11 circuito idraulico è idraulicamente connessola un circuito di lubrificazione di un motóre per trazione dell’autoveicolo.

In condizioni in cui il segnale di forza è nulló (o al di sotto di una prefissata soglia), e quindi il sistema si trova in stato di non frenatura, l'olio del motore per trazione avente una pressione funzione del numero di giri motore incrementata del rapporto tra le aree delle camere di un moltiplicatore di pressione 21, passando attraverso una prima valvola unidirezionale l ricarica, un accumulatore di pressione 2. Le elettrovalvole 17 e 18 del circuito idraulico sono Chiuse, L’asta rigida 12 si trova nella sua condizione di riposo neH’estremo inferiore de|la feritoia su! pedale freno 11.

Quindi il circuito idraulico è alimentato dal circuito di lubrificazione del motore per trazione mediante l’amplificatore di pressione 21.

La prima elettrovalvola 17 è idraulicamente connessa in serie fra l’amplificatore di pressione 23 e la luce di afflusso Sa della camera primaria S. Fra la prima elettrovalvola 17 e l’ampli fìcat ore di pressione 21 si trovano inoltre idraulicamente connessi in serie la prima valvola unidirezionale 1 e rpccumulatore di pressione 21. In particolare L'accumulatore di pressione 2 è idraulicamente connesso in soie fra la prima elettrovalvola 17 e Lampi ificatore di pressione 21, mentre la prima valvola unidirezionale 1 è idraulicamente connessa in serie fra 9 'amplificatore di pressione 21 e l’accumulatore di pressione 2.

La seconda elettrovalvola 18 è idraulicamente connessa in serie alla càmera primaria 5 a valle della luce di deflusso 5b. Una seconda valvola unidirezionale è idraulicamente connessa in serie fra la luce di deflussi 5b della camera primaria 5 e la seconda elettrovalvola 18.

A pedale a riposo (figura 1) il piano dell’ asola ricavata all' in temo del pedale freno mantiene l'asta 12 in posizione tale da garantire ?n rapporto di demoltiplicazione dello sforzo ridotto (per non penalizzare le corse mortè aU'attacco) in quanto l’angolo tra asta 12 e piano asola non consente uno scorrimento. Nel momento in cui il guidatore schiaccia il pedale del freno (figura 2), il puntale rigido agisce direttamente sul pistone attuatore 10 consentendo la chiusura delle luci necessarie affinché la pompa freni 22 inizi a dare pressione necessaria anche all' accostamelo o riduzióne dei giochi tra le pastiglie/ganasce e i dischi/tamburi freno. Appena terminata questa fase (figura 3), il terminale sferico o a disco dell’asta rigida nel pedale, immediatamente e comunque in funzione degli attriti meccanici, tende a spostarsi verso l'estremo superiore della feritoia 13 fino ad arrivare in battuta e a contatto con un elemento smorzante (presente anche nell’ estremo inferiore) determinando cosi Γ incremento di rapporto per demoltiplicare lo sforzo esercitato dal guidatore.

Con riferimento alla figura 3, nel prosieguo dell’azione di frenatura, il sensore dì carico 16 legge la forza applicata e invia un segnale alla centralina elettronica di controllo 20. Questa comanda Γ apertura del Γ elettrovalvola 17 per consentire all’olio in pressione dell’ accumulatore, al valore consentitogli dal moltiplicatore di pressione, di portarsi nell'involucro dell' attuatore idraulico 4 secondo una legge forza-pressione prestabilita. Dunque la prima elettrovalvola 17 è atta a permettere, quando attivata, un afflusso d’olio verso la camera primaria 5. La prima valvola unidirezionale 1 è atta, a sua volta, a permettere un flusso di olio unicamente in uscita dall'amplificatore di pressione 21.

La pressione nella camera primaria 5 dell'involicro è maggiore della pressione a cui si trova la camera secondaria 3 collegata all’ atmosfera; questo determina una forza di asservimento proporzionale all'area dello stantuffo che divide le due camere al valore di differenza di pressione tra le stesse, lo stantuffo viene pertanto spinto in avanti, fino ad arrivare in battuta con un anello dì arresto Seeger; in questa posizione il gruppo pistone-piattello vincendo, oltre agli attriti introni, anche la forza resistiva della molla 9 avanza dando il contributo di asservimento idraulico alla frenatura del veicolo.

Infatti Io stelo IOa dello: stantuffo 10 agisce st† cilindro maestro 6 della pompa freni generando la salita di pressione idraulica agli attuatoti e alle pinze/ganasce fieno alle mole.

La condizione di frenatura e di pressione idraulica nella camera 5 dell’attuatore 4, si mantiene fmtanto che il guidatore non esercita ulteriore carico sul pedale freno. In caso di assenza di incremento di forza Γ elettrovalvola 17 viene comandata a chiudersi dalla centralina di controllo, mantenendo nell’ amatore idraulico la pressione di frenatura richiesta. Nel caso di rilascio del pedale (figura 4) invece la variazione negativa di forza, letta dal sensore di carico 16 e Sempre inviata alla centralina di controllo 20, determina un’immediata apertura dell' elettrovalvola di scarico 18, consentendo il normale deflusso dell’olio motore. Dupque la seconda elettrovalvola 18 è atta a perméttere, quando attivata, un deflusso di Olio dalla camera primaria S. La seconda valvola unidirezionale è, a sua volta, atta· a permettere un flusso di olio unicamente verso la seconda elettrovalvola 18.

Nel caso in cui l'azione frenante sia richiesta nuovamente prima che l’accumulatore 2 sia stato ricaricato, vengono comunque mantenute (sempre via centralina 20) l'apertura dell'elettrovalvola di carico 17 e la chiusura di quella di scarico 18, in modo da consentire al flusso dell’olio in pressione di giungere direttamente al Γ attuatole idraulico. Il criterio di progettazione del l'accumulatore e dell'attu e deve essere tale da consentire azioni frenanti ripetute anche alla massima decelerazione prima di attingere direttamente dall’olio motore in pressione.

Quando la richiesta di azione frenante cessa, l'olio motore defluisce grazie all’apertura dell’ elettrovalvola di scarico 18, sempre comandata dalla centralina di controllo 20, e nella camera primaria 5 rimane un valóre di pressione idraulica inferiore alla pressione atmosferica e grazie alla valvola unidirezionale 19 (con molla opportunamente tarata). Questo permette alla molla 9 i della camera secondaria 3, che è alla pressione atmosferica, di vincere il valore dij pressione residua nella camera primaria 5 e di riportare pertanto lo stantuffo 10 nella condizione di riposo. Anche l'estremità dell’asta rigida 12 all’ interno del pedale freno 11 viene ricondotta nella posizione iniziale tornando in battuta con l 'estremo inferiore, rivestito da un demento smorzante, dalla feritóia 13 nel pedale freno 11, ripristinando così le condizioni iniziali di riposo di tutto il sistema.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI ; 1. Sistema franante per autoveicolo, comprendente: - un dispositivo motore idraulico (4) includente un involucro rigido suddiviso, mediante uno stantuffo (10) mobile all<1>intemo di detto involucro rìgido, in una camera primaria (5) e una camera secondaria (3) connessa (8) a un ambiente a pressione atmosferica, detta camera secondaria (3) alloggiando un elemento elastico (9) di richiamo di detto stantuffo ( 10), - una pompa freni (22) per Γ alimentazione di fluido ad attuatoli di frenatura operativamente connessa a detto stantuffo (10) sul lato di detta camera secondaria (3), detta pompa freni (22) essendo inoltre connessa a un serbatoio (7) contenente detto fluido, - un elemento di comando (11) operativamente connesso a detto stantuffo (10), sul lato di detta camera primaria (5), e a detta pompa freni (22), detto elemento di comando (11) essendo atto a provocare un moto di detto stantuffo (10) per azionare detta pompa freni (22), - un circuito idraulico connesso a detta camera primaria (5) in corrispondenza di una luce di afflusso (5a)e una luce di deflusso (5b), - mezzi sensori (16) per rilevare la posizione di detto stantuffo (10) e una forza su di esso applicata, detti mezzi sensori (16) essendo operativamente connessi a una centralina elettronica di controllo (20) il sistema essendo caratterizzato dal fatto che detto circuito idraulico comprende mezzi di controllo (17, 18) del flusso di olio al suo interno operativamente connessi a detta centralina elettronica di controllo (20) e attivabili per comandare un afflusso o un deflusso dì olio verso o da detta camera primaria (5) in base a un segnale inviato da detta centralina elettronica di controllo (20) e indicativo di una forza applicata su detto stantuffo (10) rilevata da detti mezzi sensori (16), e dal fatto che detto elemento di comando (1 1) ha un rapporto di trasmissione del moto a detto stantuffo (10) variabile durante razionamento.
2. 2. Sistema frenante secondo la rivendicazione 1. caratterizzato dal fatto die detto circuito idraulico è idraulicamente connesso a un circuito di lubrificazione di un motore per trazione di detto autoveicolo.
3. 3 Sistema frenante secondo la rivendicazione 2, Caratterizzato dal fatto che detto circuito idraulico è alimentata da detto circuito e i lubrificazione mediante un amplificatore di pressione (21).
4. 4. Sistema frenante secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo del flusso di olio comprendono una prima (17) e una seconda (18) elettrovalvola, ambedue di tipo unidirezionale e normalmente chiuse, detta prima elettrovalvola (17) essendo idraulicamente connessa in serie fra detto amplificatóre di pressione (21 ) e detta luce di afflusso (5a) di detta camera primaria (5) ed essendo atta a permettere, quando attivata, un afflusso d’olio verso detta camera primaria (S), detta seconda (18) elettrovalvola essendo idraulicamente connessa in serie a detta camera primaria (5) a valle di detta luce di deflusso (5b) ed essendo atta a permettere, quando attivata, un deflusso di olio da detta camera primaria (5).
5. 5. Sistema frenante secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un accumulatore di pressione (2) idraulicamente connesso in serie fra detta prima elettrovalvola (17) e detto amplificatore di pressione (21).
6. 6. Sistema frenante secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre una prima valvola unidirezionale (I) idraulicamente connessa in serie fra detto amplificatore di pressione (21) e detto accumulatore di pressione (2) e una seconda valvola unidirezionale (19) idraulicamente connessa in serie fra detta luce di deflusso (5b) di detta camera primaria (5) e detta seconda elettrovalvola (18), detta prima valvola unidirezionale (I) essendo atta a permettere un flusso di olio unicamente in uscita da detto amplificatore di pressione (21), detta seconda valvola unidirezionale (19) essendo atta a permettere un flusso di olio ùnicamente verso detta seconda elettrovalvola (18)
7. 7. Sistema frenante secondo la rivendicazione il , caratterizzato dal fatto che detto elemento di comando (11) comprende una feritoia (J3) nella quale è mobile, fra due posizioni estreme, una prima estremità di un'asta rigida (12) per variare il rapporto di trasmissione del moto fra detto elemento di comando (11) e detto stantuffo (10), detta asta rigida avendo inoltre una seconda estremità articolata con uno snodo semisferico a uno stelo (IOa) di detto stantuffo (10).