ITTO20100655A1 - Sistema e metodo di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico - Google Patents

Description

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"SISTEMA E METODO DI MISURA DELLE PRESTAZIONI DI FRENATURA

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad sistema e ad un metodo di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico .

ARTE ANTERIORE

Una delle caratteristiche che più caratterizzano le prestazioni di frenatura di un pneumatico è la curva di tenuta di strada ("grip curve") che lega la forza di frenatura generata dal pneumatico allo slittamento rispetto alla superficie stradale. Secondo quanto illustrato nella figura 1, la curva di tenuta di strada presenta una parte iniziale crescente in cui la forza di frenatura BF cresce rapidamente al crescere dello slittamento SR rispetto alla superficie stradale fino a raggiungere un punto di massimo assoluto; dopo tale massimo assoluto, la curva di frenatura presenta una parte finale decrescente in cui la forza di frenatura BF diminuisce lentamente al crescere dello slittamento SR fino ad arrivare al completo bloccaggio del pneumatico (slittamento SR pari al 100%).

Attualmente, per misurare la curva di tenuta di strada viene utilizzato un carrello che presenta una massa rilevante, è montato su ruote e presenta un telaio che supporta il pneumatico da testare in posizione verticalmente mobile tra una posizione di riposo, in cui il pneumatico è sollevato rispetto alla superficie stradale, ed una posizione di lavoro, in cui il pneumatico è a contatto della superficie stradale. In uso, il carrello viene accelerato lungo la superficie stradale fino a raggiungere una velocità desiderata mantenendo il pneumatico nella posizione di riposo; una volta raggiunta la velocità desiderata, il pneumatico viene abbassato nella posizione di lavoro ed una volta che il pneumatico ha raggiunto la velocità di rotazione corrispondente alla velocità di avanzamento del carrello il pneumatico viene frenato mediante un freno provvisto di un sensore di frenatura che misura la forza frenante applicata; quando il pneumatico viene frenato viene misurato lo slittamento rispetto alla superficie stradale in funzione della differenza tra la velocità periferica del pneumatico (che viene determinata in funzione della velocità di rotazione del pneumatico e del diametro esterno del pneumatico) e la velocità di avanzamento del carrello (che viene misurata mediante un sensore indipendente dal pneumatico).

La curva di tenuta di strada che viene determinata nel modo sopra descritto presenta un rumore ad alta frequenza molto elevato che ne diminuisce notevolmente la precisione e soprattutto rende molto difficile il confronto tra due curve di tenuta di strada diverse. In particolare, si osserva che nella parte iniziale crescente (in cui la forza di frenatura cresce rapidamente al crescere dello slittamento rispetto alla superficie stradale) lo slittamento rispetto alla superficie stradale non cresce in modo costante ma oscilla in modo evidente; inoltre, al termine della parte iniziale crescente il pneumatico si blocca quasi istantaneamente e lo slittamento rispetto alla superficie stradale cresce in modo rapidissimo fino a raqqiunqere in un attimo il bloccaqqio completo. Di consequenza, la parte iniziale crescente della curva di tenuta di strada presenta una oscillazione molto evidente, mentre la parte finale decrescente della curva di tenuta di strada è caratterizzata da un numero molto limitato di punti e quindi presenta un andamento incerto.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un sistema ed un metodo di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico che siano esenti dagli inconvenienti sopra descritti e siano, in particolare, di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un sistema ed un metodo di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico secondo quanto stabilito nelle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 illustra un grafico che mostra una curva di tenuta di strada teorica di un pneumatico ;

• la figura 2 è una vista schematica, in elevazione laterale, e con l'eliminazione di parti per chiarezza di un sistema di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico realizzato in accordo con la presente invenzione; • la figura 3 è una vista schematica, in pianta, e con l'eliminazione di parti per chiarezza, di un veicolo del sistema di misura della figura 2; • la figura 4 è una vista schematica, in scala ingrandita, ed in elevazione laterale di un particolare del veicolo della figura 3;

• la figura 5 illustra due grafici ricavati sperimentalmente che mostrano l'evoluzione nel tempo dello slittamento rispetto alla superficie stradale durante due diverse misure; e • la figura 6 illustra un grafico ricavato sperimentalmente che mostra due curve di tenuta di strada ricavate mediante due diverse misure.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE

Nella figura 2, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un sistema di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico 2. In particolare, il sistema 1 di misura determina la curva di tenuta di strada che lega la forza di frenatura generata dal pneumatico 2 allo slittamento rispetto alla superficie 3 stradale. Secondo quanto illustrato nella figura 1, la curva di tenuta di strada presenta una parte iniziale crescente in cui la forza di frenatura BF cresce rapidamente al crescere dello slittamento SR rispetto alla superficie 3 stradale fino a raggiungere un punto di massimo assoluto; dopo tale massimo assoluto, la curva di frenatura presenta una parte finale decrescente in cui la forza di frenatura BF diminuisce lentamente al crescere dello slittamento SR fino ad arrivare al completo bloccaggio del pneumatico (slittamento SR pari al 100%).

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il sistema 1 di misura comprende un veicolo 4, in particolare un carrello privo di motore che viene trascinato da una motrice esterna, che è atto ad avanzare lungo la superficie 3 stradale e supporta il pneumatico 2 in modo tale che il pneumatico 2 possa rotolare sulla superficie 3 stradale. Il veicolo 4 comprende un telaio 5 che è montato su quattro ruote 6; il telaio 5 del veicolo 4 supporta il pneumatico 2 in modo verticalmente mobile per spostare il pneumatico 2 tra una posizione di riposo (illustrata nella figura 2), in cui il pneumatico 2 è sollevato rispetto alla superficie 3 stradale, ed una posizione di lavoro, in cui il pneumatico 2 è a contatto della superficie 3 stradale. Lo spostamento del pneumatico 2 tra la posizione di riposo e la posizione di lavoro è regolato da un dispositivo 7 attuatore che porta in modo girevole un albero 8 principale (illustrato nella figura 3) supportante il pneumatico 2.

Secondo quanto illustrato nella figura 3, l'albero 8 principale supporta il pneumatico 2 ed è provvisto di un dispositivo 9 frenante che è atto ad applicare una coppia frenante al pneumatico 2; al dispositivo 9 frenante è accoppiato un sensore 10 di frenatura che misura la coppia frenante applicata al pneumatico 2 dal dispositivo 9 frenante .

Inoltre, il sistema 1 di misura comprende un sensore il di slittamento che misura lo slittamento del pneumatico 2 rispetto alla superficie 3 stradale. Il sensore il di slittamento comprende un sensore 12 di velocità angolare (in particolare un encoder) che è collegato all'albero 8 principale per determinare la velocità di rotazione dell'albero 8 principale e quindi del pneumatico 2, un sensore 13 di velocità che è completamente indipendente dal pneumatico 2 e determina la velocità di avanzamento del veicolo 4 rispetto alla superficie 3 stradale, ed un dispositivo 14 di calcolo che determina lo slittamento del pneumatico 2 rispetto alla superficie 3 stradale in funzione della differenza tra la velocità di avanzamento del veicolo 4 rispetto alla superficie 3 stradale e la velocità periferica del pneumatico 2 (che viene determinata in funzione della velocità di rotazione del pneumatico 2 e del diametro esterno del pneumatico 2).

Il sensore 10 di frenatura ed il sensore il di slittamento sono collegati ad una unità 15 di controllo che in uso riceve e memorizza tutte le letture fornite dai due sensori 10 e il.

Infine, il sistema 1 di misura comprende un volano 16 che è supportato da un albero 17 secondario montato girevole parallelamente all'albero 8 principale ed è collegabile al pneumatico 2 in modo da divenire angolarmente solidale al pneumatico 2 per aumentare l'inerzia meccanica complessiva del pneumatico 2 stesso. E' prevista una trasmissione 18 a cinghia che collega l'albero 17 secondario portante il volano 16 all'albero 8 principale portante il pneumatico 2. La trasmissione 18 a cinghia comprende una puleggia 19 solidale all'albero 8 principale, una puleggia 20 solidale all'albero 17 secondario, ed una cinghia 21 di trasmissione che è avvolta ad anello attorno alle pulegge 19 e 20. Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nella figura 4, la trasmissione 18 a cinghia comprende un dispositivo 22 di innesto che è pilotabile per innestare o disinnestare la trasmissione del moto tra l'albero 8 principale portante il pneumatico 2 e l'albero 17 secondario portante il volano 16; in altre parole, grazie all'azione del dispositivo 22 di innesto è possibile scegliere se il pneumatico 2 è angolarmente solidale al volano 16 (e quindi l'inerzia meccanica del volano 16 si somma alla inerzia meccanica del pneumatico 2), oppure se il pneumatico 2 è indipendente dal volano 16 (e quindi l'inerzia meccanica del volano 16 non si somma alla inerzia meccanica del pneumatico 2). Il dispositivo 22 di innesto comprende un rullo 23 tensore che è montato mobile sotto la spinta di un dispositivo 24 attuatore per variare la tensione applicata alla cinghia 21 di trasmissione. Quando la tensione della cinghia 21 di trasmissione è nulla, si verifica uno slittamento tra la cinghia 21 di trasmissione e le pulegge 19 e 20 e quindi la trasmissione 18 a cinghia non trasmette alcuna coppia motrice tra i due alberi 8 e 17 (cioè tra il pneumatico 2 ed il volano 16); mano a mano che aumenta la tensione della cinghia 21 di trasmissione, si riduce lo slittamento tra la cinghia 21 di trasmissione e le pulegge 19 e 20 e quindi aumenta la coppia motrice trasmessa dalla trasmissione 18 a cinghia tra i due alberi 8 e 17 (cioè tra il pneumatico 2 ed il volano 16).

In uso, il veicolo 4 viene accelerato lungo la superficie 3 stradale fino a raggiungere una velocità desiderata mantenendo il pneumatico 2 nella posizione di riposo; una volta raggiunta la velocità desiderata, il pneumatico 2 viene abbassato nella posizione di lavoro ed una volta che il pneumatico 2 ha raggiunto la velocità di rotazione corrispondente alla velocità di avanzamento del veicolo 4 il pneumatico 2 viene frenato mediante il dispositivo 9 frenante. Quando il pneumatico 2 viene frenato, l'unità 15 di controllo acquisisce dal sensore 10 di frenatura e dal sensore 11 di slittamento rispettivamente l'evoluzione nel tempo della forza frenatura e l'evoluzione nel tempo dello slittamento rispetto alla superficie 3 stradale; al termine della prova, l'evoluzione nel tempo della forza frenatura e l'evoluzione nel tempo dello slittamento rispetto alla superficie 3 stradale che sono state memorizzate dalla unità 15 di controllo vengono combinate insieme per costruire la curva di tenuta di strada che lega la forza di frenatura generata dal pneumatico 2 allo slittamento rispetto alla superficie 3 stradale.

Grazie alla presenza del volano 16 che viene normalmente collegato meccanicamente al pneumatico 2 per essere angolarmente solidale al pneumatico 2 stesso, l'inerzia meccanica complessiva del pneumatico 2 è notevolmente aumentata rispetto alla condizione priva del volano 16 (o con il volano 16 scollegato); in questo modo, la decelerazione del pneumatico 2 durante la frenatura è più lenta (maggiore è l'inerzia del sistema, maggiore è l'energia cinetica posseduta del sistema a parità di velocità di rotazione e quindi maggiore è l'energia che deve venire dissipata con l'azione frenante per ottenere uno stesso rallentamento). Rallentando la decelerazione del pneumatico 2 durante la frenatura, cioè rendendo più lunga la fase di frenatura, i sensori 10 e 11 acquisiscono un maggior numero di campioni e quindi è possibile costruire la curva di tenuta di strada con una precisione più elevata (maggiore è il numero di campioni, migliore è la risoluzione che è possibile ottenere). In altre parole, aumentando l'inerzia meccanica complessiva del pneumatico 2 grazie alla presenza del volano 16 il fenomeno da rilevare (la frenatura) ha una evoluzione più lenta (quindi più facile da "osservare" attraverso i sensori 10 e il) ed anche più regolare (cioè con un minore tendenza ad oscillare). In particolare, grazie alla presenza del volano 16, la frenatura del pneumatico 2 avviene in regime "quasi stazionario" che prevede il passaggio tra una successione di punti di equilibrio.

Quanto sopra descritto è chiaramente visibile nei grafici della figura 5: nella figura 5a è illustrata l'evoluzione nel tempo T dello slittamento SR rispetto alla superficie 3 stradale senza l'utilizzo del volano 16 (cioè con il volano 16 scollegato dal pneumatico 2), mentre nella figura 5b è illustrata l'evoluzione nel tempo T dello slittamento SR rispetto alla superficie 3 stradale con l'utilizzo del volano 16 (cioè con il volano 16 collegato dal pneumatico 2). Confrontando i due grafici si osserva che senza il volano 16 la frenatura è decisamente più rapida (all'incirca la durata è dimezzata) e quindi a parità di prestazioni dei sensori 10 e il è possibile acquisire un numero di campioni molto più piccolo (all'incirca la metà); inoltre, senza il volano 16 lo slittamento SR rispetto alla superficie 3 stradale è molto più "nervoso", cioè tende a presentare un maggiore rumore ad alta frequenza costituito da oscillazioni molto rapide e di ampiezza elevata.

Nel grafico della figura 6 è illustrato l'effetto dell'utilizzo del volano 16 sulla costruzione della curva di tenuta di strada: senza il volano 16 è presente un numero di punti (campioni) minore e con una maggiore variabilità tra punti successivi, mentre con il volano 16 è presente un numero di punti (campioni) maggiore e con una minore variabilità tra punti successivi.

Se il momento di inerzia del volano 17 è troppo piccolo allora l'effetto di rallentamento e stabilizzazione del fenomeno di frenatura è limitato, mentre se il momento di inerzia del volano 17 è troppo grande allora si corre il rischio di provocare dei danni al pneumatico 2 per le eccessive sollecitazioni meccaniche a cui il pneumatico 2 è sottoposto durante la frenatura. Inoltre, se il momento di inerzia del volano 17 è troppo grande allora è necessario un tempo eccessivamente lungo per fare raggiungere al pneumatico 2 la velocità di rotazione corrispondente alla velocità di avanzamento del veicolo 4 una volta che il pneumatico 2 è stato abbassato nella posizione di lavoro. E' importante osservare che il momento di inerzia del volano 16 viene generalmente determinato in modo sperimentale: in altre parole, si eseguono diverse prove con volani 16 aventi diversi momenti di inerzia per ricercare quale è il momento di inerzia ottimale.

Il sistema 1 di misura delle prestazioni di frenatura del pneumatico 2 presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il sistema 1 di misura sopra descritto permette di determinare con una precisione decisamente più elevata la curva di tenuta di strada del pneumatico 2 grazie alla presenza del volano 16 che rallenta e stabilizza il fenomeno della frenatura rendendo il fenomeno della frenatura stesso meglio "osservabile" mediante i sensori 10 e 11.

Inoltre, il sistema 1 di misura sopra descritto è di semplice ed economica realizzazione in quanto rispetto ad un analogo sistema di misura nota prevede solo l'aggiunta del volano 16 e della trasmissione 18 a cinghia per collegare il volano 16 al pneumatico 2.

Claims (7)

1) Sistema (1) di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico (2); il sistema (1) di misura comprende: un veicolo (4) che è atto ad avanzare lungo una superficie (3) stradale e supporta il pneumatico (2) in modo tale che il pneumatico (2) possa rotolare sulla superficie (3) stradale; un dispositivo (9) frenante che è atto ad applicare una coppia frenante al pneumatico (2); un sensore (10) di frenatura che misura la coppia frenante applicata al pneumatico (2) dal dispositivo (9) frenante; ed un sensore (11) di slittamento che misura lo slittamento del pneumatico (2) rispetto alla superficie (3) stradale; il sistema (1) di misura è caratterizzato dal fatto di comprendere un volano (16) che viene collegato al pneumatico (2) in modo da essere angolarmente solidale al pneumatico (2) per aumentare l'inerzia meccanica complessiva del pneumatico (2) stesso.

2) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 1 e comprendente : un albero (8) principale che è portato in modo girevole da un telaio (5) del veicolo (4) e supporta il pneumatico; ed una trasmissione (18) a cinghia che collega il volano (16) all'albero (8) principale.

3) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 2, in cui la trasmissione (18) a cinghia comprende un dispositivo (22) di innesto che è pilotabile per innestare o disinnestare la trasmissione del moto tra l'albero (8) principale ed il volano (16).

4) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 3, in cui il dispositivo (22) di innesto comprende un rullo (23) tensore che è montato mobile sotto la spinta di un dispositivo (24) attuatore per variare la tensione applicata ad una cinghia (21) di trasmissione.

5) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il veicolo (4) supporta il pneumatico (2) in modo verticalmente mobile per spostare il pneumatico (2) tra una posizione di riposo, in cui il pneumatico (2) è sollevato rispetto alla superficie (3) stradale, ed una posizione di lavoro, in cui il pneumatico (2) è a contatto della superficie (3) stradale.

6) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il veicolo (4) è un carrello privo di motore.

7) Metodo di misura delle prestazioni di frenatura di un pneumatico (2); il metodo di misura comprende le fasi di: avanzare lungo una superficie (3) stradale un veicolo (4) che supporta il pneumatico (2) per fare rotolare il pneumatico (2) sulla superficie (3) stradale; applicare una coppia frenante al pneumatico (2) mediante un dispositivo (9) frenante; misurare la coppia frenante applicata al pneumatico (2) dal dispositivo (9) frenante mediante un sensore (10) di frenatura; e misurare lo slittamento del pneumatico (2) rispetto alla superficie (3) stradale mediante un sensore (11) di slittamento; il metodo di misura è caratterizzato dal fatto di comprendere l'ulteriore fase di collegare al pneumatico (2) un volano (16) che sia angolarmente solidale al pneumatico (2) per aumentare l'inerzia meccanica complessiva del pneumatico (2) stesso.