ITTO20130969A1 - Sospensione autoveicolistica con dispositivo di variazione dell'angolo di campanatura - Google Patents

Description

“Sospensione autoveicolistica con dispositivo di variazione dell’angolo di campanatura”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce a una sospensione per autoveicolo, comprendente, in associazione a una corrispondente ruota di detto autoveicolo,:

- un primo braccio trasversale,

- un secondo braccio trasversale,

- un supporto ruota accoppiato a detti primo e secondo braccio trasversale,

- un gruppo elastico-smorzante includente un elemento elastico e un ammortizzatore,

in cui:

ciascuno di detti primo e secondo braccio trasversale include una prima estremità articolata a detto supporto ruota e una seconda estremità configurata per l’articolazione rispetto a una struttura di supporto attorno a un rispettivo asse di oscillazione.

Problema tecnico generale e descrizione della tecnica nota

Generalmente, i veicoli impieganti sospensioni di tipo noto hanno un assetto che prevede la presenza di un angolo di campanatura leggermente negativo sulle quattro ruote per sfruttare al meglio i pneumatici durante la percorrenza di una curva.

Con la scelta di un angolo di campanatura negativo, la variazione di campanatura indotta dal rollio della massa sospesa del veicolo risulta in un sostanziale annullamento dell’angolo stesso per quella, fra le ruote di uno stesso asse, che si trova all’esterno rispetto alla traiettoria della curva.

In tale condizione il contatto pneumatico-terreno è ottimale, garantendo il massimo di aderenza della ruota esterna durante la percorrenza della curva. Tuttavia, il contatto non è ottimale in condizioni di marcia rettilinea (in cui il rollio della massa sospesa è sostanzialmente nullo), e anche l’usura del pneumatico ne risente, risultando meno uniforme.

E’ chiaro dunque che la condizione ottimale per il contatto pneumatico-terreno è sempre e comunque quella in cui la ruota possiede una campanatura nulla ed è perfettamente verticale rispetto al terreno.

Tuttavia, nelle sospensioni di tipo noto tale condizione non può essere raggiunta poiché, dati i vincoli e la geometria della sospensione stessa, è necessario accettare una variazione dell'angolo di campanatura dipendente dal movimento relativo fra la sospensione e la massa sospesa, in particolare il telaio del veicolo.

Il problema della massimizzazione dell’aderenza precedentemente descritto è stato affrontato e risolto in una pluralità di documenti anteriori, fra cui, ad esempio, US 2009/0026719 A1 ed EP 1754 649 A1, US2009/0026719A1.

Un’ulteriore soluzione è stata fornita in EP 2418 108 A1: in questo esempio, la variazione dell’angolo di campanatura conseguente alla marcia del veicolo in curva viene compensata tramite variazione della posizione del punto di articolazione del braccio superiore della sospensione ad opera di un dispositivo attuatore elettromeccanico. Tuttavia, tale soluzione mostra alcuni limiti sia in termini di peso e ingombri, sia in termini di prestazioni. In particolare, lo spostamento del punto di articolazione avviene tramite un cursore azionato tramite un motore elettrico e un cinematismo a vite in direzione lineare trasversale rispetto al veicolo, il che richiede una coppia motrice piuttosto elevata in ragione della trasmissione pressoché diretta, senza sostanziali riduzioni, delle forze resistenti sul cinematismo a vite. Ciò impone l’adozione di un motore elettrico di taglia relativamente grande, e sufficiente per erogare la coppia richiesta, con conseguente aumento del peso. Oltretutto, la presenza di forze resistenti elevate sul cinematismo è suscettibile di peggiorare le prestazioni dinamiche del sistema. Si tratta di problemi in generale molto sentiti, ancor di più se una siffatta sospensione deve essere applicata a vetture da competizione.

Scopo dell'invenzione

Lo scopo della presente invenzione è quello di superare i problemi tecnici precedentemente descritti. In particolare, lo scopo dell'invenzione è quello di fornire una sospensione per autoveicolo in cui l'angolo di campanatura possa essere variato con continuità in dipendenza dalla dinamica di marcia del veicolo e che presenti nel contempo caratteristiche ottimali in termini di ingombri, pesi e prestazioni dinamiche.

Sommario dell’invenzione

Lo scopo della presente invenzione è raggiunto da una sospensione avente le caratteristiche formanti oggetto di una o più delle rivendicazioni che seguono, le quali formano parte integrante dell’insegnamento tecnico qui somministrato in relazione all’invenzione. In particolare, lo scopo dell’invenzione è raggiunto da una sospensione avente tutte le caratteristiche elencate all'inizio della presente descrizione e caratterizzata inoltre dal fatto che:

- detto secondo braccio trasversale include un primo e un secondo elemento articolati fra loro in corrispondenza della prima estremità di esso, il primo e secondo elemento essendo inoltre articolati, in corrispondenza della seconda estremità del secondo braccio trasversale, rispettivamente a un primo e a un secondo cursore,

- è previsto un gruppo attuatore configurato per la movimentazione di detti primo e secondo cursore con versi opposti lungo l’asse di oscillazione di detto secondo braccio trasversale, detto gruppo attuatore e detto secondo braccio trasversale definendo un dispositivo per la variazione di un angolo di campanatura,

- comprende un’unità di controllo operativamente connessa a detto gruppo attuatore per comandare l’azionamento di detti primo e secondo cursore per la variazione dell’angolo di campanatura.

Breve descrizione delle figure

L’invenzione sarà ora descritta con riferimento alle figure annesse, date a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica di una sospensione secondo una forma di esecuzione preferita della presente invenzione,

- la figura 2A è una vista secondo la freccia IIA di figura 1, e

- la figura 2B è una vista secondo la freccia IIB di figura 2A.

Descrizione dettagliata di forme di esecuzione preferite dell'invenzione

In figura 1 è indicata con il numero di riferimento 100 una sospensione per un autoveicolo secondo la presente invenzione. La sospensione 100 comprende – in associazione a una corrispondente ruota dell’autoveicolo - un primo braccio trasversale 102, un secondo braccio trasversale 104, un supporto ruota 106 predisposto per la connessione a una ruota (non illustrata) e un gruppo elastico-smorzante 108.

Si osservi che nella presente descrizione il primo e il secondo braccio trasversale 102, 104 verranno identificati, rispettivamente, con i termini “braccio inferiore” e “braccio superiore”.

La sospensione 100 è inoltre predisposta per la connessione a una struttura di supporto globalmente indicata con 110. La struttura di supporto 110 include tipicamente un telaio del veicolo sul quale è installata la sospensione 100 o parte di esso (ad esempio un telaio di meccanica. Per tale ragione i termini “struttura di supporto” e “telaio” verranno qui utilizzati in modo intercambiabile in associazione al riferimento 110, senza per questo implicare necessariamente un’identità funzionale.

Il braccio inferiore 102 è articolato al supporto ruota 106 in corrispondenza di una prima estremità, mentre è articolato al telaio 110 in corrispondenza di una seconda estremità. Più in dettaglio, il braccio inferiore 102 è articolato rispetto al telaio 110 attorno a un primo asse di articolazione X102 avente in particolare orientamento longitudinale rispetto alla direzione di marcia del veicolo. Il braccio inferiore 102 comprende una pluralità di montanti rettilinei fra loro uniti in corrispondenza di nodi strutturali e disposti secondo uno schema del tutto analogo a quello degli spigoli di un tetraedro.

Con riferimento a tutte le figure 1, 2A, 2B, il braccio inferiore 102 comprende un primo e un secondo montante rettilineo 112, 114 fra loro complanari e disposti sostanzialmente a "V" e integrali in corrispondenza di un primo nodo strutturale 116 (sito in corrispondenza della prima estremità anzidetta) nel quale è ricavata una sede sferica per un’estremità inferiore del supporto ruota 106. All'estremità opposta dei montanti 112, 114 rispetto al nodo strutturale anzidetto sono ricavati un secondo e un terzo nodo strutturale 118, 120 sui quali si innestano, rispettivamente, un terzo e un quarto montante rettilineo 122, 124 anch'essi disposti sostanzialmente a "V" e complanari. Il terzo e il quarto montante rettilineo 122, 124 confluiscono in un quarto nodo strutturale 126 sul quale è realizzato integrale un primo elemento di cerniera 128 definente un terzo asse di articolazione X128.

Inoltre, in corrispondenza del secondo e del terzo nodo strutturale 118, 120 sono formati, rispettivamente, un secondo e un terzo elemento di cerniera 130, 132 definenti boccole coassiali all’asse X102 e mediante le quali il braccio inferiore è accoppiato al telaio 110 in modo oscillante attorno all’asse X102 medesimo. il secondo e il terzo elemento di cerniera – coassiali fra loro – definiscono quindi la seconda estremità del braccio inferiore 102.

Un quinto montante rettilineo 138 ha una prima e una seconda estremità integrale, rispettivamente, con il primo nodo strutturale del braccio 102 e con il quarto nodo strutturale 126, congiungendoli e sostanzialmente congiungendo i vertici delle "V" definite dai montanti rettilinei, 112, 114, 122, 124.

Il supporto ruota 106 comprende un mozzo 140 girevole attorno a un asse Y106 sostanzialmente orizzontale e un piede 142 nel quale è installato un perno inferiore a testa sferica impegnato nella sede sferica sul primo nodo strutturale 116, definendo in tal modo un primo snodo sferico mediante il quale il braccio 102 è articolato al supporto ruota 106. Sul mozzo 140 è installato un freno a disco DB

È parte del supporto ruota 106 anche un braccio di sterzo 144 che definisce parte di un cinematismo di sterzo (che verrà successivamente descritto) attraverso un elemento di cerniera 146 ricavato alla sua estremità libera. L’elemento di cerniera 146 è associato a un asse di cerniera Z146 sostanzialmente verticale.

Il supporto ruota 106 include infine una porzione di testa 148 alla quale è fissato un secondo perno a testa sferica 150 (figure 1, 2B).

Il braccio superiore 104 comprende una prima estremità 155A provvista di una sede sferica entro la quale si impegna il secondo perno a testa sferica 150, definendo uno snodo sferico mediante il quale il braccio 104 è articolato al supporto ruota 106, e una seconda estremità 155B articolata al telaio 110 attorno a un asse X104 avente in particolare orientamento longitudinale rispetto alla direzione di marcia del veicolo.

Il braccio superiore 104 è a sua volta di tipo articolato comprendente un primo elemento 152 articolato a un secondo elemento 154 attorno a un asse ZA; gli elementi 152 e 154 sono disposti secondo uno schema convergente (a ”V”) verso la prima estremità 155A.

Più in dettaglio, gli elementi 152 e 154 hanno prime estremità convergenti verso la prima estremità 155A (che è in questa forma di esecuzione realizzata integralmente nel primo elemento 152) e articolate fra loro attorno all’asse ZA, e seconde estremità articolate a un corrispondente cursore 156, 158. In questa forma di esecuzione ciascun cursore comprende una boccola alloggiante al proprio interno una madrevite 160, 162 (rispettivamente). Gli assi di articolazione fra gli elementi 152 e 154 e i rispettivi cursori sono indicati con ZB e ZC.

L’asse ZA, ossia il punto di articolazione dei due elementi 152 e 154, è sito in corrispondenza della prima estremità del braccio 104, mentre gli assi di articolazione ZB, ZC, ossia i punti di articolazione dei due elementi 152 e 154 con i corrispondenti cursori 156, 158, sono siti in corrispondenza della seconda estremità 155B del braccio 104.

Con la dicitura “in corrispondenza” si intende indicare una generica relazione di prossimità fra gli assi ZA, ZB, ZC e le estremità 155A e 155B 8rispettivamente), ma – specie nel caso dell’asse ZA – si intende ricomprendere anche l’eventualità di una coincidenza fra l’asse e le corrispondenti estremità.

In questa forma d'esecuzione, senza che ciò costituisca una limitazione ai fini della presente invenzione, la struttura di supporto 110 è configurata come una struttura reticolare comprendente un primo telaio quadrangolare 164 e un secondo telaio quadrangolare 166 fra loro uniti mediante elementi longitudinali 168, 170, 172, 174. Sull’elemento longitudinale 170 è provvisto un elemento di cerniera 174 che definisce un asse di cerniera X174. Ulteriori due elementi di cerniera 176, 178 e due boccole 180, 182 sono provvisti in corrispondenza di vertici omologhi dei telai quadrangolari 164, 166 in modo coassiale agli assi di cerniera X102 (elementi 176, 178) e X104 (elementi 180, 182). Tutti gli elementi longitudinali, gli elementi di cerniera e le boccole testé menzionati sono riprodotti simmetricamente sul fianco opposto del telaio 110.

L’accoppiamento della sospensione 100 al telaio 110 è realizzato nel modo seguente.

Il braccio inferiore 102 viene collegato al telaio 110 mediante l’inserimento di perni entro gli elementi di cerniera 130, 176 e 132, 178 rispettivamente, tipicamente con l’interposizione di elementi elastomerici (boccole) che offrono un contributo al smorzamento globale del sistema.

In aggiunta a ciò, l’elemento elastico smorzante 108, che in questa forma di esecuzione include un ammortizzatore 184 e una molla 186 coassiale ad esso, viene installato collegandone una prima estremità all’elemento di cerniera 128 e una seconda estremità all’elemento di cerniera 174, rendendo in tal modo l’ammortizzatore 184 articolato rispetto al telaio 110 e al braccio inferiore 102 attorno agli assi X128 e X174 rispettivamente.

Per quanto riguarda il braccio superiore, i punti di attacco rispetto al telaio 110 sono definiti dai cursori 156, 158, in particolare dalle madreviti 160, 162. Sul telaio 110 è infatti fissato un gruppo attuatore 188 che include un motore elettrico 190, di preferenza del tipo ad azionamento diretto (c.d. “direct drive”, ossia senza riduzioni), il cui rotore è connesso in rotazione a una prima e una seconda vite 192, 194 aventi filetti con versi di avvitamento opposti (ossia uno sinistrorso e uno destrorso) e preferibilmente identico passo. Il motore elettrico 190 e le viti 192, 194 sono tutti coassiali fra loro e rispetto all’asse X104; le viti 192, 194 sono inoltre supportate mediante cuscinetti a rotolamento nelle boccole 180, 182.

I cursori 156, 158 sono quindi collegati al gruppo attuatore 188 mediante accoppiamento delle rispettive madreviti 160, 162 sulle viti 192, 194. In tal modo i cursori 156, 158 vengono resi movimentabili lungo l’asse X104 rispetto al quale si realizza l’articolazione della seconda estremità del braccio 104 al telaio 110. Il gruppo attuatore 188 e il braccio superiore 104 definiscono, come si vedrà diffusamente nel seguito, un dispositivo per la variazione dell’angolo di campanatura della sospensione 100.

Completa l’assieme della sospensione 100 un dispositivo di variazione dell’angolo di convergenza indicato globalmente con il numero di riferimento 196 e cooperante con il mozzo ruota 106 e con un cinematismo di sterzo ST. il cinematismo di sterzo ST include una cremagliera SR azionata mediante un pignone SP connesso a un volante del veicolo.

Alle estremità libere della cremagliera SR è installato il dispositivo 196, che include un motore elettrico 198 sul cui albero di uscita è calettato un pignone che ingrana su una corona a dentatura esterna ricavata sul corpo di una madrevite 200. Il motore e la madrevite sono ambedue fissati alla cremagliera SR mediante l’involucro del dispositivo 188 e la madrevite 200 è pertanto traslante rigidamente con la cremagliera SR. All’interno della madrevite 200 è impegnata un’asta filettata SL avente un’estremità libera connessa e articolata a una prima estremità di una biella di collegamento 202. Una seconda estremità della biella 202 è connessa e articolata al braccio 144, particolarmente all’elemento di cerniera 146.

Tutte le madreviti impiegate nella sospensione 100 sono preferibilmente del tipo a rulli satelliti, onde garantire una migliore precisione e regolarità del movimento.

La sospensione 100 è controllata elettronicamente mediante un’unità elettronica di controllo che pilota l’azionamento dei motori elettrici 190 e 198 in funzione, fra l’altro, dei valori dei parametri dinamici del veicolo rilevati da una rete di altri sensori durante la marcia. La rete di sensori è predisposta per il monitoraggio di una pluralità di parametri di assetto del veicolo e per l’invio di segnali all’unità elettronica di controllo CU. Il software di gestione dell’unità CU può essere basato su strategie di controllo di tipo noto, che legano,ad esempio, più parametri di assetto del veicolo mediante modelli matematici comunemente adottati nello studio della dinamica di marcia di un veicolo.

Il funzionamento della sospensione 100 è il seguente. La sospensione 100 consente di assegnare al veicolo sul quale essa è installata un assetto statico con angolo di campanatura nullo e consente di intervenire in modo dinamico sull’angolo di campanatura mediante il braccio superiore 104 e il gruppo attuatore 188, che definiscono globalmente un dispositivo per la variazione dell’angolo di campanatura γ. Inoltre, grazie al dispositivo di variazione dell’angolo di convergenza 196, consente di mantenere quest’ultimo angolo sostanzialmente costante e pari al valore statico impostato anche all’occorrenza di una regolazione dinamica dell’assetto.

L’angolo di campanatura γ, con riferimento alla figura 1, può essere variato semplicemente azionando in rotazione il motore elettrico 190: ciò risulta nella rotazione delle viti 192 e 194 sulle quali sono impegnate le madreviti 160, 162 e quindi i cursori 156, 158.

Il movimento dei cursori 156 e 158 avviene lungo l’asse di articolazione X104, come testimoniato dalle frecce associate alla direzione di riferimento X (che identifica la direzione longitudinale del veicolo sul quale la sospensione è installata), e ciascun cursore si muove con verso opposto rispetto all’altro in ragione dell’inclinazione opposta del filetto sulla vite. Ciò provoca un allontanamento o un avvicinamento dei due cursori e una conseguente variazione di geometria del braccio superiore 104 grazie alla struttura articolata del medesimo: nel caso i due cursori 156, 158 subiscano un allontanamento, la prima estremità del braccio 104 si avvicina al telaio 110 lungo una direzione Y trasversale (e ortogonale) rispetto alla direzione X, generando una rotazione del supporto ruota 106 attorno alla prima estremità del braccio inferiore 102 nel verso indicato con γ<->in figura 1, che corrisponde a una variazione negativa dell’angolo di campanatura γ.

Al contrario, quando i due cursori 156, 158 subiscono un avvicinamento, la prima estremità del braccio 104 si allontana dal telaio 110 lungo la direzione Y, generando una rotazione del supporto ruota 106 attorno alla prima estremità del braccio inferiore 102 nel verso indicato con γ<+>in figura 1, che corrisponde a una variazione positiva dell’angolo di campanatura γ.

L’assetto statico del veicolo è regolato in modo tale che il valore dell’angolo di campanatura γ abbia valore nullo (o pressoché nullo, in dipendenza – ad esempio – dalle caratteristiche del tracciato di gara sul quale il veicolo dovrà correre o sulle caratteristiche del percorso stradale che il veicolo dovrà affrontare). In condizioni di angolo di campanatura nullo l'area di contatto fra i pneumatici 310, 312 e il terreno è massima a parità di altri parametri e inoltre le condizioni del contatto fra pneumatici e terreno sono ottimali.

Quando il veicolo percorre una curva si genera un movimento di rollio del telaio 110 e un conseguente trasferimento di carico verticale in senso trasversale: la ruota che si trova all’esterno della traiettoria del veicolo ed subisce un incremento di carico, mentre la ruota all’interno della traiettoria subisce un decremento di carico verticale.

Di conseguenza la sospensione 100 associata alla ruota esterna subisce un movimento relativo rispetto al telaio 110 assimilabile a uno scuotimento positivo, mentre la sospensione 100 associata alla ruota interna subisce un movimento relativo rispetto al telaio assimilabile a uno scuotimento negativo.

Con il termine “scuotimento positivo” s'intende in generale indicare un movimento con una componente lungo un asse verticale uscente rispetto al suolo e, in questo caso, tale da provocare una compressione dell'elemento elastico 186, mentre, dualmente, con il termine “scuotimento negativo” si intende designare un movimento della sospensione 100 con una componente diretta lungo un asse verticale entrante nel suolo e, in questo caso, tale da provocare un'elongazione dell'elemento elastico 186. Naturalmente, il movimento descritto dalle sospensioni 100 non consiste in uno scuotimento vero e proprio ma è semplicemente il risultato del movimento di rollio del veicolo 300 in curva.

Durante il movimento di rollio del telaio del veicolo l’unità elettronica di controllo della sospensione 100 (si osservi che è possibile avere un’unità dedicata per ciascuna sospensione, tutte comunicanti fra loro oppure una singola unità che gestisce tutto il comparto sospensioni del veicolo) è informata delle variazioni dei parametri di assetto del veicolo e interviene azionando il motore 190 in modo da annullare la variazione di campanatura conseguente alla variazione di assetto durante il moto in curva contemporaneamente al movimento delle sospensioni.

Più in dettaglio, il motore elettrico 190 della sospensione 100 associata alla ruota esterna rispetto alla traiettoria viene azionato tramite l’unità di controllo per comandare un allontanamento dei cursori 156, 158, con conseguente avvicinamento della prima estremità del braccio 104 al telaio: il risultato è una rotazione in verso γ-della ruota esterna che ne mantiene l'angolo di campanatura γ a un valore nullo, compensando la variazione positiva dello stesso angolo dovuta al moto della sospensione.

Al contrario, il motore elettrico 190 della sospensione 100 associata alla ruota interna viene azionato tramite l’unità di controllo per comandare una avvicinamento dei cursori 156, 158 e un conseguente allontanamento della prima estremità del braccio 104 dal telaio 110. Il risultato è – similmente - una rotazione in verso γ<+>della ruota che ne mantiene l'angolo di campanatura γ a un valore nullo, compensando la variazione negativa dello stesso angolo dovuta al moto della sospensione.

L’azione del dispositivo di variazione dell’angolo di campanatura è inoltre coadiuvata sinergicamente da quella del dispositivo 196: a tal proposito, è un fatto del tutto noto che durante il movimento di un veicolo gli angoli caratteristici di una sospensione possano subire variazioni in ragione della geometria della sospensione stessa, e in particolare come conseguenza dell’orientamento dell’asse di sterzo, ossia della scelta degli angoli di incidenza longitudinale (angolo di caster) e trasversale (angolo di kingpin), ossia dei c.d. “bracci a terra” longitudinale e trasversale della sospensione.

Piu in generale, durante il movimento di un veicolo equipaggiato con sospensioni 100 possono coesistere (almeno) quattro fattori capaci di generare variazioni dell’angolo di convergenza rispetto al valore impostato staticamente, in particolare:

- lo scuotimento della sospensione, che genera una prima variazione di convergenza,

- la variazione di campanatura comandata tramite il dispositivo per la variazione dell’angolo di campanatura della sospensione 100, che genera una seconda variazione di convergenza (toe-in o toe out);

- il rollio della massa sospesa del veicolo durante la percorrenza di una curva, che genera un movimento della sospensione relativamente rispetto alla stessa massa sospesa e una conseguente terza variazione di convergenza,

- un comando di sterzo impartito alle ruote anteriori (oppure anche alle ruote posteriori se il veicolo include più di un assale sterzante), che genera una quarta variazione di convergenza; si osservi a tal proposito che i cinematismi di sterzo sono generalmente disegnati in modo da imporre angoli di sterzo (quindi variazioni di angolo di convergenza) differenti in funzione del lato su cui si trovano le ruote (interno o esterno durante la percorrenza di una curva).

Ciò che realizza il dispositivo 196, pilotato dall’unità elettronica di controllo che governa la sospensione 100, è una variazione dinamica dell’angolo di convergenza Cv in funzione degli effetti dei fattori di cui sopra in modo da impostare un angolo di convergenza che risulti ottimale in funzione delle caratteristiche del tratto di strada che il veicolo sta percorrendo. Allo scopo, il motore elettrico 198 viene comandato dall’unità elettronica di controllo che governa la sospensione 100 in modo da avvicinare o allontanare dalla cremagliera SR l’estremità dell’asta filettata SL articolata alla biella 202, in modo da ruotare il supporto ruota 106 di un angolo Cv (figura 1). Ciò è naturalmente reso possibile dall’azionamento in rotazione della madrevite 200.

In particolare, l’estremità anzidetta dell’asta SL associata alla ruota esterna verrà allontanata rispetto alla cremagliera SR (moto di “estrazione” rispetto alla madrevite 200) generando una variazione positiva (toe-out) dell’angolo di convergenza Cv; al contrario, l’estremità anzidetta dell’asta SL associata alla ruota interna verrà avvicinata rispetto alla cremagliera SR (moto di “ritrazione” rispetto alla madrevite 200) generando una variazione negativa (toe-in) dell’angolo di convergenza Cv.

L’azione del dispositivo 196 è sinergica con quella del braccio superiore 104 e del gruppo attuatore che lo comanda in quanto ambedue intervengono in modo mirato, puntuale e in tempo reale per garantire che le condizioni di aderenza fra veicolo e terreno siano le migliori possibili in relazione all’impiego. Inoltre, il dispositivo 196 può essere azionato in modo da compensare la variazione di convergenza (che di per sé può avvenire con verso non funzionale al miglioramento delle prestazioni dinamiche del veicolo) indotta dalla variazione dell’angolo di campanatura γ comandata tramite il gruppo attuatore 188 e il braccio superiore 104.

Ad esempio, su una vettura da competizione gli angoli di campanatura γ e di convergenza Cv possono essere regolati in modo continuo in funzione delle caratteristiche del veicolo e del tracciato al fine di ottenere prestazioni dinamiche nettamente migliori rispetto all’impiego di una sospensione di tipo tradizionale. Quest’ultima, seppur regolata in modo fine e in funzione del tracciato, è sempre caratterizzata da un comportamento condizionato e limitato dalla propria geometria. Al contrario, la sospensione 100 può essere regolata in continuazione in modo da ottenere un comportamento – per così dire - “artificiale” (non ottenibile con una sospensione a geometria fissata) volto all’inseguimento della condizione di massima aderenza (o ad ogni modo di aderenza ottimale) fra pneumatico e terreno che consenta, ad esempio, di anticipare l’accelerazione in uscita di curva e/o di ritardare la frenata e/o di percorrere la curva con velocità più elevata.

Su veicoli di impiego prettamente stradale, le regolazioni dinamiche degli angoli di campanatura e di convergenza possono invece essere finalizzate – ad esempio – all’ottimizzazione del confort di marcia e/o al miglioramento del comportamento dinamico su fondi a bassa aderenza.

Gli interventi testé descritti risultano in una compensazione delle variazioni dei parametri di assetto (γ e Cv) finanche ad arrivare – come descritto – all’adattamento degli stessi in funzione degli obiettivi prestazionali desiderati in termini di dinamica di marcia del veicolo.

Si osservi, inoltre, che le variazioni dei parametri di assetto del veicolo (campanatura e convergenza) possono naturalmente avere entità differente in ragione della predisposizione – su ciascuna sospensione - di un dispositivo per la variazione dell’angolo di campanatura e di un dispositivo 196 per la variazione dell’angolo di convergenza dedicati e indipendenti rispetto a quelli associati alle altre ruote: l’azionamento dei dispositivi associati a ruote diverse ad ogni modo prevede generalmente una relazione e un’interazione in quanto tutte le sospensioni sono parte del sistema veicolo e il loro comportamento è funzione – fra l’altro – della posizione che occupano sul veicolo.

A tal proposito, ciò rappresenta un significativo vantaggio rispetto alle sospensioni con mezzi di controllo e recupero dell’angolo di campanatura attivi di tipo noto in cui la variazione di campanatura comandata può essere solo simmetrica. La variazione di campanatura indotta dal moto di rollio del telaio del veicolo e dalla cinematica delle sospensioni non è generalmente simmetrica sui due lati del veicolo: ciò implica che lo spostamento dei cursori 156, 158 comandato dai singoli corrispondenti gruppi attuatori 188 deve avvenire in funzione della posizione della ruota rispetto alla traiettoria curvilinea (ossia ruota interna o ruota esterna).

Medesime considerazioni valgono per quanto riguarda le variazioni dell’angolo di convergenza Cv: la compensazione può avere entità differente sui due lati del veicolo in ragione dell’asimmetria nel comportamento dinamico di esso. In sintesi, tramite l’unità (o le unità) di controllo che gestisce le sospensioni 100 a bordo di un veicolo si realizza un azionamento continuo e in tempo reale del motore elettrico 198 (per la variazione dell’angolo di convergenza Cv) e del gruppo attuatore 188 (per la variazione dell’ angolo di campanatura γ) al fine di impostare angoli di convergenza e di campanatura obiettivo scelti in funzione di almeno uno fra i seguenti criteri:

- caratteristiche del tracciato stradale percorso da un veicolo includente la sospensione 100 (in generale coppie di sospensioni 100)

- ottimizzazione del comportamento dinamico di un veicolo includente la sospensione 100 (in generale coppie di sospensioni 100.

La sospensione 100 come qui descritta è inoltre di tipo completamente universale: può essere utilizzata indifferentemente come sospensione per ruota sterzante o per ruota non sterzante, anteriore o posteriore: il mozzo ruota 106 – che è realizzato come un mozzo per ruota sterzante – anche su ruota non sterzante funzionale alla compensazione dell’angolo di convergenza precedentemente descritta. Nel caso di impiego come sospensione posteriore sterzante la sospensione 100 è sostanzialmente identica a quella illustrata nelle figure, mentre nel caso di impiego come sospensione posteriore non sterzante la cremagliera SR e il pignone SP sono sostituiti da un semplice punto di attacco sul telaio del veicolo, sul quale si innesta il dispositivo 196.

La sospensione consente di attuare una riduzione significativa di ingombri e di peso rispetto all’esempio noto da EP 2 418 108 A1. Ciò è possibile in quanto il cinematismo che consente di variare l’angolo di campanatura è di tipo a ginocchiera con un rapporto di trasmissione sfavorevole alle forze resistenti (ossia quelle che agiscono in corrispondenza della prima estremità del braccio 104) e combina quindi i vantaggi dell’azionamento a vite, che di per sé già riduce notevolmente la richiesta di coppia al motore elettrico 190, con i vantaggi in termini di trasmissione di forza del cinematismo a ginocchiera: è quindi possibile installare un motore elettrico di taglia decisamente inferiore, quindi con peso decisamente inferiore. Oltretutto, un motore di dimensioni inferiori ha una minore inerzia di rotazione ed è capace di accelerazioni angolari più spinte, che migliorano le prestazioni dinamiche del sistema. Nondimeno, la forza resistente che si scarica sugli accoppiamenti vitemadrevite del gruppo attuatore 188 è decisamente inferiore rispetto al caso di EP 2 418 108 A1, con conseguenti minori attriti e risposta dinamica del sistema ulteriormente migliorata.

In base inoltre a un vantaggioso aspetto della presente invenzione, è possibile programmare una strategia di controllo dei gruppi attuatori 188 (così come del dispositivo 196) tale per cui è possibile escludere la loro azione qualora il conducente del veicolo – in particolare se il veicolo è per uso stradale e non agonistico - lo ritenga necessario, ad esempio percorrendo un tratto di strada non impegnativo e pressoché interamente rettilineo.

In tal caso, mediante un comando posto all’interno del veicolo si può inviare un segnale all’unità di controllo per comandare una variazione di geometria dei bracci 104 risultante in un tradizionale assetto a campanatura negativa. Il mantenimento dell’assetto sarebbe quindi assicurato dall’irreversibilità dell’accoppiamento fra le viti 192, 194 e i cursori 156, 158.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di esecuzione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione, così come definito dalle rivendicazioni annesse.

Ad esempio, è possibile predefinire alcune configurazioni di lavoro del sistema tramite software, al pari di quanto avviene sulle vetture da competizione con il ripartitore di frenata oppure come avviene con la selezione delle impostazioni per la regolazione dell'altezza della vettura o la rigidità delle sospensioni per l’adattamento ad un'andatura "sportiva". L'elettronica potrà variare l'uso del sistema secondo le prestazioni richieste.

Inoltre, qualora la richiesta prestazionale dell’applicazione non sia esasperata, è possibile eliminare il dispositivo 196 per la variazione della convergenza, confidando sulla sola regolazione dell’angolo di campanatura. In questo caso, tuttavia, nel caso di impiego della sospensione in associazione a una ruota non sterzante è consigliabile sostituire uno dei due accoppiamenti sferici alle estremità del supporto ruota 106 con un accoppiamento a cerniera con asse sostanzialmente longitudinale, in modo da impedire la sterzatura della ruota.

È inoltre possibile ipotizzare, ad esempio in considerazione di particolari geometrie del braccio 104 (intendendo con ciò in particolare geometrie triangolari differenti da un triangolo isoscele – che è la geometria realizzata con il posizionamento degli assi ZA, ZB, ZC della sospensione qui descritta-), che i filetti delle viti 192, 194 abbiano passi differenti in modo – fra l’altro – da garantire la costanza dell’angolo di incidenza longitudinale (angolo di caster della sospensione 100) durante la variazione dell’angolo di campanatura.

Infine, qualora il veicolo che impiega le sospensioni 100 sia equipaggiato di un sistema di sterzo senza collegamento meccanico fra volante e cinematismo di sterzo (c.d. comando “drive by wire”), il dispositivo 196 può fungere esso stesso da attuatore di sterzo del veicolo, mantenendo naturalmente anche la funzione di dispositivo di variazione dell’angolo di convergenza Cv. In tal caso, il comando impartito ai dispositivi 196 non sarà più sovrapposto a quello impartito mediante il cinematismo di sterzo, ma sarà di tipo assoluto e frutto della somma algebrica dei contributi dovuti allo sterzo del veicolo e alla variazione in tempo reale della convergenza.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sospensione (100) per autoveicolo comprendente, in associazione a una corrispondente ruota di detto autoveicolo: - un primo braccio trasversale (102), - un secondo braccio trasversale (204), - un supporto ruota (106) accoppiato a detti primo e secondo braccio trasversale (102, 104), - un gruppo elastico-smorzante (108) includente un elemento elastico (186) e un ammortizzatore (184), in cui: ciascuno di detti primo e secondo braccio trasversale (102, 104) include una prima estremità articolata a detto supporto ruota (106) e una seconda estremità configurata per l’articolazione rispetto a una struttura di supporto (110) attorno a un rispettivo asse di oscillazione (X102, X104) la sospensione (100) essendo caratterizzata dal fatto che: - detto secondo braccio trasversale (104) include un primo e un secondo elemento (152, 154) articolati fra loro in corrispondenza della prima estremità di esso, il primo e secondo elemento (152, 154) essendo inoltre articolati, in corrispondenza della seconda estremità (155B) del secondo braccio trasversale (104), rispettivamente a un primo e a un secondo cursore (156, 160; 158, 162), - è previsto un gruppo attuatore (188) configurato per la movimentazione di detti primo e secondo cursore (156, 160; 158, 162) con versi opposti lungo l’asse di oscillazione (X104) di detto secondo braccio trasversale (104), detto gruppo attuatore (188) e detto secondo braccio trasversale (104) definendo un dispositivo per la variazione di un angolo di campanatura (γ), - comprende un’unità di controllo operativamente connessa a detto gruppo attuatore (188) per comandare l’azionamento di detti primo e secondo cursore (156, 160; 158, 162) per la variazione dell’angolo di campanatura (γ).
2. 2. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo braccio trasversale (102) è un braccio trasversale inferiore e in cui detto secondo braccio trasversale (104) è un braccio trasversale superiore.
3. 3. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto gruppo attuatore (188) include: - un motore elettrico (190), preferibilmente del tipo ad azionamento diretto, - una prima e una seconda vite (192, 194) connesse in rotazione a un rotore di detto motore elettrico (190), detta prima e seconda vite (192, 194) avendo filetti con versi di avvolgimento opposti, in cui ciascun cursore (156, 158) include una madrevite (160, 162) impegnata su una rispettiva di dette prima e seconda vite (192, 194).
4. 4. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 3, in cui detto motore elettrico (190), detta prima vite (192) e detta seconda vite (194) sono coassiali fra loro e rispetto all’asse di oscillazione (X104) del secondo braccio trasversale (104).
5. 5. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detto motore elettrico (190) è fissato a detta struttura di supporto (110).
6. 6. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 1, includente inoltre un dispositivo (196) per la variazione di un angolo di convergenza (Cv), includente: - un motore elettrico (198) e una madrevite (200) azionabile in rotazione tramite detto motore elettrico (198), in cui il motore elettrico (198) e la madrevite (200) di detto dispositivo (196) per la variazione di un angolo di convergenza (Cv) sono fissati a una cremagliera (SR) di un cinematismo di sterzo (ST), - un’asta filettata (SL) impegnata in detta madrevite (200), connessa e articolata (202, 144) a detto supporto ruota (106), detto motore elettrico (198) essendo azionabile mediante detta unità di controllo per comandare un movimento di estrazione o di ritrazione di detta asta filettata (SL) rispetto a detta madrevite (200) per variare l’angolo di convergenza (Cv) di detta ruota.
7. 7. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 6, in cui detto supporto ruota (106) comprende: - un piede (116) al quale è fissato un primo perno (146) con testa sferica, in cui detto primo perno a testa sferica (146) è alloggiato in una sede sferica provvista in corrispondenza di detta prima estremità (116) di detto primo braccio trasversale (102) definendo un primo snodo sferico mediante il quale detto primo braccio trasversale (102) è articolato a detto supporto ruota (106), - una testa (148) alla quale è fissato un perno (150) con testa sferica, in cui detto perno (150) con testa sferica è alloggiato in una sede sferica provvista in corrispondenza di detta prima estremità di detto secondo braccio trasversale (104) definendo un secondo snodo sferico mediante il quale detto secondo braccio trasversale (104) è articolato a detto supporto ruota (106), e - un braccio di sterzo (144) connesso a detta asta filettata (SL).
8. 8. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 2, in cui detto ammortizzatore (184) comprende una prima estremità articolata a detto primo braccio trasversale (102) e una seconda estremità articolata a detta struttura di supporto (110), detto elemento elastico (186) essendo coassiale a detto ammortizzatore (184).
9. 9. Sospensione (100) secondo la rivendicazione 6, in cui detta unità elettronica di controllo è configurata per azionare in modo continuo e in tempo reale il motore elettrico (198) del dispositivo (196) per la variazione dell’angolo di convergenza (Cv) e per azionare il gruppo attuatore (188) del dispositivo per la variazione dell’angolo di campanatura (γ) per l’impostazione di angoli di convergenza (Cv) e di campanatura (γ) obiettivo scelti in funzione di almeno uno fra i seguenti criteri: - caratteristiche del tracciato stradale percorso da un veicolo includente la sospensione (100) - ottimizzazione del comportamento dinamico di un veicolo includente la sospensione (100).
10. 10. Sospensione (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta struttura di supporto (110) è un telaio di detto autoveicolo, o parte di esso.