ITRM960865A1 - Servosterzo idraulico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: '’SERVOSTERZO IDRAULICO' ’

L'invenzione concerne un servosterzo idraulico con

- un servomotore a doppia azione, collegato in senso motore ad organi di sterzo meccanici di ruote orientabili di veicoli,

- un sistema di servovalvola comandabile per il collegamento controllabile del servomotore con una sorgente idraulica di pressione e rispettivamente con un serbatoio relativamente privo di pressione, un rivelatore elettrico e rispettivamente elettronico di valori nominali, azionato da un dispositivo di manovra dello sterzo , in particolare da un volante, il quale è collegato con una entrata di un sistema regolato elettronico collegato, sul lato di uscita, con il sistema di servovalvola, il quale sistema regolato è collegato tramite un'altra entrata con un rivelatore di valori reali che riproduce la posizione dello sterzo delle ruote orientabili del veicolo ed è sempre controllabile automaticamente per un funzionamento privo di difetti, e

- un collegamento motore idrostatico, normalmente non attivo, disposto tra il dispositivo di manovra dello sterzo e gli organi di sterzo, il quale, in caso di difetti del sistema regolato, diventa automaticamente attivo.

Un tale servosterzo senza accoppiamento forzato meccanico tra il dispositivo di manovra dello sterso e le ruote orientabili del veicolo è oggetto della domanda di brevetto pubblicata tedesca DE 3837 395 Al. In questo noto sistema , il volante aziona, durante il normale funzionamento, soltanto un rivelatore elettrico di valori nominali che è parte di un sistema di regolazione per il controllo della servovalvola. Questa servovalvola è realizzata in modo da bloccare, quando si trova in posizione centrale, idraulicamente il servomotore, cioè quando i collegamenti del motore vengono chiusi. Inoltre, il volante è collegabile con il servomotore tramite una pompa collegata meccanicamente in senso motore con esso, dove i collegamenti della pompa sono disposti idraulicamente tra i collegamenti del servomotore e i collegamenti associati della servovalvola. Non appena si verifica un mancato funzionamento del sistema di regolazione che controlla la servovalvola si porta detta servovalvola nella sua posizione centrale e si accoppia idraulicamente in senso motore la pompa con il servomotore. In questo servosterzo, i difetti nel sistema di regolazione elettronico della servovalvola sono di principio controllabili perchè poi entra in azione l'accoppiamento idraulico forzato tra il servomotore e la pompa azionata dal volante. Però se la servovalvola si blocca in una posizione diversa dalla posizione centrale non si ha nessuna sicurezza. In tal caso non sarebbe possibile un accoppiamento idraulico forzato tra il servomotore e la pompa.

In un sistema di guida noto dalla WO 88/09281 senza accoppiamento meccanico forzato tra le ruote orientabili del veicolo e il dispositivo di manovra dello sterzo è disposta una servovalvola atta a controllare un servomotore, da un lato a comando elettrico e dall'altro lato a comando idraulico, previsto per l'azionamento dello sterzo delle ruote orientabili del veicolo. Durante il normale funzionamento, il volante aziona un rivelatore elettrico di valori nominali associato ad un sistema regolato per il comando della servovalvola. Se in questo sistema regolato si manifestasse un difetto, si attiverebbe un circuito idraulico che consente un comando idraulico della servovalvola tramite il volante .

Dalla DE-OS 22 33 167 è noto un sistema di guida idrostatico in cui il volante e le ruote orientabili sono collegati idraulicamente fra loro in senso motore per il loro azionamento, in funzione delle pressioni idrauliche nel citato collegamento motore si comanda una servovalvola che collega un servomotore collegato con parti della scatola guida delle ruote orientabili del veicolo con una sergente di pressione e rispettivamente con un serbatoio relativamente privo di pressione, in modo da produrre una forza di asservimento che assiste ciascuna manovra di guida e che riduce, quindi, la forza manuale necessaria sul volante.

La DE 41 33 726 Al mostra uno sterzo idrostatico con due circuiti idraulici paralleli, dei quali ciacsuno è sufficiente ad eseguire da solo manovre di sterzo. Un circuito idraulico possiede un sistema di valvola azionato meccanicamente dal volante per il controllo di un primo servomotore idraulico dello sterzo. Il secondo circuito idraulico possiede un sistema di valvola ad azionamento elettrico per il controllo di un secondo servomotore idraulico per le ruote orientabili del veicolo. In questo caso, gli organi di regolazione elettrici del sistema di valvola vengono pilotati in funzione di un rivelatore di valori nominali azionato dal volante. In conclusione, qui si ottiene una cosiddetta ridondanza asimmetrica.

Dalla DE-AS 21 23 933 è noto uno sterzo idrostatico con servoassistenza idraulica, il quale è realizzato in modo che al volante sia possibile rivelare una forza di reazione dipendente dai rapporti di pressione sul servomotore idraulico per le ruote orientabili del veicolo.

Nella DE 37 29 898 C2 viene descritto un azionatore idraulico per una guida ausiliaria automatica delle ruote posteriori di un autoveicolo. Il sistema idraulico è progettato in modo che lo sterzo ausiliario si blocchi automaticamente quando viene disinserita l'alimentazione di energia ad aggregati di regolazione di organi di comando idraulici .

La JP 62-15167 A mostra un sistema analogo a quello della DE 38 37 395 Al trattata all'inizio. Durante il normale funzionamento, un volante aziona un rivelatore elettrico di valori nominali che è parte di un sistema regolato per il controllo di un sistema di valvole che, a sua volta, comanda un azionatore idraulico delle ruote orientabili del veicolo. In caso di mancato funzionamento del sistema regolato, l'azionatore citato viene accoppiato idraulicamente con un aggregato rivelatore idraulico, collegato in senso motore meccanicamente con il volante.

Attualmente negli autoveicoli di regola vengono incorporati, per il loro azionamento, servosterzi idraulici in cui un voltante di guida viene collegato meccanicamente in senso motore sempre con le ruote orientabili del veicolo. In questo caso, la servovalvola viene comandata tipicamente da parti del collegamento motore meccanico, in particolare di un piantone di guida, tra il volante di guida e gli organi di guida. A questo scopo, parti di questo collegamento motore sono regolabili fra loro in funzione delle forze e rispettivamente delle coppie trasmesse. Ciascun movimento di regolazione viene trasmesso a parti di comando della servovalvola.

In tali servosterzi è noto anche un cosiddetto comando di reazione che serve a modificare le forze manuali da applicare al volante di guida per la sua regolazione in funzione delle forze di asservimento con cui il servomotore assiste ciascuna manovra di guida.

Tali comandi di reazione possono lavorare idraulicamente, dove parti di comando della servovalvola sono provviste di superfici attive separate in grado di essere caricate con pressione idraulica che può essere modificata analogamente ai rapporti di pressione sul servomotore per contrapporre ad una regolazione delle parti di comando una resistenza più o meno grande. Le superfici attive citate formano, in questo caso, regolarmente parti di camere volumetriche, il cui volume si modifica quando si regolano le parti di comando .

Pertanto, compito dell'invenzione è quello di realizzare, con l'impiego di più parti possibili, affidabili, provate, del sistema, un nuovo servosterzo con cui, malgrado la rinuncia ad un azionatore meccanico tra il volante di guida e le ruote orientabili del veicolo, si garantisca una sicurezza particolarmente elevata.

Questo compito viene risolto, in un servosterzo idraulico del tipo indicato avanti, per il fatto che il collegamento motore idrostatico è disposto indipendentemente dall'idraulica del sistema controllato dalla servovalvola o parallelamente a detta idraulica e il sevomotore, in caso di mancato funzionamento del sistema regolato, è commutabile in uno stato di marcia in folle dalla servovalvola e/o da un valvola di intercettazione chiusa soltanto in caso di funzionamento privo di difetti del sistema regolato.

L'invenzione si basa sul concetto generale di disporre il collegamento motore idrostatico separatamente dalla idraulica del servosistema e di prevedere molteplici possibilità di commutare il servomotore in uno stato di marcia in folle. In questo modo si può offrire massima sicurezza sia in caso di mancato funzionamento del .sistema regolato sia in caso di difetti della idraulica del servosistema .

In caso di normale funzionamento, il sistema regolato lavora in modo che il volante di guida e le ruote orientabili del veicolo siano collegati elettronicamente in modo attivo tramite filo, cioè il sistema secondo l'invenzione può essere caratterizzato come ''steer by wire''. In caso di emergenza entra in azione un accoppiamento forzato idraulico tra il volante di guida e le ruote orientabili del veicolo.

Secondo una forma di esecuzione preferita dell'invenzione, si può prevedere che il collegamento motore idrostatico comunichi con le entrate idrauliche di comando della servovalvola tramite tubazioni di comando in modo che, in caso di collegamento motore idrostatico attivamente inserito, la servovalvola venga azionata idraulicamente e, di conseguenza, il servomotore venga attivato per l'assistenza delle manovre di guida .

Ciò può essere realizzato in modo semplice impiegando le servovalvole citate avanti con comando di reazione e caricando le superfici attive del comando di reazione con pressioni nel collegamento idrostatico motore.

Inoltre, per quanto riguarda le caratteristiche preferite dell'invenzione, si rimanda alle rivendicazioni nonché alle illustrazioni successive dei disegni con riferimento alle forme di esecuzione particolarmente preferite. Nei disegni:

La figura 1 mostra una rappresentazione schematica di una prima forma di esecuzione in cui, dopo l'inserimento del collegamento motore idrostatico, si lavora senza servoassistenza, e la figura 2 mostra una rappresentazione corrispondente di un sistema con servoassistenza in presenza di collegamento motore idrostatico inserito.

Secondo la figura 1, un autoveicolo non rappresentato più dettagliatamente possiede un asse, ad esempio un assale anteriore, con ruote orientabili 1 che, per il loro comando mediante aste trasversali 2, sono collegate con uno stelo di stantuffo comune 3 di due aggregati 4 e 5 a pistone e cilindro a doppia azione, disposti coassialmente fra loro. Spostando longitudinalmente lo stelo 3 dello stantuffo nell’uno o nell'altra direzione si sterzano quindi le ruote 1 verso destra o verso sinistra.

I due lati dell’aggregato a pistone e cilndro 4 sono collegati tramite tubazioni 6 e 7 con i due lati di un aggregato a pistone e cilindro 8 il cui stantuffo è collegato in senso motore con l’albero 9 di un volante di guida 10 senza bloccaggio automatico in modo che questo stantuffo, girando il volante di guida 10, si sposti e rispettivamente in modo che il volante di guida 10, spostando lo stantuffo, giri. Tra le tubazioni 6 e 7 è disposta una valvola di intercettazione 12 che, alimentando corrente ad un elettromagnete 13, viene aperta e, disinserendo l’alimentazione di corrente all’elettromagnete 13, viene portata dalla molla di chiusura 14 nella posizione chiusa rappresentata.

I due lati dell'aggregato a pistone e cilindro 5 sono collegati tramite tubazioni 15 e 16 con un sistema di valvole di comando 17 collegate, inoltre, con il lato di mandata di pompe 18 e 19 nonché con un serbatoio idraulico 10 relativamente privo di pressione a cui sono collegati i lati aspiranti delle pompe 18 e 19 citate.

Nella posizione centrale rappresentata, il sistema di valvole di comando 17 collega i due lati dell'aggregato a pistone e cilindro 5 fra loro ed eventualmente anche con il serbtoio 20; allo stesso tempo, il lato di mandata delle pompe 18 e 19 viene chiuso rispetto all’aggregato a pistone e cilindro 5. Nelle altre due posizioni del sistema di valvole di comando 17, un lato dell'aggregato a pistone e cilindro 5 è collegato con il lato di mandata delle pompe 18 e 19 e un lato è collegato con il serbatoio 20. Queste due ultime posizioni vengono raggiunte quando uno dei due elettromagneti 21, atti ad azionare il sistema di valvole di comando 17, viene alimentato con corrente. Se entrambi gli elettromagneti 21 sono separati dall'alimentazione di corrente elettrica, il sistema di valvole di comando 17 viene portato, mediante le sue molle di richiamo 22, nella posizione centrale rappresentata e rispettivamente viene tenuto in questa posizione.

Tra le tubazioni 15 e 16 è disposta una valvola di intercettazione 23 che può essere commutata, per mezzo di un elettromagnete 24, contro la forza di una molla di apertura 25, dalla posizione aperta rappresentata nella posizione chiusa.

Tra il sistema di valvole di comando 17 e i lati di mandata delle due pompe 18 e 19 è disposto un accumulatore idraulico 26 dove, grazie alle valvole di non ritorno 27 e 28, si assicura che, anche in caso di pompa 18 e rispettivamente 19 eventualmente ferma, non rifluisca alcun mezzo di pressione dall'accumulatore 26, tramite una delle pompe 18 e 19, al serbatoio 20.

La pompa 18 viene azionata da un motore elettrico 29 mentre l'azionamento della pompa 19 avviene tramite il motore 30 atto ad azionare l'autoveicolo, il quale motore è collegato in senso propulsivo con la pompa 19 tramite un innesto elettromagnetico 31.

Per il comando dell'elettromagnete 13, 21 e 24 delle valvole 12, 17 e 23 nonché per il comando del motore elettrico 29 e dell'innesto eletromagnetico 31 serve un calcolatore 32 collegato, sul lato di entrata, con uscite di segnali di un rivelatore elettronico di valori nominali 33, azionato dal volante di guida 10, per l'angolo di sterzata desiderato nonché di un rivelatore 34 per il valore reale dell'angolo di sterzata e di un sensore di pressione 35 associato all’accumulatore 26. Inoltre, il calcolatore 32 può essere collegato sul lato di entrata con emettitori di segnali non rappresentati che riproducono la posizione del sistema di valvole di comando 17,

Durante il normale funzionamento privo di disturbi, il calcolatore 32 tiene la valvola di intercetazione 12, mediante alimentazione di corrente al suo elettromagnete 13, nella posizione aperta e tiene la valvola di intercettazie 23, tramite alimentazione di corrente al suo elettromagnete 24, nella posizione chiusa. In questo modo, da un lato, l'aggregato a pistone e cilindro 4 è disaccoppiato idraulicamente dall'aggregato a pistone e cilindro 8 e, dall'altro lato, l'aggregato a pistone e cilindro 5 può essere azionato, mediante azionamento del distema di valvole di comando 17, nell'una e rispettivamente nell’altra direzione , premesso che l’accumulatore 26 sia caricato sufficientemente. Questo stato di carica viene tenuto continuamente sotto controllo dal calcolatore per mezzo del sensore di pressione 35, dove per la ricarica si può impiegare sia la pompa 18 sia la pompa 19. La prima pompa 18 viene messa in funzione mediante corrispondente alimentazione di corrente al motore elettrico 29, mentre la pompa 19 viene inserita, in presenza di motore del veicolo attivato, mediante chiusura dell'innesto elettromagnetico 31.

Il calcolatore controlla sempre in modo automatico il suo funzionamento perfetto. Non appena viene accertato un difetto, gli elettromagneti 13, 21 e 24 di tutte le valvole 12, 17 e 23 vengono immediatamente staccati dall'alimentazione di corrente elettrica. Ne consegue che l'aggregato a pistone e cilindro 4 e l'aggregato a pistone e cilindro 8 vengano subito accoppiati idraulicamente fra loro mentre l'aggregato a pistone e cilindro 5 passa immediatamente in uno stato di marcia in folle, e precisamente indipendentemente dal fatto che il sistema di valvole di comando 17 di regola realizzato a guisa di valvola a saracinesca raggiunga o non raggiunga la posizione centrale rappresentata; poiché, in ogni caso, i due lati dell'aggregato a pistone e cilindro 5 sono collegati fra loro tramite la valvola di intercettazione ora aperta.

Attraverso l'accoppiamento idraulico ora disponibile tra gli aggregati a pistone e cilindro 4 e 8, le ruote orientabili 1 vengono azionate direttamente per mezzo del volante di guida 10 mediante trasmissione di forza idraulica.

La forma di esecuzione secondo la figura 2 si differenzia dalla forma di esecuzione della figura 1 sostanzialmente per il fatto che il sistema di valvole di comando 17 non è comandabile soltanto elettricamente per mezzo dell'elettromagnete 21 ma anche idraulicamente. A questo scopo servono entrate idrauliche di comando 36 e 37 collegate con le tubazioni 7 e 6.

Il normale funzionamento della forma di esecuzione della figura 2 avviene allo stesso modo del normale funzionamento della forma di esecuzione della figura 1. La valvola di intercettazione 12 viene aperta dal calcolatore 32 e la valvola di intercettazione 23 viene tenuta chiusa. In seguito ad un confronto di valore nominale e valore reale tra i segnali del rivelatore di valori nominali 33 e del rivelatore di valori reali 34, il calcolatore 32 aziona l'elettromagnete 21 del sistema di valvole di comando 17 in modo che l’aggregato a pistone e cilindro 5 imposti l'angolo di sterzata desiderato.

Se sopravvenisse un disturbo non dovuto ad un blocco del sistema di valvole di comando 17, cioè se il sistema di valvole di comando 17 è rimasto in modo regolabile, vengono staccati soltanto gli elettromagneti 13 e 21 dalla loro alimentazione di corrente mentre l'elettromagnete 24 continua ad essere alimentato da corrente e a tenere chiusa la valvola di intercettazione 23. Ora, da un lato, gli aggregati a pistone e cilindro 4 e 8 sono accoppiati idraulicamente fra loro in modo che vi sia un collegamento idraulico forzato tra il volante di guida 10 e la regolazione di sterzo delle ruote 1. Dall'altro lato, il sistema di valvole di comando 17 viene ora pilotato idraulicamente tramite le loro entrate di comando 36 e 37 corrispondentemente alla direzione e alla grandezza della differenza di pressione idraulica tra le tubazioni 6 e 7, cioè in funzione della forza manuale da applicare sul volante di guida 10. In questo modo, in presenza di pompa 18 e/o 19 ancora in opera, l'aggregato a pistone e cilindro 5 può produrre una forza di asservimento e rispettivamente supplementare che riduce la forza manuale.

Se il sistema di valvole di comando 17 si bloccasse, cosa che può essere segnalata al sistema di valvole di comando 17 tramite emettitori di segnali non rappresentati, anche l’elettromagnete 24 della valvola di intercettazione 23 viene staccato dall'alimentazione di corrente elettrica in modo che la valvola 23 si apra e l'aggregato a pistone e cilindro 4 sia commutato, in qualsiasi circostanza, su marcia in folle. In questo modo, l'accoppiamento idraulico forzato tra il volante di guida 10 e le ruote orientabili 1 permane. Inoltre il lavoro sul volante di guida 10 non viene più assistito da una forza di asservimento dell'aggregato a pistone e cilindro 5.

Diversamente dalle forme di esecuzione rappresetate, gli aggregati a pistone e cilindro 4, 5 e/o 8, in particolare l'aggregato a pistone e cilindro 8 azionato dal volante di guida 10, possono essere sostituiti da un aggregato motore e/o pompa idrostatico 8':

Ciò offre, nel caso dell'aggregato pompa idrostatico 8', il vantaggio di non poter prestabilire una posizione terminale attraverso l'aggregato 8' del lato del volante di guida.

Se in direzione longitudinale dello stelo 3 del pistone si dispone soltanto di spazio relativamente poco, gli aggregati a pistone e cilindro 4 e 5 possono essere disposti anche parallelamente uno accanto all’altro, dove poi sullo stelo 3 si può disporre una prolunga radiale, collegata con lo stelo del pistone dell'aggregato 5 parallelo allo stelo 3.

Diversamente dalla rappresentazione nelle figure 1 e 2, sull’albero 9 del volante di guida 10 si può disporre anche un pignone che inrana in una cremagliera che, a sua volta, è collegata con uno stelo di pistone dell'aggregato a pistone e cilindro 8 e rispettivamente è disposta su questo stelo di pistone .

Invece degli organi a pistone e cilindro 4, 5 e/o 8 si possono disporre anche motori e rispettivamente organi di alimentazione idrostatici.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Servosterzo idraulico per autoveicoli, con - un servomotore a doppia azione, collegato in senso motore ad organi di sterzo meccanici di ruote orientabili di veicoli, - un sistema di servovalvole comandabili per il collegamento comandabile del servomotore con una sorgente di pressione idraulica e rispettivamente con un serbatoio relativamente privo di pressione, un rivelatore elettrico e rispettivamente elettronico di valori nominali, azionato da un dispositivo di manovra di guida, in particolare un volante di guida, il quale è collegato con una entrata di un sistema regolato elettronico, collegato sul lato di uscita con il sistema di servovalvole, il quale sistema regolato è collegato, tramite un'altra entrata, con un rivelatore di valori reali che riproduce la posizione dello sterzo delle ruote orientabili del veicolo ed è controllabile continuamente in modo automatico dal punto di vista del suo funzionamento privo di difetti, e - un collegamento motore idrostatico, normalmente inattivo, disposto tra il dispositivo di manovra dello sterzo e gli organi di guida, il quale, in caso di difetti del sistema regolato, entra automaticamente in azione, caratterizzato dal fatto che il collegamento motore idrostatico (4, 6, 7, 8) è disposto indipendentemente dall'idraulica del sistema pilotato dalla servovalvola (17) e rispettivamente parallelamente ad essa e il servomotore (5), in caso di mancato funzionamento del sistema regolato (32), è commutabile, tramite la servovalvola (17) e/o tramite una valvola di intercettazione (23) chiusa soltanto in caso di funzionamento privo di difetti del sistema regolato (32), in uno stato di marcia in folle.
2. 2. Servosterzo idraulico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il sistema di servovalvole (17) possiede entrate di comando idrauliche (36, 37), comunicanti con il collegamento motore idrostatico (4, 6, 7, 8) in modo che il sistema di servovalvole (17), in caso di collegamento motore idrostatico (4, 6, 7, 8) attivato, sia comandabile da differenze di pressione che si manifestano in esso.
3. 3. Servosterzo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che la sorgente di pressione comprende due pompe (18, 19) in grado di essere azionate e attivate in modo indipendente fra loro.
4. 4. Servosterzo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la sorgente di pressione comprende un accumulatore idraulico (26).
5. 5. Servosterzo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che il collegamento idraulico motore (4,6,7,8) possiede due lati (6, 7) collegabili fra loro mediante una valvola di intercettazione (12) e detta valvola di intercettazione (12) può assumere la sua posizione aperta soltanto in caso di alimentazione di energia al suo organo di regolazione (13).
6. 6. Servosterzo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il collegamento idrostatico motore comprende due aggregati a pistone e cilindro (4, 8) a doppia azione, dei quali uno è accoppiato forzatamente con le ruote orientabili (1) del veicolo e uno è accoppiato forzatamente con il dispositivo di manovra (10) dello sterzo.
7. 7. Servosterzo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il collegamento idrostatico motore presenta una pompa idrostatica (8), accoppiata forzatamente con il dispositivo di manovra (10) dello sterzo.
8. 8. Servosterzo secondo una delle rivendicazioni da 3 a 7, caratterizzato dal fatto che sul lato di mandata delle pompe (18, 19) sono disposte valvole di non ritorno (27, 28) che impediscono un riflusso a ciascuna pompa.
9. 9. Servosterzo secondo una delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che sono disposti uno accanto all'altro due aggregati a pistone e cilindro (5, 5), dei quali uno forma il servomotore e uno è associato alla ruote orientabili (1) del veicolo come parte del collegamento idrostatico motore.
10. 10. Sevosterzo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che il collegamento idrostatico motore presenta un idromotore idrostatico, associato alle ruote orientabili del veicolo.