Presentazione Di Meccatonica

Università degli Studi di Facoltà di Ingegneria Catania Corso di Laurea Specialistica Automazione e Controllo dei Sistemi

Claudia Mangano Gaetano L’Episcopo

Dispositivi di sicurezza attiva sugli autoveicoli Prof. Aldo Beretta MECCATRONICA - Anno Accademico 2007/2008

Si riferisce ai sistemi presenti in un veicolo che si servono del feedback. Essi utilizzano le informazioni provenienti da dei sensori, relative all’ambiente esterno alla macchina, e cambiano, in base ad una legge di controllo, la risposta del veicolo tramite degli attuatori, migliorandone la sicurezza. Il loro fine è di evitare gli incidenti e di ridurre al minimo le eventuali conseguenze e i fattori di rischio. Pertanto si definiscono attivi tutti quei dispositivi che aiutano il pilota a controllare l'auto in situazioni critiche, affinché il controllo del mezzo sia il più agevole e sicuro possibile.

ESP / ESC (Electronic Stability Program / Control) ABS (Antilock Braking System) ASR / TCS (Acceleration Slip Regulation / Traction Control System) EBD (Electronic Brakeforce Distribution) EBA (Emergency Brake Assist) Servosterzo

Si tratta di un sistema per il controllo della stabilità dell'automobile che agisce in fase di sbandata, regolando la potenza del motore e frenando le singole ruote con differente intensità in modo tale da ristabilire l'assetto della vettura.

Tale sistema è efficace nel correggere sia eventuali situazioni di sovrasterzo o sottosterzo, che si possono verificare in caso di errata impostazione di una curva, sia in caso di improvvisa deviazione di traiettoria, evitando lo sbandamento del veicolo e facendo in modo che, in tutte le condizioni di esercizio, vengano mantenute costantemente tenuta di strada e corretta direzione.

Il sistema riunisce le funzioni dell’ABS e dell’ASR potenziandone i vantaggi.

Centralina idraulica: converte i comandi dell’unità di controllo e comanda la pressione nei cilindretti della ruota interessati mediante valvole elettromagnetiche. Sensori giri ruote: misurano, mediante campi magnetici, il numero di giri per ciascuna ruota, senza ricorrere ad un contatto diretto e passano l’informazione alla centralina di controllo del motore. Sensore angolo sterzata: rileva la posizione del volante mediante la determinazione dell’angolo di sterzata.

Sensore di imbardata e accelerazione trasversale: rileva tutti i movimenti di rotazione dell’autoveicolo intorno al suo asse normale. Centralina di controllo: è l’unità di controllo che elabora i dati che le pervengono dalle altre centraline.

Confronta la direzione che il conducente intende percorrere (misurando l'angolo di sterzata), con l'effettiva direzione del veicolo (misurando l’accelerazione laterale, la rotazione attorno all’asse verticale (imbardata), e la velocità di ciascuna ruota). Se le due direzioni non coincidono, l’ESP si attiva riducendo la potenza del motore e modulando la frenata su ciascuna ruota.

SOVRASTERZO Il veicolo scivola verso l’esterno con le ruote posteriori durante una curva; l’ESP interviene provvedendo a frenare la ruota anteriore esterna alla curva in modo da provocare un effetto “compasso” che tende a riallineare la vettura con la traiettoria corretta.

SOTTOSTERZO Il veicolo scivola verso l’esterno con le ruote anteriori durante una curva; l’ESP interviene provvedendo a frenare la ruota posteriore interna alla curva in modo da provocare un effetto “compasso” che tende a riallineare la vettura con la traiettoria corretta.

Guida su superfici del manto stradale variabili Il veicolo tende a sbandare sottosterzando, ovvero scivola sulle ruote anteriori fuori dalla curva e non è più governabile. Passando in seguito sull’asfalto asciutto, l’automobile entra in imbardata. L’ESP stabilizza il veicolo aumentando la forza frenante sulla posteriore destra e riducendo la coppia motrice del motore.

Curva valutata male Quando il veicolo tende a perdere la coda e ad entrare in imbardata, l’ESP aumenta autonomamente la pressione frenante sull’anteriore destra (nel caso di curva a sinistra) o sull’anteriore sinistra (nel caso di curva a destra) evitando il testacoda del veicolo.

Ostacolo improvviso A causa di una frenata a fondo e di un colpo di sterzo, il veicolo tende a sottosterzare, slittando verso l’ostacolo. Perciò il conducente effettua una brusca sterzata per evitare l’ostacolo ed al rientro della sterzata il veicolo entra in imbardata. L’ESP aumenta la pressione frenante sulla posteriore sinistra, permettendo al veicolo di proseguire superando l’ostacolo. Al rientro della sterzata il veicolo minaccia di sovrasterzare, perciò l’ESP interviene sul freno anteriore sinistro permettendo al veicolo di

Ostacolo improvviso

CASA PRODRUTTRICE

SIGLA

Alfa Romeo,Nissan

VDC

Vehicle Dynamic Control

Audi,Chrysler,Citroën,Fiat, Jeep,Kia, Rover,Jaguar,MercedesBenz,Opel,Peugeot,Renault,Saa b, Seat, Skoda,Smart,Suzuki, BMW,Land Rover,Mini,Mazda,

ESP

Electronic Stabilization Program

DSC

Dynamic Stability Control

Daewoo

TCS

Traction Control System

Ferrari

CST

Controllo Stabilità

Ford

RSC

AdvanceTrac with Roll Stability Control

Honda,Hyundai

ESC

Electronic Stability Control

Maserati

MSP

Maserati Stability Program

Mitsubishi

ASTCM

Active Skid and Traction Control MULTIMODE

Robert Bosch GmbH TRW Continental Automotive Systems Delphi Advics Nissin Kogyo Hitachi Mando Corporation Bendix Corporation WABCO

Anche un breve tocco del pedale del freno può essere sufficiente per bloccare le ruote. In questo caso il veicolo non reagisce più ai movimenti del volante. L'ABS aiuta a mantenere il controllo del veicolo evitando il bloccaggio delle ruote in fase di frenata, consentendo di evitare improvvisi ostacoli anche in caso di frenata d'emergenza e riducendo lo spazio di frenata .

Il dispositivo, attraverso i suoi sensori (ruote foniche), misura la velocità di rotazione delle ruote e non appena si accorge che una di esse si è bloccata o sta per bloccarsi ne “allenta” la forza frenante agendo sull’impianto idraulico della pompa freno. In questo modo si evita che la ruota slitti e che il conducente possa perdere il controllo del mezzo. Per di più con l’uso dell’ABS gli spazi di frenata vengono notevolmente accorciati, sia rispetto a quelli che si avrebbero con le ruote bloccate, sia rispetto a quelli che un guidatore medio riesce ad ottenere senza ABS (fanno eccezione pochissimi casi, ad esempio sulla neve). A seconda dei modelli (a 4 o 2 sensori) l'ABS è in grado di dosare la forza frenante su ogni singola ruota o su uno stesso asse.

Ostacolo improvviso Notato l’ostacolo, il conducente , per cercare evitarlo, frena di colpo improvvisamente, ma le ruote tendono a bloccarsi e il veicolo non risponde diventando incontrollabile. L’ABS evita il bloccaggio delle ruote consentendo al veicolo di mantenere la sua

Ostacolo improvviso

Frenata su superfici con differenti coefficienti di aderenza Quando il conducente preme il pedale del freno, le ruote tendono a bloccarsi,costringendo il conducente a controsterzare, ma il veicolo non reagisce all’impulso di direzione e comincia a slittare. L’ABS riconosce la tendenza delle ruote a bloccarsi alla pressione del pedale del freno ed evita il bloccaggio delle ruote mantenendo il

E’ un'apparecchiatura complementare all'ABS che effettua il controllo della trazione per evitare lo slittamento degli pneumatici sulla superficie stradale in accelerazione, sia nelle partenze da fermo che durante la marcia. Ne esistono 2 tipi : quelli che agiscono solo sui freni e quelli che agiscono sia sui freni sia sull'alimentazione del motore, riducendone la potenza. Nonostante sia nato per veicoli a due ruote motrici (per migliorare la trazione di quelli a trazione anteriore e per ridurre il sovrasterzo in uscita di curva di quelli a trazione posteriore), oggi trova impiego anche sulle autovetture a trazione integrale, coadiuvando l'azione ripartitrice dei differenziali nel garantire aderenza alle ruote.

Ogni ruota è monitorata continuamente da sensori di velocità ruota. Il TCS valuta i segnali dei sensori di velocità ruota e riconosce immediatamente quando una ruota sta per iniziare a perdere aderenza. In questo caso il TCS viene attivato e regola le coppie di trazione delle ruote motrici. Questo controllo elettronico di slittamento ruota, frena selettivamente le singole ruote e interviene nella gestione del motore. L'ASR è molto utile quando una sola delle ruote motrici perde aderenza: in questo caso, il differenziale trasferirebbe tutta la coppia su questa ruota, impedendo il movimento della vettura. Il sistema antislittamento blocca la libertà della ruota, permettendo al differenziale di mantenere la coppia motrice sulla ruota che ha ancora aderenza. Questo risultato si ottiene anche adottando un differenziale autobloccante. L'ASR è più efficace, perché interagisce in maniera "intelligente" con gli altri dispositivi elettronici e con il motore stesso, mentre il differenziale autobloccante è un meccanismo "passivo".

Partenza in salita su una strada scivolosa Il conducente vorrebbe partire ma le ruote, cominciando a slittare, non riescono a trasferire le forze alla strada ed il veicolo slitta paurosamente in maniera incontrollabile. L’ASR riduce su ogni ruota la coppia motrice che risulta elevata rispetto all’aderenza disponibile, in questo modo il veicolo può continuare la sua marcia

Partenza in salita su una strada

Accelerazione in curva Se il conducente accelera troppo in curva le ruote slittano e il veicolo tende a sbandare, andando fuori controllo.

L’ASR, registrando la tendenza delle ruote a slittare,riduce la coppia motrice evitando lo slittamento delle ruote in modo da mantenere la stabilità del veicolo.

Risulta evidentemente utile in condizioni critiche (pioggia o ghiaccio) per evitare la perdita del controllo causata da una variazione delle condizioni del manto stradale. Nelle competizioni questi sistemi garantiscono un netto miglioramento delle prestazioni generato da una gestione continua delle condizioni di aderenza che permette al pilota di non dover gestire la fase di accelerazione tramite il controllo manuale ma attraverso una centralina elettronica che ne ottimizza la prestazione (il sistema è tecnicamente denominato drive by wire).

Si hanno quando si transita su terreni non compatti, quali terra battuta, neve o sabbia, ovvero terreni con una scarsa aderenza: in questa situazione, quando si cerca di partire, le ruote motrici slittano fin dai primi istanti, a causa della scarsa aderenza. Il sistema bloccherà il loro slittamento impedendo, o ostacolando pesantemente, il movimento stesso della macchina. Su terreni di questo tipo, la motricità è data più dallo slittamento della ruota che non dalla sua aderenza al manto stradale (in questo caso, le scanalature e i tasselli dello pneumatico hanno una funzione "aggrappante", mentre sull'asfalto è la superficie gommata indipendentemente dalla tassellatura - che dà "aderenza"). I sistemi più evoluti, come quelli montati sui moderni fuoristrada, prevedono dei sensori per "interpretare" il tipo di fondo, oppure prevedono la possibilità di escludere il sistema.

Si tratta di un dispositivo presente in alcune automobili che ha lo scopo di rendere la frenata più sicura. Questo sistema in genere viene montato su vetture dotate di ABS essendo elemento di completezza di tale dispositivo.  C’è da aggiungere che di norma tutte le vetture sono dotate di un ripartitore di frenata. Nella maggioranza dei casi si tratta di un sistema di leve che riduce la pressione del circuito frenante sui freni posteriori, certo molto meno sofisticato di un sistema elettronico ma senza dubbio indispensabile.

Durante la frenata, il carico sulle ruote dell’autovettura spesso non è eguale, specie se la decelerazione è rapida; questo può provocare un possibile bloccaggio delle ruote posteriori che essendo più “scariche” hanno una minore aderenza con l’asfalto. Se tale fenomeno dovesse dunque verificarsi porterebbe a una completa mancanza di direzionalità della vettura con conseguente testa-coda. Ed ecco che ad aiutarci interviene il ripartitore di frenata che, monitorando costantemente la velocità delle ruote posteriori e comparandola con quella delle ruote anteriori, specie in curva, alleggerisce la forza frenante sulle ruote posteriori (o comunque sulle ruote più scariche) evitandone il bloccaggio.

E’ un sistema di sicurezza progettato per garantire la massima potenza frenante in una situazione di arresto di emergenza. Interpretando la velocità e la pressione a cui il pedale del freno è sottoposto, il sistema rileva se il conducente sta cercando di eseguire un arresto di emergenza e, se il pedale del freno non è premuto a fondo, il sistema lo ignora e applica la frenata fino a quando l’ABS entra in funzione per evitare il bloccaggio delle ruote.

Si tratta di un dispositivo che utilizza una sorgente esterna di energia allo scopo di ridurre lo sforzo che il guidatore deve esercitare per cambiare la direzione delle ruote azionando lo sterzo di un veicolo. Si tratta di un dispositivo molto utile per la sicurezza, in quanto permette di sterzare molto più tempestivamente e agevolmente in caso di necessità.

Nei veicoli di maggiori dimensioni la sorgente esterna è solitamente una pompa

che fornisce pressione idraulica al dispositivo, mentre in quelli più piccoli viene spesso utilizzato un motore elettrico. Esistono anche versioni ibride di tipo elettro-idraulico.

Utilizza la pressione idraulica fornita da una pompa rotativa a palette, guidata dal motore del veicolo. La pressione del liquido nella pompa aumenta con la velocità del motore, quindi una valvola, incorporata nel sistema, consente l‘espulsione della pressione in eccesso. Uno dei primi sistemi di idroguida è il DIRAVI, sviluppato dalla Citroën negli anni ‘70

E’ costituito da un cilindro idraulico, incorporato nell'alloggiamento tubolare dell’ asta dentata(scatola sterzo a cremagliera). Una pompa collegata al motore (generalmente del tipo a palette) provvede a fare circolare e a mettere in pressione l'olio idraulico contenuto nel circuito. Una valvola di controllo regola il passaggio dell'olio stesso da un lato o dall'altro del cilindro idraulico (internamente al quale è posto un pistone vincolato all'asta dentata) a seconda della velocità e dell'angolo di rotazione del volante. Il cilindro è a doppio effetto (l'olio in pressione può agire, a seconda del verso in cui si deve spostare l'asta dentata,su uno o sull'altro lato del pistone). Il circuito è dotato di una serie di valvole idrauliche.

L' EPS (acronimo di Electric Power Steering) è il servosterzo elettronico. È un componente che è apparso sul mercato dell'auto europea nel 1999 per la prima volta sulla Fiat Punto. Questi ha sostituito l'idroguida: è principalmente composto da un motorino elettrico, una centralina e un riduttore.

La centralina che legge i segnali di posizione, coppia al volante e velocità veicolo, provvede a comandare il motorino elettrico che fornisce la giusta coppia in grado di sterzare la vettura con un buon comfort e poco sforzo da parte del guidatore.

diminuzione dei consumi di carburante (il componente prende la sua energia principalmente dalla batteria dell'auto e non direttamente dal motore); è un componente di piccole dimensioni; facilmente sostituibile (si trova all'interno dell'abitacolo); non ha un sistema di tubature ed oli che vi scorrono all'interno; è facilmente calibrabile; è un componente elettrico e quindi aperto a nuove tecnologie per il futuro.

L’EHPS, Electro-hydraulic power steering systems, conosciuto anche come sistema ibrido, usa la stessa tecnologia del sistema idraulico, ma la pressione idraulica è fornita da una pompa pilotata da un motore elettrico invece che dalla cinghia del motore. Tale sistema si trova in automobili come Volkswagen, Audi, Peugeot, Citroën, Seat, Skoda, Suzuki, Opel, MINI, Toyota, Mazda.

Evoluto servosterzo che regola lo sforzo da applicare al volante a seconda della velocità. All’aumentare della velocità, la forza da impiegare per la sterzata cresce. Ulteriormente migliorato adesso permette una migliore sensibilità e precisione di guida, soprattutto nelle manovre di parcheggio e ad alte velocità.

E' usato da numerose case automobilistiche tra cui

E‘ un marchio

1

Controllore DSC

2

Controllore Servotronic

3

Pompa idraulica

4

Valvola Servotronic

5

Valvola di rotazione del meccanismo di guida

6

Valvola a farfalla

7

Serbatoio di compensazione

8

Pistone sulla cremagliera

9

Meccanismo di guida

10 Unità centrale 11 Nervatura per l’unità centrale 12 Barra di torsione 13 Volante

HBA (Hydraulic Brake Assistance) Interviene nelle frenate di emergenza per applicare alla pompa

dei freni il maggior carico necessario.

HH (Hill Holder) Blocca i freni nelle partenze in salita sino a quando la coppia motrice non è sufficiente a vincere la resistenza all’avanzamento.

MSR (Motor Schleppmoment Regelung)

Interviene quando in condizioni di bassa aderenza si scala bruscamente di marcia e ridà coppia al motore per evitare il pattinamento derivante dal blocco delle ruote.

AAS (Adaptive Air Suspension)

Garantisce il miglior comportamento possibile in qualsiasi condizione di marcia, riducendo i movimenti della scocca grazie alla regolazione a variazione continua dell'effetto ammortizzante e ottimizzando quindi tenuta di strada e comfort.