IT201900006731A1

IT201900006731A1 - Veicolo agricolo ibrido per applicazione con imballatore

Info

Publication number: IT201900006731A1
Application number: IT102019000006731A
Authority: IT
Inventors: Michelantonio Forte; Alessandro Benevelli; Francesco Pintore; Ciro Marinello
Original assignee: Cnh Ind Italia Spa
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-11-10
Also published as: EP3735819B1; EP3735819A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “VEICOLO AGRICOLO IBRIDO PER APPLICAZIONE CON IMBALLATORE”

CAMPO TECNICO

La presente invenzione riguarda un veicolo agricolo ibrido per applicazione con imballatore.

BACKGROUND DELL’INVENZIONE

Un imballatore, molto spesso chiamato imballatore di fieno, è un pezzo di un macchinario agricolo usato per comprimere un raccolto tagliato e rastrellato (quale ad esempio fieno, cotone, paglia di lino, sparto delle dune o insilato) in balle compatte che sono facili da manipolare, trasportare e stoccare. Spesso, le balle sono configurate per essiccarsi e conservare alcuni valori intrinseci (ad esempio nutrizionali) delle piante raggruppate in fasci. Sono comunemente usati svariati tipi diversi di imballatori, che producono ciascuno un diverso tipo di balla -rettangolare o cilindrica, di varie dimensioni, legata con spago, reggette, rete o filo di ferro.

L’imballatore normalmente è trainato da un veicolo agricolo (normalmente un trattore) ed è alimentato dalla presa di forza (PTO) del trattore.

Una caratteristica comune dell’imballatore è che esso richiede una coppia che varia notevolmente che è estremamente ondulante tra un valore più alto corrispondente ad una pressatura di raccolto in fase iniziale e un valore più basso corrispondente al termine della fase di pressatura (si faccia riferimento alla figura 3A). Questa richiesta di coppia variabile produca una variazione della velocità del motore (si faccia riferimento alla figura 3B) del trattore che determina un’ondulazione corrispondente della velocità del trattore.

Questo movimento di “avvio ed arresto” del trattore è alquanto indesiderabile poiché esso produce un evidente scomodità per il conducente.

L’ambito di protezione della presente invenzione è quello di fornire un veicolo per un'applicazione con un imballatore che possa ridurre l’ondulazione della velocità del motore del veicolo. Nella figura 3B la velocità desiderata è indicata con linee tratteggiate.

RIEPILOGO DELL’INVENZIONE

Lo scopo summenzionato è conseguito dalla presente invenzione come rivendicata dall’insieme di rivendicazioni allegato.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, è descritta nel seguito una forma di realizzazione preferita, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:

• la figura 1 mostra schematicamente un veicolo agricolo dotato di un imballatore;

• la figura 2 è uno schema semplificato di un veicolo agricolo ibrido realizzato per applicazione con imballatore secondo la presente invenzione;

• le figure 3A, 3B e 3C mostrano diversi valori controllati;

• la figura 4 rappresenta una prima parte della logica di controllo; e

• la figura 5 rappresenta una seconda parte della logica di controllo.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, il numero 1 indica un veicolo agricolo ibrido, ad esempio un trattore, dotato di un imballatore 2.

Il veicolo comprende schematicamente (figura 2) un motore a combustione interna 3 (tipicamente un motore diesel) avente un albero di uscita 4 che è collegato attraverso una prima trasmissione meccanica 5 ad un albero di ingresso 6 di un motore elettrico 7 che agisce come generatore di tensione al fine di produrre energia elettrica. La trasmissione meccanica 5 è stata schematizzata per mezzo di un primo ingranaggio 8 montato sull’albero di uscita 4 e avente un raggio rr e che ingrana con un secondo ingranaggio 9 montato sull’albero di uscita 6 e avente un raggio rf.

Nell’esempio rr > rf.

Il generatore 7 produce tensione alternata che è alimentata ad un raddrizzatore 10 che fornisce la tensione in CC a un’unità di accumulo di energia elettrica 11 che è progettata per accumulare l’energia elettrica prodotta dal generatore elettrico 7. L’unità di accumulo di energia 11 può comprendere supercondensatori o batterie.

Un motore elettrico 12 è alimentato da un’elettronica di controllo di potenza 13 con l’energia fornita dal generatore elettrico 7 e prelevata dall’unità di accumulo di energia elettrica 11.

Un convertitore epicicloidale 14 ha:

un primo elemento di ingresso 15 (albero di corona dentata) che è progettato per ricevere coppia dall’albero di uscita di motore 4 attraverso una frizione 16;

un secondo elemento di ingresso 17 (albero di ingranaggio centrale) che è progettato per ricevere una coppia dal motore elettrico 12 attraverso una seconda frizione 18;

un elemento di uscita 19 (albero porta-ingranaggio planetario) che è progettato per fornire coppia alla presa di forza (PTO, Power Take-off Output) 20 del veicolo, detta coppia fornita al primo elemento di ingresso 15 all’albero di uscita di motore 4 attraverso la frizione 16 e anche alimentata al secondo elemento di ingresso 17 dal motore elettrico 12 attraverso la seconda frizione 18.

Nell’esempio, l’albero di uscita 21 del motore elettrico 12 è connesso al secondo elemento di ingresso 17 per mezzo di una seconda trasmissione 22 che è stata schematizzata per mezzo di un terzo ingranaggio 23 montato sull’albero di uscita 21 e avente un raggio rm e ingranante con un quarto ingranaggio 24 montato su un albero di uscita 25 e avente raggio rt.

Nell’esempio rt > rm.

La frizione 18 è interposta tra l’albero di uscita 25 e l’albero di ingranaggio centrale 17 (secondo elemento di ingresso).

Nell’esempio, l’elemento di uscita 19 del convertitore epicicloidale 14 è connesso ad un albero di PTO 25 per mezzo di una terza trasmissione 26 che è stata schematizzata per mezzo di una porzione a ingranaggi dell’albero portaingranaggio planetario di uscita 19 che ingrana con un quinto ingranaggio 28 montato sull’albero di PTO 25.

L'imballatore richiede una coppia variabile che è ondulante con un periodo τ tra un valore più elevato h (figura 3A corrispondente ad una pressatura di raccolto in fase iniziale e un valore più basso v corrispondente al termine della pressatura.

Secondo la presente invenzione, l’elettronica di controllo 13 è progettata per controllare la coppia alimentata dal motore elettrico 12 in modo che la coppia fornita al secondo elemento di ingresso 17 compensi la richiesta di coppia dall’imballatore 2 in modo che la velocità di rotazione del motore a combustione interna 3 rimanga sostanzialmente stabile (figura 3B linea piena, la linea tratteggiata rappresenta la velocità desiderata) anche se la coppia richiesta dall’imballatore è ondulante. L’energia supplementare necessaria per soddisfare la richiesta di coppia di imballatore è prelevata dal supercondensatore 11.

La figura 4 mostra una logica di controllo dell’elettronica di controllo di potenza 12 che esegue il controllo dal lato del convertitore epicicloidale 14 verso la macchina elettrica (motore elettrico) 12.

Secondo questa logica di controllo, la velocità dell’albero 25 è misurata per mezzo di un sensore 30 e la velocità misurata ωm1 è confrontata in un blocco differenziale 31 con una velocità impostata ωm1-des e viene prodotto un segnale di differenza Δωm1.

Il segnale di differenza Δωm1 è fornito ad un blocco PID 32 che produce alla sua uscita un segnale Tm1_des che rappresenta l'incremento di coppia necessaria per mantenere costante la velocità, ovvero riducendo al minimo Δωm1.

L’uscita di un segnale Tm1_des è fornita ad un primo blocco di convertitore 33 che produce -usando tecniche note - un vettore di corrente Is1-des che rappresenta la corrente che deve essere alimentata dal motore elettrico 12 per ottenere l’aumento di coppia desiderato.

Il vettore di corrente Is1-des è confrontato (blocco 34) con il vettore di corrente reale Is1 che è presente e misurato nel motore elettrico 12 e la differenza ΔIs1 è alimentata ad un secondo blocco di convertitore 35 che calcola la tensione Vs1 che deve essere alimentata al motore 12 per compensare la coppia richiesta e mantenere costante la velocità dell’albero di PTO 20.

La figura 5 mostra il circuito chiuso di coppia e velocità della logica di controllo dell’elettronica di controllo di potenza 13 che esegue il controllo dal lato del convertitore epicicloidale 14 verso la macchina elettrica (generatore elettrico) 7.

Secondo questa logica di controllo, la velocità dell’albero 4 è misurata per mezzo di un sensore 40 e la velocità misurata ωice è confrontata in un blocco differenziale 41 con una velocità impostata ωice-des e viene prodotto un segnale di differenza Δωice. Il punto impostato ωice-des è calcolato in funzione della potenza ICE di corrente richiesta.

Il segnale di differenza Δωice è fornito ad un blocco PI 42 che produce alla sua uscita un segnale Tice-dem che rappresenta la coppia richiesta dal motore a combustione interna 7 (ICE) durante il suo funzionamento.

Il segnale di uscita Tice-dem è fornito ad un altro blocco di confronto 43 che confronta il segnale Tice-dem con un segnale obiettivo Tice-des e produce un segnale di differenza ΔT_ice.

Questo segnale ΔT_ice - usando tecniche note - è convertito in un vettore di corrente Is2-des che rappresenta la corrente che deve essere alimentata dalla macchina elettrica (generatore elettrico) 7 per ottenere la regolazione di coppia desiderata.

Il vettore di corrente Is2-des è confrontato (blocco 45) con il vettore di corrente reale Is2 che è presente e misurato nel generatore elettrico 7 (E.M.2) e la differenza ΔIs2 è alimentata ad un secondo blocco di convertitore 46 che calcola la tensione Vs2 che deve essere alimentata dal generatore elettrico 7 (E.M.2) per compensare la coppia richiesta e mantenere la velocità dell’albero di ICE 4 costante o controllata.

In questo caso, il circuito chiuso di coppia su E.M.2 permette di compensare il picco di coppia su un lato di ICE, mentre il circuito chiuso di velocità sull’ICE permette di controllare la velocità di motore ICE.

Claims

RIVENDICAZIONI 1.- Veicolo agricolo ibrido (1) che è progettato per essere accoppiato ad un imballatore (2) per ricevere una coppia da una presa di forza PTO (20) del veicolo agricolo, il veicolo comprendendo: un motore a combustione interna (3) avente un albero di uscita (4) che è connesso attraverso una trasmissione meccanica (5) ad un generatore elettrico (7) che produce energia elettrica; un’unità di accumulo di energia elettrica (11) che è progettata per accumulare l’energia elettrica prodotta dal generatore elettrico (7); un motore elettrico (12) alimentato da un’elettronica di controllo di potenza (13) con l’energia fornita dal generatore elettrico e prelevata dall’unità di accumulo di energia elettrica (11); un convertitore epicicloidale (14) avente: un primo elemento di ingresso (15) che è progettato per ricevere una coppia dall’albero di uscita di motore (4); un secondo elemento di ingresso (17) che è progettato per ricevere una coppia dal motore elettrico (12); un elemento di uscita (19) che è progettato per fornire la coppia alimentata al primo elemento di ingresso (15) e al secondo elemento di uscita (17) alla presa di forza PTO (20); caratterizzato dal fatto che detta elettronica di controllo di potenza (13) è progettata per controllare la coppia alimentata dal motore elettrico in modo che la coppia fornita al secondo elemento di ingresso compensi la coppia richiesta dall’imballatore (2) in modo che la velocità di rotazione del motore a combustione interna (3) rimanga sostanzialmente stabile anche se la coppia richiesta dall’imballatore è ondulante. 2.- Veicolo agricolo ibrido come definito nella rivendicazione 1, in cui un primo elemento di ingresso (15) è l’albero di corona dentata, il secondo elemento di ingresso (17) è l’albero di ingranaggio centrale e l’elemento di uscita (19) è l’albero porta-ingranaggio planetario. 3.- Veicolo agricolo ibrido come definito nella rivendicazione 1 o 2, in cui l’elettronica di controllo di potenza (13) è progettata per eseguire il controllo del motore elettrico (12) mediante quanto segue; un primo sensore (30) è fornito per misurare la velocità angolare dell’albero (25), una prima logica di controllo fornisce un blocco differenziale (31) per confrontare la velocità misurata ωm1 con una velocità impostata ωm1-des e produrre un segnale di differenza Δωm1; un blocco PID (32) che riceve detto segnale di differenza Δωm1 ed è progettato per produrre un segnale Tm1_des che rappresenta l'incremento di coppia necessario per mantenere costante la velocità dell’albero di PTO (20); un primo blocco di convertitore (33) progettato per ricevere il segnale di uscita Tm1_des per calcolare il vettore di corrente Is1-des che rappresenta la corrente che deve essere alimentata dal motore elettrico (12) per ottenere l’incremento di coppia desiderato; un secondo blocco di convertitore (35) è progettato per ricevere la differenza ΔIs1 tra il vettore di corrente Is1-des e il vettore di corrente reale Is1 che è presente e misurato nel motore elettrico (12); detto secondo blocco di convertitore (35) è progettato per calcolare la tensione Vs1 che deve essere alimentata al motore (12) per compensare la coppia richiesta e mantenere costante la velocità dell’albero di PTO (20). 4.- Veicolo agricolo ibrido come definito nella rivendicazione 3, in cui l’elettronica di controllo di potenza (13) è progettata per eseguire il controllo del generatore elettrico (7) per mezzo di quanto segue: un secondo sensore (40) progettato per misurare la velocità ωice dell’albero di uscita di motore (4); un secondo blocco differenziale (41) progettato per confrontare detta velocità ωice con una velocità impostata ωice-des e progettato per produrre un segnale di differenza Δωice; un blocco di PI (42) che riceve al suo ingresso detto segnale di differenza Δωice e progettato per produrre alla sua uscita un segnale Tice_dem che rappresenta la coppia richiesta dal motore a combustione interna (3) durante il funzionamento; un terzo blocco differenziale (43) progettato per confrontare detto segnale di uscita Tice_dem con un segnale obiettivo Tice_des e progettato per produrre un segnale di differenza ΔT_ice; un terzo blocco di convertitore (44) progettato per convertire detto segnale di differenza ΔT_ice in un vettore di corrente Is2-des che rappresenta la corrente che deve essere alimentata dal generatore elettrico (7) per ottenere l’incremento di coppia desiderato; un terzo blocco differenziale (45) progettato per confrontare detto vettore di corrente Is2-des con il vettore di corrente reale Is2 che è presente e misurato nel generatore elettrico (7) (E.M.2) per produrre un segnale di differenza ΔIs2; un quarto blocco di convertitore (46) che riceve al suo ingresso detto segnale di differenza ΔIs2 e progettato per calcolare la tensione Vs2 che deve essere alimentata dal generatore elettrico (7) per compensare la coppia richiesta e mantenere costante o controllata la velocità dell’albero del motore a combustione interna (4).