IT202100003239A1

IT202100003239A1 - Metodo di controllo di una trasmissione idraulica di un veicolo agricolo o una macchina movimento terra e veicolo agricolo o macchina movimento terra implementante il metodo

Info

Publication number: IT202100003239A1
Application number: IT102021000003239A
Authority: IT
Inventors: Andrea Gravili; Stefano Liberti; Adriano Garramone
Original assignee: Cnh Ind Italia Spa
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2022-08-12
Also published as: EP4043759B1; EP4043759A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

?METODO DI CONTROLLO DI UNA TRASMISSIONE IDRAULICA DI UN VEICOLO AGRICOLO O UNA MACCHINA MOVIMENTO TERRA E VEICOLO AGRICOLO O MACCHINA MOVIMENTO TERRA IMPLEMENTANTE IL METODO?

Campo di applicazione dell?invenzione

La presente invenzione ? relativa al campo delle trasmissioni idrauliche ed in particolare al campo di quelle trasmissioni implementanti due modalit? operativa: una prima modalit? in cui il motore idraulico ? forzato alla massima cilindrata per eseguire operazioni a bassissima velocit? ed una seconda modalit? operativa in cui la cilindrata del motore idraulico varia in funzione del carico percepito per eseguire operazioni a pi? alta velocit?.

Stato della tecnica

Nelle macchine agricole e movimento terra, la trasmissione per trasferire il moto da un motore primo alle ruote ? di tipo idraulica. Molto spesso la trasmissione definisce una configurazione serie, in cui il motore primo aziona una pompa idraulica a cilindrata variabile, la quale, a sua volta, aziona un motore idraulico il quale pu? avere cilindrata sia fissa che variabile. Evidentemente non sono previsti ulteriori organi meccanici che contribuiscono alla rotazione della ruota se non il motore idraulico.

La pompa ed il motore idraulico sono interconnessi in modo in s? noto mediante una cosiddetta linea idraulica di andata ed una linea idraulica di ritorno.

Tra il motore idraulico e le ruote ? spesso, ma non sempre, disposto un cambio a rapporti discreti. Molto spesso i rapporti sono appena due, per agevolare lo spostamento autonomo del veicolo da un luogo ad un altro luogo di lavoro.

Indipendentemente dalla presenza di un cambio discreto, le macchine agricole sono spesso adoperate per eseguire operazioni a bassissima velocit?, vale a dire per velocit? inferiori ad 1 ? 2 km/h.

Per un veicolo agricolo, una tipica operazione che richiede una simile velocit? ? la semina, in cui un dispositivo collegato al veicolo provvede ad inserire nel terreno almeno un seme in modo preciso e con distanze prefissate tra un seme e l?altro.

Per una macchina movimento terra, una tipica operazione che richiede una simile velocit? ? l?avvicinamento senza urti ad un camion per scaricare il materiale dell?attrezzo.

In tali condizioni operative, il motore idraulico, a cilindrata variabile, ? forzato al relativo valore massimo della cilindrata in modo da esprimere un alto rapporto di trasmissione, comportando bassa velocit? ed alta coppia. Il valore massimo di cilindrata dipende dalle caratteristiche costruttive dello stesso motore idraulico, pertanto ?relativo? sta ad indicare che tale valore massimo ? relativo al motore idraulico implementato.

Si individua pertanto una modalit? operativa spesso denominata ?Turtle?, perch? il veicolo si pu? muovere molto lentamente ma con alta coppia, ed una seconda modalit? operativa ? denominata ?Rabbit?.

La commutazione tra una modalit? e l?altra ? generalmente operata mediante un pulsante od altro dispositivo di interfaccia uomo/macchina presente nella cabina del veicolo.

Quando la trasmissione opera in modalit? Rabbit, la cilindrata del motore idraulico dipende esclusivamente dal carico percepitolo alla ruota. Cosicch?, la cilindrata del motore idraulico risulta essere inversamente proporzionale alla velocit? del veicolo.

Bench? esistono motori idraulici la cui cilindrata pu? essere controllata elettricamente in modo circa continuo, la maggior parte dei motori idraulici per macchine movimento terra e veicoli agricoli prevedono la possibilit? di forzare il motore solo alla cilindrata massima. Per comodit?, tali motori idraulici sono definiti come motori ON/OFF, nel senso che non ? possibile controllare la cilindrata in altri modi.

Generalmente la velocit? di rotazione del motore primo ? direttamente proporzionale alla posizione della leva di acceleratore e la cilindrata della pompa ? direttamente proporzionale alla velocit? di rotazione del motore primo. Conseguentemente, la velocit? del veicolo e la velocit? di rotazione del motore primo risultano circa direttamente proporzionali tra loro. Tale modalit? di funzionamento viene per comodit? definita come ?acceleratore-base?, in quanto la velocit? di rotazione del motore primo risulta circa direttamente proporzionale alla posizione della leva dell?acceleratore e la velocit? del veicolo dipende almeno dalla velocit? di rotazione del motore primo, in quanto vi ? una relazione circa lineare tra la velocit? di rotazione del motore primo ed il segnale che controlla la cilindrata della pompa idraulica.

Il termine ?circa? sta ad evidenziare che il controllo ? in anello aperto, pertanto un aumento della pendenza, cio? del carico, interviene sul motore idraulico ed anche sulla pompa idraulica, il primo incrementando la cilindrata e la seconda riducendo la relativa cilindrata.

Quando la trasmissione ? impostata in modalit? Rabbit, questa presenta una bassa capacit? di frenare quando l?acceleratore ? completamente rilasciato, pertanto, quando si eseguono operazioni di precisione si rischia di urtare oggetti circostanti.

Alcuni operatori, per ovviare a questo problema operano in modalit? Turtle, ma questo comporta un eccessivo allungamento dei tempi di lavorazione.

Se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio che segue, quanto descritto nel presente capitolo ? da considerarsi come parte integrante della descrizione di dettaglio.

Sommario dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? quello di indicare un metodo di commutazione automatico tra le due condizioni operative descritte sopra, che rendono pi? semplice e comodo l?utilizzo di un veicolo agricolo o di una macchina movimento terra.

L?idea di base della presente invenzione ? quella di commutare automaticamente in modalit? Turtle, dalla modalit? Rabbit, per un predeterminato intervallo temporale, quando si verificano le due seguenti condizioni simultaneamente: il pedale dell?acceleratore viene rilasciato e raggiunge una posizione al di sotto di una predeterminata soglia e la velocit? del veicolo ? al di sotto di una predeterminata soglia.

In altre parole, viene attivata la modalit? Turtle in modo impulsivo, cio? per un intervallo temporale limitato, preferibilmente inferiore ad 1 secondo.

Secondo una prima variante preferita dell?invenzione, la trasmissione commuta automaticamente in modalit? Rabbit quando il veicolo si arresta, cio? la sua velocit? ? inferiore ad una seconda soglia inferiore alla prima soglia.

Secondo una seconda variante preferita dell?invenzione, la trasmissione commuta automaticamente in modalit? Rabbit al termine di detto intervallo temporale.

Secondo una terza variante preferita dell?invenzione, la trasmissione commuta automaticamente in modalit? Rabbit quando il pedale dell?acceleratore eccede una seconda soglia maggiore della prima soglia.

Secondo una quarta variante preferita dell?invenzione, la trasmissione commuta automaticamente in modalit? Rabbit al verificarsi al termine di detto intervallo temporale oppure quando il pedale dell?acceleratore eccede una seconda soglia maggiore della prima. In altre parole, la quarta variante ? una combinazione in OR della seconda e terza variante, nel senso che ? sufficiente che una condizione sia verificata per ritornare in modalit? Rabbit da Turtle. Una quinta variante preferita dell?invenzione, pu? essere una combinazione in OR della prima e terza variante. In fine una sesta variante preferita dell?invenzione pu? essere una combinazione in OR della prima, seconda e terza variante.

Secondo una ulteriore variante preferita dell?invenzione, quando il pedale dell?acceleratore viene rilasciato e raggiunge una posizione al di sotto della suddetta prima soglia e la velocit? del veicolo eccede la suddetta prima soglia, ma ? inferiore ad una seconda soglia maggiore della prima, allora vengono eseguite due o pi? commutazioni da Rabbit a Turtle seguendo uno schema che permette di imprimere una predeterminata decelerazione al veicolo.

In altre parole, viene eseguito un treno di attivazioni della modalit? Turtle per imporre una frenatura al veicolo preferibilmente modulata in funzione della velocit? del veicolo.

Preferibilmente, in tali condizioni operative, la commutazione in Turtle ? eseguita per intervalli temporali sufficientemente brevi da evitare il danneggiamento del motore idraulico, ma ripetuti in modo da ottenere un sensibile freno offerto dalla trasmissione idraulica.

In altre parole, mano a mano che la velocit? del veicolo aumenta, l?attivazione della modalit? Turtle ? sempre pi? impulsiva, con un incremento nel tempo delle ripetizioni. Evidentemente, la seconda soglia di velocit? ? scelta in modo tale da non comportare il danneggiamento del motore idraulico.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono varianti preferite dell?invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 ? mostrato un esempio di trasmissione idraulica in configurazione serie con in evidenza mezzi di elaborazione configurati per supervisionare e controllare la trasmissione idraulica secondo il metodo oggetto della presente invenzione;

nella figura 2 ? mostrato un diagramma di flusso esemplificativo di una variante preferita della presente invenzione.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti o funzioni.

Si dovrebbe anche notare che i termini "primo", "secondo", "terzo", "superiore", "inferiore" e simili possono essere usati qui per distinguere vari elementi. Questi termini non implicano un ordine spaziale, sequenziale o gerarchico per gli elementi modificati a meno che non sia specificatamente indicato o desumibile dal testo.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall?ambito di protezione della presente domanda come descritta di seguito.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

La figura 1 mostra un sistema di propulsione ed in particolare una trasmissione idraulica di un veicolo agricolo di tipo serie, in cui una ruota W veicolare ? guidata in rotazione da un motore idraulico H di un idrostato HY che comprende una pompa idraulica P mediante una linea di andata F ed una linea di ritorno R.

Generalmente, quando un selettore ?FNR SWITCH? seleziona la marcia avanti, una valvola (non mostrata) controlla la pompa idraulica in modo che questa pressurizza la linea di andata, mentre quando il selettore seleziona la retromarcia, la stessa valvola od un?altra valvola controlla la pompa idraulica in modo che questa pressurizza la linea di ritorno.

Il motore idraulico ? del tipo a cilindrata variabile, in cui la cilindrata ? variabile e funzione di un carico applicato alla ruota secondo una prima modalit? operativa, generalmente definita Rabbit, in quanto, in tale modalit? operativa, il veicolo pu? raggiungere una relativa massima velocit?.

Il motore idraulico pu? essere forzato alla cilindrata massima mediante l?attivazione di un segnale di comando, secondo una seconda modalit? operativa, generalmente denominata Turtle, in cui il veicolo si muove lentamente e con la massima coppia disponibile.

Il motore idraulico pu? essere non altrimenti controllabile per assumere cilindrate differenti da quella massima. Infatti, quando il segnale di controllo ? disattivato, la cilindrata del motore idraulico dipende esclusivamente dalla coppia resistente alla ruota W.

Un selettore ?TURTLE/RABBIT SWITCH? controlla una valvola a solenoide ?Solenoid Valve? disposta per forzare il motore idraulico alla cilindrata massima.

La leva di acceleratore ?ACCELERATOR PEDAL? controlla il motore primo E, generalmente un motore a combustione interna in modo in s? noto.

Una unit? di elaborazione ?Control Unit? ? preposta al controllo dell?idrostato HY, sulla base dei segnali generati dai suddetti selettori, leve, etc.. Essa, tra le altre cose, riceve in ingresso un segnale rappresentativo della velocit? del veicolo ?VehicleSpeed?, per brevit? VS in figura 2.

Il presente metodo trova applicazione, specialmente in quelle trasmissioni in cui non ? possibile alterare la cilindrata del motore idraulico se non portandolo alla relativa massima cilindrata.

Il metodo oggetto della presente invenzione prevede di attivare automaticamente la modalit? Turtle, dalla modalit? Rabbit, per un predeterminato intervallo temporale, quando si verificano due condizioni simultaneamente:

- il pedale dell?acceleratore viene rilasciato e raggiunge una posizione al di sotto di una predeterminata soglia AC_TH1 e

- la velocit? del veicolo ? al di sotto di una predeterminata soglia VS1.

Preferibilmente, la soglia del pedale di acceleratore ? impostata a poche decine di unit? percentuali, per esempio tra il 5 ed il 15% dell?apertura massima dell?acceleratore. Preferibilmente, la soglia di velocit? ? selezionata nell?intervallo aperto 0.5 ? 8 km/h e pi? preferibilmente ? impostata ad 1 km/h.

Preferibilmente, l?intervallo temporale ? fissato in al pi? un 1 secondo.

Preferibilmente, la trasmissione ritorna automaticamente in Rabbit non appena si verifica almeno una delle seguenti condizioni operative:

- il veicolo si arresta,

- la leva dell?acceleratore eccede una seconda soglia AC_TH2 maggiore della prima soglia,

- al termine di detto predeterminato intervallo temporale.

E?evidente che il veicolo pu? arrestarsi prima che sia terminato il suddetto intervallo temporale. Allo stesso modo, il conducente pu? agire sulla leva dell?acceleratore prima che abbia termine il suddetto intervallo temporale. Pertanto, il controllo della trasmissione ? preferibilmente ricorsivo in modo che quando ? attiva la modalit? Rabbit, al verificarsi delle suddette condizioni, la trasmissione commuta dapprima in modalit? Turtle ed immediatamente dopo ritorna in modalit? Rabbit.

Tutto ci? risulta trasparente per il driver, il quale, per? beneficia di un accresciuto controllo del veicolo in occasione del rilascio del pedale di acceleratore.

Secondo una variante preferita dell?invenzione, quando la leva dell?acceleratore viene rilasciata e raggiunge una posizione al di sotto della suddetta predeterminata soglia AC_TH1 e la velocit? del veicolo eccede la suddetta prima soglia VS1, ma ? inferiore ad una seconda soglia maggiore della prima, allora vengono eseguite due o pi? commutazioni da Rabbit a Turtle seguendo uno schema che permette di imprimere una predeterminata decelerazione al veicolo. In altre parole viene ripetutamente attivata e disattivata la modalit? Turtle in modo da forzare il veicolo a rallentare. La durata di ciascun impulso e la frequenza degli impulsi di comando della cilindrata del motore idraulico pu? essere per esempio modulata in funzione della velocit? del veicolo.

Preferibilmente, in tali condizioni operative, la commutazione in Turtle ? eseguita per intervalli temporali sufficientemente brevi da evitare il danneggiamento del motore idraulico.

Ad esempio, se la dinamica del motore idraulico ? tale da impiegare 200 ms per portarsi alla massima cilindrata, allora la durata dell?impulso del segnale che forza il motore idraulico alla massima cilindrata pu? essere limitato ad una frazione strettamente minore di 1 di 200 ms, in modo da evitare il raggiungimento della massima cilindrata quando ci? pu? danneggiare il motore idraulico. In altre parole, mano a mano che la velocit? del veicolo aumenta, l?attivazione della modalit? Turtle ? sempre pi? impulsiva, potendo manipolare dunque non solo la durata dell?impulso ma anche la frequenza degli impulsi nel tempo. Evidentemente, la seconda soglia di velocit? ? scelta in modo tale da non comportare il danneggiamento del motore idraulico. Pertanto, se ad esempio si impone la prima soglia pari ad 1 km/h, allora la seconda soglia pu? essere impostata a 5 km/h.

Vantaggiosamente, pur non essendo possibile controllare la cilindrata del motore idraulico se non portandolo alla relativa cilindrata massima risulta possibile modulare l?effetto frenante e gli effetti della decelerazione del veicolo che si scaricano sulla trasmissione idraulica ed in particolare sullo stesso motore idraulico e sulla linea idraulica opposta a quella pressurizzata in relazione al senso di marcia del veicolo, quindi la linea di ritorno quando il veicolo ? frenato in marcia avanti e viceversa la linea di andata quando il veicolo ? frenato a marcia indietro.

La figura 2 mostra un diagramma di flusso esemplificativo del metodo oggetto della presente invenzione.

Il metodo inizia con l?acquisizione (implicita) dei segnali relativi al segnale generato alla leva di acceleratore AC e alla velocit? del veicolo VS.

Quando al primo blocco CK1 si rileva che le due condizioni AC < AC_TH1 && VS < VS1 sono verificate, allora si esegue il Passo 1 che causa l?attivazione della modalit? Turtle. A questo punto si innesca un contatore t+ e si verificano separatamente le condizioni CK2, CK3, CK4 corrispondenti rispettivamente

- al raggiungimento di un predeterminato intervallo temporale T cio? t > T,

- all?arresto del veicolo cio? VS circa 0 e

- al segnale di acceleratore AC > di AC_TH2.

Appena una qualunque di tali condizioni ? verificata, allora si esegue il Passo 2 che causa il ritorno nella modalit? Rabbit.

La presente invenzione pu? essere vantaggiosamente realizzata tramite un programma per computer che comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o pi? passi del metodo, quando questo programma ? eseguito su di un computer. Pertanto si intende che l?ambito di protezione si estende a detto programma per computer ed inoltre a mezzi leggibili da computer che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o pi? passi del metodo, quando detto programma ? eseguito su di un computer.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall?ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo, al contenuto delle rivendicazioni.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo ? in grado di realizzare l?oggetto dell?invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Metodo di controllo di una trasmissione idraulica di un veicolo agricolo o di una macchina movimento terra, in cui la trasmissione idraulica ? di tipo serie, in cui una ruota (W) veicolare ? connessa ad un motore idraulico (H) in cui una pompa idraulica (P) ? disposta per alimentare detto motore idraulico, il motore idraulico (H) essendo a cilindrata variabile in cui la cilindrata ?

- variabile e funzione di un carico applicato alla ruota veicolare (W) definendo una prima modalit? operativa oppure - fissa ad un relativo massimo valore di cilindrata a causa dell?attivazione di un segnale di comando (TURTLE/RUBBIT SWITCH), definendo una seconda modalit? operativa,

il metodo comprendendo un primo passo (Passo 1) di attivare automaticamente detto segnale di comando per un preordinato intervallo temporale (T) quando un segnale di acceleratore (AC) ? inferiore ad una predeterminata soglia (AC_TH1) e la velocit? del veicolo (VS) ? inferiore ad una prima soglia (VS1) di velocit?.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, ulteriormente comprendente un secondo passo (Passo 2) di disattivare automaticamente detto segnale di comando, quando si verifica almeno una delle seguenti condizioni:

- il veicolo si arresta,

- la leva dell?acceleratore eccede una seconda soglia (AC_TH2) maggiore della prima soglia (AC_TH1),

- al termine di detto preordinato intervallo temporale (T).

3. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui quando il pedale dell?acceleratore ? al di sotto della suddetta predeterminata soglia (AC_TH1) e la velocit? del veicolo eccede la suddetta prima soglia (VS1), ma ? inferiore ad una seconda soglia (VS2) maggiore della prima (VS1), allora vengono eseguite due o pi? alterne attivazioni di detto segnale di comando in modo da imprimere una predeterminata decelerazione al veicolo.

4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui dette due o pi? alterne attivazioni definiscono un treno di impulsi di attivazione del segnale di comando.

5. Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui l?intervallo temporale di attivazione del segnale di comando ha ampiezza inferiore alla dinamica del motore idraulico.

6. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 3 - 5, in cui una frequenza di attivazione del segnale di comando ed una ampiezza dell?intervallo di tempo di ciascuna attivazione ? funzione della velocit? del veicolo.

7. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima soglia di velocit? ? nell?intervallo 0.5 ? 8 km/h e/o in cui detta prima soglia del segnale di acceleratore (AC_TH) ? scelta nell?intervallo tra 5 e 15% del relativo valore massimo.

8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detta prima soglia di velocit? ? pari a 1 km/h e/o in cui detta prima soglia di velocit? ? pari a 1 km/h e detta seconda soglia di velocit? ? pari a 5 km/h.

9. Programma di computer che comprende mezzi di codifica di programma atti a realizzare tutti passi di una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 8, quando detto programma ? fatto girare su di un computer.

10. Mezzi leggibili da computer comprendenti un programma registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma atti a realizzare tutti passi di una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 8, quando detto programma ? fatto girare su di un computer.

11. Veicolo agricolo o macchina movimento terra comprendente una trasmissione idraulica di tipo serie, in cui una ruota (W) veicolare ? connessa ad un motore idraulico (H) in cui una pompa idraulica (P) ? disposta per alimentare detto motore idraulico, il motore idraulico (H) essendo a cilindrata variabile in cui la cilindrata ? - variabile e funzione di un carico applicato alla ruota veicolare (W) definendo una prima modalit? operativa oppure - fissa ad un relativo massimo valore di cilindrata a causa dell?attivazione di un segnale di comando (TURTLE/RUBBIT SWITCH), definendo una seconda modalit? operativa,

il metodo comprendendo un primo passo (Passo 1) di attivare automaticamente detto segnale di comando per un preordinato intervallo temporale (T) quando un segnale di acceleratore ? inferiore ad una predeterminata soglia (AC_TH1) e la velocit? del veicolo ? inferiore ad una prima soglia (VS1) di velocit?.