IT202100021179A1 - Metodo ed apparato per rilevare un angolo fra l’asse longitudinale di un rimorchio e l’asse longitudinale di una motrice - Google Patents
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Description
"Metodo ed apparato per rilevare un angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice"
DESCRIZIONE
La presente invenzione ? relativa ad un metodo ed un apparato per rilevare un angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice. Sistemi di questo tipo, sono generalmente utilizzati nei veicoli aventi una motrice e almeno un rimorchio provvisto di almeno una coppia di ruote sterzanti. A puro titolo di esempio, il metodo e l?apparato secondo la presente invenzione possono essere utilizzati per regolare l?angolo di sterzo delle ruote dei rimorchi di macchine agricole.
Nello stato della tecnica ? nota la necessit? di rilevare l?angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice, in particolare nei casi in cui il rimorchio ? provvisto di ruote sterzanti. La corretta sterzatura delle ruote del rimorchio, infatti, risulta essere fondamentale per una migliore efficienza di sterzatura, per una riduzione delle forze necessarie alla sterzatura e per una riduzione di forze scambiate tra pneumatico e strada con conseguente minore usura delle componenti, soprattutto in considerazione del fatto che questo tipo di rimorchi viene solitamente utilizzato per trasportare carichi molto pesanti.
Per effettuare tale misurazione, nello stato della tecnica sono noti diversi metodi, che possono richiedere o meno un collegamento fisico supplementare fra il rimorchio e la motrice. In particolare, alcuni sistemi rilevano il movimento reciproco fra la motrice e il rimorchio attraverso una o pi? aste di collegamento. Sistemi pi? moderni sono di tipo wireless, e utilizzano sensori a ultrasuoni oppure a infrarossi. I sensori ad ultrasuoni rilevano una variazione di distanza calcolando il tempo necessario al transito del segnale dalla sorgente al ricevitore, mentre i sistemi a infrarossi si basano sul rilevamento della distanza attraverso la rilevazione dell?intensit? luminosa della sorgente rilevata dal ricevitore. Maggiore ? l?intensit?, minore ? la distanza. Entrambi questi metodi non consentono una misurazione diretta dell?angolo, e richiedono quindi l?installazione di pi? sensori in grado di rilevare distanze fra rispettive coppie di emettitori e ricevitori. Avendo almeno due distanze, ? possibile risalire all?angolo attraverso calcoli trigonometrici.
Svantaggiosamente, i sistemi attualmente in uso che prevedono un accoppiamento meccanico tra le parti, ad esempio l?impiego di un sensore resistivo o magnetostrittivo, soffrono dei seguenti problemi. Innanzitutto ? necessario adattare e/o modificare meccanicamente la motrice per il collegamento del leveraggio del sensore. Si ha inoltre un dispendio di tempo dell?operatore ad ogni aggancio/sgancio del rimorchio per la messa in servizio del sensore. Infine vi ? un problema legato all?affidabilit? del leveraggio, della meccanica e della robustezza del sensore.
I sistemi attualmente in uso che prevedono una misura non a contatto, ad esempio ultrasuoni, infrarossi, GPS, wireless, presentano problemi legati all?affidabilit? della tecnologia stessa nell?ambiente di esercizio. In particolare, in sistemi ottici come quelli ad infrarossi ci sono problemi di interferenza dovuti all?esposizione della luce diretta del sole. In sistemi ad ultrasuoni, vi sono problemi di interferenze, problemi correlati alla sporcizia e accumuli di polvere sul sensore. In sistemi wireless a misura della potenza del segnale (RSSI) ci sono problemi di interferenze e di scarsa precisione della misura cos? come nei sistemi GPS.
RIASSUNTO DELL?INVENZIONE
In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un metodo ed un apparato per rilevare un angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice che superino gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.
In particolare, ? scopo della presente invenzione mettere a disposizione un metodo ed un apparato per rilevare un angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice in grado di garantire maggiori affidabilit? e precisione.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo ed un apparato per rilevare un angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.
In particolare, un metodo per rilevare l?angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice secondo la presente invenzione comprende la fase di collocare un emettitore di segnale in una posizione predeterminata su un?unit? di un veicolo scelta fra una motrice e un rimorchio.
Almeno un ricevitore di segnale viene collocato in una posizione predeterminata su un?altra unit? di un veicolo scelta fra la motrice e il rimorchio. Il ricevitore e l?emettitore sono posizionati su due unit? differenti.
Si emette un segnale dall?emettitore. Il segnale viene ricevuto tramite il ricevitore. Si misura quindi un primo angolo fra l?asse longitudinale del rimorchio e l?asse longitudinale della motrice. In particolare, la fase di misurazione del primo angolo ? eseguita almeno in parte dal ricevitore tramite interferometria.
Un apparato per la rilevazione dell?angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice comprende un emettitore collegabile in una posizione predeterminata ad un?unit? di un veicolo scelta fra una motrice e un rimorchio.
L?apparato comprende almeno un ricevitore collegabile in una posizione predeterminata su un?altra unit? di un veicolo scelta fra la motrice e il rimorchio. L?apparato si caratterizza per il fatto di comprendere almeno una coppia di antenne collegabili al ricevitore o integrate nel ricevitore. Il ricevitore ? configurato per rilevare una figura di interferenza fra le antenne.
Tale dispositivo risolve il problema tecnico in quanto l?interferometria consente una misurazione diretta dell?angolo, che risulta pi? immediata e richiede meno sensori a parit? di livello di precisione. Inoltre, l?utilizzo di sistemi a radiofrequenza riduce notevolmente la sensibilit? dei sensori ai fattori ambientali quali luce solare e polvere.
ELENCO DELLE FIGURE
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un metodo e un apparato per rilevare un angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice, come illustrato negli uniti disegni in cui:
- la Figura 1 ? una vista schematica dall?alto di un apparato per rilevare un angolo fra l?asse longitudinale di un rimorchio e l?asse longitudinale di una motrice secondo la presente invenzione; e
- la Figura 2 ? uno schema di funzionamento dell?apparato di Figura 1.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Con riferimento alle figure allegate, ? di seguito descritto un apparato per la rilevazione dell?angolo fra l?asse longitudinale ?R? di un rimorchio 100 e l?asse longitudinale ?M? di una motrice 101. Nel contesto della presente descrizione, per ?unit?? del veicolo si intendono sia il rimorchio 100 che la motrice 101.
In particolare, la motrice 101 e il rimorchio 100 sono schematizzati in figura 1. Come riportato in questa figura, il rimorchio 100 ? provvisto almeno di una coppia di ruote sterzanti 102.
In accordo con la presente invenzione, l?apparato comprende un emettitore 1, il quale pu? essere collegato in una posizione predeterminata ad un?unit? 100, 101 del veicolo scelta fra la motrice 101 e il rimorchio 100. Preferibilmente, l?emettitore 1 viene posizionato sul rimorchio 100, viene possibilmente installato nella parte anteriore direttamente affacciata alla parte posteriore della motrice.
Almeno un ricevitore 2 ? collegabile in una posizione predeterminata su un?altra unit? 100, 101 del veicolo. Preferibilmente, il ricevitore 2 viene posizionato sulla motrice 101 e viene possibilmente installato nella parte posteriore direttamente affacciata alla parte anteriore del rimorchio.
Si noti che, in una forma realizzativa alternativa, le posizioni dell?emettitore 1 e del ricevitore 2 possono essere scambiate. In ogni caso, il ricevitore 2 e l?emettitore 1 sono posizionati su due unit? 100, 101 differenti del veicolo.
Con ulteriore dettaglio, il trasmettitore e/o il ricevitore sono collegabili in comunicazione di segnale alla centralina di sterzatura del rimorchio 100 e/o alla centralina di controllo della motrice 101. Si noti che la centralina di sterzatura del rimorchio 100 pu? opzionalmente essere integrata in una centralina di controllo del rimorchio 100. Una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva prevede almeno un collegamento che segue lo standard ISOBUS (ISO 11783).
Strutturalmente, sia il ricevitore 2 che l?emettitore 1 sono realizzati con componenti elettronici di tipo noto (non illustrati), ad esempio microcontrollori, resistenze, condensatori. Tali componenti sono racchiusi in involucri (non illustrati) che possono essere realizzati in acciaio inox, in resina o con altri materiali adatti allo scopo.
Con particolare riferimento alla figura 1, l?apparato secondo l?invenzione comprende almeno una coppia di antenne 3, le quali sono collegate al ricevitore 2. Nel contesto della presente domanda di brevetto, le antenne 3 si considerano collegate al ricevitore 2 anche quando sono realizzate come parte del ricevitore 2 stesso, ad esempio nel caso in cui siano realizzate sulla medesima scheda elettronica.
Opzionalmente, l?apparato pu? comprendere pi? di un ricevitore 2, ciascuno collegato ad almeno un?antenna 3. Maggiori dettagli sul funzionamento dell?apparato verranno forniti in una parte successiva della presente descrizione.
Inoltre, ? parte della presente invenzione un metodo per rilevare l?angolo fra l?asse longitudinale ?R? del citato rimorchio 100 e l?asse longitudinale ?M? della motrice 101.
Inizialmente, vengono collocati sia l?emettitore 1 che il ricevitore 2 sul veicolo. Vengono quindi posizionate le antenne 3, in particolare sulla stessa unit? 101, 102 del veicolo su cui ? posizionato il ricevitore 2. Nel caso in cui le antenne 3 siano parte integrante del ricevitore 2, il loro posizionamento avviene contestualmente all?installazione del ricevitore 2.
Quando il veicolo ? in funzione, in particolare durante la sterzata, viene emesso un segnale ?S? dall?emettitore 1. Preferibilmente, l?emissione del segnale ?S? ? continua. In forme realizzative alternative, l?emissione del segnale ?S? pu? essere discontinua e/o pulsata. Tale segnale ?S? ? preferibilmente un segnale radio, ancor pi? preferibilmente avente frequenza compresa fra 100 KHz e 100 GHz.
Il ricevitore 2 intercetta il segnale ?S?. Individuando la direzione di provenienza del segnale ?S?, e successivamente ad un?operazione di taratura, il ricevitore 2 ? in grado di misurare direttamente un primo angolo ?A? fra l?asse longitudinale ?R? del rimorchio 100 e l?asse longitudinale ?M? della motrice 101. In particolare, la misurazione del primo angolo ?A? viene eseguita tramite interferometria. Pi? in dettaglio, la misurazione del primo angolo ?A? ? eseguita misurando un angolo di fase tra le antenne 3 collegate al ricevitore 2. Nel caso in cui l?apparato comprenda pi? di due antenne 3, ? possibile ripetere la misurazione per ogni coppia di antenne e successivamente combinare i risultati per ridurre l?incertezza sul valore dell?angolo ?A?.
Per quanto riguarda il principio generale di funzionamento, un sistema interferometrico comprende almeno due nodi, che possono essere un trasmettitore e un ricevitore, o entrambi ricetrasmettitori.
Il trasmettitore emette un?onda elettromagnetica composta da una o pi? sinusoidi. A titolo di esempio, il trasmettitore pu? essere implementato con un oscillatore locale (LO) per modulare un segnale in banda base alla frequenza desiderata. Tale modulazione pu? essere effettuata, ad esempio, utilizzando una modulazione in quadratura. Il segnale emesso da una o pi? antenne ? pari a
dove ? la frequenza di emissione in Hz.
Il ricevitore comprende due o pi? antenne che possono essere usate contemporaneamente o in multiplexing temporale. Il segnale ricevuto dalle antenne del ricevitore ? pari a
Dove ?? ? il ritardo di propagazione, in radianti, tra il trasmettitore e l?antenna di riferimento del ricevitore, e ? ? lo sfasamento, in radianti, tra il segnale ricevuto dall?antenna di riferimento e le altre antenne. Con riferimento alla figura 2, ? calcolato come
Dove ? ? la lunghezza d?onda, pari a ? la velocit? di propagazione
della luce nel vuoto, d ? la distanza tra l?antenna di riferimento e la seconda antenna e
? l?angolo tra il trasmettitore e il ricevitore. La stima di ? da 0? a 180? tramite la
misura di ? ? possibile solo se
Il ricevitore pu? usare una demodulazione classica o una demodulazione in quadratura per la stima dell?angolo In quest?ultimo caso la frequenza dell?oscillatore locale ? verr? scelta di modo che sia un segnale di facile acquisizione con un convertitore analogico-digitale. La frequenza deve essere strettamente maggiore di zero in caso di demodulazione classica, mentre pu? essere teoricamente pari a zero in caso di demodulazione in quadratura. La frequenza
? dovr? tener conto delle deviazioni in frequenza del LO del trasmettitore rispetto al
ricevitore. Usando come riferimento di frequenza un oscillatore al quarzo, tale differenza pu? eccedere una parte per milione.
La demodulazione in quadratura, dopo il filtro passa-basso, produce due segnali,
Dove ? pari a zero per definizione se si osserva il segnale proveniente dall?antenna di riferimento.
Il ricevitore calcola la fase del segnale ricevuto usando la seguente formula
La stima di ? pu? essere fatta andando ad analizzare il segnale proveniente dalle antenne contemporaneamente, o in multiplexing temporale utilizzando un commutatore RF allo stato solido, come schematizzato in figura 2.
Nel caso in cui il ricevitore usi una demodulazione eterodina del segnale ricevuto, la stima della fase pu? essere effettuata tramite tecniche nel dominio del tempo (ad esempio cross-correlazione o zero-crossing) o nel dominio della frequenza (ad esempio FFT).
Il valore di ? ? ricavato tramite la seguente formula
Il segnale trasmesso dal trasmettitore pu? essere composto da pi? sinusoidi attorno alla frequenza In tale caso, il ricevitore pu? stimare ? da pi? sinusoidi e, tramite un opportuno algoritmo, effettuare una stima di pi? robusta verso interferenze, basso rapporto segnale-rumore o riflessioni. Lo stesso sistema pu? essere usato trasmettendo una o pi? sinusoidi modulate in frequenza (ad es. chirp) al posto di sinusoidi a frequenza costante nel tempo.
In accordo con la presente invenzione, ? inoltre possibile implementare un metodo per regolare l?angolo di sterzata ?T? di una ruota 102 di un rimorchio 100 di un veicolo. In particolare, dopo aver rilevato il primo angolo ?A? come sopra indicato, ? possibile calcolare l?angolo di sterzata ?T? in funzione del primo angolo ?A? e della posizione relativa della ruota 102 sul rimorchio 100.
Claims (10)
1. Metodo per rilevare l?angolo fra l?asse longitudinale (R) di un rimorchio (100) e l?asse longitudinale (M) di una motrice (101), detto metodo comprendendo le fasi di:
- collocare un emettitore (1) di segnale (S) in una posizione predeterminata su un?unit? (100, 101) di un veicolo scelta fra una motrice (101) e un rimorchio (100);
- collocare almeno un ricevitore (2) di segnale (S) in una posizione predeterminata su un?altra unit? (100, 101) di un veicolo scelta fra la motrice (101) e il rimorchio (100), il ricevitore (1) e l?emettitore (2) essendo posizionati su due unit? (100, 101) differenti;
- emettere un segnale (S) da detto emettitore (1);
- ricevere detto segnale (S) tramite detto ricevitore (2);
- misurare un primo angolo (A) fra l?asse longitudinale (R) del rimorchio (100) e l?asse longitudinale (M) della motrice (101);
caratterizzato dal fatto che la fase di misurazione del primo angolo (A) ? eseguita almeno in parte dal ricevitore (2) tramite interferometria.
2. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la fase di misurazione del primo angolo (A) ? eseguita misurando un angolo di fase fra almeno una coppia di antenne (3) collegate a detto ricevitore (2), ciascuna antenna (3) essendo fissata alla stessa unit? (100, 101) del veicolo di detto ricevitore (2).
3. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere l?ulteriore fase di posizionare dette antenne (3) sulla stessa unit? (100, 101) del veicolo del ricevitore (2) ad una distanza reciproca predeterminata.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto segnale (S) ? un segnale radio, preferibilmente avente frequenza compresa fra 100 KHz e 100 GHz.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l?emettitore (1) ? collocato sul rimorchio (100) e il ricevitore (2) ? collocato sulla motrice (101).
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 4, caratterizzato dal fatto che l?emettitore (1) ? collocato sulla motrice (101) e il ricevitore (2) ? collocato sul rimorchio (100).
7. Metodo per regolare l?angolo di sterzata (T) di una ruota (102) di un rimorchio (100), comprendente le fasi di:
- rilevare un primo angolo (A) fra l?asse longitudinale (R) di un rimorchio (100) e l?asse longitudinale (M) di una motrice (101) tramite il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti;
- calcolare l?angolo di sterzata (T) in funzione del primo angolo (A) e della posizione relativa della ruota (102) sul rimorchio (100).
8. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di taratura successiva alle fasi di collocazione del ricevitore (2) e dell?emettitore (1) sul veicolo.
9. Apparato per la rilevazione dell?angolo fra l?asse longitudinale (R) di un rimorchio (100) e l?asse longitudinale (M) di una motrice (101), comprendente:
- un emettitore (1) collegabile in una posizione predeterminata ad un?unit? (100, 101) di un veicolo scelta fra una motrice (101) e un rimorchio (100);
- almeno un ricevitore (2) collegabile in una posizione predeterminata su un?altra unit? (100, 101) di un veicolo scelta fra la motrice (101) e il rimorchio (100);
caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una coppia di antenne (3) collegabili a detto ricevitore (2), detto ricevitore (2) essendo configurato per rilevare una figura di interferenza fra dette antenne (3).
10. Apparato secondo la rivendicazione precedente, in cui il ricevitore (2) ? collegabile in comunicazione di segnale alla centralina di sterzatura del rimorchio.
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