IT202300000951A1

IT202300000951A1 - IMPROVED CONTROL SYSTEM FOR PLOWING OPERATION AND RELATED PLOWING METHOD

Info

Publication number: IT202300000951A1
Application number: IT102023000000951A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Tagliazucchi; Michele Mantovani; Stefano Popolizio
Original assignee: Cnh Ind Italia Spa
Priority date: 2023-01-23
Filing date: 2023-01-23
Publication date: 2024-07-23

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

"SISTEMA DI CONTROLLO MIGLIORATO PER OPERAZIONE DI ARATURA E RELATIVO METODO DI ARATURA" "IMPROVED CONTROL SYSTEM FOR PLOWING OPERATION AND RELATED PLOWING METHOD"

CAMPO TECNICO TECHNICAL FIELD

La presente invenzione riguarda un sistema di controllo e un metodo di controllo per controllare l'operazione di aratura di un veicolo agricolo. The present invention relates to a control system and a control method for controlling the ploughing operation of an agricultural vehicle.

La presente invenzione trova la sua applicazione preferita, sebbene non esclusiva, nei trattori agricoli. Si far? riferimento a questa applicazione a titolo esemplificativo qui di seguito. The present invention finds its preferred, although not exclusive, application in agricultural tractors. Reference will be made to this application by way of example below.

BACKGROUND DELL'INVENZIONE BACKGROUND OF THE INVENTION

I trattori agricoli possono essere usati per l'operazione di aratura. L'operazione di aratura prevede l'uso di un aratro per penetrare nel terreno e frantumare il suolo alla profondit? richiesta dall'utilizzatore del veicolo in base alle esigenze agricole. Agricultural tractors can be used for plowing operations. Plowing operations involve the use of a plow to penetrate the ground and break up the soil to a depth required by the vehicle user based on agricultural needs.

L'utilizzatore del veicolo pu? richiedere un'operazione di aratura fornendo al contempo un controllo dello sforzo. The vehicle user can request a plowing operation while providing draft control.

Tuttavia, le condizioni del terreno possono variare a causa delle condizioni pi? morbide o pi? dure del suolo. Pertanto, ? necessario l'intervento dell'utilizzatore. However, ground conditions may vary due to softer or harder soil conditions. Therefore, user intervention is required.

Di conseguenza, l'operazione di aratura nel controllo dello sforzo pu? essere imprecisa e pu? portare ad un aumento del tempo per l'operazione di aratura con un conseguente aumento dei costi. As a result, the plowing operation in effort control may be inaccurate and may lead to an increase in the time for the plowing operation with a consequent increase in costs.

Inoltre, l'utilizzatore del veicolo deve scendere dal e salire sul trattore per rilevare l'operazione di aratura corretta il che aumenta il rischio di lesioni e, inoltre, riduce la comodit? dell'operazione. Furthermore, the vehicle user must get off and on the tractor to detect the correct ploughing operation which increases the risk of injury and, moreover, reduces the comfort of the operation.

Pertanto, si avverte l'esigenza di migliorare il sistema esistente per l'operazione di aratura per consentire un'operazione di aratura pi? precisa, rapida, economica. Therefore, there is a need to improve the existing system for ploughing operation to allow a more precise, rapid and economical ploughing operation.

Uno scopo della presente invenzione ? soddisfare le necessit? summenzionate in maniera economica e ottimizzata. An object of the present invention is to meet the above-mentioned needs in an economical and optimized manner.

RIEPILOGO DELL'INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

L'obiettivo summenzionato ? raggiunto da un veicolo e da un metodo di controllo di aratura come rivendicato nell'insieme di rivendicazioni allegate. The above-mentioned objective is achieved by a vehicle and a plowing control method as claimed in the appended set of claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ? descritta nel seguito una forma di realizzazione preferita, a titolo di esempio non limitativo, in riferimento ai disegni allegati, in cui: For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment is described below, by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

? la figura 1 ? una prima rappresentazione schematica di un trattore durante l'operazione di aratura in diverse fasi dell'operazione di aratura controllate del veicolo secondo l'invenzione; ? Figure 1 is a first schematic representation of a tractor during the ploughing operation in different phases of the ploughing operation controlled by the vehicle according to the invention;

? la figura 2 ? una seconda rappresentazione schematica di un trattore durante l'operazione di aratura in diverse fasi dell'operazione di aratura controllate del veicolo secondo l'invenzione; ? Figure 2 is a second schematic representation of a tractor during the ploughing operation in different phases of the ploughing operation controlled by the vehicle according to the invention;

? la figura 3 ? un diagramma di flusso schematico che descrive le fasi del metodo di controllo di aratura secondo l'invenzione. ? Figure 3 is a schematic flow diagram describing the steps of the ploughing control method according to the invention.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Le figure 1 e 2 descrivono entrambe un veicolo agricolo 1, ossia un trattore, dotato, com'? noto, di un corpo 2 mobile sul terreno tramite mezzi di trazione 3, quali ruote come mostrato nelle figure. Figures 1 and 2 both describe an agricultural vehicle 1, i.e. a tractor, equipped, as is known, with a body 2 which can move on the ground by means of traction means 3, such as wheels as shown in the figures.

Il veicolo 1 ? dotato di mezzi di propulsione, non mostrati, quali un motore a combustione interna o macchine elettriche, configurati per consentire il movimento del veicolo 1 e il suo funzionamento sul terreno. Vehicle 1 is equipped with means of propulsion, not shown, such as an internal combustion engine or electric machines, configured to enable vehicle 1 to move and operate on the ground.

Il veicolo 1 inoltre comprende mezzi di collegamento 6, come ad esempio un gruppo di attacco a tre punti che consente al veicolo 1 di portare un attrezzo 4 dotato di mezzi di impegno con il terreno 5, quale un aratro, configurato per affondare nella terra. Com'? noto, i mezzi di collegamento 6 possono essere sollevati o abbassati per controllare il sollevamento e l'abbassamento dell'attrezzo 4, ossia dei mezzi di impegno con il terreno 5. Vehicle 1 also includes connecting means 6, such as a three-point hitch group that allows vehicle 1 to carry an implement 4 equipped with ground engagement means 5, such as a plow, configured to sink into the earth. As is known, connecting means 6 can be raised or lowered to control the raising and lowering of implement 4, i.e. of the ground engagement means 5.

L'utilizzatore del veicolo pu? immettere una richiesta di controllo del valore di sforzo mediante i mezzi di selezione (non mostrati). Tali mezzi di selezione possono essere alloggiati nella cabina del veicolo, ad esempio possono essere un joystick e/o un'icona su un display e/o un pulsante. The vehicle user can enter a request for effort value control by means of selection means (not shown). Such selection means may be housed in the vehicle cabin, for example a joystick and/or an icon on a display and/or a button.

Il veicolo 1 ? inoltre dotato di mezzi sensori 7 configurati per rilevare la forza di sforzo dell'attrezzo 4 rispetto al corpo del veicolo 2. Esempi non limitativi di tali mezzi sensori 7 possono essere mezzi sensori di forza, celle di carico e qualsiasi mezzo sensore equivalente configurato per rilevare una forza. The vehicle 1 is further equipped with sensor means 7 configured to detect the force of the tool 4 relative to the body of the vehicle 2. Non-limiting examples of such sensor means 7 may be force sensor means, load cells and any equivalent sensor means configured to detect a force.

Il veicolo 1 comprende un'unit? di controllo elettronica (non mostrata) comprendente mezzi di elaborazione e collegata elettricamente ai mezzi sensori 7, ai mezzi di selezione e ai mezzi di propulsione. Secondo l'invenzione, l'unit? di controllo elettronica ? configurata per acquisire dati dai mezzi sensori 7, elaborare questi ultimi e controllare i mezzi di propulsione e i mezzi di collegamento 6 per mantenere il valore di sforzo selezionato. Vehicle 1 comprises an electronic control unit (not shown) comprising processing means and electrically connected to the sensing means 7, the selection means and the propulsion means. According to the invention, the electronic control unit is configured to acquire data from the sensing means 7, process the latter and control the propulsion means and the connection means 6 to maintain the selected effort value.

In particolare, l'unit? di controllo elettronica ? configurata per elaborare i dati dai mezzi sensori 7 per rilevare se il valore di sforzo in corrispondenza dell'attrezzo 4 corrisponde a quello selezionato e, in caso contrario, variare: In particular, the electronic control unit is configured to process data from the sensor means 7 to detect whether the effort value at the implement 4 corresponds to the one selected and, if not, to vary:

? la potenza fornita dall'unit? di propulsione, ad esempio aumentando o diminuendo la velocit? del motore a combustione interna e/o della macchina elettrica; e ? the power supplied by the propulsion unit, for example by increasing or decreasing the speed of the internal combustion engine and/or the electric machine; and

? variare la posizione dell'attrezzo 4, ad esempio aumentata o diminuita, rispetto al corpo del veicolo ? vary the position of the tool 4, for example increased or decreased, in relation to the body of the vehicle

per soddisfare il valore di sforzo richiesto dell'attrezzo 4. to meet the required effort value of the tool 4.

In particolare, la velocit? del motore a combustione interna e/o della macchina elettrica possono essere variate di un valore di variazione, memorizzato nel valore di controllo elettronico, fino a un valore massimo di aumento di velocit?. Tale valore massimo pu? essere regolato dal conducente grazie a mezzi di selezione dedicati. In particular, the speed of the internal combustion engine and/or the electric machine can be varied by a variation value, stored in the electronic control value, up to a maximum speed increase value. This maximum value can be adjusted by the driver thanks to dedicated selection means.

Analogamente, la posizione dell'attrezzo pu? essere variata di un valore di variazione, memorizzato nel valore di controllo elettronico, fino a un valore massimo della variazione di posizione. Tale valore massimo pu? essere, ad esempio, del 10% della posizione di aratura impostata originale. Similarly, the implement position can be varied by a variation value, stored in the electronic control value, up to a maximum value of the position variation. This maximum value can be, for example, 10% of the original set ploughing position.

L'unit? di controllo elettronica quindi pu? controllare la potenza dell'unit? di propulsione e la posizione dell'attrezzo 4 in un ciclo chiuso rispetto ai dati recuperati dei mezzi sensori 7 finch? non viene raggiunta la profondit? di aratura richiesta, che ? stata richiesta dall'utilizzatore come discusso di seguito. The electronic control unit can then control the power of the propulsion unit and the position of the implement 4 in a closed loop with respect to the data retrieved from the sensor means 7 until the required ploughing depth is reached, which has been requested by the user as discussed below.

Il ciclo di controllo chiuso summenzionato pu? essere eseguito continuamente o ad un intervallo di tempo preimpostato, ??. In particolare, se l'intervallo di tempo ?? pu? essere imposto dal conducente mediante appositi, ulteriori, mezzi di selezione o tramite gli stessi mezzi di selezione configurati per selezionare il valore di sforzo. The above-mentioned closed control loop may be performed continuously or at a preset time interval, ??. In particular, if the time interval ?? can be imposed by the driver by means of appropriate, additional, selection means or by means of the same selection means configured to select the effort value.

Inoltre, l'unit? di controllo elettronica ? collegata elettricamente ai mezzi di collegamento, ad esempio ai mezzi idraulici costituiti da questi ultimi, ai fini di controllare l'abbassamento o il sollevamento dell'attrezzo, come affermato precedentemente. Furthermore, the electronic control unit is electrically connected to the connecting means, for example to the hydraulic means constituted by the latter, in order to control the lowering or lifting of the implement, as stated above.

Il funzionamento della forma di realizzazione dell'invenzione come descritto sopra ? il seguente. The operation of the embodiment of the invention as described above is as follows.

Nella condizione di funzionamento delle figure 1 e 2, prima dell'istante t, il trattore sta eseguendo un'operazione di aratura e il conducente ha richiesto una funzionalit? di controllo dello sforzo. In the operating condition of figures 1 and 2, before the instant t, the tractor is performing a ploughing operation and the driver has requested a draft control function.

In corrispondenza dell'istante t, il suolo cambia caratteristiche e nella figura 1 ? pi? duro rispetto a quello precedentemente arato dal veicolo 1, mentre nella figura 2 ? pi? morbido rispetto a quello precedentemente arato dal veicolo 1. At time t, the soil changes characteristics and in figure 1 it is harder than the soil previously ploughed by vehicle 1, while in figure 2 it is softer than the soil previously ploughed by vehicle 1.

I mezzi sensori 7 rilevano continuamente la forza di sforzo F e se non ? uguale a F_impostata, come pu? avvenire in corrispondenza dell'istante t, essi controllano di conseguenza la potenza fornita dell'unit? di propulsione e la posizione dell'attrezzo 4. The sensor means 7 continuously detect the effort force F and if it is not equal to the set F_, as can happen at the instant t, they consequently control the power supplied by the propulsion unit and the position of the tool 4.

Facendo riferimento alla figura 1, la forza di sforzo diminuirebbe per via dell'indurimento del suolo, pertanto l'attrezzo ? abbassato e la velocit? del veicolo ? aumentata. Referring to figure 1, the force of effort would decrease due to the hardening of the soil, therefore the implement is lowered and the speed of the vehicle is increased.

Facendo riferimento alla figura 2, la forza di sforzo aumenterebbe per via dell'ammorbidimento del suolo, pertanto l'attrezzo ? sollevato e la velocit? del veicolo ? diminuita. Referring to figure 2, the force of effort would increase due to the softening of the soil, therefore the implement is raised and the speed of the vehicle is decreased.

Se il conducente impone un intervallo di tempo o come opzione, la posizione fornita dell'attrezzo e la potenza dell'unit? di produzione sono mantenute per tale intervallo di tempo preimpostato prima di un nuovo rilevamento della forza di sforzo e di una possibile ulteriore variazione della posizione dell'attrezzo e della potenza dell'unit? di propulsione. If the driver imposes a time interval or as an option, the supplied implement position and the power of the propulsion unit are maintained for this preset time interval before a new detection of the draft force and a possible further change of the implement position and the power of the propulsion unit.

Se la forza di sforzo ? soddisfatta, quindi l'aratura di controllo di sforzo continua con la posizione e la potenza dell'unit? di propulsione impostate prima della loro variazione. If the effort force is satisfied, then the effort control ploughing continues with the position and power of the propulsion unit set before their change.

Alla luce di quanto precede, la presente invenzione riguarda inoltre un metodo di controllo di aratura per controllare l'operazione di aratura in un veicolo come descritto sopra e comprendente le seguenti fasi: In light of the foregoing, the present invention further relates to a plowing control method for controlling the plowing operation in a vehicle as described above and comprising the following steps:

i.ricevere una richiesta di iniziare l'operazione di aratura di controllo di sforzo; i.receive a request to start the effort control ploughing operation;

ii.iniziare l'operazione di aratura di controllo di sforzo; ii.start the effort control ploughing operation;

iii.acquisire dati dai mezzi sensori 7; iii.acquire data from sensor means 7;

iv.elaborare il valore di forza di sforzo, se la forza di sforzo corrisponde alla forza di sforzo richiesta F_impostata, quindi procedere alla fase ix, in caso contrario, procedere alla fase v; iv.work out the effort force value, if the effort force matches the required effort force F_set, then proceed to step ix, if not, proceed to step v;

v.variare la potenza dell'unit? di propulsione e la posizione dell'attrezzo 4; v. vary the power of the propulsion unit and the position of the implement 4;

vi.acquisire dati dai mezzi sensori 7; vi.acquire data from sensor devices 7;

vii.elaborare il valore di forza di sforzo, se la forza di sforzo corrisponde alla forza di sforzo richiesta F_impostata, quindi procedere alla fase ix, in caso contrario, procedere alla fase v; vii.work out the effort force value, if the effort force matches the required effort force F_set, then proceed to step ix, if not, proceed to step v;

vili.controllare l'unit? di propulsione e i mezzi di collegamento 4 per ritornare alla configurazione operativa precedente la fase v; vili.control the propulsion unit and the connecting means 4 to return to the operating configuration prior to phase v;

ix.valutare se la richiesta di aratura di controllo di sforzo ? ancora presente; ix.assess whether the request for effort control ploughing is still present;

x.se la richiesta di aratura di controllo di sforzo ? presente, continuare la funzionalit? di controllo di sforzo, altrimenti la funzionalit? di controllo di sforzo. x.if the effort control plowing request is present, continue the effort control functionality, otherwise the effort control functionality.

La richiesta di aratura di controllo di sforzo, come detto, pu? essere fornita mediante mezzi di ingresso quali un joystick, un pulsante o un'icona o un display e l'unit? di controllo elettronica associa tale richiesta alla forza di controllo di sforzo preimpostata F_impostata. The draft control ploughing request, as mentioned, can be provided by input means such as a joystick, a button or an icon or a display and the electronic control unit associates this request with the preset draft control force F_set.

La variazione della potenza dell'unit? di propulsione pu? comprendere l'aumento o la diminuzione della velocit? del motore a combustione interna e/o di almeno una macchina elettrica, se la forza di sforzo rilevata dai mezzi sensori 7 rispettivamente diminuisce o aumenta. The variation of the power of the propulsion unit may include the increase or decrease of the speed of the internal combustion engine and/or of at least one electric machine, if the effort force detected by the sensor means 7 decreases or increases respectively.

In particolare, tale variazione della velocit? non pu? superare una soglia preimpostata, tale soglia preimpostata pu? essere regolata dal conducente. In particular, this speed variation cannot exceed a preset threshold, this preset threshold can be adjusted by the driver.

La variazione della posizione dell'attrezzo pu? comprendere il sollevamento o l'abbassamento dell'attrezzo se la forza di sforzo rilevata dai mezzi sensori 7 rispettivamente aumenta o diminuisce. In particolare, tale variazione della posizione non pu? superare una soglia preimpostata, quale il 10% della posizione originale, tale soglia preimpostata pu? essere regolata dal conducente. The change in the position of the implement may include the lifting or lowering of the implement if the effort force detected by the sensor means 7 increases or decreases respectively. In particular, such change in position may not exceed a preset threshold, such as 10% of the original position, such preset threshold may be adjusted by the driver.

In particolare, la fase vi pu? essere eseguita dopo un intervallo di tempo preimpostato ?t . L'intervallo di tempo preimpostato At pu? essere regolato dal conducente tramite mezzi di selezione appropriati, come discusso. Durante tale intervallo di tempo ?t la posizione dell'attrezzo e la potenza dell'unit? di propulsione forniti nella fase v sono mantenute. In particular, phase vi can be performed after a preset time interval ?t. The preset time interval At can be adjusted by the driver by appropriate selection means, as discussed. During this time interval ?t the position of the implement and the power of the propulsion unit provided in phase v are maintained.

Alla luce di quanto precede, sono evidenti i vantaggi del veicolo e del metodo di controllo di aratura secondo l'invenzione. In light of the above, the advantages of the vehicle and the ploughing control method according to the invention are evident.

Il sistema e il metodo di controllo proposti consentono di mantenere il valore di sforzo preimpostato in corrispondenza dell'attrezzo 4 senza la necessit? che il conducente controlli manualmente l'attrezzo 4 e la velocit? del veicolo. The proposed control system and method allow the preset effort value to be maintained at implement 4 without the need for the driver to manually control implement 4 and the vehicle speed.

Infatti, il controllo tramite mezzi sensori consente di evitare un ulteriore controllo manuale da parte del conducente o la necessit? di ripetere l'operazione di aratura. In fact, sensor control allows avoiding further manual control by the driver or the need to repeat the ploughing operation.

Pertanto, i rischi e lo spreco di tempo correlati sono ridotti con conseguenti vantaggi e risparmio sui costi. Therefore, the related risks and time wastage are reduced resulting in benefits and cost savings.

? chiaro che possono essere apportate modifiche al veicolo e al metodo di controllo di aratura descritti che non si estendono oltre l'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni . It is clear that modifications may be made to the vehicle and the plowing control method described which do not extend beyond the scope of protection defined by the claims.

Ad esempio, i mezzi sensori, come detto, possono essere di un qualsiasi tipo configurato per consentire l'elaborazione di dati acquisiti per rilevare la forza di sforzo. For example, the sensor means, as mentioned, can be of any type configured to allow the processing of acquired data to detect the effort force.

La forma e la tipologia dell'attrezzo 4 e dei mezzi di impegno con il terreno 5 possono essere di qualsiasi tipo purch? abbiano una funzionalit? di aratura. The shape and type of the tool 4 and the means of engagement with the soil 5 can be of any type as long as they have a ploughing function.

Claims

1. Vehicle (1) comprising a body (2) movable on the ground by means of traction (3) and comprising attachment means (6) for carrying a tool (4), said tool (4) comprising means for engaging with the ground (5) configured to sink into the ground, said vehicle (1) comprising a propulsion unit configured to provide power to enable the movement of said vehicle (1) on the ground and sensor means (7) configured to detect a force of effort (F) acting between said tool (4) and said body (2),

said vehicle (1) comprising selection means configured to allow the driver of the vehicle (1) to request an effort control ploughing functionality and a selected effort force (F_set) and an electronic control unit electrically connected to said propulsion unit, said connection means (6), said sensing means (7) and said selection means and comprising processing means configured to receive data from said selection means and said sensing means (7) and to control the power supplied by said propulsion unit and the position of said implement (4) relative to said body (2) to provide said effort force (F_set).

2. Vehicle according to claim 1, wherein said control of said propulsion unit and said tool position is based on force data retrieved from said sensing means (7).

3. Vehicle according to claim 1 or 2, wherein said control of said propulsion unit and said tool position is a closed control loop based on force data retrieved from said sensing means (7).

4. Vehicle according to any of the preceding claims, wherein said propulsion unit is an internal combustion engine and/or at least one electric machine, said power variation being an increase or decrease in the speed of said internal combustion engine and/or at least one electric machine.

5. Vehicle according to any of the preceding claims, wherein said change in the position of the tool is a lifting or lowering of said tool (4) by means of said connecting means (6).

6. A vehicle according to any of the preceding claims, wherein said selection means comprise a joystick and/or a button and/or an icon on a vehicle display.

7. Vehicle according to any of the preceding claims, wherein said variation of the power of the propulsion unit cannot exceed a maximum threshold.

8. Vehicle according to claim 7, wherein the maximum threshold can be adjusted by the driver.

9. Vehicle according to any of the preceding claims, wherein said variation of the position of the tool cannot exceed a pre-set maximum position.

10. Vehicle according to claim 9, wherein the preset maximum position can be adjusted.

11. A plowing control method for controlling an effort control plowing operation in a vehicle as claimed in any preceding claim and comprising the following steps:

i. receive a request to start the effort control ploughing operation;

ii. start the effort control ploughing operation;

iii. acquire data from the sensor means (7);

iv. process the effort force value, if the effort force matches the required effort force (F_set), proceed to step ix, otherwise, proceed to step v;

v. vary the power of the propulsion unit and the position of the implement (4);

vi. acquire data from sensor devices (7);

vii. process the effort force value, if the effort force matches the required effort force (F_set), proceed to step ix, otherwise, proceed to step v;

vili.control the propulsion unit and the connecting means (4) to return to the operating configuration prior to phase v;

ix. assess whether the request for effort control ploughing is still present;

x. if the effort control plowing request is present, continue the effort control functionality, otherwise the effort control functionality.

12. A plough control method according to claim 11, wherein the ploughing effort control request is provided by selection means.

13. A ploughing control method according to claim 11 or 12, wherein the variation of the power of the propulsion unit provides for an increase or a decrease in the speed of the internal combustion engine and/or of at least one electric machine if the effort force detected by the sensor means (7) decreases or increases respectively.

14. A ploughing control method according to claim 13, wherein the speed variation cannot exceed a maximum.

15. A plowing control method according to claim 14, wherein said maximum threshold can be adjusted by the driver.

16. A ploughing control method according to any of claims 11 to 15, wherein the variation of the position of the implement comprises raising or lowering the implement (4) if the effort force detected by the sensing means (7) increases or decreases respectively.

17. Ploughing control method, wherein said position variation cannot exceed a pre-set threshold.

18. A ploughing control method according to any of claims 11 to 17, wherein the step vi can be performed after a preset time ?t.

19. A ploughing control method according to claim 18, wherein the preset time At can be adjusted by the driver.