IT202300017706A1

IT202300017706A1 - ACTUATORS DRIVE SYSTEM IN SAILING BOATS

Info

Publication number: IT202300017706A1
Application number: IT102023000017706A
Authority: IT
Inventors: Andrea Aloisi; Gianluca Fenati; Matteo Lanzavecchia; Francesco Pretagostini; Marco Guglielmo Ribigini
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2023-08-29
Filing date: 2023-08-29
Publication date: 2025-03-01
Also published as: EP4516662A1; WO2025046396A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

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

"SISTEMA DI AZIONAMENTO DI ATTUATORI IN IMBARCAZIONI A VELA" "ACTUATORS DRIVE SYSTEM IN SAILING VESSELS"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNICAL SECTOR

L' invenzione riguarda un sistema di azionamento di attuatori, in particolare winch e/o attuatori idraulici, in imbarcazioni a vela, in particolare in imbarcazioni a vela da regata, o in generale da competizione. Come sar? descritto in seguito, tale sistema pu? inoltre essere associato a funzioni di recupero di energia. The invention relates to a system for actuating actuators, particularly winches and/or hydraulic actuators, in sailing boats, particularly racing boats, or in general for competition. As will be described below, this system can also be combined with energy recovery functions.

ARTE ANTERIORE EARLY ART

In modo noto, nelle imbarcazioni a vela vengono comunemente chiamati "winch" i verricelli utilizzati per la manovra delle vele (ad esempio, per issare, lascare, ammainare o eseguire la regolazione, cosiddetto "trimmaggio", delle vele). La funzione dei winch ? quella di agevolare la regolazione di una qualsiasi cima (scotte, drizze, amantigli, ecc.) che offra una certa resistenza, agendo da riduttore di potenza meccanico e moltiplicando la forza esercitata dagli operatori di equipaggio. On sailing boats, the term "winches" is commonly used to operate the sails (for example, to hoist, ease, lower, or trim the sails). The function of winches is to facilitate the adjustment of any line (sheets, halyards, topping lifts, etc.) that offers a certain resistance, acting as a mechanical power reducer and multiplying the force exerted by the crew.

? noto inoltre l'utilizzo, specialmente in imbarcazioni di dimensioni maggiori, di attuatori idraulici (ad esempio basati su pompe e cilindri di attuazione idraulici), per operare meccanismi vari, quali ad esempio, alberi, timoni, foil, o altro genere di appendici. It is also known that, especially in larger vessels, hydraulic actuators (for example, based on hydraulic pumps and actuation cylinders) are used to operate various mechanisms, such as masts, rudders, foils, or other types of appendages.

L'azionamento dei winch e dei suddetti attuatori idraulici da parte dell'equipaggio ? solitamente eseguito mediante manovelle o simili meccanismi di azionamento umano, atti ad essere movimentati, generalmente con movimento di rotazione, dagli operatori di equipaggio e accoppiati meccanicamente mediante opportuni sistemi di trasmissione meccanica a rispettivi winch o attuatori idraulici. The operation of winches and the aforementioned hydraulic actuators by the crew is usually performed by means of cranks or similar human-operated mechanisms, capable of being moved, generally with a rotational motion, by the crew operators and mechanically coupled by means of suitable mechanical transmission systems to the respective winches or hydraulic actuators.

In particolare, nell'ambito di imbarcazioni a vela da regata o in generale da competizione, a cui la presente trattazione fa particolare riferimento, tali manovelle sono generalmente portate da piedistalli che vengono installati sul ponte dell'imbarcazione e vengono azionate da operatori dedicati dell'equipaggio, i cosiddetti "grinder". Il ruolo dei grinder ? quello di esercitare una potenza meccanica sulle manovelle (o analoghi elementi di azionamento) che consenta, in ogni condizione di navigazione, in particolare di regata, l'azionamento dei winch o degli attuatori idraulici in tempi particolarmente rapidi. In particular, in the context of racing or general competition sailing vessels, to which this paper specifically refers, these winches are generally mounted on pedestals installed on the deck of the vessel and operated by dedicated crew members, known as "grinders." The role of the grinders is to apply mechanical power to the winches (or similar operating elements) that allows, in all sailing conditions, particularly during racing, the winches or hydraulic actuators to be operated particularly quickly.

La Figura 1 mostra un possibile sistema di azionamento di winch, di tipo noto, indicato in generale con 1. Figure 1 shows a possible winch drive system, of a known type, generally indicated by 1.

Tale sistema di azionamento 1 comprende nell'esempio un piedistallo 2, accoppiato al ponte 3 di un'imbarcazione a vela e che porta una coppia di manovelle 4, destinate tipicamente alla mano destra ed alla mano sinistra di un grinder. This drive system 1 comprises in the example a pedestal 2, coupled to the deck 3 of a sailing vessel and carrying a pair of cranks 4, typically intended for the right and left hands of a grinder.

Il sistema di azionamento 1 comprende un sistema di trasmissione meccanico, includente alberi di trasmissione ed ingranaggi, che, nell'esempio illustrato, accoppiano il moto delle manovelle 4 a due winch 6, allineati al piedistallo 2 trasversalmente ad una direzione longitudinale di estensione del ponte 3, in posizione opposta rispetto allo stesso piedistallo 2. In maniera nota e non illustrata, i winch 6 sono atti ad implementare la regolazione di rispettive cime (e, conseguentemente, di rispettive vele), in funzione del movimento di azionamento delle manovelle 4 da parte del grinder. The drive system 1 comprises a mechanical transmission system, including drive shafts and gears, which, in the example illustrated, couple the motion of the cranks 4 to two winches 6, aligned with the pedestal 2 transversely to a longitudinal extension direction of the bridge 3, in an opposite position with respect to the pedestal 2 itself. In a known and not illustrated manner, the winches 6 are designed to implement the adjustment of respective ropes (and, consequently, of respective sails), as a function of the actuation movement of the cranks 4 by the grinder.

In sintesi (ed in modo non illustrato in dettaglio), il suddetto sistema di trasmissione meccanico comprende, all'interno del piedistallo 2, un gruppo catena, ad esempio a doppio rapporto di velocit? (per realizzare un cambio di velocit? che consenta di far ruotare i winch pi? o meno velocemente a seconda del requisito di velocit? scelto), accoppiata all'albero di rotazione delle manovelle 4 ed inoltre alberi di trasmissione 8, collegati al gruppo catena mediante rispettivi ingranaggi ed inoltre accoppiati a rispettivi winch 6 mediante rispettivi organi di trasmissione 8' (mostrati schematicamente), per il trasferimento della potenza meccanica originata dal movimento delle stesse manovelle 4. In summary (and in a manner not illustrated in detail), the aforementioned mechanical transmission system comprises, inside the pedestal 2, a chain group, for example with a double speed ratio (to create a speed change that allows the winches to rotate more or less quickly depending on the chosen speed requirement), coupled to the rotation shaft of the cranks 4 and also transmission shafts 8, connected to the chain group by means of respective gears and also coupled to respective winches 6 by means of respective transmission members 8' (shown schematically), for the transfer of the mechanical power originating from the movement of the cranks 4 themselves.

Pulsanti 9 (o analoghi elementi) disposti alla base del piedistallo 2 consentono di collegare meccanicamente l'azionamento delle manovelle 4 ad uno qualsiasi dei winch 6 accoppiati allo stesso sistema di trasmissione meccanico (disaccoppiando al contempo gli altri winch 6), cos? da consentire al grinder l'azionamento delle cime desiderate mediante la pressione (ad esempio tramite il piede) dell'associato pulsante. Buttons 9 (or similar elements) located at the base of the pedestal 2 allow the operation of the cranks 4 to be mechanically connected to any of the winches 6 coupled to the same mechanical transmission system (simultaneously decoupling the other winches 6), thus allowing the grinder to operate the desired lines by pressing (for example by foot) the associated button.

In maniera non illustrata, pi? piedistalli 2 (con relative manovelle 4) possono essere installati a bordo di una stessa imbarcazione a vela e ciascuno di tali piedistalli 2 pu? essere accoppiato dal sistema di trasmissione meccanico descritto ad un certo numero di winch (e/o attuatori idraulici) . In a manner not illustrated, multiple pedestals 2 (with related cranks 4) can be installed on board the same sailing vessel and each of these pedestals 2 can be coupled by the mechanical transmission system described to a certain number of winches (and/or hydraulic actuators).

Il sistema di azionamento descritto, se pure generalmente efficace, presenta alcuni inconvenienti e criticit?. The drive system described, although generally effective, has some drawbacks and critical issues.

In primo luogo, essendo un sistema meccanico piuttosto complesso (dato che ogni piedistallo deve essere in grado di comandare ogni winch, in modo da permettere una massima flessibilit? di utilizzo), risulta sensibile a numerosi parametri progettuali e produttivi che possono avere un notevole impatto sull'efficienza complessiva del sistema, che pu? tipicamente essere inferiore al 50% (in layout a pi? winch e pi? piedistalli). First of all, being a rather complex mechanical system (since each pedestal must be able to control each winch, so as to allow maximum flexibility of use), it is sensitive to numerous design and production parameters that can have a significant impact on the overall efficiency of the system, which can typically be less than 50% (in multi-winch and multi-pedestal layouts).

In particolare, essendo gli alberi di trasmissione rettilinei, vengono imposte forti limitazioni alla disposizione dei componenti, che richiedono inoltre ingombri non trascurabili per l'installazione sotto coperta. In particular, since the drive shafts are straight, strong limitations are imposed on the arrangement of the components, which also require significant space for installation below deck.

Inoltre, nel caso, del resto possibile, di azionamento di un singolo winch da pi? piedistalli da parte di pi? grinder, ad esempio da un primo e da un secondo grinder, ? richiesto che gli stessi grinder esercitino sostanzialmente una stessa coppia di azionamento; in caso contrario, infatti, il secondo grinder sarebbe di fatto trascinato dal primo grinder (non contribuendo in maniera attiva alla movimentazione) . Ne consegue che un tale scenario di utilizzo (con pi? grinder che azionino uno stesso winch con piedistalli differenti, ad esempio per incrementare la potenza esercitata e la velocit? di esecuzione delle manovre richieste) non ? agevole da implementare nel sistema di azionamento precedentemente descritto. Furthermore, in the case, which is possible, of a single winch being operated from multiple pedestals by multiple grinders, for example by a first and a second grinder, it is required that the grinders themselves exert substantially the same driving torque; otherwise, in fact, the second grinder would be effectively dragged by the first grinder (not actively contributing to the movement). It follows that such a usage scenario (with multiple grinders operating the same winch with different pedestals, for example to increase the power exerted and the speed of execution of the required maneuvers) is not easy to implement in the previously described drive system.

Nel settore, in particolare nell'ambito di imbarcazioni a vela da regata o in generale da competizione, ? dunque sentita l'esigenza di superare o quantomeno attenuare gli inconvenienti sopra esposti dei sistemi di tipo noto. In the sector, particularly in the context of racing or general competition sailing boats, there is therefore a need to overcome or at least mitigate the above-mentioned drawbacks of known types of systems.

Scopo della presente soluzione ? quello di soddisfare tale esigenza, preferibilmente in modo semplice ed affidabile. The aim of this solution is to satisfy this need, preferably in a simple and reliable way.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Lo scopo ? raggiunto da un sistema di azionamento, come descritto nelle rivendicazioni allegate. The purpose is achieved by a drive system, as described in the appended claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nel seguito, forme di attuazione dell'invenzione vengono descritte per una migliore comprensione della stessa a titolo di esempi non limitativi e con riferimento ai disegni allegati nei quali: In the following, embodiments of the invention are described for a better understanding thereof by way of non-limiting examples and with reference to the attached drawings in which:

la Figura 1 mostra schematicamente un sistema di azionamento di attuatori in una barca a vela, di tipo noto; Figure 1 shows schematically an actuator drive system in a sailing boat, of a known type;

- la Figura 2 ? un diagramma a blocchi schematico di un sistema di azionamento di attuatori in una barca a vela, secondo la presente soluzione; - Figure 2 is a schematic block diagram of an actuator drive system in a sailing boat, according to the present solution;

- le Figure 3 e 5 mostrano schemi a blocchi del sistema di azionamento di Figura 2, in differenti forme di realizzazione; - Figures 3 and 5 show block diagrams of the drive system of Figure 2, in different embodiments;

la Figura 4 mostra schematicamente una possibile configurazione del sistema di azionamento, secondo un aspetto della presente soluzione; Figure 4 schematically shows a possible configuration of the drive system, according to one aspect of the present solution;

- la Figura 6 ? uno schema di sintesi di una logica di controllo nel sistema di azionamento; - Figure 6 is a summary diagram of a control logic in the drive system;

- la Figura 7 ? un diagramma di flusso di operazioni svolte dalla logica di controllo del sistema di azionamento, secondo una possibile implementazione; e - Figure 7 is a flowchart of operations performed by the control logic of the drive system, according to a possible implementation; and

- le Figure 8A-8C mostrano diagrammi di grandezze relative al controllo del sistema di azionamento. - Figures 8A-8C show diagrams of quantities related to the control of the drive system.

FORME DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Come sar? descritto in maggiore dettaglio nel seguito, un aspetto principale della presente soluzione consiste nel realizzare un sistema di connessione virtuale, del tipo cosiddetto "by-wire", ovvero privo di accoppiamento meccanico, tra almeno una manovella (o analogo elemento di azionamento umano) ed uno o pi? winch (o analogo attuatore, ad esempio idraulico) a bordo di una imbarcazione a vela. As will be described in more detail below, a main aspect of the present solution consists in creating a virtual connection system, of the so-called "by-wire" type, i.e. without mechanical coupling, between at least one crank (or similar human-operated element) and one or more winches (or similar actuator, for example hydraulic) on board a sailing vessel.

Il risultante sistema di azionamento (che pu? essere indicato ad esempio come "winch by-wire", nel caso dell'azionamento di un winch, ma che si applica generalmente ad un qualsiasi "attuatore by-wire" sull'imbarcazione) consente di superare i vincoli dei sistemi di trasmissione meccanici di tipo noto, andando a rimuovere la trasmissione meccanica e sostituendola con un azionamento elettrico (ovvero realizzato mediante cavi e circuiti elettrici). The resulting drive system (which may be referred to, for example, as "winch-by-wire" in the case of a winch drive, but which generally applies to any "by-wire actuator" on a vessel) allows the constraints of known mechanical drive systems to be overcome by removing the mechanical drive and replacing it with an electric drive (i.e. one made using cables and electrical circuits).

Come illustrato schematicamente in Figura 2, il sistema di azionamento by-wire, indicato in generale con 10, comprende uno o pi? elementi di azionamento umano 12, installati a bordo di un'imbarcazione a vela 100 (mostrata schematicamente), in modo da essere azionabili da parte di operatori dell'equipaggio (ad esempio, da parte di grinder, nel caso di imbarcazioni per regate o competizioni). As illustrated schematically in Figure 2, the by-wire actuation system, generally designated 10, comprises one or more human actuation elements 12, installed on board a sailing vessel 100 (shown schematically), so as to be operable by crew members (e.g., by grinders, in the case of racing or racing vessels).

In una possibile implementazione, ciascun elemento di azionamento umano 12, come mostrato schematicamente, pu? comprendere una o pi? manovelle 14 (tipicamente una coppia) portate da un piedistallo 15, avente una base accoppiata solidalmente al ponte dell'imbarcazione a vela 100, in posizione opportuna, tale da essere raggiungibile dall'equipaggio. In one possible implementation, each human actuation element 12, as shown schematically, may comprise one or more cranks 14 (typically a pair) carried by a pedestal 15, having a base integrally coupled to the deck of the sailing vessel 100, in a suitable position, such as to be reachable by the crew.

In particolare, secondo un aspetto della presente soluzione, a ciascun elemento di azionamento umano 12 ? accoppiato un rispettivo motore elettrico primario 16, configurato in modo da raccoglierne il moto e trasformarlo in energia elettrica. In particular, according to one aspect of the present solution, each human actuation element 12 is coupled with a respective primary electric motor 16, configured to collect its motion and transform it into electrical energy.

Nell'implementazione illustrata, il motore elettrico primario 16 ? accoppiato alle manovelle 14 dell'elemento di azionamento 12, ad esempio avendo un proprio asse di rotazione accoppiato all'asse di rotazione delle manovelle 12 mediante un giunto a 90? 17 ed un opportuno sistema di ingranaggi 17' (ad esempio del tipo ad ingranaggi planetari). In the illustrated implementation, the primary electric motor 16 is coupled to the cranks 14 of the drive element 12, for example by having its own rotation axis coupled to the rotation axis of the cranks 12 by means of a 90? joint 17 and a suitable gear system 17' (for example of the planetary gear type).

Il sistema di azionamento by-wire 10 comprende un circuito elettrico 18, in particolare formato da cavi elettrici 19, preferibilmente di tipo flessibile, che accoppiano elettricamente il suddetto motore elettrico primario 16 ad attuatori 20 che devono essere azionati a bordo dell'imbarcazione a vela 100, ad esempio a winch 21 e/o a attuatori idraulici 22 (ad esempio, una pompa idraulica rotativa). The by-wire drive system 10 comprises an electrical circuit 18, in particular formed by electrical cables 19, preferably of the flexible type, which electrically couple the aforementioned primary electric motor 16 to actuators 20 which are to be operated on board the sailing vessel 100, for example to winches 21 and/or to hydraulic actuators 22 (for example, a rotary hydraulic pump).

Come mostrato schematicamente, un singolo elemento di azionamento umano 12 pu? essere accoppiato ad un certo numero di attuatori 20, winch 21 e/o attuatori idraulici 22, mediante una opportuna disposizione del circuito elettrico 18 ed in particolare un opportuno instradamento dei relativi cavi elettrici 19. As shown schematically, a single human actuation element 12 can be coupled to a number of actuators 20, winches 21 and/or hydraulic actuators 22, by means of an appropriate arrangement of the electrical circuit 18 and in particular an appropriate routing of the related electrical cables 19.

Secondo un aspetto della presente soluzione, i suddetti attuatori 20, winch 21 e/o attuatori idraulici 22, sono dotati di un rispettivo motore elettrico secondario 24, configurato in modo da ricevere dal circuito elettrico 18 l'energia elettrica generata dal motore elettrico primario 16 dell'elemento di azionamento 12 e trasformare tale energia elettrica in un movimento di azionamento del rispettivo attuatore 20, eventualmente tramite un opportuno sistema di ingranaggi 23 (ad esempio del tipo ad ingranaggi planetari). According to one aspect of the present solution, the aforementioned actuators 20, winches 21 and/or hydraulic actuators 22, are equipped with a respective secondary electric motor 24, configured so as to receive from the electrical circuit 18 the electrical energy generated by the primary electric motor 16 of the actuation element 12 and transform this electrical energy into an actuation movement of the respective actuator 20, possibly by means of a suitable gear system 23 (for example of the planetary gear type).

L'azionamento di ciascun attuatore 20 pu? ad esempio essere finalizzato ad eseguire manovre operate tramite cime (ad esempio per issare, ammainare o eseguire il "trimmaggio" di vele 101 dell'imbarcazione a vela 100), e/o ad eseguire manovre operate tramite pressione idraulica (ad esempio per manovrare un albero 102 o un foil della stessa imbarcazione a vela 100). The operation of each actuator 20 may, for example, be aimed at carrying out maneuvers operated by means of ropes (for example, to hoist, lower or "trim" sails 101 of the sailing vessel 100), and/or to carry out maneuvers operated by hydraulic pressure (for example, to maneuver a mast 102 or a foil of the same sailing vessel 100).

In maniera non illustrata in Figura 2, il circuito elettrico 18 del sistema di azionamento by-wire 10 pu? comprendere opportuni elementi di commutazione (o "switch"), per indirizzare l'energia elettrica in maniera selettiva verso uno o pi? degli attuatori 20, winch 21 e/o attuatori idraulici 22, accoppiati a ciascun elemento di azionamento 12, ad esempio in funzione di comandi impartiti da un operatore tramite un opportuno elemento di interfaccia, ad esempio un pannello di comando oppure una opportuna disposizione di pulsanti o analoghi elementi di interfaccia (in modo qui non illustrato). In a manner not illustrated in Figure 2, the electrical circuit 18 of the by-wire actuation system 10 may comprise suitable switching elements (or "switches"), to selectively direct the electrical energy towards one or more of the actuators 20, winches 21 and/or hydraulic actuators 22, coupled to each actuation element 12, for example as a function of commands given by an operator via a suitable interface element, for example a control panel or a suitable arrangement of buttons or similar interface elements (in a manner not illustrated here).

Il sistema di azionamento by-wire 10 comprende inoltre un'unit? di controllo 30, accoppiata al suddetto circuito elettrico 18, ai motori elettrici primari 16 ed ai motori elettrici secondari 24, e configurata in modo da supervisionare e controllare il funzionamento dello stesso sistema di azionamento by-wire 10, come sar? descritto in seguito in maggiore dettaglio. The by-wire drive system 10 further comprises a control unit 30, coupled to the aforementioned electrical circuit 18, to the primary electric motors 16 and to the secondary electric motors 24, and configured to supervise and control the operation of the by-wire drive system 10 itself, as will be described in greater detail below.

Il descritto sistema di azionamento by-wire 10 consente dunque vantaggiosamente di disconnettere fisicamente la trasmissione meccanica tra gli elementi di azionamento umano 12 (ad esempio, le manovelle 14) e gli attuatori 20 (ad esempio, i winch 21 e/o gli attuatori idraulici 22), rimuovendo gli organi di trasmissione meccanica e sostituendoli con cavi e circuiti elettrici. The described by-wire actuation system 10 therefore advantageously allows to physically disconnect the mechanical transmission between the human actuation elements 12 (for example, the cranks 14) and the actuators 20 (for example, the winches 21 and/or the hydraulic actuators 22), by removing the mechanical transmission members and replacing them with cables and electrical circuits.

Tale sistema di azionamento by-wire 10 consente di realizzare opportune logiche di controllo da parte dell'unit? di controllo 30, che consentano ad esempio di ottimizzare la potenza sviluppata (in termini di velocit? di rotazione e coppia) in funzione di molteplici parametri di utilizzo. This by-wire drive system 10 allows the control unit 30 to implement appropriate control logic, which allows for example the power developed to be optimised (in terms of rotation speed and torque) as a function of multiple usage parameters.

Inoltre, come sar? del resto descritto in seguito, gli elementi di azionamento umano 12, essendo virtualmente "disaccoppiati" dagli attuatori 20, ovvero dai winch 21 e/o dagli attuatori idraulici 22, possono essere utilizzati anche ad altri scopi, ad esempio per produrre, tramite il relativo motore elettrico primario 16, energia elettrica da stoccare in un sistema di accumulo di energia (comprendente ad esempio una batteria) installato a bordo dell'imbarcazione a vela 100. Furthermore, as will be described below, the human actuation elements 12, being virtually "decoupled" from the actuators 20, or from the winches 21 and/or from the hydraulic actuators 22, can also be used for other purposes, for example to produce, via the relevant primary electric motor 16, electrical energy to be stored in an energy storage system (comprising for example a battery) installed on board the sailing vessel 100.

Lo stesso sistema di accumulo di energia almeno in determinate condizioni operative, pu? consentire di implementare una servoassistenza del suddetto azionamento degli attuatori 20. The same energy storage system, at least under certain operating conditions, can allow for the implementation of a power assist for the aforementioned actuator drive 20.

Inoltre, vantaggiosamente, il sistema di azionamento bywire 10 pu? essere associato a funzioni di recupero di energia, potendo ad esempio sfruttare energia prodotta autonomamente dagli attuatori 20 in determinate condizioni di funzionamento, ad esempio dai winch 21 durante operazioni che prevedono di ammainare o lascare le vele, o dagli attuatori idraulici 22 nel caso di operazioni che prevedano la generazione autonoma di energia nell'associato circuito idraulico. Furthermore, advantageously, the bywire drive system 10 can be associated with energy recovery functions, being able, for example, to exploit energy produced autonomously by the actuators 20 in certain operating conditions, for example by the winches 21 during operations involving lowering or loosening the sails, or by the hydraulic actuators 22 in the case of operations involving the autonomous generation of energy in the associated hydraulic circuit.

Vantaggiosamente, l'energia recuperata pu? ad esempio essere utilizzata per la ricarica del sistema di accumulo di energia o per altri tipi di utilizzi a bordo dell'imbarcazione a vela 100. Advantageously, the recovered energy can, for example, be used for charging the energy storage system or for other types of uses on board the sailing vessel 100.

Il descritto sistema di azionamento by-wire 10 consente dunque di raggiungere i seguenti benefici: The described by-wire drive system 10 therefore allows the following benefits to be achieved:

un miglioramento dell'efficienza, dato che la rimozione della trasmissione meccanica permette di guadagnare efficienza e conseguentemente di dissipare meno energia in calore; an improvement in efficiency, since the removal of the mechanical transmission allows for increased efficiency and consequently less energy to be dissipated as heat;

un incremento della libert? di layout, dato che i cavi elettrici 19, essendo flessibili, possono essere posizionati ed instradati in una qualunque modalit? opportuna, consentendo ad esempio di posizionare il piedistallo 15 e i winch 21 e/o attuatori idraulici 22 in una qualunque posizione desiderata nell'imbarcazione a vela 100 (consentendo in generale una ottimizzazione del posizionamento e dell'occupazione degli spazi); an increase in layout freedom, since the electrical cables 19, being flexible, can be positioned and routed in any appropriate manner, allowing for example the pedestal 15 and the winches 21 and/or hydraulic actuators 22 to be positioned in any desired position in the sailing vessel 100 (generally allowing for an optimisation of the positioning and use of space);

una maggiore libert? e possibilit? di controllo, dato che l'assenza di vincoli meccanici consente di implementare strategie di controllo avanzate (ad esempio, un qualunque rapporto di trasmissione variabile tra la potenza meccanica esercitata e la velocit? di azionamento); greater freedom and control possibilities, since the absence of mechanical constraints allows the implementation of advanced control strategies (for example, any variable transmission ratio between the mechanical power exerted and the actuation speed);

la possibilit? di funzionalit? aggiuntive, dato che l'energia generata dall'azionamento umano (ad esempio da parte dei grinder dell'equipaggio), oppure dagli stessi attuatori 20 in fase di recupero, pu? essere utilizzata per ricaricare sistemi di accumulo energia e/o gli stessi sistemi di accumulo energia possono consentire di implementare ulteriori funzionalit? (come ad esempio una regolazione delle vele con sforzo umano ridotto o nullo in una fase di navigazione di crociera dell'imbarcazione a vela 100, al di fuori di una condizione di regata o competizione); the possibility of additional functionality, since the energy generated by human operation (for example by the crew's grinders), or by the actuators 20 themselves during recovery, can be used to recharge energy storage systems and/or the energy storage systems themselves can allow for the implementation of additional functionality (such as, for example, sail trimming with little or no human effort during the cruising phase of the sailing vessel 100, outside of racing or competition conditions);

una facilit? di azionamento di uno stesso attuatore 20 mediante pi? elementi di azionamento 12, tra loro differenti, dato che la somma della potenza avviene in tal caso a livello elettrico, eliminando la necessit? di immettere, ad esempio, una stessa coppia nel sistema di trasmissione meccanica per azionare uno stesso attuatore in maniera efficace. an ease of actuation of the same actuator 20 by means of several actuation elements 12, different from each other, given that the power is added electrically in this case, eliminating the need to input, for example, the same torque into the mechanical transmission system to actuate the same actuator effectively.

Con riferimento alla Figura 3 viene ora descritta in maggiore dettaglio una possibile forma di realizzazione del sistema di azionamento by-wire 10. With reference to Figure 3, a possible embodiment of the by-wire drive system 10 is now described in greater detail.

Come indicato in precedenza, tale sistema di azionamento by-wire 10 comprende un certo numero N (con N > 1) di elementi di azionamento umano 12 (nella Figura 3 ne viene illustrato solo uno per semplicit?), che ricevono in ingresso la potenza meccanica esercitata dagli operatori di equipaggio, ad esempio mediante relative manovelle 14 portate da un piedistallo 15 (ciascun elemento di azionamento umano 12 potendo avere almeno una manovella 14, tipicamente una coppia di manovelle 14, come input di potenza umana). As previously indicated, such by-wire actuation system 10 comprises a certain number N (with N > 1) of human actuation elements 12 (in Figure 3 only one is illustrated for simplicity), which receive as input the mechanical power exerted by the crew operators, for example by means of relative cranks 14 carried by a pedestal 15 (each human actuation element 12 may have at least one crank 14, typically a pair of cranks 14, as human power input).

Ciascun elemento di azionamento 12 comprende: un rispettivo motore elettrico primario 16; un elemento di accoppiamento meccanico 31 tra il motore elettrico primario 16 e la(e) manovella(e) 14, ad esempio rappresentato da un giunto a 90?; ed un elemento di riduzione 32, ad esempio del tipo ad ingranaggi planetari, accoppiato tra il suddetto elemento di accoppiamento meccanico 31 ed il motore elettrico primario 16 e configurato in modo da variare un rapporto di riduzione per la trasmissione della potenza (ad esempio tra due o pi? rapporti di riduzione selezionabili, uno dei quali pu? prevedere un rapporto di riduzione unitario ed almeno un altro dei quali pu? prevedere un rapporto di riduzione maggiore di uno, ad esempio di 1:3, 1:5 o 1:10). Each drive element 12 comprises: a respective primary electric motor 16; a mechanical coupling element 31 between the primary electric motor 16 and the crank(s) 14, for example represented by a 90? joint; and a reduction element 32, for example of the planetary gear type, coupled between the aforementioned mechanical coupling element 31 and the primary electric motor 16 and configured so as to vary a reduction ratio for the transmission of power (for example between two or more selectable reduction ratios, one of which may provide a unit reduction ratio and at least one other of which may provide a reduction ratio greater than one, for example 1:3, 1:5 or 1:10).

L'elemento di azionamento 12 comprende inoltre un inverter 34, accoppiato elettricamente al motore elettrico primario 16 ed interposto tra lo stesso motore elettrico primario 16 ed il circuito elettrico 18. In modo di per s? noto, 1'inverter 34 ? atto a gestire l'energia elettrica immessa dal motore elettrico primario 16 nel circuito elettrico 18, ad esempio mediante opportune conversioni da corrente continua in alternata (o viceversa). The drive element 12 also comprises an inverter 34, electrically coupled to the primary electric motor 16 and interposed between the primary electric motor 16 and the electrical circuit 18. In a manner known per se, the inverter 34 is able to manage the electrical energy fed by the primary electric motor 16 into the electrical circuit 18, for example by means of appropriate conversions from direct current to alternating current (or vice versa).

Inoltre, l'inverter 34 comprende un rispettivo controllore 34', realizzato ad esempio da un microcontrollore, microprocessore o analogo elemento di elaborazione digitale, configurato in modo da controllare il funzionamento dell'inverter 34 e, in generale, del motore elettrico primario 16. Furthermore, the inverter 34 comprises a respective controller 34', made for example by a microcontroller, microprocessor or similar digital processing element, configured so as to control the operation of the inverter 34 and, in general, of the primary electric motor 16.

L'inverter 34 ed il controllore 34' possono eventualmente essere integrati nel relativo motore elettrico primario 16. The inverter 34 and the controller 34' may optionally be integrated into the respective primary electric motor 16.

Un gruppo di commutazione ("switch box"), indicato con 36, accoppia selettivamente l'uscita di ciascun elemento di azionamento 12 (in particolare, l'uscita del relativo inverter 34) ad uno o pi? (eventualmente ad ognuno) degli attuatori 20 del sistema di azionamento by-wire 10 (solo due di tali attuatori 20 sono mostrati per semplicit? in Figura 3), attraverso un bus elettrico 35 del circuito elettrico 18, in particolare un bus in corrente. A switching unit ("switch box"), indicated by 36, selectively couples the output of each actuating element 12 (in particular, the output of the related inverter 34) to one or more (possibly to each) of the actuators 20 of the by-wire actuation system 10 (only two of such actuators 20 are shown for simplicity in Figure 3), via an electrical bus 35 of the electrical circuit 18, in particular a current bus.

Ciascuno dei suddetti attuatori 20 (in numero pari a M, con M?1), ad esempio winch 21 e/o attuatori idraulici 22 (ad esempio del tipo a pompa), comprende: un rispettivo inverter 37, accoppiato al bus elettrico 35 in modo da ricevere l'energia elettrica fornita da uno o pi? degli elementi di azionamento 12 ed atto a gestire tale energia elettrica, ad esempio mediante opportune conversioni da corrente alternata a corrente continua (o viceversa); un rispettivo motore elettrico secondario 24 collegato all'uscita dell'inverter 37; ed un rispettivo elemento di riduzione 38, ad esempio ad ingranaggi planetari, accoppiato all'uscita del motore elettrico secondario 24 e configurato in modo da variare un rapporto di riduzione per la trasmissione della potenza da applicare per l'esecuzione delle manovre (che possono ad esempio essere operate tramite cima nel caso dei winch 21 o tramite circuito idraulico nel caso degli attuatori idraulici 22). Each of the aforementioned actuators 20 (in number equal to M, with M?1), for example winches 21 and/or hydraulic actuators 22 (for example of the pump type), comprises: a respective inverter 37, coupled to the electrical bus 35 so as to receive the electrical energy supplied by one or more of the actuation elements 12 and capable of managing such electrical energy, for example by means of appropriate conversions from alternating current to direct current (or vice versa); a respective secondary electric motor 24 connected to the output of the inverter 37; and a respective reduction element 38, for example with planetary gears, coupled to the output of the secondary electric motor 24 and configured so as to vary a reduction ratio for the transmission of the power to be applied for the execution of the maneuvers (which can for example be operated via a rope in the case of the winches 21 or via a hydraulic circuit in the case of the hydraulic actuators 22).

Come discusso in precedenza, all'inverter 37 ? associato un rispettivo controllore 37', realizzato ad esempio da un microcontrollore, microprocessore o analogo elemento di elaborazione digitale, configurato in modo da controllare il funzionamento dell'inverter 37 e del motore elettrico secondario 24. As discussed above, the inverter 37 is associated with a respective controller 37', made for example by a microcontroller, microprocessor or similar digital processing element, configured so as to control the operation of the inverter 37 and the secondary electric motor 24.

L'inverter 37 ed il controllore 37' possono essere eventualmente integrati nel relativo motore elettrico secondario 24. The inverter 37 and the controller 37' may optionally be integrated into the respective secondary electric motor 24.

Il sistema di azionamento by-wire 10 comprende inoltre un nodo di controllo 39, ad esempio di tipo CAN (Controller Area Network), accoppiato ai controllori 37' dei motori elettrici primari e secondari 16, 24 ed inoltre accoppiato in comunicazione, ad esempio attraverso una linea di comunicazione CAN, con un'unit? di controllo e gestione dell'imbarcazione a vela 100 (qui non illustrata), indicata con BCU (Boat Control Unit) 40, atta a controllare e gestire il funzionamento generale della stessa imbarcazione a vela 100, in modo noto e qui non descritto in dettaglio. The by-wire drive system 10 further comprises a control node 39, for example of the CAN (Controller Area Network) type, coupled to the controllers 37' of the primary and secondary electric motors 16, 24 and further coupled in communication, for example through a CAN communication line, with a control and management unit of the sailing vessel 100 (not illustrated here), indicated with BCU (Boat Control Unit) 40, suitable for controlling and managing the general operation of the sailing vessel 100 itself, in a known manner and not described in detail here.

Nella forma di realizzazione illustrata, un elemento condensatore 41, avente una capacit? di accumulo, ? inoltre accoppiato al bus elettrico 35 (in particolare, avendo un primo morsetto accoppiato a tale bus elettrico 35 ed un secondo morsetto accoppiato ad un terminale di riferimento, o di massa GND). In the illustrated embodiment, a capacitor element 41, having a storage capacity, is further coupled to the electrical bus 35 (in particular, having a first terminal coupled to such electrical bus 35 and a second terminal coupled to a reference terminal, or ground GND).

A titolo puramente esemplificativo, la Figura 4 mostra un possibile schema di connessione nel sistema di azionamento by-wire 10, in questo caso tra quattro elementi di azionamento 12 (indicati con A-D), del tipo a piedistallo 15 portante una coppia di manovelle 14, e quattro attuatori 20, in particolare tre winch 21 (indicati con A'-C') ed un attuatore idraulico 22 (indicato con D').Nella stessa Figura 4 ? mostrato il bus elettrico 35 a cui sono accoppiati gli elementi di azionamento 12 e gli attuatori 20, attraverso il gruppo di commutazione 36, con l'associato elemento condensatore 41, avente la relativa capacit? di accumulo. By way of example only, Figure 4 shows a possible connection diagram in the by-wire drive system 10, in this case between four drive elements 12 (indicated by A-D), of the pedestal type 15 carrying a pair of cranks 14, and four actuators 20, in particular three winches 21 (indicated by A'-C') and a hydraulic actuator 22 (indicated by D'). Figure 4 also shows the electrical bus 35 to which the drive elements 12 and the actuators 20 are coupled, through the switching group 36, with the associated capacitor element 41, having the relative storage capacity.

Come mostrato in tale Figura 4, ad ogni elemento di azionamento 12 pu? essere associato un rispettivo elemento di interfaccia utente 49, ad esempio implementato mediante pulsante fisico o pannello, per implementare la connessione con un relativo attuatore 20 (connessione che viene implementata mediante il controllo, da parte dell'unit? di controllo 30, qui non illustrata, del suddetto gruppo di commutazione 36). As shown in Figure 4, each actuation element 12 can be associated with a respective user interface element 49, for example implemented by means of a physical button or panel, to implement the connection with a relative actuator 20 (connection which is implemented by means of the control, by the control unit 30, not shown here, of the aforementioned switching group 36).

Nel caso in cui pi? elementi di azionamento 12 selezionino lo stesso attuatore 20 (ad esempio lo stesso winch 21), tali elementi di azionamento 12 sommano la potenza esercitata e dividono un relativo feedback di forza (come sar? descritto in seguito). Inoltre, da elementi di azionamento 12 differenti risulta possibile azionare attuatori 20 differenti per lavorare anche in contemporanea su manovre differenti. If multiple actuating elements 12 select the same actuator 20 (for example, the same winch 21), these actuating elements 12 add the power exerted and divide a relative force feedback (as will be described below). Furthermore, different actuating elements 12 can operate different actuators 20 to work simultaneously on different maneuvers.

Dall'interfaccia utente ? inoltre selezionabile una modalit? di controllo implementabile dall'unit? di controllo 30 (come sar? descritto in dettaglio in seguito). From the user interface it is also possible to select a control mode that can be implemented by the control unit 30 (as will be described in detail below).

In una ulteriore forma di realizzazione, mostrata in Figura 5, il sistema di azionamento by-wire 10 pu? comprendere un'unit? di accumulo di energia 42 (comprendente ad esempio una batteria o un pacco batterie, ad esempio con uscita in tensione a 48 V) installato a bordo dell'imbarcazione a vela 100, che ? selettivamente collegabile al circuito elettrico 18 mediante lo stesso gruppo di commutazione 36. In a further embodiment, shown in Figure 5, the by-wire drive system 10 may comprise an energy storage unit 42 (comprising for example a battery or a battery pack, for example with a 48 V voltage output) installed on board the sailing vessel 100, which is selectively connectable to the electrical circuit 18 by means of the same switching assembly 36.

Tale unit? di accumulo di energia 42 pu? essere accoppiata, in maniera di per s? nota, qui non descritta in dettaglio, a sistemi di recupero di energia che possono essere presenti sull'imbarcazione a vela 100 (ad esempio, pannelli solari, sistemi eolici, o idrogeneratori). This energy storage unit 42 can be coupled, in a manner known per se, not described in detail here, to energy recovery systems that may be present on the sailing vessel 100 (for example, solar panels, wind systems, or hydrogenerators).

Inoltre, un elemento di rilevamento/interruzione corrente 43 ? interposto tra l'uscita di tale unit? di accumulo di energia 42 ed il gruppo di commutazione 36, al fine di rilevare il passaggio di corrente elettrica ed eventualmente interrompere tale passaggio (agendo da fusibile elettrico). Furthermore, a current detection/interruption element 43 is interposed between the output of such energy storage unit 42 and the switching group 36, in order to detect the passage of electric current and possibly interrupt such passage (acting as an electric fuse).

In questa forma di realizzazione, il circuito elettrico 18 ? precaricato e mantenuto ad una tensione nominale di funzionamento dall'unit? di accumulo di energia 42. In this embodiment, the electrical circuit 18 is pre-charged and maintained at a nominal operating voltage by the energy storage unit 42.

Inoltre, in questa implementazione, l'elemento di rilevamento/interruzione corrente 43 consente di dimostrare, in caso di regata o altro tipo di competizione, la legalit? delle manovre, ovvero che le stesse manovre siano attuate esclusivamente con energia umana (come previsto dai regolamenti di competizione). Furthermore, in this implementation, the current detection/interruption element 43 allows to demonstrate, in the event of a regatta or other type of competition, the legality of the maneuvers, i.e. that the maneuvers themselves are carried out exclusively with human energy (as required by the competition regulations).

Al contrario, in crociera o comunque al di fuori delle condizioni di gare, risulta in tal caso possibile implementare una servoassistenza delle stesse manovre, con energia proveniente dalla suddetta unit? di accumulo di energia 42, prodotta ad esempio dai sistemi di recupero (energia dunque di provenienza non umana). On the contrary, when cruising or in any case outside of racing conditions, it is possible to implement power assistance for the same maneuvers, with energy coming from the aforementioned energy storage unit 42, produced for example by the recovery systems (energy therefore of non-human origin).

In generale, in entrambe le forme di realizzazione descritte, il suddetto nodo di controllo 39 implementa, in cooperazione con la suddetta BCU 40 e con i controllori 34', 37' dei motori elettrici primari e secondari 16, 24, l'unit? di controllo 30 del sistema di azionamento by-wire 10, che ? accoppiata al gruppo di commutazione 36 per gestire i collegamenti tra gli elementi di azionamento 12 ed i carichi (ovvero gli attuatori 20) in accordo con opportune strategie di controllo. In general, in both embodiments described, the aforementioned control node 39 implements, in cooperation with the aforementioned BCU 40 and with the controllers 34', 37' of the primary and secondary electric motors 16, 24, the control unit 30 of the by-wire drive system 10, which is coupled to the switching group 36 to manage the connections between the drive elements 12 and the loads (i.e. the actuators 20) in accordance with appropriate control strategies.

In particolare, tale unit? di controllo 30 ? configurata in modo da controllare il funzionamento dei suddetti motori elettrici primari e secondari 16, 24 mediante un opportuno controllo che pu? essere alternativamente in tensione, in coppia o in velocit?. In particular, the control unit 30 is configured to control the operation of the aforementioned primary and secondary electric motors 16, 24 by means of an appropriate control which can be alternatively in voltage, torque or speed.

In generale, tale controllo pu? basarsi sulle grandezze che vengono ora elencate, relativamente a ciascun sottosistema di cui si compone il suddetto sistema di azionamento by-wire 10. In general, such control can be based on the quantities that are now listed, relating to each subsystem that makes up the aforementioned by-wire drive system 10.

Per quanto riguarda gli elementi di azionamento 12, le variabili di ingresso per il controllo possono comprendere la coppia THAN,PED sviluppata dalle manovelle 14 e la velocit? SHAN,PED delle stesse manovelle 14 (che sono funzione dello sforzo degli operatori di equipaggio ed inoltre sono influenzate da una coppia resistente TEM,PED che pu? essere applicata dal relativo motore elettrico primario 16 sulle stesse manovelle 14); ed inoltre un'indicazione di cambio di velocit? (in funzione ad esempio dell'attivazione del pulsante o analogo elemento di interfaccia utente 49 da parte dell'equipaggio) . Le variabili di uscita possono comprendere la suddetta coppia resistente TEM,PED applicata dal motore elettrico primario 16 (che, a sua volta, ? funzione di una coppia agente sul carico, determinata ad esempio, nel caso dei winch 21, dalla resistenza delle relative cime), la velocit? di rotazione SEM,PED del relativo motore elettrico primario 16 (che ? funzione della velocit? SHAN,PED delle manovelle 14) e la tensione elettrica VEM,PED sviluppata dal motore elettrico primario 16 (che ? influenzata dalla coppia resistente TEM,PED). As regards the actuating elements 12, the input variables for the control may include the torque THAN,PED developed by the cranks 14 and the speed SHAN,PED of the same cranks 14 (which are a function of the effort of the crew operators and are also influenced by a resistant torque TEM,PED that can be applied by the relative primary electric motor 16 on the same cranks 14); and also a speed change indication (depending for example on the activation of the button or similar user interface element 49 by the crew). The output variables may include the aforementioned resistant torque TEM,PED applied by the primary electric motor 16 (which, in turn, is a function of a torque acting on the load, determined for example, in the case of the winches 21, by the resistance of the relative ropes), the speed SHAN,PED of the same cranks 14 (which are a function of ... of rotation SEM,PED of the relative primary electric motor 16 (which is a function of the speed SHAN,PED of the cranks 14) and the electric voltage VEM,PED developed by the primary electric motor 16 (which is influenced by the resisting torque TEM,PED).

In generale, per gli elementi di azionamento 12 vale la seguente relazione per la potenza generata in uscita: In general, for the drive elements 12 the following relationship applies to the generated output power:

PPED = THAN, PED * S HAN, PED . PPED = THAN, PED * S HAN, PED .

Per quanto riguarda gli attuatori 20, ed in particolar modo i winch 21, le variabili di ingresso possono comprendere la coppia e la velocit? TEM,PED, SEM,PED sviluppata dal motore elettrico primario 16 dell'elemento di azionamento 12 a cui sono associati (nel caso di pi? elementi di azionamento 12 accoppiati ad uno stesso attuatore 20, uno di essi pu? essere considerato come primario o "master" determinando i suddetti valori di coppia e di velocit?), la potenza PEM,PED sviluppata dai motori elettrici primari 16 degli elementi di azionamento 12 cui sono associati; le variabili di uscita possono comprendere la coppia TEM,WIN del relativo motore elettrico secondario 24 (che ? funzione della coppia TWIN sullo stesso winch 21 ed inoltre della coppia generata dall'elemento di azionamento 12), la velocit? SEM,WIN del relativo motore elettrico secondario 24 (che ? funzione della velocit? SHAN,PED delle associate manovelle 14 e della suddetta potenza generata PPED), il senso di rotazione dello stesso motore elettrico secondario 24 (che ? funzione della suddetta indicazione di cambio di velocit?). As regards the actuators 20, and in particular the winches 21, the input variables may include the torque and speed TEM,PED, SEM,PED developed by the primary electric motor 16 of the drive element 12 with which they are associated (in the case of multiple drive elements 12 coupled to the same actuator 20, one of them may be considered as primary or "master" determining the aforementioned torque and speed values), the power PEM,PED developed by the primary electric motors 16 of the drive elements 12 with which they are associated; the output variables may include the torque TEM,WIN of the relevant secondary electric motor 24 (which is a function of the torque TWIN on the same winch 21 and also of the torque generated by the drive element 12), the speed SEM,WIN of the related secondary electric motor 24 (which is a function of the speed SHAN,PED of the associated cranks 14 and of the aforementioned generated power PPED), the direction of rotation of the same secondary electric motor 24 (which is a function of the aforementioned speed change indication).

Analoghe considerazioni possono essere effettuate per quanto riguarda le variabili di ingresso/uscita relative ad un attuatore idraulico 22 nel sistema di azionamento by-wire 10 precedentemente descritto in dettaglio. Similar considerations can be made with regard to the input/output variables relating to a hydraulic actuator 22 in the by-wire actuation system 10 previously described in detail.

La potenza generata dagli attuatori 20 ? determinata dalla potenza generata dagli elementi di azionamento 12 ad esso associati (in numero pari a KPED), a meno di un rapporto di efficienza ? PED : PWIN = KPED * PPED * ? PED . The power generated by the actuators 20 is determined by the power generated by the actuating elements 12 associated with it (in a number equal to KPED), less an efficiency ratio ? PED : PWIN = KPED * PPED * ? PED .

In generale, come mostrato schematicamente in Figura 6, la logica di controllo implementata dall'unit? di controllo 30 nel sistema di azionamento by-wire 10 prevede che, in funzione dell'input sugli elementi di azionamento 12 (in termini ad esempio di coppia THAN,PED e velocit? SHAN,PED sviluppata dalle manovelle 14) venga generato un conseguente azionamento degli attuatori 20 (in termini ad esempio della coppia TWIN e della velocit? SWIN del winch 21, o della coppia TPUMP e della velocit? SPUMP dell'attuatore idraulico 22). In general, as shown schematically in Figure 6, the control logic implemented by the control unit 30 in the by-wire drive system 10 provides that, as a function of the input to the drive elements 12 (in terms of, for example, the torque THAN,PED and the speed SHAN,PED developed by the cranks 14), a consequent actuation of the actuators 20 is generated (in terms of, for example, the torque TWIN and the speed SWIN of the winch 21, or the torque TPUMP and the speed SPUMP of the hydraulic actuator 22).

Inoltre, la logica di controllo prevede una opportuna retroazione in modo tale che gli operatori di equipaggio possano avere un feedback dell'azionamento, percepire quanto carico sia presente, ad esempio in modo da rendersi conto in tempo di eventuali anomalie, data la mancanza di un feedback di forza tradizionale garantito dalla trasmissione meccanica. Nel caso di azionamento dei winch 21 in condizioni di scarsa visibilit?, ad esempio in notturna, ? importante che gli operatori di equipaggio possano avere tale feedback in merito all'azionamento. Furthermore, the control logic includes appropriate feedback so that crew members can receive feedback on the operation and perceive the load present, for example, so they can detect any anomalies in time, given the lack of traditional force feedback provided by the mechanical transmission. When operating the winches 21 in conditions of poor visibility, such as at night, it is important for crew members to be able to receive such feedback regarding the operation.

Nel caso del sistema di azionamento by-wire 10, tale feedback pu? essere ricreato virtualmente in diversi modi: mediante un feedback di forza sugli elementi di azionamento 12 (ad esempio sulle manovelle 14 del piedistallo 15), eventualmente opportunamente demoltiplicato (in particolare, tale feedback di forza pu? essere implementato mediante la coppia TEM,PED generata dal relativo motore elettrico primario 16); un feedback tattile tramite vibrazione sugli stessi elementi di azionamento 12; un feedback visivo; un feedback sonoro. In the case of the by-wire drive system 10, this feedback can be virtually recreated in various ways: by means of force feedback on the drive elements 12 (for example on the cranks 14 of the pedestal 15), possibly suitably demultiplied (in particular, this force feedback can be implemented by means of the torque TEM,PED generated by the relative primary electric motor 16); tactile feedback via vibration on the drive elements 12 themselves; visual feedback; audible feedback.

Vengono ora descritte in sintesi alcune possibili strategie di controllo implementabili dall'unit? di controllo 30, per il tramite degli stadi di controllo 34', 37' dei motori elettrici primari e secondari 16, 24. Tali strategie di controllo possono ad esempio essere implementate in funzione di comandi impartiti dall'operatore di equipaggio tramite gli elementi di interfaccia utente 49. Some possible control strategies that can be implemented by the control unit 30, via the control stages 34', 37' of the primary and secondary electric motors 16, 24, are now briefly described. These control strategies can, for example, be implemented based on commands given by the crew operator via the user interface elements 49.

In una modalit? a rapporto fisso, il rapporto di velocit? tra gli elementi di azionamento 12 e gli attuatori 20 ? imposto, potendo essere selezionabile tra un insieme di rapporti discreti, mediante la suddetta interfaccia utente. In a fixed ratio mode, the speed ratio between the drive elements 12 and the actuators 20 is set, being selectable from a set of discrete ratios, via the aforementioned user interface.

In una modalit? a rapporto variabile (assimilabile ad un controllo CVT - Continuously Variable Transmission), il rapporto di velocit? pu? essere variato in modo continuo con l'obiettivo ad esempio di massimizzare la velocit? dell'attuatore 20 in funzione del carico in ogni momento. In a variable ratio mode (similar to a CVT - Continuously Variable Transmission control), the speed ratio can be varied continuously with the aim, for example, of maximizing the speed of the actuator 20 as a function of the load at any given moment.

Tali modalit? a rapporto fisso o a rapporto variabile possono essere implementate in condizione di regata o di competizione e sono in generale assoggettate alla condizione (di isopotenza) che la potenza generata dagli attuatori 20 sia uguale alla potenza generata dagli elementi di azionamento 12 ad esso associati, a meno del rapporto di efficienza (in sostanza, la potenza disponibile per gli attuatori 20 non pu? eccedere la potenza umana generata). Such fixed ratio or variable ratio modes may be implemented in racing or racing conditions and are generally subject to the (isopower) condition that the power generated by the actuators 20 is equal to the power generated by the associated drive elements 12, less the efficiency ratio (in essence, the power available to the actuators 20 cannot exceed the human power generated).

Pu? inoltre essere implementata una modalit? servoassistita, in particolare in condizioni di crociera (non di regata o competizione), che preveda la possibilit? di assistere la potenza umana introdotta dagli operatori di equipaggio mediante gli elementi di azionamento 12 con una potenza di assistenza prodotta da sistemi di recupero; come indicato in precedenza, la potenza di assistenza pu? essere fornita a partire dall'unit? di accumulo di energia 42 (a batteria). A power-assisted mode can also be implemented, particularly in cruising conditions (not racing or competition), which provides for the possibility of assisting the human power introduced by the crew operators via the actuation elements 12 with an assist power produced by recovery systems; as previously indicated, the assist power can be supplied from the energy storage unit 42 (battery).

Inoltre, pu? essere implementata una modalit? di ricarica dalla suddetta unit? di accumulo di energia 42, utilizzabile anch'essa al di fuori delle situazioni di regata o competizione, ad esempio in situazioni di difficolt? energetica (nel caso in cui i suddetti sistemi di recupero, ad esempio per via delle condizioni ambientali o per altri motivi, non siano in grado di soddisfare la domanda di energia). In questo caso, la potenza prodotta dall'equipaggio mediante gli elementi di azionamento 12 pu? essere stoccata nell'unit? di accumulo di energia 42, andando a ricaricare la relativa batteria. Furthermore, a charging mode can be implemented from the aforementioned energy storage unit 42, which can also be used outside of racing or competition situations, for example in situations of energy shortage (in the event that the aforementioned recovery systems, for example due to environmental conditions or other reasons, are unable to meet the energy demand). In this case, the power produced by the crew via the drive elements 12 can be stored in the energy storage unit 42, recharging the corresponding battery.

Come indicato in precedenza, inoltre, anche l'energia prodotta eventualmente autonomamente dagli attuatori 20 pu? essere utilizzata, con funzionalit? di recupero di energia, per la ricarica della suddetta unit? di accumulo di energia 42, o comunque per differenti operazioni a bordo dell'imbarcazione a vela 100. As previously indicated, furthermore, even the energy possibly produced autonomously by the actuators 20 can be used, with energy recovery functionality, to recharge the aforementioned energy storage unit 42, or in any case for different operations on board the sailing vessel 100.

Con riferimento al diagramma a blocchi di Figura 7 ed ai diagrammi delle Figure 8A-8C, viene ora descritto in maggiore dettaglio un possibile schema di funzionamento del sistema di azionamento by-wire 10 (con riferimento ad una implementazione priva di unit? di accumulo di energia 42). With reference to the block diagram of Figure 7 and the diagrams of Figures 8A-8C, a possible operating scheme of the by-wire drive system 10 is now described in greater detail (with reference to an implementation without energy storage unit 42).

Inizialmente, fase 50, il sistema ? spento, in attesa di intervento da parte degli operatori di equipaggio sugli elementi di azionamento 12. Initially, phase 50, the system is switched off, awaiting intervention by the crew operators on the 12 actuating elements.

Tale intervento avviene nella fase 51, ad esempio mediante attuazione delle manovelle 14 associate ad uno o pi? piedistalli 15 (con il conseguente incremento della velocit? SHAN,PED delle stesse manovelle 14). This intervention occurs in phase 51, for example by actuating the cranks 14 associated with one or more pedestals 15 (with the consequent increase in the speed SHAN,PED of the same cranks 14).

Tale azionamento comporta la carica della capacit? di accumulo dell'elemento condensatore 41, con un conseguente aumento della tensione ai suoi capi, e dunque della tensione VBUS sul bus elettrico 35, come indicato nella fase 52. This operation causes the storage capacity of the capacitor element 41 to be charged, with a consequent increase in the voltage across it, and therefore in the voltage VBUS on the electrical bus 35, as indicated in step 52.

A partire dal momento in cui tale tensione raggiunge una tensione nominale (Vnom), si attiva, fase 54, la trasmissione di potenza (in modalit? by-wire) tra gli elementi di azionamento 12 ed i rispettivi attuatori 20, ad esempio con l'azionamento di un relativo winch 21, la cui velocit? SWIN e la cui coppia TWIN crescono fino a raggiungere un valore opportuno determinato dalla logica di controllo. Starting from the moment in which this voltage reaches a nominal voltage (Vnom), power transmission (in by-wire mode) between the actuating elements 12 and the respective actuators 20 is activated, phase 54, for example by actuating a relative winch 21, whose speed SWIN and torque TWIN increase until they reach an appropriate value determined by the control logic.

Come indicato in precedenza, tali valori sono in generale (necessariamente, in condizione di regata) funzione dell'azione umana esercitata dall'equipaggio. As previously indicated, these values are generally (necessarily, in racing conditions) a function of the human action exerted by the crew.

Come indicato nella fase 55a, la logica di controllo dell'azionamento, implementata, come discusso in precedenza, dall'unit? di controllo 30, pu? prevedere un controllo ad anello chiuso della tensione VBus sul bus elettrico 35, ad esempio con effetto sulla coppia resistente TEM,PED applicata sugli elementi di azionamento 12 da parte dei relativi motori elettrici primari 16. As indicated in step 55a, the drive control logic, implemented, as discussed above, by the control unit 30, may provide for closed-loop control of the voltage VBus on the electrical bus 35, for example affecting the resisting torque TEM,PED applied on the drive elements 12 by the respective primary electric motors 16.

Secondo un possibile aspetto della presente soluzione, tale coppia resistente pu? vantaggiosamente essere tale da mantenere l'operatore di equipaggio (ad esempio il grinder nel caso di regata o competizione) in una banda di velocit? dove ci sia un'efficienza biomeccanica maggiore (pertanto, implementando una logica di inseguimento di una massima efficienza). A questo riguardo, ? noto ad esempio che tale massima efficienza pu? prevedere una velocit? di rotazione delle manovelle 14 intorno agli 80 giri al minuto (rpm). According to a possible aspect of the present solution, this resistant torque could advantageously be such as to keep the crew operator (for example, the grinder in the case of a regatta or competition) in a speed range where there is greater biomechanical efficiency (therefore, implementing a logic for pursuing maximum efficiency). In this regard, it is known, for example, that such maximum efficiency can involve a rotation speed of the cranks 14 of around 80 revolutions per minute (rpm).

Come indicato nella fase 55b, alternativamente, la suddetta logica di controllo pu? prevedere un controllo in anello chiuso della velocit? e/o della coppia del motore elettrico secondario 24 dei suddetti attuatori 20 (winch 21 e/o attuatori idraulici 22), in funzione dell'input umano da parte dell'equipaggio. As indicated in step 55b, alternatively, the aforementioned control logic may provide for closed-loop control of the speed and/or torque of the secondary electric motor 24 of the aforementioned actuators 20 (winch 21 and/or hydraulic actuators 22), as a function of human input from the crew.

Come ulteriore alternativa, indicata nella fase 55c, tale logica di controllo pu? prevedere un controllo del senso di rotazione dello stesso motore elettrico secondario 24 degli attuatori 20, in particolare dei winch 21, per implementare un relativo cambio di marcia meccanico. As a further alternative, indicated in step 55c, this control logic can include a control of the direction of rotation of the secondary electric motor 24 of the actuators 20, in particular of the winches 21, to implement a relative mechanical gear change.

Da quanto precede, i vantaggi che la presente soluzione consente di ottenere sono evidenti. From the above, the advantages that this solution allows to obtain are evident.

In ogni caso, si sottolinea nuovamente che il sistema di azionamento by-wire 10 consente, rispetto a soluzioni tradizionali, basate su un sistema di trasmissione meccanica, un miglioramento dell'efficienza, un incremento della libert? di layout, una maggiore libert? e possibilit? di controllo, con la possibilit? di implementazione di funzionalit? aggiuntive, dato che, ad esempio, l'energia umana o l'energia generata dagli stessi attuatori in fase di recupero pu? essere utilizzata per ricaricare sistemi di accumulo energia e/o implementare funzionalit? di servoassistenza . In any case, it is emphasized again that the by-wire drive system 10 allows, compared to traditional solutions based on a mechanical transmission system, an improvement in efficiency, an increase in layout freedom, greater freedom and control possibilities, with the possibility of implementing additional functions, given that, for example, human energy or the energy generated by the actuators themselves during recovery can be used to recharge energy storage systems and/or implement power-assistance functions.

Risulta infine chiaro che a quanto descritto possono essere apportate modifiche e varianti che tuttavia non escono dall'ambito di tutela definito dalle rivendicazioni. Finally, it is clear that changes and variations may be made to what has been described, which however do not go beyond the scope of protection defined by the claims.

In particolare, si evidenzia che il sistema di azionamento by-wire 10 pu? essere vantaggiosamente implementato per un qualsiasi tipo di imbarcazione, per l'azionamento di un qualsiasi numero e tipologia di attuatori, anche differenti rispetto ai winch ed attuatori idraulici a cui si ? fatto specifico riferimento in precedenza, ad esempio verricelli, argani, ancore o qualsiasi altro sistema presente sull'imbarcazione che necessiti di movimentazione. In particular, it is highlighted that the by-wire drive system 10 can be advantageously implemented for any type of vessel, for the operation of any number and type of actuators, even different from the winches and hydraulic actuators specifically referred to previously, for example winches, capstans, anchors or any other system present on the vessel that requires movement.

Claims

1. Actuator drive system (10) in a sailing vessel (100), comprising, on board the sailing vessel (100):

one or more operating elements (12), operable by crew operators;

one or more actuators (20), capable of being operated by said operating elements (12),

wherein said drive elements (12) are equipped with a respective primary electric motor (16) and said actuators (20) are equipped with a respective secondary electric motor (24),

further comprising an electrical circuit (18), configured to electrically couple said primary electric motor (16) and secondary electric motor (24),

wherein said primary electric motor (16) is configured to transform an actuating motion of the respective of said actuating elements (12) into electrical energy in said electrical circuit (18); and said secondary electric motor (24) is configured to transform electrical energy in said electrical circuit (18) into an actuating motion of the respective actuator (20).

2. Actuation system according to claim 1, of the by-wire type, wherein said actuation elements (12) are mechanically disconnected from said actuators (20).

3. System according to claim 1 or 2, wherein said actuators (20) comprise one or more of winches (21) and hydraulic actuators (22).

4. System according to any of the preceding claims, comprising a control unit (30), coupled to said electrical circuit (18), to the primary electric motors (16) and to the secondary electric motors (24), configured to supervise and control the operation of the drive system (10).

5. System according to claim 4, wherein said control unit (30) is configured to implement an energy recovery function, using energy produced by the actuators (20), under certain operating conditions.

6. A system according to claim 4 or 5, wherein said control unit (30) is configured to generate and provide to said crew operators feedback indicative of a load on said actuators (20), said feedback being generated virtually by one or more of: force feedback; tactile feedback; visual feedback; audible feedback.

7. System according to claim 6, wherein said control unit (30) is configured to implement said force feedback as a resistive torque (TEM,PED) on the actuating elements (12) generated by the related primary electric motor (16), such as to maintain the actuating movement of said crew members in an operating band suitable to ensure an optimised biomechanical efficiency.

8. System according to any of claims 4-7, wherein said control unit (30) comprises respective controllers (34 ', 31 ') of said primary and secondary electric motors (16, 24) and a control node (39), coupled to said controllers (34',37') and further adapted to be coupled in communication with a control and management unit (40) of the sailing vessel (100).

9. System according to any of claims 4-8, wherein said control unit (30) is configured to generate a driving torque for said actuators (20) as a function of a selectable fixed ratio, or a continuously variable ratio, between the speeds of said driving elements (12) and said actuators (20).

10. System according to any of claims 4-9, comprising an energy storage unit (42) installed on board the sailing vessel (100), selectively connectable to the electrical circuit (18); wherein, under certain operating conditions, said control unit (30) is configured to implement a recharging of said energy storage unit (42) by means of energy associated with the movement of said actuating elements (12).

11. System according to claim 10, wherein said control unit (30) is configured to implement power assistance for the actuation of said actuating elements (12) by said crew operators, starting from the energy stored in said energy storage unit (42).

12. A system according to claim 10 or 11, wherein said energy storage unit (42) is coupled to said electrical bus (18) through a current sensing element (43), interposed between the output of said energy storage unit (42) and said electrical circuit (18); said current sensing element (43) being further controlled to interrupt a flow of current between said energy storage unit (42) and said electrical circuit (18).

13. A system according to any of claims 4-12, comprising a switching assembly (36), adapted to be controlled by said control unit (30) so as to selectively couple an output of each actuating element (12) to one or more of the actuators (20) via an electrical bus (35) of said electrical circuit (18); further comprising a human interface (49) operable by said crew operators; wherein said control unit (30) is coupled to said human interface (49) to implement control of said switching assembly (36).

14. System according to any of the preceding claims, wherein said control unit (30) is coupled to said actuating elements (12) by means of flexible electrical cables (19) of said electrical circuit (18).

15. System according to any of the preceding claims, wherein said actuating elements (12) comprise one or more cranks (14) carried by a pedestal (15), having a base integrally coupled to said sailing vessel (100).

16. Sailing vessel (100), comprising the drive system (10) according to any of the preceding claims.