ITMI20102430A1 - Metodo e sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un'imbarcazione - Google Patents

Description

METODO E SISTEMA ELETTRONICO PER IL CONTROLLO DELLE

MODALITÀ DI PROPULSIONE DI UN’IMBARCAZIONE

La presente invenzione si riferisce a un metodo e a un sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione.

Nella marina commerciale e di diporto, l’esigenza di ridurre le emissioni per motivi ambientali, nonché l’esigenza di ridurre i consumi per motivi economici, hanno impartito negli ultimi anni un notevole impulso allo studio e alla progettazione di mezzi di propulsione di natura ibrida.

A tal proposito, sono note imbarcazioni dotate di un motore elettrico e di un motore termico configurati secondo un cosiddetto schema ibrido termico-elettrico, che può essere di tipo in serie o di tipo in parallelo o di tipo misto, a seconda della modalità di collegamento tra i due motori.

In tali imbarcazioni il passaggio da una modalità di propulsione all’altra à ̈ regolato automaticamente in funzione della velocità di crociera al fine di massimizzare l’efficienza energetica.

Tuttavia, à ̈ chiaro che, nonostante l’ottimizzazione energetica ottenibile mediante l’utilizzo di mezzi di propulsione ibrida, la navigazione a motore non riesce a soddisfare appieno i requisiti in merito a sostenibilità economica e ambientale.

La riduzione dei consumi energetici, infatti, non à ̈ sempre così significativa da generare un risparmio consistente in termini economici.

Parziale soluzione ai suddetti inconvenienti à ̈ fornita dall’utilizzo di gruppi di vele a fini propulsivi in affiancamento ai mezzi di propulsione ibrida termicoelettrico.

L’integrazione di tali gruppi di vele con i tradizionali motori elettrici e/o termici consente, infatti, di conciliare i requisiti in termini di sostenibilità ambientale e di contenimento dei consumi con altre caratteristiche tipiche delle imbarcazioni a motore, come a esempio la possibilità di prevedere tempi certi di percorrenza di una tratta.

E’ chiaro, tuttavia, che il contributo alla propulsione fornito dai sistemi velici dipende dalle condizioni del vento.

Al fine di stimare tale contributo, sulle imbarcazioni oggi note, sono vantaggiosamente predisposti sensori di rilevamento della velocità e della direzione del vento. In tal modo, sulla base di tali rilevamenti, il navigatore stima il momento favorevole per issare e/o ammainare il gruppo di vele.

Tuttavia, à ̈ importante sottolineare che tale stima non à ̈ deterministica in quanto à ̈ dettata soprattutto dall’esperienza e dall’intuizione del navigatore, la qual cosa risulta essere particolarmente sfavorevole per la navigazione della marina commerciale.

Infatti, alle elevate velocità di crociera di una nave mercantile à ̈ sempre molto difficile comprendere se la forza del vento sia sufficientemente elevata da consentire una propulsione ibrida vela-motore.

Previsioni e/o stime inesatte possono comportare notevoli ritardi o comunque una propulsione non ottimizzata dal punto di vista energetico.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare un metodo per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione in grado di gestire l’utilizzo della propulsione velica su un’imbarcazione dotata di motore.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di creare un metodo per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione che consenta di integrare il contributo alla propulsione fornito da un gruppo di vele e quello fornito da un motore.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione che consenta di ottimizzare il consumo energetico del motore.

Questi e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un metodo e un sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione come esposto nelle rivendicazioni indipendenti 1 e 13.

Ulteriori caratteristiche del metodo e del sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi di un metodo e un sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

- la figura 1 à ̈ uno schema a blocchi di una prima forma di realizzazione di un sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ uno schema a blocchi di una seconda forma di realizzazione del sistema elettronico di figura 1;

- la figura 3 à ̈ uno schema a blocchi di una terza forma di realizzazione del sistema elettronico di figura 1; - la figura 4 à ̈ un diagramma di flusso relativo a una prima forma di realizzazione di un metodo per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la presente invenzione;

- la figura 5 à ̈ un diagramma di flusso relativo a una seconda forma di realizzazione del metodo di figura 4. Con riferimento alle figure, viene mostrato un sistema elettronico per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la presente invenzione, complessivamente indicato con 10.

Tale sistema elettronico 10 à ̈ vantaggiosamente accoppiato a un’imbarcazione 20 del tipo comprendente un motore pilotabile in potenza 21, un gruppo di vele 22, una deriva mobile 24 e una prima pluralità di sensori 23 delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione stessa 20.

In dettaglio, il motore pilotabile in potenza 21 può essere un motore elettrico oppure un motore termico, nonché un motore ibrido termico-elettrico, comprendendo sia un motore elettrico sia un motore termico.

La prima pluralità di sensori 23 delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione comprende preferibilmente dei sensori anemometrici in grado di rilevare la direzione o l’angolo di incidenza AWA e la velocità AWS del vento apparente, nonché sensori di velocità in grado di rilevare la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20.

Il sistema elettronico 10 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende un’unità centrale di elaborazione e controllo 11 collegata alla prima pluralità di sensori 23 delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione.

Tale unità centrale di elaborazione e controllo 11 à ̈, dunque, in grado di ricevere ed elaborare i dati rilevati dalla prima pluralità di sensori 23 al fine di calcolare la velocità reale TWS e la direzione reale TWA del vento.

Preferibilmente il collegamento tra l’unità centrale di elaborazione e controllo 11 e la prima pluralità di sensori 23 à ̈ cablato, ma può essere realizzato anche via-etere mediante due mezzi di ricetrasmissione viaetere (non illustrati), accoppiati l’uno all’unità centrale di elaborazione e controllo 11 e l’altro alla prima pluralità di sensori 23.

Il sistema elettronico 10 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende inoltre mezzi per la generazione di un segnale 13 collegati all’unità centrale di elaborazione e controllo 11.

In dettaglio i mezzi per la generazione di un segnale 13 sono in grado di produrre in uscita un segnale di avviso a un utente per indicare l’istante in cui à ̈ vantaggioso issare o ammainare il gruppo di vele 22 sulla base dei dati sulla velocità TWS e direzione TWA reale del vento.

Nel caso in cui l’imbarcazione 20 comprenda anche mezzi di controllo (non illustrati) del gruppo di vele 22 in grado di issare o ammainare le vele stesse 22, i mezzi per la generazione di un segnale 13 sono in grado di produrre in uscita un segnale di comando per i suddetti mezzi di controllo per l’issaggio o l’ammainamento del gruppo di vele 22.

Il sistema elettronico 10 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende anche mezzi di interfaccia per un utente 14 vantaggiosamente accoppiati all’unità centrale di elaborazione e controllo 11.

I mezzi di interfaccia per un utente 14 consentono all’utente di selezionare, sulla base delle proprie esigenze di navigazione, almeno una modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 fra una pluralità di modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 memorizzate in mezzi di memorizzazione 30 compresi nel sistema elettronico 10 e collegati all’unità di elaborazione e controllo 11.

In dettaglio la pluralità di modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 comprende almeno una modalità di conduzione a velocità minima garantita VMNG di navigazione, una modalità di conduzione a tempo minimo garantito TMN di navigazione e una modalità di conduzione a distanza minima garantita DMN di percorrenza.

Nel caso in cui à ̈ selezionata la modalità di conduzione a velocità minima garantita VMNG di navigazione, l’utente imposta il valore della velocità minima garantita VMNG mediante i mezzi di interfaccia per un utente 14. Tale modalità di conduzione consente di mantenere la velocità di navigazione dell’imbarcazione 20 a un valore maggiore o uguale della velocità minima garantita VMNG impostata.

Nel caso in cui à ̈ selezionata la modalità di conduzione a tempo minimo garantito TMN di navigazione l’utente imposta il valore di una velocità minima VMN’ e di un tempo minimo garantito TMN mediante i mezzi di interfaccia per un utente 14. Tale modalità di conduzione assicura che la navigazione dell’imbarcazione 20 si protragga per il tempo minimo garantito TMN impostato.

Nel caso in cui à ̈ selezionata la modalità di conduzione a distanza minima garantita DMN di percorrenza l’utente imposta il valore di una velocità minima VMN’ e di una distanza minima garantita DMN mediante i mezzi di interfaccia per un utente 14. Tale modalità di conduzione assicura che l’imbarcazione 20 percorra la distanza minima garantita DMN impostata.

Se il motore pilotabile in potenza 21 comprende un motore elettrico con funzionalità di generatore, la pluralità di modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 comprende anche una modalità di conduzione a velocità minima di generazione VMG di potenza elettrica, che indica la velocità dell’imbarcazione 20 oltre la quale si attiva la funzionalità di generatore del motore elettrico. Si sottolinea che, la modalità di conduzione a velocità minima di generazione VMG di potenza elettrica può essere selezionata solo se si à ̈ precedentemente scelto la modalità di conduzione a velocità minima garantita VMNG. In tal caso, infatti, l’utente imposta il valore della velocità minima di generazione VMG che à ̈ maggiore del valore della velocità minima garantita VMNG; in questo modo la funzionalità di generatore del motore elettrico viene attivata solo quando la propulsione dovuta al vento à ̈ sufficiente per il superamento sia della velocità minima garantita VMNG sia della velocità minima di generazione VMG di potenza elettrica. La modalità di conduzione a velocità minima di generazione di potenza elettrica VMG, dunque, consente di recuperare energia elettrica qualora la forza propulsiva del vento sia sufficiente a muovere l’imbarcazione 20 in accordo con la modalità di conduzione a velocità minima garantita VMNG.

Nel caso in cui il motore pilotabile in potenza 21 sia di tipo ibrido termico-elettrico, la pluralità di modalità conduzione dell’imbarcazione 20 comprende inoltre una modalità di conduzione a efficienza energetica del motore pilotabile in potenza 21 ottimizzata ηHYB. Tale modalità di conduzione a efficienza energetica ottimizzata ηHYB può essere selezionata singolarmente o in aggiunta ad almeno una modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 precedentemente selezionata. In particolare la modalità di conduzione a efficienza energetica ottimizzata ηHYB consente di ottimizzare il consumo energetico del motore pilotabile in potenza 21.

Al fine di garantire il rispetto delle modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 il sistema elettronico 10 comprende mezzi per il controllo 12 del motore pilotabile in potenza 21 sulla base della modalità di conduzione dell’imbarcazione selezionata e dei parametri caratteristici delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione rilevati dalla prima pluralità di sensori 23; tali mezzi per il controllo 12 del motore pilotabile in potenza 21 sono collegati all’unità centrale di elaborazione e controllo 11.

In particolare, i mezzi per il controllo 12 del motore 21 sono in grado di generare un segnale di richiesta di potenza PP per il motore pilotabile in potenza 21 sulla base dei parametri caratteristici delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione 20 rilevati dalla prima pluralità di sensori 23 e del valore della velocità minima di navigazione VMN’, VMNG impostata dall’utente.

Preferibilmente tali mezzi per il controllo 12 del motore pilotabile in potenza 21 comprendono regolatori PID o regolatori ottimi lineari o regolatori non lineari.

Il sistema elettronico 10 comprende altresì mezzi per l’ottimizzazione energetica 16 collegati all’unità centrale di elaborazione e controllo 11 e accoppiati al motore pilotabile in potenza 21.

I mezzi per il controllo 12 del motore 21 e i mezzi per l’ottimizzazione energetica 16 sono in grado di comunicare tra loro per interposizione dell’unità centrale di elaborazione e controllo 11 oppure mediante un collegamento dedicato.

I mezzi per l’ottimizzazione energetica 16 sono, inoltre, in grado di operare sul motore pilotabile in potenza 21 unitamente ai mezzi per il controllo 12 del motore 21 stesso, al fine di garantire il rispetto delle modalità di conduzione a tempo minimo garantito TMN di navigazione, a distanza minima garantita DMN di percorrenza e a efficienza energetica del motore pilotabile in potenza 21 ottimizzata.

In dettaglio tali mezzi per l’ottimizzazione energetica 16 generano un segnale di richiesta di potenza regolato PPR sulla base dei parametri caratteristici delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione rilevati dalla prima pluralità di sensori 23, della modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 selezionata e della capacità energetica CBAT, CFUEL del motore pilotabile in potenza 21. Tale capacità energetica CBAT, CFUEL si riferisce allo stato di carica CBAT di una batteria di un motore elettrico e/o alla capacità energetica di un serbatoio di carburante CFUEL di un motore termico, a seconda della natura del motore pilotabile in potenza 21.

La rilevazione della capacità energetica CBAT, CFUEL del motore pilotabile in potenza 21 à ̈ effettuata dal sistema elettronico 10 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione mediante una seconda pluralità di sensori 19 collegati all’unità centrale di elaborazione e controllo 11.

Nella forma di realizzazione della presente invenzione illustrata in figura 2, il sistema elettronico 10 comprende vantaggiosamente un blocco selettore 15 collegato all’unità centrale di elaborazione e controllo 11 e al motore pilotabile in potenza 21.

In tal caso il sistema elettronico 10 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione à ̈ vantaggiosamente applicato a un’imbarcazione 20 provvista di un motore 21 che comprende un motore elettrico dotato della funzionalità di generatore potenza elettrica. Dunque, tale motore pilotabile in potenza 21 à ̈ un motore elettrico o un motore ibrido termico-elettrico in cui à ̈ presente un motore elettrico dotato di un generatore di carica, preferibilmente idrodinamico. Il blocco selettore 15 à ̈ in grado di attivare selettivamente la funzione di propulsione o di generazione del motore elettrico compreso nel motore pilotabile in potenza 21, nel caso in cui la modalità di conduzione selezionata à ̈ la modalità di conduzione a velocità minima di generazione VMG.

Nella forma di realizzazione della presente invenzione, illustrata in figura 3, il sistema elettronico 10 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende anche mezzi per la regolazione di vele 17 e/o a mezzi di controllo della deriva 18 rispettivamente accoppiati al gruppo di vele 22 e alla deriva mobile 24 dell’imbarcazione 20, nonché entrambi all’unità centrale di elaborazione e controllo 11. In tal caso il sistema elettronico 10 à ̈ in grado di ottimizzare l’effetto propulsivo del gruppo di vele 22, modificando la configurazione delle stesse, e la posizione della deriva 24, in funzione delle condizioni di vento rilevate.

Il metodo 100 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende una prima fase di misura che consiste nel rilevare 101 una pluralità di parametri caratteristici del vento mediante la prima pluralità di sensori 23.

In tale fase di misura 101 l’unità di elaborazione e controllo 11 riceve i dati relativi al rilevamento della velocità AWS e l’angolo d’incidenza AWA del vento apparente e della velocità BS dell’imbarcazione 20 e calcola la velocità reale TWS e la direzione TWA reale del vento.

In seguito à ̈ prevista una fase di osservazione in cui l’unità di elaborazione e controllo 11 verifica 102 se la pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento così rilevati soddisfa un insieme preimpostato di condizioni limite per l’issaggio o l’ammainamento del gruppo di vele 22.

In particolare in tale fase di osservazione si verifica che la velocità reale TWS del vento sia maggiore di un valore minimo TWSMN preimpostato e che la direzione, espressa in termini di un angolo di incidenza del vento TWA, sia compreso in un intervallo di angoli [TWAMN1, TWAMN2] preimpostato.

Dopo la fase di osservazione 102 à ̈ prevista una fase consistente nel generare 103 un segnale di avviso per l’utente e/o di comando dei mezzi di controllo del gruppo di vele 22, se presenti, per l’issaggio o l’ammainamento del gruppo di vele 22.

Quando il gruppo di vele 22 à ̈ issato, il metodo 100 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende una fase che consiste nel selezionare 104 almeno una modalità di conduzione dell’imbarcazione 20 fra una pluralità di modalità di conduzione dell’imbarcazione 20.

Secondo la presente invenzione dopo tale fase di selezione 104 il metodo 100 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende una fase consistente nel controllare 110 il motore pilotabile in potenza 21 sulla base della modalità di conduzione dell’imbarcazione selezionata e dei parametri caratteristici delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione rilevati dalla prima pluralità di sensori 23.

Nel caso in cui à ̈ selezionata la modalità di conduzione a velocità minima garantita VMNG di navigazione il metodo 100 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende le fasi (non illustrate) che consistono nell’impostare il valore della velocità minima garantita VMNG, nel rilevare la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20 mediante la prima pluralità di sensori.

In tal caso, inoltre, il metodo 100 comprende una fase in cui l’unità centrale di elaborazione e controllo 11 confronta 111 la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20 e la velocità minima garantita VMNG. Se la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20 risulta minore della velocità minima garantita VMNG la fase di controllo 110 del motore pilotabile in potenza 21 comprende il generare 112 un segnale di richiesta di potenza PP per il motore pilotabile in potenza 21, sulla base del valore corrente dei parametri caratteristici delle condizioni del vento.

In dettaglio il segnale di richiesta di potenza PP può essere meglio definito come la combinazione di un segnale di richiesta di coppia TP e di velocità di rotazione dell’albero WP del motore pilotabile in potenza 21, in modo tale che PP = TP • WP. Tale segnale di richiesta di potenza PP stimola il motore 21 a erogare la potenza necessaria al raggiungimento della velocità minima garantita VMNG di navigazione.

Se la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20 risulta maggiore della velocità minima garantita VMNG di navigazione la fase di controllo 110 del motore pilotabile in potenza 21 comprende il minimizzare 113 il consumo energetico del motore pilotabile in potenza 21, mediante i mezzi per l’ottimizzazione energetica 16.

In particolare, nel caso in cui il motore pilotabile in potenza 21 comprenda un motore elettrico la fase di minimizzazione 113 del consumo energetico consiste nello spegnere il suddetto motore elettrico.

Diversamente, nel caso in cui il motore pilotabile in potenza 21 comprenda un motore termico la fase di minimizzazione 113 del consumo energetico consiste nel garantire una velocità minima di rotazione dell’albero WPMN del motore termico.

E’ importante sottolineare che il mantenimento della velocità minima di rotazione WPMN del motore termico implica che nelle condizioni in cui la propulsione velica genera abbastanza potenza la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20 sarà maggiore della velocità minima garantita VMNG a causa della propulsione contemporanea velica e termica.

Nel caso in cui il motore pilotabile in potenza 21 comprende un motore elettrico con funzionalità di generatore e sono selezionate le modalità di conduzione a velocità minima garantita VMNG di navigazione e a velocità minima di generazione di potenza elettrica VMG il metodo 100 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende, inoltre, le fasi (non illustrate) consistenti nell’impostare il valore della velocità minima di generazione VMG e nel confrontare tale velocità VMG con la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20.

In tal caso se la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20 à ̈ maggiore della velocità minima di generazione di potenza elettrica VMG, la fase di controllo 110 del motore pilotabile in potenza 21 comprende l’attivazione (non illustrata) della funzionalità di generatore del motore elettrico mediante il blocco selettore 15.

Al contrario, se la velocità di navigazione BS dell’imbarcazione 20 à ̈ minore della velocità minima di generazione di potenza elettrica VMG e maggiore della velocità minima garantita VMNG il blocco selettore 15 spegne la macchina elettrica.

Nel caso in cui à ̈ selezionata la modalità di conduzione a tempo minimo garantito TMN di navigazione il metodo 100 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende le fasi (non illustrate) consistenti nell’impostare il valore del tempo minimo garantito TMN di navigazione e il valore di una velocità minima di navigazione VMN’.

In seguito si rileva (non illustrata) la capacità energetica CBAT, CFUEL del motore pilotabile in potenza 21 mediante la seconda pluralità di sensori 19 e si controlla 131 la coerenza dei valori di velocità minima VMN’ e di tempo minimo garantito TMN impostati rispetto a tale capacità CBAT, CFUEL energetica rilevata.

In dettaglio la fase di controllo della coerenza 131 prevede la verifica della seguente disequazione:

TMN

∫ 0 TP*WPdt<≤>(CBAT, CFUEL )

ove TP e WP sono generati dai mezzi di controllo 12 del motore pilotabile in potenza 21 sulla base dei parametri caratteristici del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione 20 rilevati e del valore della velocità minima di navigazione VMN’ impostata.

In caso di esito positivo di tale fase di controllo della coerenza 131 la fase di controllo 110 del motore pilotabile in potenza 21 comprende il generare 133 un segnale di richiesta di potenza regolato PPR sulla base della pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento, del valore del tempo minimo garantito TMN di navigazione e della capacità energetica CBAT, CFUEL del motore 21.

In dettaglio tale segnale di richiesta di potenza regolato PPR à ̈ generato dai mezzi per l’ottimizzazione energetica 16.

In caso di esito negativo, della fase di controllo della coerenza 131 ovvero se i valori del tempo minimo garantito TMN di navigazione e della velocità minima di navigazione VMN’ danno vita a una richiesta di coppia TP e di velocità di rotazione dell’albero WP che il motore 21 non può soddisfare alla luce della capacità energetica CBAT, CFUEL rilevata, la fase di controllo 110 del motore pilotabile in potenza 21 comprende il ridurre 132 il valore della velocità minima di navigazione VMN’ finché la fase di controllo di coerenza ha esito positivo.

Nel caso in cui à ̈ selezionata la modalità di conduzione a distanza minima garantita DMN di percorrenza il metodo 100 per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione comprende le fasi (non illustrate) consistenti nell’impostare il valore della distanza minima garantita DMN di percorrenza e il valore di una velocità minima di navigazione VMN’.

In seguito si rileva (non illustrata) la capacità energetica CBAT, CFUEL del motore pilotabile in potenza 21 mediante la seconda pluralità di sensori 19 e si controlla la coerenza dei valori di velocità minima VMN’ e di distanza minima garantita DMN impostati rispetto a tale capacità CBAT, CFUEL energetica rilevata.

In caso di esito positivo di tale fase di controllo della coerenza la fase di controllo 110 del motore pilotabile in potenza 21 comprende il generare (non illustrata) un segnale di richiesta di potenza regolato PPR sulla base della pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento, del valore della distanza minima garantita DMN e della capacità energetica CBAT, CFUEL del motore 21. In dettaglio tale segnale di richiesta di potenza regolato PPR à ̈ generato dai mezzi per l’ottimizzazione energetica 16.

In caso di esito negativo, della fase di controllo della coerenza ovvero se i valori della distanza minima garantita DMN di percorrenza e della velocità minima di navigazione VMN’ danno vita a una richiesta di coppia TP e di velocità di rotazione dell’albero WP che il motore 21 non può soddisfare alla luce della capacità energetica CBAT, CFUEL rilevata, la fase di controllo 110 del motore pilotabile in potenza 21 comprende il ridurre (non illustrata) il valore della velocità minima di navigazione VMN’ finché la fase di controllo di coerenza ha esito positivo.

Nel caso in cui à ̈ selezionata la modalità di conduzione a efficienza energetica del motore pilotabile in potenza 21 ottimizzata ηHYB il metodo 100 per il controllo della propulsione di un’imbarcazione comprende in aggiunta una fase di ottimizzazione (non illustrata) in cui i mezzi per l’ottimizzazione energetica 16 massimizzano l’efficienza ηHYB del motore ibrido termico-elettrico alla luce dei parametri caratteristici delle condizioni del vento e delle condizioni di moto dell’imbarcazione rilevati dalla prima pluralità di sensori 23 e dalla capacità energetica CBAT, CFUEL del motore.

A titolo di esempio, si riporta il sistema di equazioni sul quale à ̈ basata la suddetta procedura di massimizzazione dell’efficienza ηHYB nel caso in cui sia selezionata la modalità di conduzione a tempo minimo garantito TMN di navigazione e la modalità di conduzione a efficienza energetica ottimizzata ηHYB.

1

η HYB =

σC/ηE(TP,WP)+[1 −σC]/ ηT(TP, WP )

TMN

argminJ(σC,TP,WP)= ∫(1 − ηHYB ) 2 dt

σ C 0

BS( σC,TP,WP ) ≥ VMN

DMNTMN=

VMN TMN

∫[1− σC]*TP *WPdt ≤ CFUEL

0

TMN

∫ σC*TP *WPdt ≤ CBAT

0

ove σC à ̈ un segnale di controllo che definisce l’attivazione della propulsione elettrica (σC=1) o della propulsione termica (σC=0), ηE(TP,WP) à ̈ l’efficienza della macchina elettrica funzione dei parametri TP e WP richiesti dai mezzi per il controllo 12 del motore pilotabile in potenza 21, ηT(TP,WP) à ̈ l’efficienza della macchina termica funzione dei parametri TP e WP e J(σC,TP,WP) à ̈ una funzione obiettivo da minimizzare.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del metodo e del sistema elettronico oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi.

Infatti il metodo per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la presente invenzione consente di sapere in maniera deterministica il momento nel quale la forza propulsiva del vento può essere sfruttata in maniera vantaggiosa al fine di abbassare i consumi energetici del motore.

Inoltre il controllo della propulsione e l’ottimizzazione energetica effettuato sulla base delle modalità di conduzione dell’imbarcazione selezionate, dei parametri caratteristici del vento rilevati, nonché della capacità energetica del motore dell’imbarcazione, permette di integrare la forza propulsiva derivante dal vento con quella del motore, comportando elevati risparmi nei consumi, nonché una navigazione molto silenziosa.

È chiaro, infine, che il metodo e il sistema elettronico così concepiti sono suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione del tipo comprendente un motore pilotabile in potenza (21), un gruppo di vele (22) e una prima pluralità di sensori (23) delle condizioni del vento e delle condizioni di moto di detta imbarcazione, detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi che consistono nel: - rilevare (101) una pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento mediante detta prima pluralità di sensori (23); - verificare (102) se la pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento così rilevati soddisfa un insieme preimpostato di condizioni limite per l’issaggio o l’ammainamento di detto gruppo di vele (22); - selezionare (104) almeno una modalità di conduzione di detta imbarcazione scelta fra una pluralità di modalità di conduzione di detta imbarcazione (20), quando detto gruppo di vele (22) à ̈ issato; - controllare (110) detto motore pilotabile in potenza (21) sulla base della modalità di conduzione di detta imbarcazione selezionata.
2. 2) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento comprende la velocità reale (TWS) del vento e l’angolo di incidenza del vento (TWA), e dal fatto che detto insieme preimpostato di condizioni limite comprende un valore minimo della velocità reale del vento (TWSMN) e un intervallo di variabilità dell’angolo di incidenza del vento compreso fra un valore minimo (TWAMN1) e un valore massimo (TWAMN2).
3. 3) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che, dopo detta fase di verifica (102) e prima di detta fase di selezione (104), comprende inoltre una fase consistente nel generare (103) un segnale di avviso per un utente e/o di comando di mezzi di controllo di detto gruppo di vele (22) per l’issaggio o l’ammainamento di detto gruppo di vele (22).
4. 4) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di modalità di conduzione di detta imbarcazione (20) comprende almeno: - una modalità di conduzione a velocità minima garantita (VMNG) di navigazione; - una modalità di conduzione a tempo minimo garantito (TMN) di navigazione; - una modalità di conduzione a distanza minima garantita (DMN) di percorrenza.
5. 5) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che, nel caso in cui detto motore pilotabile in potenza (21) comprende un motore elettrico con funzionalità di generatore, detta pluralità di modalità di conduzione di detta imbarcazione (20) comprende anche una modalità di conduzione a velocità minima di generazione di potenza elettrica (VMG) in cui detta velocità minima di generazione di potenza elettrica (VMG) à ̈ maggiore a detta velocità minima garantita (VMNG) di navigazione.
6. 6) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che, nel caso in cui detto motore pilotabile in potenza (21) sia di tipo ibrido termico-elettrico, detta pluralità di modalità di conduzione di detta imbarcazione (20) comprende anche una modalità di conduzione a efficienza energetica di detto motore pilotabile in potenza (21) ottimizzata (ηHYB).
7. 7) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo una o più delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che, nel caso in cui detta modalità di conduzione selezionata à ̈ detta modalità di conduzione a velocità minima garantita (VMNG) di navigazione, comprende le fasi consistenti nel: - impostare il valore di detta velocità minima garantita (VMNG) di navigazione; - rilevare la velocità di navigazione (BS) di detta imbarcazione mediante detta prima pluralità di sensori (23); - confrontare (111) la velocità di navigazione (BS) di detta imbarcazione rilevata con detta velocità minima garantita (VMNG) di navigazione impostata; in cui - se la velocità di navigazione (BS) di detta imbarcazione rilevata à ̈ minore di detta velocità minima garantita (VMNG) di navigazione impostata, detta fase di controllo (110) di detto motore pilotabile in potenza (21) comprende il generare (112) un segnale di richiesta di potenza (PP) per detto motore pilotabile in potenza (21) sulla base del valore corrente dei parametri caratteristici delle condizioni del vento.
8. 8) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che, se la velocità di navigazione (BS) di detta imbarcazione rilevata à ̈ maggiore di detta velocità minima garantita (VMNG) di navigazione impostata, detta fase di controllo (110) di detto motore pilotabile in potenza (21) comprende il minimizzare (113) il consumo energetico di detto motore pilotabile in potenza (21).
9. 9) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che quando detto motore pilotabile in potenza (21) comprende un motore elettrico, detto minimizzare (113) consiste nello spegnere detto motore elettrico e che, quando detto motore pilotabile in potenza (21) comprende un motore termico, detto minimizzare (113) consiste nel garantire una velocità minima di rotazione (WPMN) dell’albero (WP) di detto motore termico.
10. 10) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 5 e una o più delle rivendicazioni dalla 7 alla 9, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre le fasi consistenti nel: - impostare il valore di detta velocità minima di generazione di potenza elettrica (VMG); - confrontare la velocità di navigazione (BS) di detta imbarcazione rilevata con detta velocità minima di generazione di potenza elettrica (VMG); in cui - se la velocità di navigazione (BS) di detta imbarcazione (20) à ̈ maggiore di detta velocità minima di generazione di potenza elettrica (VMG), detta fase di controllo (110) di detto motore pilotabile in potenza (21) comprende l’attivare della funzionalità di generatore di detto motore elettrico.
11. 11) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che, nel caso in cui detta modalità di conduzione selezionata à ̈ detta modalità di conduzione a tempo minimo garantito (TMN) di navigazione, comprende le fasi consistenti nel: - impostare il valore di detto tempo minimo garantito (TMN) di navigazione; - impostare un valore di velocità minima (VMN’) di navigazione; - rilevare la capacità energetica (CBAT; CFUEL) di detto motore pilotabile in potenza (21) mediante una seconda pluralità di sensori (19); - controllare (131) la coerenza dei valori di detto tempo minimo garantito (TMN) di navigazione e di velocità minima (VMN’) di navigazione impostati rispetto alla capacità energetica (CBAT; CFUEL) rilevata; in cui, in caso di esito positivo del controllo della coerenza, detta fase di controllo di detto motore pilotabile in potenza (21) comprende il generare (133) un segnale di richiesta di potenza regolato (PPR) sulla base di detta pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento, del valore di detto tempo minimo garantito (TMN) di navigazione e di detta capacità energetica (CBAT, CFUEL).
12. 12) Metodo (100) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che, nel caso in cui detta modalità di conduzione selezionata à ̈ detta modalità di conduzione a distanza minima garantita (DMN) di percorrenza, comprende le fasi consistenti nel: - impostare il valore di detta distanza minima garantita (DMN) di percorrenza; - impostare un valore di velocità minima (VMN’) di navigazione; - rilevare la capacità energetica (CBAT; CFUEL) di detto motore pilotabile in potenza (21) mediante una seconda pluralità di sensori (19); - controllare la coerenza dei valori di detta distanza minima garantita (DMN) di percorrenza e di velocità minima (VMN’) di navigazione impostati rispetto alla capacità energetica (CBAT; CFUEL) rilevata; in cui, in caso di esito positivo del controllo della coerenza, detta fase di controllo di detto motore pilotabile in potenza (21) comprende il generare un segnale di richiesta di potenza regolato (PPR) sulla base di detta pluralità di parametri caratteristici delle condizioni del vento, del valore di detta distanza minima garantita (DMN) di percorrenza e di detta capacità energetica (CBAT, CFUEL).
13. 13) Sistema elettronico (10) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione del tipo dotato di un motore pilotabile in potenza (21), un gruppo di vele (22) e una prima pluralità di sensori (23) delle condizioni del vento e delle condizioni di moto di detta imbarcazione, detto sistema elettronico (10) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - un’unità centrale di elaborazione e controllo (11) collegata a detta prima pluralità di sensori (23), - mezzi per la memorizzazione (30) di una pluralità di modalità di conduzione di detta imbarcazione (20) collegati a detta unità centrale di elaborazione e controllo (11), - mezzi di interfaccia per un utente (14) collegati a detta unità centrale di elaborazione e controllo (11) per la selezione di almeno una modalità di conduzione di detta imbarcazione (20) fra detta pluralità di modalità di conduzione di detta imbarcazione (20), - mezzi di generazione di un segnale di avviso per un utente e/o di comando di mezzi di controllo di detto gruppo di vele (22) per l’issaggio o l’ammainamento di detto gruppo di vele (22), collegati a detta unità centrale di elaborazione e controllo (11); - mezzi per il controllo (12) di detto motore pilotabile in potenza (21) sulla base della modalità di conduzione dell’imbarcazione selezionata e dei parametri caratteristici delle condizioni del vento e delle condizioni di moto di detta imbarcazione rilevati da detta prima pluralità di sensori (23), detti mezzi per il controllo (12) essendo collegati a detta unità centrale di elaborazione e controllo (11).
14. 14) Sistema elettronico (10) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione del tipo dotato di un motore pilotabile in potenza (21) secondo la rivendicazione 13, in cui detto motore pilotabile in potenza (21) comprende un motore elettrico con funzionalità di generatore, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un blocco selettore (15), accoppiato a detto motore pilotabile in potenza (21) e a detta unità di elaborazione e controllo (11), detto blocco selettore (15) essendo in grado di attivare selettivamente la funzione di propulsione o di generazione di detto motore elettrico.
15. 15) Sistema elettronico (10) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione del tipo dotato di un motore pilotabile in potenza (21) secondo una o più delle rivendicazioni da 13 a 14, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi per l’ottimizzazione energetica (16) collegati a detta unità centrale di elaborazione e controllo (11) e accoppiati a detto motore pilotabile in potenza (21).
16. 16) Sistema elettronico (10) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione del tipo dotato di un motore pilotabile in potenza (21) secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre una seconda pluralità di sensori (19) della capacità energetica (CBAT; CFUEL) di detto motore pilotabile in potenza (21) collegati a detta unità centrale di elaborazione e controllo (11).
17. 17) Sistema elettronico (10) per il controllo delle modalità di propulsione di un’imbarcazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 13 a 16, in cui detta imbarcazione (20) comprende una deriva mobile (24), caratterizzato dal fatto di comprendere in aggiunta mezzi per la regolazione di vele (17) e/o a mezzi di controllo della deriva (18) rispettivamente accoppiati a detto gruppo di vele (22) e a detta deriva mobile (24) di detta imbarcazione (20), nonché entrambi a detta unità centrale di elaborazione e controllo (11).