ITMO20130156A1 - Sistema anti-ribaltamento. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

?Sistema anti-ribaltamento.?

La presente invenzione si riferisce a un sistema e a un metodo per impedire il ribaltamento di veicoli di lavoro, in particolare i veicoli agricoli. Un veicolo agricolo ? tipicamente dotato di ruote che poggiano sul terreno. Le ruote sono collegate al corpo di veicolo tramite un assale anteriore e un assale posteriore disposti trasversalmente alla direzione di movimento del veicolo. La distribuzione del peso del veicolo sugli assali varia a seconda dell?uso, della configurazione di appoggio sul terreno, dell?attrezzo collegato al veicolo, del carico a bordo, fisso, variabile o mobile, e soltanto in alcune circostanze operative essa ? costruttivamente predeterminata. Nei veicoli agricoli, gli assali non hanno tipicamente mezzi di sospensione ammortizzanti, ma sono rigidi. Quindi, in un tentativo di distribuire il carico il pi? uniformemente possibile sul terreno tra le ruote dello stesso assale, uno dei due assali ? collegato in modo ruotabile (o in modo girevole) al corpo del veicolo, in modo tale da essere in grado di oscillare, vale a dire ruotare, rispetto a un asse longitudinale del veicolo. Quindi, l?assale girevole ? in grado di seguire, almeno parzialmente l?irregolarit? del suolo, che diversamente costringerebbe il veicolo a poggiare in modo irregolare sul suolo, il che altererebbe i carichi delle ruote sul suolo, finch?, ad esempio, una ruota non si stacca dal suolo.

Nei trattori, l?assale anteriore ? tipicamente collegato in modo ruotabile al corpo di veicolo dato che, in generale, l?assale anteriore sopporta meno carichi rispetto all?assale posteriore. In una tale configurazione, la posizione angolare del veicolo ? determinata dalla posizione dell?assale posteriore, che ? fissa rispetto al veicolo. L?assale anteriore pu? eseguire oscillazioni all?interno di una grandezza di oscillazione limitata attorno all?asse longitudinale del veicolo. Quindi, le ruote anteriori vengono azionate per seguire l?irregolarit? del terreno, indipendentemente dalla posizione angolare del veicolo che ? determinata dall?irregolarit? del suolo. Ad esempio, in una mietitrebbiatrice, l?assale posteriore ? tipicamente girevole e l?assale anteriore ? fisso. Di seguito, verr? descritto un trattore con un assale anteriore girevole non sospeso e un assale posteriore rigido fisso verr? usato come esempio. Tuttavia, si noti che i problemi e le soluzioni descritti sono analogamente applicabili a veicoli con un assale posteriore girevole e a veicoli in cui l?assale girevole ? sospeso (in modo dipendente o indipendente).

La grandezza di oscillazione ? tipicamente limitata da fermi di fine corsa posizionati nell?ubicazione delle ruote anteriori. In media, ? consentita una rotazione dell?assale anteriore attorno all?asse longitudinale del veicolo tra 10 gradi e -10 gradi. Quindi, la libert? di rotazione totale ? di circa 20 gradi.

Come risultato delle configurazione dell?assale posteriore rigido e dell?assale anteriore oscillante, la struttura di veicolo ? molto simile a quella di un veicolo a tre ruote, con due punti di appoggio posteriori e un punto di appoggio anteriore, almeno per tutte le posizioni dell?assale anteriore per le quali la limitazione dell?oscillazione dell?assale anteriore non si ? verificata. Quindi, l?assale anteriore non contribuisce in alcun modo alla resistenza al ribaltamento (almeno quando i fermi di fine corsa non sono stati raggiunti nell?oscillazione) dato che esso supporta centralmente il corpo di veicolo.

La stabilit? del veicolo sul suolo pendente ? fondamentale. Tale stabilit? pu? essere influenzata negativamente dagli attrezzi collegati al veicolo. Questo rende pericoloso guidare il veicolo sul terreno pendente, specialmente durante il sollevamento e il trasporto di carichi molto pesanti, dato che vi ? un alto rischio di rovesciamento del veicolo. Generalmente, tale rovesciamento ha gravi conseguenze, che sono spesso mortali per il conducente del veicolo.

EP2444304 propone un dispositivo e un metodo per aumentare la stabilit? del veicolo, riducendo cos? il rischio che il veicolo si rovesci in condizioni di lavoro critiche. Esso descrive un sistema per impedire il rovesciamento comprendente almeno un attuatore, ad esempio un attuatore idraulico a doppio effetto, interposto tra l?assale anteriore e il corpo del veicolo. L?attuatore ? in grado di esercitare forze comandabili sull?assale anteriore in modo tale da contrastare la rotazione dell?assale anteriore rispetto al corpo del veicolo. In EP2444304, il ribaltamento viene rilevato usando una complessa combinazione di sensori. Questi sensori misurano tipicamente la posizione angolare o l?accelerazione angolare del veicolo. Tramite le misurazioni della posizione e/o dell?accelerazione angolari, il ribaltamento viene rilevato, e in una fase successiva corretto tramite l?attuatore.

Uno svantaggio del sistema anti-ribaltamento noto ? dato dal fatto che i sensori di posizione angolare o i sensori di accelerazione angolare sono tipicamente imprecisi quando applicati a un veicolo agricolo. Segnatamente, un veicolo agricolo in funzione genera una quantit? notevole di vibrazioni ad alta frequenza e a bassa frequenza. Queste vibrazioni sono continuamente rivelate dal sensore di posizione angolare e/o dal sensore di accelerazione angolare, disturbando l?attivit? di questi sensori. Quindi, la sensibilit? di questi sensori, necessaria per rilevare correttamente il ribaltamento in una fase iniziale, aumenta la sensibilit? al disturbo provocato dalle vibrazioni di veicolo. Anche se questi sensori di posizione angolare e/o di accelerazione angolare funzionano molto bene in un laboratorio per rilevare il ribaltamento (in circostanze ideali), in un ambiente di vita reale, i movimenti e le vibrazioni dei veicoli agricoli rendono il rilevamento di ribaltamento impreciso.

? uno scopo della presente invenzione quello di fornire un veicolo agricolo con un sistema anti-ribaltamento che sia pi? preciso.

A tale scopo, l?invenzione propone un veicolo di lavoro avente una prima coppia di ruote montate su un corpo di veicolo tramite un assale fisso e una seconda coppia di ruote montate su detto corpo di veicolo tramite un assale girevole, il veicolo comprendendo un sistema anti-ribaltamento comprendente almeno due mezzi di sensori di carico montati in corrispondenza di un alloggiamento di assale vicino ad almeno due ruote diverse dalla prima coppia di ruote, per misurare una forza di spinta verso il basso sopportata dalla rispettiva ruota, i mezzi di sensori di carico essendo operativamente collegati a un processore, in cui il processore ? configurato per inviare comandi anti-ribaltamento, in base a segnali ricevuti da detti almeno due mezzi di sensori di carico.

In figura 3, sono mostrate una ruota e la parte adiacente dell?alloggiamento di assale. Data la sua forma simile a una tromba, la parte dell?alloggiamento di assale vicina a ciascuna ruota sar? chiamata, d?ora in poi, ?tromba?. Tuttavia, si noti che l?invenzione non si limita agli alloggiamenti di assale a forma di tromba. I mezzi di sensori di carico sono noti per essere sia altamente precisi sia resistenti. Fornire due mezzi di sensori di carico al veicolo agricolo in corrispondenza delle trombe di diverse ruote di questo, d? un?indicazione del carico che viene sopportato da queste ruote. In grandezza, questi carichi misurati non forniscono alcuna informazione importante relativa al ribaltamento (dato che la grandezza di carico sopportato dalle ruote dipende molto dall?attrezzo che ? collegato al veicolo e dall?intensit? di lavoro del veicolo). Tuttavia, una differenza di grandezza aumenta una differenza del carico che viene sopportato dalle diverse ruote, e quindi fornisce informazioni di stabilit? iniziali (prima che il ribaltamento venga rivelato, si pu? rilevare una differenza di grandezza di carico). In alternativa, il valore di carico minimo ? usato per determinare la stabilit? del veicolo. Quando il valore di carico in corrispondenza di almeno una delle ruote ? al di sotto di una certa soglia, questa pu? essere un?indicazione che esiste un rischio notevole di ribaltamento.

Quando mezzi di sensore di carico sono posizionati in corrispondenza della tromba della ruota posteriore sinistra del veicolo agricolo e altri mezzi di sensore di carico sono posizionati in un modo simile vicino alla tromba della ruota posteriore destra del veicolo agricolo, un confronto ? indicativo della distribuzione di carico di veicolo da sinistra a destra. Un vantaggio sorprendente derivante dall'uso di mezzi di sensori di carico per rilevare la stabilit? di veicolo, invece di usare i sensori di posizione angolare, o i sensori di accelerazione angolari, consiste nel fatto che prima che il veicolo inizi a inclinarsi (per cui la posizione angolare del veicolo cambia), pu? essere rilevata un?instabilit? mediante una distribuzione di carico irregolare. Questo consente a un sistema anti-ribaltamento di agire sul veicolo in una fase di molto precedente, quando i mezzi di sensori di carico sono usati per misurare una instabilit? di veicolo.

In una forma di realizzazione preferita, il sistema anti-ribaltamento comprende un sistema di comando di perno con almeno un attuatore che si estende tra il corpo di veicolo e l?assale girevole in modo tale che l?attuatore sia fornito per creare una coppia tra l?assale girevole e il corpo di veicolo e in cui detti comandi anti-ribaltamento comprendono almeno un segnale di attuazione per detto attuatore.

Spingendo attivamente il corpo di veicolo lontano da, o tirandolo verso, una delle estremit? dell?assale girevole, il centro di gravit? del corpo di veicolo viene spostato e l?equilibrio pu? essere ristabilito.

In alternativa, i comandi anti-ribaltamento possono causare e/o impedire la frenatura, l?accelerazione e/o la sterzatura di una o pi? delle ruote al fine di migliorare l?equilibrio del veicolo. Come ulteriore alternativa, il centro di gravit? del veicolo pu? essere spostato rispetto agli assali tramite la regolazione di una posizione di una massa mobile.

Nella maggior parte dei veicoli agricoli, l?assale fisso ? l?assale posteriore e l?assale anteriore ? quello girevole. In una tale configurazione, i mezzi di sensori di carico sono preferibilmente forniti almeno in corrispondenza delle trombe di ruote posteriori, in modo tale che la forza di spinta verso il basso sulle ruote posteriori sia indicativa della stabilit? da sinistra a destra del veicolo. Fornire i sensori di carico in corrispondenza della tromba di ruota posteriore fornisce una misurazione di carico che ? indicativa del carico verso il basso sopportato dalle ruote posteriori. In base a questa indicazione, i comandi anti-ribaltamento possono essere generati per impedire il ribaltamento del veicolo.

Preferibilmente, il sistema anti-ribaltamento comprende almeno un attuatore che si estende tra il corpo di veicolo e l?assale girevole in modo tale che l?attuatore sia fornito per spingere la rispettiva ruota in una direzione lontana dal telaio di veicolo, in cui detto processore ? operativamente collegato a detto almeno un attuatore, e in cui detti comandi anti-ribaltamento comprendono almeno un segnale di attuazione a detto attuatore. Spingendo una ruota lontano dal telaio di veicolo, la ruota viene spinta verso il basso. Quindi, il carico verso il basso sopportato dalla ruota viene aumentato. Dato che il peso totale del veicolo resta invariato, sopportare un carico maggiore tramite una ruota predeterminata fa in modo che le altre ruote sopportino carichi inferiori. In questo modo, l?equilibrio del veicolo pu? essere cambiato. Quindi, il ribaltamento pu? essere impedito.

Preferibilmente, una coppia posteriore di ruote del veicolo ? formata da detta prima coppia di ruote ed ? sospesa tramite l?assale fisso in un modo sostanzialmente rigido su detto corpo di veicolo, per cui viene predeterminata una posizione relativa di detta coppia posteriore di ruote rispetto al corpo di veicolo, e una coppia anteriore di ruote del veicolo ? formata da detta seconda coppia di ruote ed ? sospesa tramite detto assale girevole che ? collegato a cerniera al corpo di veicolo in modo tale che la coppia anteriore di ruote sia mobile rispetto al corpo in una direzione verso l?alto e verso il basso. I veicoli agricoli sono generalmente costruiti con ruote posteriori fisse e ruote anteriori sospese. Quindi, l?invenzione pu? essere applicata a tale veicolo agricolo montando l?attuatore sugli assali delle ruote anteriori (che sono la seconda coppia di bracci di supporto di ruota).

Preferibilmente, il telaio di veicolo comprende tre zone di supporto, due zone di supporto essendo posizionate in corrispondenza dell?estremit? posteriore del telaio, ciascuna in corrispondenza dell?ubicazione di una ruota posteriore in modo tale che ciascuna ruota posteriore supporti il telaio di veicolo in corrispondenza di una rispettiva zona delle due zone di supporto, e un?ulteriore zona di supporto essendo posizionata centralmente in corrispondenza dell?estremit? anteriore del telaio, in cui i bracci di supporto di ruota anteriore comprendono inoltre un elemento di supporto che ? collegato a cerniera a detta ulteriore zona di supporto per essere ruotabile attorno a un asse che ? sostanzialmente parallelo a una direzione di azionamento in avanti del veicolo agricolo, in cui l?attuatore ? collegato ad almeno uno dell?elemento di supporto e dei bracci di supporto di ruota anteriore. La configurazione dei veicoli agricoli ? tale per cui la loro struttura di supporto ? molto simile a quella di un veicolo a tre ruote. In tale configurazione, agendo sulla ruota anteriore, la zona di supporto anteriore centrale pu? essere praticamente spostata verso sinistra o verso destra, influenzando cos? la stabilit? del veicolo. In questo modo, si pu? evitare il ribaltamento.

Preferibilmente, l?attuatore comprende due attuatori a semplice effetto, ciascun attuatore essendo fornito per agire su una tromba diversa delle trombe di ruota anteriore. In alternativa, l?attuatore ? formato come un cilindro idraulico a doppio effetto. Questo consente di influenzare la stabilit? del veicolo agricolo in due direzioni (sinistra e destra).

Preferibilmente, detto segnale di attuazione ? fornito per ordinare all?attuatore di contrastare uno squilibrio misurato tra detti due mezzi di sensori di carico. Contrastando uno squilibrio misurato (differenza di grandezza tra i mezzi di sensori di carico), la stabilit? viene migliorata e quindi si evita il rovesciamento.

Preferibilmente, il processore comprende un comparatore per comparare i carichi misurati dai mezzi di sensori di carico e per determinare una differenza di carico misurato. Comparando le uscite dei sensori dei mezzi di sensori di carico, si pu? rilevare una differenza che ? indicativa di una posizione di pre-ribaltamento (in cui il corpo di veicolo inizia a inclinarsi su un lato, portando a un carico maggiore sulle ruote posizionate in corrispondenza di quel lato).

Preferibilmente, il veicolo di lavoro ? un veicolo agricolo.

L?invenzione si riferisce inoltre a un sistema anti-ribaltamento per un veicolo di lavoro, il sistema anti-ribaltamento comprendendo almeno due mezzi di sensori di carico operativamente collegati a un processore, in cui il processore ? configurato per inviare comandi anti-ribaltamento alle ruote del veicolo di lavoro, in base a segnali di detti almeno due mezzi di sensori di carico, in cui il sistema anti-ribaltamento ? atto a essere montato in un veicolo di lavoro per ottenere un veicolo di lavoro secondo l?invenzione. Preferibilmente, i comandi anti-ribaltamento comprendono almeno una delle istruzioni di frenatura, delle istruzioni di accelerazione, delle istruzioni di angolo di sterzatura, e delle istruzioni di attuazione dell?asse di sterzatura.

Preferibilmente, il sistema comprende un attuatore fornito per essere montato tra un telaio del veicolo di lavoro e una tromba di una ruota del veicolo di lavoro, in modo tale che una forza verso l?alto o verso il basso possa essere applicata alla ruota tramite la tromba. Sistemi antiribaltamento possono essere costruiti in veicoli agricoli esistenti, migliorando cos? la stabilit? ed impedendo il ribaltamento del veicolo.

L?invenzione verr? ora descritta in maggior dettaglio con riferimento ai disegni che illustrano alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione. Nei disegni:

la Fig. 1 mostra una struttura di base di un veicolo agricolo secondo un esempio dell?invenzione;

la Fig. 2 illustra l?effetto di un intervento del sistema anti-ribaltamento dell?invenzione; e

la Fig. 3 mostra un esempio di un sensore di carico che pu? essere usato nell?invenzione.

Nei disegni, uno stesso numero di riferimento ? stato assegnato a un elemento uguale o analogo.

Nella descrizione, la tromba ? definita come una parte dell?alloggiamento di assale adiacente a ciascuna ruota. Data la sua forma simile a una tromba, questa parte dell?alloggiamento di assale ? chiamata anche ?tromba?. Tuttavia, si noti che l?invenzione non si limita agli alloggiamenti di assale a forma di tromba. braccio di supporto. La tromba ? tipicamente montata tra il corpo di veicolo e la ruota. La tromba ? tipicamente un elemento di supporto in cui l?albero di azionamento o azionato ? sopportato tramite cuscinetti a rulli.

I veicoli agricoli 1 sono progettati per essere usati su un terreno accidentato. Un terreno accidentato ? un terreno con una superficie di suolo irregolare e/o una superficie di suolo instabile. Una superficie di suolo instabile ? tipicamente il risultato di materiali di superficie di suolo fluidi, semifluidi o viscosi, come sporco, sabbia o materiali simili. Un veicolo agricolo ? dotato di ruote grandi rispetto ai normali veicoli, per cui il veicolo agricolo pu? muoversi bene su questi terreni accidentati.

Su questi terreni accidentati, come risultato di superfici di suolo irregolari, il ribaltamento di un veicolo agricolo ? un rischio noto. Per impedire che un veicolo agricolo si ribalti, la larghezza della pista del veicolo, determinata dalla distanza tra le ruote di sinistra del veicolo e le ruote di destra del veicolo viene aumentata rispetto ai veicoli normali. Tuttavia, in circostanze estreme, questo adattamento pu? non essere sufficiente per impedire il ribaltamento. ? uno scopo della presente invenzione quello di fornire un veicolo agricolo con un?elevata resistenza al ribaltamento.

Il veicolo 1 comprende un corpo 2 al quale sono collegate una coppia di ruote posteriori 3. Le ruote posteriori 3 sono azionate dal motore del veicolo tramite un albero motore posteriore (non mostrato) che collega le ruote 3 al corpo 2 in un modo sostanzialmente rigido (vale a dire, senza mezzi di sospensione significativi tra la ruota e il corpo). Il veicolo 1 ? inoltre dotato di una coppia di ruote anteriori 4 collegate al corpo 2 del veicolo tramite un assale anteriore 5. L?assale anteriore ? collegato a cerniera al corpo di veicolo consentendo cos? all?assale anteriore 5 di oscillare rispetto al corpo 2 attorno a un asse longitudinale del veicolo, essendo un asse che ? sostanzialmente parallelo alla direzione di movimento rettilineo del veicolo. Il movimento di oscillazione dell?assale anteriore 5 rispetto al corpo 2 ? limitato dagli elementi di fermo 6.

Partendo dal principio generale secondo il quale un corpo in appoggio resta in un equilibrio stabile se la risultante delle forze che agiscono su esso viene diretta sull?appoggio e incontra la superficie di appoggio all?interno del poligono di appoggio. Nel caso di un veicolo 1, se il veicolo ? soggetto al singolo effetto o agli effetti combinati delle forze centrifughe (a causa delle traiettorie curve), delle pendenze laterali e/o longitudinali, e alle forze esterne, le reazioni di appoggio sul suolo delle singole ruote saranno riconfigurate come vincoli per ristabilire l?equilibrio. In alcune circostanze, una combinazione di questi effetti pu? portare a un sollevamento dal suolo delle ruote posteriori (inizio del ribaltamento).

Si noti che, almeno finch? l?assale anteriore 5 non raggiunge i limiti di fine corsa di oscillazione definiti dagli elementi di fermo 6, la stabilit? del veicolo, in termini di rovesciamento laterale (ribaltamento), ? garantita soltanto dalle ruote posteriori 3. Segnatamente, l?assale anteriore 5 collegato a cerniera non fornisce alcuna resistenza contro il rollio laterale (a causa delle cerniera).

Se le ruote posteriori 3 poggiano su una superficie di suolo instabile e/o inclinata, il corpo 2 del veicolo 1 pu? ruotare rispetto all?asse anteriore 5 attorno al collegamento a cerniera C. Questa rotazione pu? fare in modo che una de e uote poste o s so e da suoo So e a do u a de e ruote posteriori, il triangolo di appoggio (veicolo a tre ruote) degenera in una retta di appoggio. Attraverso l?effetto della rotazione del corpo 2 del veicolo 1 rispetto all?asse anteriore 6 e del sollevamento della ruota posteriore 3, il centro di gravit? G del veicolo ruota attorno a un asse che coincide con detta retta. Attraverso l?effetto di detta rotazione, il centro di gravit? G si alza e, contemporaneamente, si sposta verso detta retta (essendo un bordo del triangolo di appoggio). Quando il centro di gravit? passa attraverso la retta, vale a dire che esce dal triangolo di appoggio, il veicolo 1 si rovescia.

Le dinamiche di ribaltamento del veicolo 1 sono tuttavia influenzate dal fatto che l?oscillazione dell?asse anteriore 5 rispetto al corpo 2 ? limitata a un angolo predeterminato (dagli elementi di fermo 6). Quando gli elementi di fermo 6 entrano in contatto con l?asse anteriore 5 (quando gli elementi di fermo sono montati sul corpo di veicolo come mostrato nella figura) o con il corpo di veicolo (quando gli elementi di fermo sono montati sull?assale anteriore come non viene mostrato nella figura), viene impedita l?ulteriore rotazione del corpo 2 del veicolo 1 rispetto all?asse anteriore 5. Tipicamente, questo si verifica prima che il centro di gravit? passi attraverso la retta, vale a dire prima che il veicolo 1 abbia raggiunto la condizione di equilibrio limite.

Quando gli elementi di fermo 6 impediscono l?ulteriore rotazione dell?asse anteriore 5, quest?ultimo diventa un punto di supporto del corpo 2 del veicolo 1. Di conseguenza, il triangolo di appoggio viene riconfigurato dato che la zona di supporto anteriore centrale precedente viene spostata verso l?ubicazione dell?elemento di fermo. Quindi, l?equilibrio del veicolo sar? garantito fino al momento in cui il centro di gravit? superer? il triangolo di appoggio appena definito. Quindi, apparentemente gli elementi di fermo 6 sembrano essere in grado di impedire il rovesciamento del veicolo. Tuttavia, occorre considerare che la rotazione del corpo 2 del veicolo 1 rispetto all?asse anteriore 5 ? un fenomeno dinamico. Questo significa che quando gli elementi di fermo 6 entrano in contatto con l?asse anteriore 5, bloccando la rotazione del corpo 2 del veicolo 1 rispetto a detto asse anteriore 5, le forze di inerzia agenti sul veicolo possono continuare la rotazione laterale del veicolo, causando ancora il rovesciamento del veicolo 1.

Il sistema anti-ribaltamento dell?invenzione comprende almeno due mezzi di sensori di carico che sono montati in corrispondenza dell?ubicazione di diverse ruote del veicolo agricolo 1. Preferibilmente, il sistema antiribaltamento comprende un sensore di carico vicino a ciascuna delle quattro ruote 3, 4 del veicolo agricolo. In questo modo, un carico verso il basso sopportato da ciascuna ruota pu? essere misurato e usato per determinare la stabilit? del veicolo. Mezzi di misurazione di carico e configurazioni diversi possono essere usati per formare i mezzi di sensori di carico utilizzabili nell?invenzione. I mezzi di sensori di carico utilizzabili nell?invenzione sono almeno adatti per, e montati in corrispondenza dell?ubicazione di una ruota del veicolo agricolo in modo tale che venga misurato un carico che dia un?indicazione del carico verso il basso che ? sopportato dalla rispettiva ruota. I mezzi di sensori di carico possono comprendere molteplici sensori di carico singoli, ad esempio uno montato in corrispondenza del lato superiore e un altro in corrispondenza del lato inferiore della tromba del veicolo agricolo per migliorare cos? i risultati misurati.

La figura 2 mostra l?effetto del sistema anti-ribaltamento secondo una forma di realizzazione dell?invenzione. Nella figura, sono mostrate le ruote anteriori e le ruote posteriori di un veicolo agricolo 1. Quindi, il veicolo agricolo ha una configurazione in cui le ruote posteriori 3 sono collegate sostanzialmente rigide al telaio di veicolo. Le ruote anteriori 4 sono collegate a cerniera al telaio in modo tale che l?assale delle ruote anteriori 5 possa oscillare rispetto al telaio di veicolo. Quindi, senza l?attuatore che agisce sull?asse anteriore 5, e senza l?asse anteriore 5 che raggiunge o tocca gli elementi di fermo, la divisione di carico tra le due ruote anteriori ? sempre 50-50 (vale a dire che le ruote sopportano uno stesso carico). La figura 2A mostra una situazione in cui il veicolo agricolo ? in una posizione stabile. Le ruote posteriori mostrano come il carico in corrispondenza dell?estremit? posteriore del veicolo agricolo sia suddiviso in modo sostanzialmente equo tra sinistra e destra (essendo una divisione 40-60). In una tale situazione, il veicolo agricolo resta stabile e vi ? un basso rischio di rovesciamento.

La figura 2B mostra una situazione in cui vi ? una differenza sostanziale di carico sopportato dalle ruote posteriori sinistra e destra. Nell?esempio, la ruota posteriore sinistra (sul lato destro della figura) sopporta l?80% del carico mentre la ruota posteriore destra sopporta soltanto il 20% del carico. Tale situazione si pu? verificare quando il veicolo agricolo ? posizionato su un fondo ripido lateralmente. Tale suddivisione del carico indica che vi ? un rischio elevato di ribaltamento. In una tale situazione, la suddivisione del carico delle ruote anteriore ? sostanzialmente pari a 50-50. La ragione di questo ? data dal fatto che le ruote anteriori sono collegate a cerniera al telaio di veicolo, in grado di oscillare attorno al punto di cerniera C. Una suddivisione del carico non equilibrata tra le due ruote anteriori porterebbe l?asse delle ruote anteriori 5 a incernierarsi verso un nuovo punto di equilibrio (in cui il carico ? suddiviso equamente). Questo processo continua finch? l?asse delle ruote anteriori 5 pu? ruotare liberamente. Come risultato, la stabilit? del veicolo agricolo ? determinata soltanto dalle ruote posteriori.

La figura 2C mostra una situazione in cui il sistema anti-ribaltamento della presente invenzione ? attivato. La situazione di partenza ? la situazione mostrata in figura 2B. Quindi, in figura 2C, si applicano al veicolo agricolo le stesse condizioni esterne ed ambientali della figura 2B. il sistema antiribaltamento rileva la differenza di carico misurata tra le due ruote posteriori (80-20) e attiva il sistema di comando di perno 7 per compensare lo squilibrio. In alternativa, il valore di carico minimo ? usato per determinare la stabilit? del veicolo. Quando il valore di carico in corrispondenza di almeno una delle ruote ? al di sotto di una certa soglia, questa pu? essere un?indicazione che esiste un rischio elevato di ribaltamento. Quando viene rilevato un rischio di ribaltamento, l?attuatore 8 applica una forza all?asse anteriore 5 per spingere la ruota anteriore sinistra (mostrata sul lato destro della figura) verso il basso, lontano dal telaio di veicolo. Come risultato della forza applicata, la distribuzione di carico equa tra le ruote anteriori viene spostata verso la ruota attuata. La figura 2C mostra come il carico viene suddiviso 60-40 tra le ruote anteriori dato che l?attuatore viene attivato. Di conseguenza, la differenza di carico tra le ruote posteriori ? (almeno parzialmente) compensata e riportata a una divisione 70-30. Questo riporter? il veicolo agricolo in una posizione pi? stabile impedendo cos? il ribaltamento del veicolo. A tale proposito, si noti che il ribaltamento pu? essere rilevato soltanto dai sensori angolari una volta che la ruota posteriore perde il contatto con la superficie del suolo. Secondo la presente invenzione, il ribaltamento pu? essere rilevato in una fase molto iniziale, quando la stabilit? del veicolo agricolo diminuisce.

Il sistema anti-ribaltamento comprende almeno un attuatore 6, ad esempio un attuatore idraulico a doppio effetto, interposto tra l?asse anteriore 5 e il corpo del veicolo. L?attuatore ? in grado di esercitare forze controllabili sull?asse anteriore in modo tale da contrastare la rotazione dell?asse anteriore rispetto al corpo del veicolo. L?attuatore comprende tipicamente un corpo di attuatore 8, collegato al corpo 2 del veicolo 1 da un primo collegamento di rotazione 11, e un gambo 9 collegato all?asse anteriore 5 tramite un secondo collegamento di rotazione 10.

La stabilit? del veicolo 1 pu? essere aumentata limitando lo spostamento del centro di gravit? G del veicolo 1 al poligono di appoggio sul suolo (preferibilmente prima che gli elementi di fermo 6 entrino in contatto con l?asse anteriore 5). Quindi, il rischio di rovesciamento del veicolo pu? essere notevolmente ridotto.

Il sistema anti-ribaltamento comprende almeno un attuatore 8, ad esempio un attuatore idraulico a doppio effetto, interposto tra l?asse anteriore 5 e il corpo 2 del veicolo 1. L?attuatore 8 comprende un corpo di attuatore, collegato al corpo 2 del veicolo 1 da un primo collegamento di rotazione 11, e un gambo 9 collegato all?asse anteriore 5 tramite un secondo collegamento di rotazione 10. L?attuatore 8 ? in grado, secondo una prima modalit? di intervento, di esercitare forze controllabili sull?asse anteriore 5 in modo tale da contrastare la rotazione dell?asse anteriore 5 rispetto al corpo 2 del veicolo 1.

L?attuatore 8 pu? essere fornito per funzionare secondo una seconda modalit? di intervento, a seconda delle condizioni di rischio di rovesciamento. In tale modalit?, l?attuatore ? adatto per bloccare l?asse anteriore 5 in una posizione angolare predeterminata rispetto al corpo 2 del veicolo 1, e quindi fissando la posizione delle ruote anteriori 4 rispetto a detto corpo 2.

La prima o la seconda modalit? di intervento sono selezionabili dal sistema in base a diversi fattori di entrata.

La corsa massima del gambo 9 dell?attuatore 8 ? dimensionata in modo tale da non limitare l?angolo massimo di oscillazione dell?asse anteriore 5. Inoltre, in condizioni di stabilit? di funzionamento normali del veicolo 1, l?attuatore 8 ? configurato per non opporre una notevole resistenza all?oscillazione dell?asse anteriore 5. Se un attuatore aggiuntivo viene usato per spingere e/o tirare, in corrispondenza dell?altra estremit? dell?asse girevole 5, gli attuatori 8 possono essere inoltre usati come parte di un sistema di sospensione per ammortizzare le oscillazioni dell?asse girevole 5. I due attuatori 8 possono essere idraulicamente accoppiati l?uno con l?altro.

Si noti che il dispositivo attuatore a doppia azione 8 pu? essere sostituito da due dispositivi attuatori a singola azione, collegati al corpo 2 del veicolo e all?assale anteriore 5 sui lati opposti rispetto all?asse centrale del veicolo 1. In questo caso, quando si verifica il rischio di rovesciamento, il sistema secondo l?invenzione attiva l?attuatore posizionato sul lato in cui esiste il rischio di rovesciamento. La forza applicata all?assale anteriore 5 dal dispositivo attuatore ad azione singola ? sempre diretta verso l?assale anteriore 5. Inoltre, i dispositivi attuatori a doppia azione possono essere contemporaneamente parte di un sistema di sospensione per un assale girevole sospeso oppure possono o essere idraulicamente accoppiati o meno l?uno con l?altro.

Si noti che il sistema anti-ribaltamento sopra descritto pu? essere usato anche con assali girevoli sospesi indipendentemente in cui le estremit? sinistra e destra dell?assale girevole possono produrre angoli diversi con il corpo di veicolo 2.

La figura 3 mostra un esempio di un sensore di carico 20 posto in corrispondenza dell?ubicazione di una ruota posteriore 3. Risulter? chiaro che in un modo simile, un sensore di carico pu? essere posizionato in corrispondenza dell?ubicazione di una ruota anteriore 4. Il sensore di carico 20 secondo l?esempio di figura 3 comprende molteplici estensimetri (un totale di sei) 22, 23, 24, 25, 26 e 27. Gli estensimetri sono montati sul lato superiore e sul lato inferiore del braccio di supporto 21 della ruota posteriore 3. Essenzialmente, ? sufficiente soltanto un estensimetro per avere un?indicazione del carico sopportato dalla ruota 3. Per risultati pi? precisi, due estensimetri sono forniti simmetricamente rispetto all?asse di assale, uno sul lato superiore e uno sul lato inferiore dell?assale. Quando molteplici estensimetri vengono posizionati a diverse distanze dalla ruota, ? possibile ricavare la forza di spinta verso il basso F dai risultati della misurazione di carico senza richiedere alcuna informazione aggiuntiva. Vantaggiosamente, il veicolo di lavoro 1 comprende inoltre un sensore di inclinazione (non mostrato) fornito per misurare la posizione angolare del veicolo di lavoro. Il sensore di inclinazione pu? essere usato per derivare il componente verticale dal carico totale misurato dai due sensori di carico. L?uscita del sensore di inclinazione ? operativamente collegata al processore. Il processore pu? anche considerare i risultati del sensore di inclinazione quando vengono generate istruzioni anti-ribaltamento. Preferibilmente, l?attuatore ha l?ordine di agire soltanto sull?albero anteriore quando lo squilibrio misurato dai sensori di carico ? orientato nella stessa direzione dell?inclinazione misurata dal sensore di inclinazione. Ad esempio, quando il carico in corrispondenza del lato destro del veicolo di lavoro ? il 70% del carico totale e il veicolo di lavoro si inclina verso destra, l?attuatore ha l?ordine di agire sull?albero anteriore per neutralizzare lo squilibrio misurato.

L?esempio di figura 3 si ? dimostrato molto utile per ricavare la forza di spinta verso il basso F dai carichi misurati dagli estensimetri. I sei estensimetri 22, 23, 24, 25, 26 e 27 secondo l?esempio sono montati simmetrici rispetto all?asse, tre in corrispondenza del lato superiore e tre in corrispondenza del lato inferiore dell?asse (nell?ulteriore spiegazione denominati come tre coppie di estensimetri). Una coppia di estensimetri 24, 27 ? posizionata vicino alla superficie di montaggio della ruota 3. Una seconda coppia 23, 26 di estensimetri ? posizionata in corrispondenza di un lato e vicino a una zona di montaggio laterale 28 rispetto alla direzione dell?asse) dell?assale. Una terza coppia 22, 25 di estensimetri ? posizionata in corrispondenza dell?altro lato e vicino alla zona di montaggio laterale 28 dell?assale. Quindi, preferibilmente la distanza tra il centro della zona di montaggio laterale 28 e la seconda coppia di estensimetri 23, 26 ? sostanzialmente uguale alla distanza tra il centro della zona di montaggio laterale 28 e la terza coppia di estensimetri 22, 25. Questo consente alla seconda coppia e alla terza coppia di estensimetri di eliminare l?impatto della forza laterale applicata all?asse dalle misurazioni. Preferibilmente, la distanza tra la prima e la seconda coppia di estensimetri ? diversa dalla distanza tra la seconda e la terza coppia di estensimetri ed ? inoltre diversa dalla distanza tra la prima e la terza coppia di estensimetri. Questo consente di eliminare le forze laterali applicate alla ruota 3.

? altres? vantaggioso azionare il sistema per impedire il rovesciamento secondo l?invenzione, in modo tale che sia in grado di essere azionato manualmente dal conducente del veicolo, che comanda e regola manualmente l?attuatore 8 mediante un dispositivo di azionamento adatto che ? attivabile manualmente e fornito nella cabina del conducente. L?azionamento manuale del sistema per impedire il rovesciamento secondo l?invenzione ? utile, a scopi preventivi, nel caso di percorsi su suolo inclinato che ? inclinato trasversalmente alla direzione di movimento, il sistema attivandosi in ogni caso automaticamente nel caso di un rischio di rovesciamento elevato o estremamente elevato. Inoltre, il sistema per impedire il rovesciamento secondo l?invenzione pu? essere usato per servizi ausiliari, come il sollevamento di una ruota, ad esempio per sostituire la ruota in caso di una foratura o per manutenzione.

Claims (1)

1. DESCRIZIONE Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo ?Sistema anti-ribaltamento.? La presente invenzione si riferisce a un sistema e a un metodo per impedire il ribaltamento di veicoli di lavoro, in particolare i veicoli agricoli. Un veicolo agricolo ? tipicamente dotato di ruote che poggiano sul terreno. Le ruote sono collegate al corpo di veicolo tramite un assale anteriore e un assale posteriore disposti trasversalmente alla direzione di movimento del veicolo. La distribuzione del peso del veicolo sugli assali varia a seconda dell?uso, della configurazione di appoggio sul terreno, dell?attrezzo collegato al veicolo, del carico a bordo, fisso, variabile o mobile, e soltanto in alcune circostanze operative essa ? costruttivamente predeterminata. Nei veicoli agricoli, gli assali non hanno tipicamente mezzi di sospensione ammortizzanti, ma sono rigidi. Quindi, in un tentativo di distribuire il carico il pi? uniformemente possibile sul terreno tra le ruote dello stesso assale, uno dei due assali ? collegato in modo ruotabile (o in modo girevole) al corpo del veicolo, in modo tale da essere in grado di oscillare, vale a dire ruotare, rispetto a un asse longitudinale del veicolo. Quindi, l?assale girevole ? in grado di seguire, almeno parzialmente l?irregolarit? del suolo, che diversamente costringerebbe il veicolo a poggiare in modo irregolare sul suolo, il che altererebbe i carichi delle ruote sul suolo, finch?, ad esempio, una ruota non si stacca dal suolo. Nei trattori, l?assale anteriore ? tipicamente collegato in modo ruotabile al corpo di veicolo dato che, in generale, l?assale anteriore sopporta meno carichi rispetto all?assale posteriore. In una tale configurazione, la posizione angolare del veicolo ? determinata dalla posizione dell?assale posteriore, che ? fissa rispetto al veicolo. L?assale anteriore pu? eseguire oscillazioni all?interno di una grandezza di oscillazione limitata attorno all?asse longitudinale del veicolo. Quindi, le ruote anteriori vengono azionate per seguire l?irregolarit? del terreno, indipendentemente dalla posizione angolare del veicolo che ? determinata dall?irregolarit? del suolo. Ad esempio, in una mietitrebbiatrice, l?assale posteriore ? tipicamente girevole e l?assale anteriore ? fisso. Di seguito, verr? descritto un trattore con un assale anteriore girevole non sospeso e un assale posteriore rigido fisso verr? usato come esempio. Tuttavia, si noti che i problemi e le soluzioni descritti sono analogamente applicabili a veicoli con un assale posteriore girevole e a veicoli in cui l?assale girevole ? sospeso (in modo dipendente o indipendente). La grandezza di oscillazione ? tipicamente limitata da fermi di fine corsa posizionati nell?ubicazione delle ruote anteriori. In media, ? consentita una rotazione dell?assale anteriore attorno all?asse longitudinale del veicolo tra 10 gradi e -10 gradi. Quindi, la libert? di rotazione totale ? di circa 20 gradi. Come risultato delle configurazione dell?assale posteriore rigido e dell?assale anteriore oscillante, la struttura di veicolo ? molto simile a quella di un veicolo a tre ruote, con due punti di appoggio posteriori e un punto di appoggio anteriore, almeno per tutte le posizioni dell?assale anteriore per le quali la limitazione dell?oscillazione dell?assale anteriore non si ? verificata. Quindi, l?assale anteriore non contribuisce in alcun modo alla resistenza al ribaltamento (almeno quando i fermi di fine corsa non sono stati raggiunti nell?oscillazione) dato che esso supporta centralmente il corpo di veicolo. La stabilit? del veicolo sul suolo pendente ? fondamentale. Tale stabilit? pu? essere influenzata negativamente dagli attrezzi collegati al veicolo. Questo rende pericoloso guidare il veicolo sul terreno pendente, specialmente durante il sollevamento e il trasporto di carichi molto pesanti, dato che vi ? un alto rischio di rovesciamento del veicolo. Generalmente, tale rovesciamento ha gravi conseguenze, che sono spesso mortali per il conducente del veicolo. EP2444304 propone un dispositivo e un metodo per aumentare la stabilit? del veicolo, riducendo cos? il rischio che il veicolo si rovesci in condizioni di lavoro critiche. Esso descrive un sistema per impedire il rovesciamento comprendente almeno un attuatore, ad esempio un attuatore idraulico a doppio effetto, interposto tra l?assale anteriore e il corpo del veicolo. L?attuatore ? in grado di esercitare forze comandabili sull?assale anteriore in modo tale da contrastare la rotazione dell?assale anteriore rispetto al corpo del veicolo. In EP2444304, il ribaltamento viene rilevato usando una complessa combinazione di sensori. Questi sensori misurano tipicamente la posizione angolare o l?accelerazione angolare del veicolo. Tramite le misurazioni della posizione e/o dell?accelerazione angolari, il ribaltamento viene rilevato, e in una fase successiva corretto tramite l?attuatore. Uno svantaggio del sistema anti-ribaltamento noto ? dato dal fatto che i sensori di posizione angolare o i sensori di accelerazione angolare sono tipicamente imprecisi quando applicati a un veicolo agricolo. Segnatamente, un veicolo agricolo in funzione genera una quantit? notevole di vibrazioni ad alta frequenza e a bassa frequenza. Queste vibrazioni sono continuamente rivelate dal sensore di posizione angolare e/o dal sensore di accelerazione angolare, disturbando l?attivit? di questi sensori. Quindi, la sensibilit? di questi sensori, necessaria per rilevare correttamente il ribaltamento in una fase iniziale, aumenta la sensibilit? al disturbo provocato dalle vibrazioni di veicolo. Anche se questi sensori di posizione angolare e/o di accelerazione angolare funzionano molto bene in un laboratorio per rilevare il ribaltamento (in circostanze ideali), in un