IT201900005160A1 - Trasmissione idrostatica per veicolo movimento terra con sistema per ridurre il jerk durante manovre di inversione del senso di marcia - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Trasmissione idrostatica per veicolo movimento terra con sistema per ridurre il jerk durante manovre di inversione del senso di marcia"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda in generale un veicolo movimento terra, quale ad esempio una pala caricatrice gommata compatta, provvista di trasmissione idrostatica.

Le pale caricatrici gommate compatte sono veicoli compatti che hanno ruote da strada e portano un attrezzo, in particolare una benna fissata a un braccio di sollevamento, che è comandato idraulicamente. La pressione idraulica necessaria per azionare l'attrezzo è prodotta da una pompa idraulica comandata da un motore a combustione interna (di qui in avanti semplicemente indicato come motore) del veicolo. Lo stesso motore è altresì utilizzato per comandare le ruote, cui viene fornita potenza mediante una trasmissione idrostatica comprendente una pompa idraulica a cilindrata variabile comandata dal motore e un motore idraulico a cilindrata variabile per comandare le ruote, la pompa idraulica e il motore idraulico della trasmissione idrostatica essendo connessi idraulicamente l'una all'altro.

Un veicolo movimento terra del tipo sopra menzionato è tipicamente provvisto di un interruttore FNR ("Forward-Neutral-Reverse", cioè Avanti-Folle-Retromarcia), o di altro dispositivo di comando adatto, mediante il quale l'operatore è in grado di comandare l'inversione del senso di marcia del veicolo da un senso di marcia attuale (in avanti o all'indietro) a un senso di marcia finale (rispettivamente all'indietro o in avanti) opposto a quello attuale. Una manovra di inversione del senso di marcia richiede che la cilindrata della pompa idraulica venga variata da un valore attuale (positivo o negativo, a seconda che il veicolo si stia muovendo in avanti o all'indietro) a un valore finale (rispettivamente negativo o positivo), passando per lo zero. Con i veicoli movimento terra attualmente disponibili sul mercato il jerk percepito dall'operatore durante le manovre di inversione del senso di marcia è piuttosto forte e può provocare mal di schiena dopo diverse ore di utilizzo del veicolo.

Scopo della presente invenzione è fornire una trasmissione idrostatica del tipo sopra menzionato che permetta di eseguire manovre di inversione del senso di marcia riducendo il jerk percepito dall'operatore, ma assicurando allo stesso tempo un rapido completamento della manovra.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a una trasmissione idrostatica per veicolo movimento terra come definita nella rivendicazione indipendente 1, nonché grazie a un procedimento per controllare una trasmissione idrostatica per veicolo movimento terra durante manovre di inversione del senso di marcia come specificato nella rivendicazione indipendente 6.

Forme di realizzazione vantaggiose dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrante della descrizione che segue.

In sintesi, l'invenzione si basa sull'idea di fornire una trasmissione idrostatica comprendente un'unità di controllo elettronica atta a controllare elettronicamente la cilindrata della pompa idraulica generando correnti di pilotaggio sulla base di informazioni, fornite da opportuni sensori del veicolo, relative almeno alla posizione di un pedale dell'acceleratore del veicolo, alla posizione di un pedale del freno del veicolo, alla posizione di un interruttore FNR del veicolo, alla velocità del veicolo e alla velocità del motore a combustione interna, l'unità di controllo elettronica essendo programmata in maniera tale per cui quando essa stabilisce, sulla base delle informazioni ricevute dall'interruttore FNR, che l'operatore ha richiesto l'esecuzione di una manovra di inversione del senso di marcia, essa riduce la corrente di pilotaggio associata al senso di marcia attuale dapprima con un primo tasso di riduzione, fintantoché la velocità del veicolo è uguale a, o maggiore di, un primo valore di soglia, e poi con un secondo tasso di riduzione più elevato al primo, non appena la velocità del veicolo diventa minore di detto primo valore di soglia e fintantoché la velocità del veicolo è maggiore di un secondo valore di soglia minore del primo, e, una volta che la velocità del veicolo è al di sotto di detto secondo valore di soglia, essa imposta su un valore minimo la corrente di pilotaggio associata al senso di marcia attuale e inizia ad aumentare sino a un valore desiderato la corrente di pilotaggio associata al senso di marcia finale.

In altre parole, in una prima fase della manovra di inversione del senso di marcia, quando la velocità del veicolo è ancora elevata, il tasso di riduzione della corrente di pilotaggio associata al senso di marcia attuale è basso, e pertanto il tasso di riduzione della cilindrata della pompa idraulica è corrispondentemente basso. Non appena la velocità del veicolo scende al di sotto del primo valore di soglia, il tasso di riduzione di detta corrente di pilotaggio viene aumentato in modo da accelerare la riduzione della cilindrata della pompa. Infine, una volta che la velocità del veicolo si è ulteriormente ridotta ed è diventata minore del secondo valore di soglia, la corrente di pilotaggio associata al senso di marcia attuale viene immediatamente impostata al minimo e allo stesso tempo l'unità di controllo elettronica inizia a generare la corrente di pilotaggio associata al senso di marcia finale, in maniera tale per cui la cilindrata della pompa viene variata da positiva a negativa, o viceversa, passando per lo zero.

Con una tale strategia di controllo, la manovra di inversione del senso di marcia può essere eseguita in modo dolce, cioè con un jerk percepito dall'operatore meno marcato rispetto alla tecnica nota, ma allo stesso tempo in modo molto rapido, o almeno in modo altrettanto rapido quanto nella tecnica nota.

Un importante vantaggio dell'invenzione rispetto alla tecnica nota è dato dal fatto di utilizzare i sensori già previsti a bordo del veicolo, in particolare il sensore di velocità del veicolo, senza richiedere appositi sensori aggiuntivi sulla pompa idraulica e/o sul motore idraulico della trasmissione idrostatica. Di conseguenza, non si hanno costi aggiuntivi dovuti all'utilizzo di appositi sensori aggiuntivi.

Preferibilmente, il summenzionato secondo valore di soglia per la velocità del veicolo è un valore variabile, che viene calcolato dall'unità di controllo elettronica sulla base della velocità del veicolo nell'istante in cui l'operatore aziona l'interruttore FNR per invertire il senso di marcia del veicolo. In particolare, maggiore è la velocità del veicolo nell'istante in cui l'operatore comanda l'inversione del senso di marcia, maggiore sarà il secondo valore di soglia.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 mostra una pala caricatrice gommata compatta quale esempio di un veicolo movimento terra cui è applicabile la presente invenzione;

la figura 2 mostra schematicamente una trasmissione idrostatica secondo la presente invenzione; e

la figura 3 è un diagramma che mostra un esempio di andamento nel tempo della velocità del veicolo, della velocità del motore a combustione interna, della corrente di pilotaggio associata alla marcia in avanti e della corrente di pilotaggio associata alla marcia all'indietro durante una manovra di inversione del senso di marcia eseguita con un veicolo movimento terra provvisto di trasmissione idrostatica secondo la presente invenzione.

Con riferimento inizialmente alla figura 1, un veicolo movimento terra è complessivamente indicato con 10. Il veicolo movimento terra illustrato in figura 1 è una cosiddetta pala caricatrice gommata compatta. L'invenzione non è tuttavia limitata a un tale tipo di veicolo movimento terra, ma è applicabile a qualsiasi altro tipo di veicolo movimento terra.

In modo per sé noto, il veicolo movimento terra 10 comprende un corpo o telaio 12, una coppia di ruote anteriori (ruote non motrici) 14, una coppia di ruote posteriori (ruote motrici) 16, una cabina di guida 18 portata dal corpo 12, una coppia di bracci di sollevamento 20 (uno solo dei quali è mostrato in figura 1) attaccati al lato anteriore del corpo 12 e ad esso incernierati in modo da essere girevoli intorno a un primo asse di rotazione diretto trasversalmente, un attrezzo 22, quale ad esempio una benna, attaccato alle estremità anteriori (estremità libere) dei bracci di sollevamento 20 e ad esse incernierato in modo da essere girevole intorno a un secondo asse di rotazione parallelo al primo, una coppia di primi cilindri idraulici 24 (uno solo dei quali è mostrato in figura 1), ciascuno dei quali è interposto fra il corpo 12 e un rispettivo braccio di sollevamento 20 ed è comandabile per provocare un movimento rotatorio del rispettivo braccio di sollevamento 20 rispetto al corpo 12 intorno al primo asse di rotazione, e uno o due secondi cilindri idraulici 26 interposti fra i bracci di sollevamento 20 e l'attrezzo 22 e comandabili per provocare un movimento rotatorio dell'attrezzo 22 rispetto ai bracci di sollevamento 20 intorno al secondo asse di rotazione.

La pressione idraulica necessaria affinché i primi e secondi cilindri idraulici 24 e 26 comandino i bracci di sollevamento 20 e l'attrezzo 22 è prodotta da una pompa idraulica (non mostrata, ma di tipo per sé noto) azionata da un motore a combustione interna 28 (di qui in avanti semplicemente indicato come motore) del veicolo, il motore 28 essendo schematicamente mostrato in figura 2.

Come illustrato in figura 2, il motore 28 è altresì utilizzato per comandare le ruote posteriori 16 per mezzo di una trasmissione idrostatica comprendente una pompa idraulica 30 e un motore idraulico 32 connessi idraulicamente l'una all'altro. La pompa idraulica 30 è connessa meccanicamente al motore 28 per essere da questo azionata, mentre il motore idraulico 32 è connesso meccanicamente alle ruote posteriori 16 per comandare queste ultime.

La pompa idraulica 30 è una pompa idraulica a cilindrata variabile controllata elettronicamente, la cui cilindrata viene variata mediante un distributore a doppio effetto 34 sotto il controllo di un'unità di controllo elettronica ECU. A tale scopo, l'unità di controllo elettronica ECU è configurata per generare correnti di pilotaggio id1 e id2 per una coppia di elettrovalvole 36 e 38, e sulla base delle correnti di pilotaggio id1 e id2 generate dall'unità di controllo elettronica ECU le elettrovalvole 36 e 38 generano a loro volta pressioni di pilotaggio pp1 e pp2 per il distributore a doppio effetto 34. In funzione delle pressioni di pilotaggio pp1 e pp2 generate dalle elettrovalvole 36 e 38, il distributore a doppio effetto 34 determina la cilindrata della pompa idraulica 30, che può assumere valori positivi o valori negativi rispettivamente corrispondenti alla marcia in avanti e alla marcia all'indietro del veicolo movimento terra 10.

Il motore idraulico 32 è invece un motore idraulico a cilindrata variabile controllato idraulicamente, la cui cilindrata viene variata sotto il controllo di mezzi di controllo idraulici (non mostrati, ma di tipo per sé noto).

L'unità di controllo elettronica ECU è configurata per controllare opportunamente le elettrovalvole 36 e 38, e quindi per controllare opportunamente la cilindrata della pompa idraulica 30, sulla base di informazioni (provenienti da opportuni sensori collegati all'unità di controllo elettronica ECU) relative alla posizione del pedale dell'acceleratore del veicolo, alla posizione del pedale del freno del veicolo, alla posizione di un interruttore FNR (Forward-Neutral-Reverse) del veicolo, alla velocità del veicolo e alla velocità del motore a combustione interna (cioè al numero di giri al minuto del motore 28).

In particolare, al fine di ridurre il jerk percepito dall'operatore durante una manovra di inversione del senso di marcia, secondo l'invenzione l'unità di controllo elettronica ECU è configurata per controllare la cilindrata della pompa idraulica 30 durante tale manovra come spiegato in dettaglio qui di seguito con riferimento al diagramma mostrato in figura 3. La spiegazione che segue si riferisce al caso di inversione del senso di marcia dalla marcia in avanti, quale senso di marcia attuale, alla marcia all'indietro, quale senso di marcia finale, ma analoghe considerazioni valgono nel caso opposto di inversione del senso di marcia dalla marcia all'indietro alla marcia in avanti.

Quando l'unità di controllo elettronica ECU stabilisce, sulla base delle informazioni ricevute dall'interruttore FNR, che l'operatore ha richiesto l'esecuzione di una manovra di inversione del senso di marcia, essa inizia (istante t=t0) a ridurre la corrente di pilotaggio id1 associata alla marcia in avanti, cioè la corrente di pilotaggio fornita all'elettrovalvola 36. Dopo una breve fase iniziale (dall'istante t=t0 all'istante t=t1), durante la quale la corrente di pilotaggio id1 viene ridotta con un tasso di riduzione molto elevato (questa fase iniziale è necessaria in particolare se la velocità del veicolo all'istante t=t0 è elevata, al fine di ridurre rapidamente la velocità del veicolo), la corrente di pilotaggio id1 viene quindi ridotta (dall'istante t=t1 all'istante t=t2) con un primo tasso di riduzione, fintantoché la velocità del veicolo è uguale a, o maggiore di, un primo valore di soglia v1. Una volta che la velocità del veicolo ha raggiunto il primo valore di soglia v1, la corrente di pilotaggio id1 viene quindi ridotta (dall'istante t=t2 all'istante t=t3) con un secondo tasso di riduzione più elevato del primo, fintantoché la velocità del veicolo è maggiore di un secondo valore di soglia v2 minore del primo valore di soglia v1. Una volta che la velocità del veicolo raggiunge il secondo valore di soglia v2 (istante t=t3), la corrente di pilotaggio id1 viene immediatamente impostata su un valore minimo, mentre allo stesso tempo l'unità di controllo elettronica ECU inizia ad aumentare la corrente di pilotaggio id2 associata alla marcia all'indietro (cioè la corrente di pilotaggio fornita all'elettrovalvola 38).

In altre parole, in una prima fase della manovra di inversione del senso di marcia (dall'istante t=t1 all'istante t=t2), quando la velocità del veicolo è maggiore del primo valore di soglia v1, il tasso di riduzione della corrente di pilotaggio id1 associata alla marcia in avanti è basso, e pertanto il tasso di riduzione della cilindrata della pompa idraulica 30 è corrispondentemente basso. Non appena la velocità del veicolo scende al di sotto del primo valore di soglia v1, il tasso di riduzione della corrente di pilotaggio id1 viene aumentato in modo da aumentare la velocità di riduzione della cilindrata della pompa idraulica 30 (si veda l'intervallo di tempo dall'istante t=t2 all'istante t=t3). Infine, una volta che la velocità del veicolo si è ulteriormente ridotta, diventando minore del secondo valore di soglia v2 (istante t=t3), la corrente di pilotaggio id1 viene immediatamente impostata al minimo e allo stesso tempo l'unità di controllo elettronica ECU inizia a generare la corrente di pilotaggio id2 associata alla marcia all'indietro, per cui la cilindrata della pompa viene variata da positiva a negativa, passando per lo zero, e il veicolo inizia a muoversi all'indietro.

Preferibilmente, il secondo valore di soglia v2 per la velocità del veicolo è un valore variabile, che viene calcolato dall'unità di controllo elettronica ECU sulla base della velocità del veicolo all'istante (indicato con t0 nel diagramma di figura 3) in cui l'operatore aziona l'interruttore FNR per invertire il senso di marcia del veicolo. In particolare, maggiore è la velocità del veicolo all'istante in cui l'operatore comanda l'inversione del senso di marcia, maggiore sarà il secondo valore di soglia v2.

Pertanto, grazie alla presente invenzione la manovra di inversione del senso di marcia viene eseguita in modo molto dolce, minimizzando così il jerk percepito dall'operatore durante tale manovra. Ciononostante, la manovra viene eseguita velocemente, in quanto il tasso di riduzione della corrente di pilotaggio associata al senso di marcia attuale viene aumentato (e pertanto diminuisce la cilindrata della pompa idraulica) non appena la velocità del veicolo ha raggiunto un valore sufficientemente basso (e precisamente, un valore minore del primo valore di soglia v1), e poi, non appena la velocità del veicolo ha raggiunto il secondo valore di soglia v2, la corrente di pilotaggio associata al senso di marcia attuale viene immediatamente impostata al minimo.

Ciò viene ottenuto utilizzando i sensori già previsti a bordo del veicolo, in particolare il sensore di velocità del veicolo, senza quindi richiedere appositi sensori aggiuntivi sulla pompa idraulica e/o sul motore idraulico della trasmissione idrostatica. Di conseguenza, non vi sono costi aggiuntivi dovuti all'impiego di appositi sensori aggiuntivi.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di realizzazione e i dettagli costruttivi potranno variare ampiamente rispetto a quanto descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza con ciò fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Trasmissione idrostatica per veicolo movimento terra (10), comprendente una pompa idraulica a cilindrata variabile controllata elettronicamente (30) e un motore idraulico a cilindrata variabile controllato idraulicamente (32) connessi idraulicamente l'una all'altro, in cui la pompa idraulica (30) è predisposta per essere accoppiata meccanicamente a un motore a combustione interna (28) del veicolo (10) e il motore idraulico (32) è predisposto per essere collegato meccanicamente a ruote motrici (16) del veicolo (10), in cui la trasmissione idrostatica comprende inoltre un'unità di controllo elettronica (ECU) atta a controllare il funzionamento della trasmissione idrostatica, l'unità di controllo elettronica (ECU) essendo configurata per generare correnti di pilotaggio (id1, id2) per regolare la cilindrata della pompa idraulica (30) sulla base di informazioni, fornite da opportuni sensori del veicolo (10), relative alla posizione di un pedale dell'acceleratore del veicolo (10), alla posizione di un pedale del freno del veicolo (10), alla posizione di un interruttore FNR (Forward-NeutralReverse) del veicolo (10), alla velocità del veicolo (10) e alla velocità del motore a combustione interna (28), e in cui l'unità di controllo elettronica (ECU) è programmata in maniera tale per cui quando essa stabilisce, sulla base delle informazioni ricevute dall'interruttore FNR, che l'operatore ha richiesto l'esecuzione di una manovra di inversione del senso di marcia dal senso di marcia attuale a un senso di marcia finale opposto a quello attuale, essa riduce la corrente di pilotaggio (id1) associata al senso di marcia attuale dapprima con un primo tasso di riduzione, fintantoché la velocità del veicolo è uguale a, o maggiore di, un primo valore di soglia (v1) e quindi con un secondo tasso di riduzione maggiore del primo, non appena la velocità del veicolo diventa minore di detto primo valore di soglia (v1) e fintantoché la velocità del veicolo è maggiore di un secondo valore di soglia (v2) minore del primo (v1), e, una volta che la velocità del veicolo è al di sotto di detto secondo valore di soglia (v2), essa imposta su un valore minimo la corrente di pilotaggio (id1) associata al senso di marcia attuale e inizia ad aumentare la corrente di pilotaggio (id2) associata al senso di marcia finale sino a un valore desiderato.
2. 2. Trasmissione idrostatica secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un dispositivo di regolazione della cilindrata (34) associato alla pompa idraulica (30) per regolare la cilindrata di detta pompa, e una coppia di elettrovalvole (36, 38) predisposte per ricevere le correnti di pilotaggio (id1, id2) generate dall'unità di controllo elettronica (ECU) e generare, in funzione di dette correnti di pilotaggio (id1, id2), pressioni di pilotaggio per controllare il dispositivo di regolazione della cilindrata (34).
3. 3. Trasmissione idrostatica secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui l'unità di controllo elettronica (ECU) è programmata per calcolare detto secondo valore di soglia (v2) sulla base della, in particolare in modo proporzionale alla, velocità del veicolo nell'istante in cui l'operatore aziona l'interruttore FNR per invertire il senso di marcia del veicolo.
4. 4. Trasmissione idrostatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'unità di controllo elettronica (ECU) è programmata in modo da ridurre, prima di ridurre con detto primo tasso di riduzione la corrente di pilotaggio (id1) associata al senso di marcia attuale, detta corrente di pilotaggio (id1) con un tasso di riduzione più elevato di detto primo tasso di riduzione sino a un valore di velocità del veicolo maggiore di detto primo valore di soglia (v1).
5. 5. Veicolo movimento terra (10), in particolare pala caricatrice gommata compatta, comprendente ruote motrici (16), una trasmissione idrostatica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti e un motore a combustione interna (28) atto a comandare dette ruote motrici (16) tramite la trasmissione idrostatica, in cui dette ruote motrici (16) sono accoppiate meccanicamente al motore idraulico (32) della trasmissione idrostatica, e in cui il motore a combustione interna (28) è accoppiato meccanicamente alla pompa idraulica (30) della trasmissione idrostatica.
6. 6. Procedimento per controllare una trasmissione idrostatica per un veicolo movimento terra (10) durante una manovra di inversione del senso di marcia da un senso di marcia attuale a un senso di marcia finale opposto a quello attuale, in cui la trasmissione idrostatica comprende una pompa idraulica a cilindrata variabile controllata elettronicamente (30) e un motore idraulico a cilindrata variabile controllato idraulicamente (32) connessi idraulicamente l'una all'altro, la pompa idraulica (30) essendo predisposta per essere accoppiata meccanicamente a un motore a combustione interna (28) del veicolo (10) e il motore idraulico (32) essendo predisposto per essere connesso meccanicamente a ruote motrici (16) del veicolo (10), il metodo comprendendo i passi di: a) stabilire se è stata richiesta dall'operatore una manovra di inversione del senso di marcia e, in caso affermativo, b) ridurre la corrente di pilotaggio (id1) associata al senso di marcia attuale dapprima con un primo tasso di riduzione, fintantoché la velocità del veicolo è uguale a, o maggiore di, un primo valore di soglia (v1) e quindi con un secondo tasso di riduzione più elevato del primo, non appena la velocità del veicolo diventa minore di detto primo valore di soglia (v1) e fintantoché la velocità del veicolo è maggiore di un secondo valore di soglia (v2) minore del primo (v1), e, una volta che la velocità del veicolo è al di sotto di detto secondo valore di soglia (v2), impostare su un valore minimo la corrente di pilotaggio (id1) associata al senso di marcia attuale e iniziare ad aumentare la corrente di pilotaggio (id2) associata al senso di marcia finale sino a un valore desiderato.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui detto secondo valore di soglia (v2) è calcolato sulla base della, in particolare in modo proporzionale alla, velocità del veicolo nell'istante in cui l'operatore aziona l'interruttore FNR per invertire il senso di marcia del veicolo.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, in cui prima di essere ridotta con detto primo tasso di riduzione, la corrente di pilotaggio (id1) associata al senso di marcia attuale viene ridotta con un tasso di riduzione più elevato di detto primo tasso di riduzione sino a un valore di velocità del veicolo maggiore di detto primo valore di soglia (v1).