ITMI20130802A1 - Sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo, in particolare del suo valore assoluto e della sua distribuzione - Google Patents

Description

“Sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo, in particolare del suo valore assoluto e della sua distribuzioneâ€

Campo tecnico dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo, in particolare per la stima del valore numerico assoluto del carico e della sua distribuzione nel veicolo.

Tecnica nota

Il carico effettivo di un veicolo e la sua distribuzione all’interno di esso sono parametri la cui determinazione spesso si rivela cruciale per il corretto utilizzo del veicolo stesso.

Esempi tipici di veicoli sottoposti a carichi fortemente variabili, sia nel valore assoluto, sia nella distribuzione, sono i furgoni o gli autocompattatori per l’immondizia. In entrambi i casi, à ̈ frequente che, durante l’utilizzo, il veicolo venga caricato notevolmente e che i carichi vengano concentrati in zone particolari dello stesso. Può quindi avvenire che il veicolo risulti eccessivamente sollecitato in alcune zone, con il rischio di rotture localizzate dovute al sovraccarico.

E’ quindi sentita l’esigenza di conoscere il carico effettivo di un veicolo e la sua distribuzione durante il suo impiego. Inoltre, una distribuzione eccessivamente asimmetrica del carico può compromettere la stabilità del veicolo, con conseguenti rischi di incidenti per gli utilizzatori.

Sono noti differenti sistemi per la determinazione dei parametri di carico in un veicolo.

Una prima tipologia di sistema noto sfrutta sensori non inerziali, quali bilance ed estensimetri, opportunamente applicati sul veicolo.

Una seconda tipologia di sistema determina il carico in base all’analisi della dinamica longitudinale, sfruttando la nota legge di Newton Forza = massa x accelerazione. Dalla misurazione o stima dell’accelerazione e di tutte le forze agenti sul veicolo à ̈ possibile determinarne la massa.

Infine, una terza tipologia di sistema determina il carico e la sua distribuzione in base all’analisi della dinamica verticale del veicolo, in particolare ricavando l’accelerazione verticale del veicolo in base all’accelerazione verticale delle ruote o in base al profilo stradale, assunto noto.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un sistema per la determinazione di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo alternativo ai sistemi noti, in particolare che sia in grado di stimare tali parametri impiegando una strumentazione semplice e a costo contenuto.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo secondo la rivendicazione 1.

Breve descrizione delle figure

Per meglio comprendere l’invenzione ed apprezzarne i vantaggi, verranno di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative non limitative, facendo riferimento alle annesse figure, in cui:

la figura 1 à ̈ uno schema a blocchi di un sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo secondo una possibile forma di realizzazione;

la figura 2 à ̈ un diagramma rappresentativo di un possibile spettro di una grandezza cinematica di un veicolo, in particolare l’accelerazione verticale del suo corpo, e degli spettri della medesima grandezza filtrata in una prima ed in una seconda banda di frequenza;

la figura 3 à ̈ un’illustrazione di alcune possibili modalità temporali di rilevazione di grandezze cinematiche del veicolo da parte del sistema secondo l’invenzione;

la figura 4 à ̈ un diagramma rappresentativo di un possibile spettro in frequenza dell’accelerazione verticale di un veicolo in due differenti condizioni di carico;

la figura 5 riporta diagrammi rappresentativi di una cifra di merito J, da massimizzare, in funzione del centro e dell’ampiezza di bande in frequenza degli spettri in figura 4;

la figura 6 à ̈ un diagramma rappresentativo della variazione degli spettri in frequenza dell’accelerazione verticale di un veicolo al variare della sua velocità;

la figura 7 Ã ̈ un diagramma rappresentativo di una possibile relazione tra il carico di un veicolo stimato dal sistema ed un indice di rapporto;

la figura 8 à ̈ uno schema a blocchi di un sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo secondo una ulteriore possibile forma di realizzazione;

la figura 9 à ̈ uno schema a blocchi di un sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo secondo una ulteriore possibile forma di realizzazione;

la figura 10 à ̈ uno schema a blocchi di un sistema per la stima di uno o più parametri relativi al carico di un veicolo secondo una ulteriore possibile forma di realizzazione;

la figura 11 riporta diagrammi illustrativi della stima del valore assoluto del carico effettuata dal sistema comparata con il carico effettivo per tre differenti posizionamenti del carico in un veicolo;

la figura 12 riporta un diagramma illustrativo della stima della distribuzione del carico effettuata dal sistema comparata con la distribuzione effettiva per tre differenti posizionamenti del carico in un veicolo.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

Con riferimento alla figura 1, in essa à ̈ raffigurato uno schema a blocchi di un sistema 1 per la stima di un parametro relativo al carico di un veicolo secondo una possibile forma di realizzazione dell’invenzione. Il sistema 1 può essere installato su un veicolo di qualsivoglia natura (non indicato nelle figure), quale ad esempio un’automobile, un motociclo, un autocompattatore, un furgone. Il sistema 1 può essere installato sul veicolo in una posizione qualsiasi.

I parametri relativi al carico stimabili dal sistema 1 sono vari: in particolare, vantaggiosamente, il sistema 1 à ̈ in grado di stimare il valore numerico assoluto L del carico del veicolo (che può essere inteso come carico totale del veicolo o il carico differenziale rispetto ad una condizione di riferimento convenzionale in cui si assume che il veicolo sia scarico, espresso ad esempio in chilogrammi peso) e la sua distribuzione nel veicolo stesso. La distribuzione del carico nel veicolo può essere indicata sotto forma di un valore numerico D, che può indicare una distanza longitudinale convenzionale del punto in cui si concentrano le forze dovute al carico da un punto di riferimento prestabilito. Ad esempio, il valore numerico D può rappresentare la distanza longitudinale del baricentro del veicolo caricato dalla posizione del baricentro del veicolo nella condizione convenzionale di veicolo scarico. Il sistema 1 à ̈ quindi in grado di determinare il valore numerico assoluto L del carico del veicolo, o il valore numerico della distanza convenzionale del carico D rispetto ad un punto di riferimento, o entrambi. Nello schema a blocchi in figura 1 à ̈ rappresentato il sistema 1 nella configurazione idonea a determinare il solo valore numerico assoluto L del carico. Nel prosieguo verrà descritto come viene modificato il sistema per la determinazione della distanza convenzionale D o di entrambi i parametri.

Con riferimento alla forma di realizzazione in figura 1, il sistema 1 comprende un sensore (non mostrato nelle figure) per la rilevazione dell’accelerazione verticale del veicolo, indicata come Z. Con l’espressione “accelerazione verticale†si intende qui l’accelerazione lungo l’asse di imbardata del veicolo. Si noti che l’accelerazione verticale del veicolo dipende dal punto in cui viene posizionato il sensore di accelerazione. Preferibilmente il sensore di accelerazione viene posizionato in punti del veicolo in cui le accelerazioni sono elevate. Il sensore di accelerazione può ad esempio comprendere un accelerometro. Il sensore di accelerazione à ̈ idoneo a generare in uscita un segnale rappresentativo dell’accelerazione verticale<z>del veicolo rilevata. Vantaggiosamente, il sensore di accelerazione à ̈ disposto nel corpo del veicolo.

Il sistema 1 comprende un modulo 2 per la determinazione dello spettro in frequenza dell’accelerazione verticale del veicolo<z>. Lo spettro può essere ad esempio determinato tramite un algoritmo di calcolo per la trasformata di Fourier veloce (Fast Fourier Transform FFT) del segnale rappresentativo dell’accelerazione verticale del veicolo<z>. Il modulo 2 per la determinazione dello spettro in frequenza dell’accelerazione verticale del veicolo<z>à ̈ in particolare configurato in modo tale da determinare una coppia di spettri in frequenza dell’accelerazione verticale del veicolo<z>, in particolare dell’accelerazione verticale filtrata rispettivamente in una prima ed in una seconda banda di frequenza predeterminate. A tal scopo, vantaggiosamente, il modulo 2 per la determinazione dello spettro in frequenza dell’accelerazione verticale del veicolo<z>comprende un primo BPF1 ed un secondo BPF2 filtro passa-banda per filtrare il segnale rappresentativo dell’accelerazione verticale<z>nella prima e nella seconda banda di frequenza predeterminata.

Con riferimento alla figura 2, la curva 3 rappresenta un possibile spettro in frequenza dell’accelerazione verticale del veicolo<z>, non filtrata, mentre le curve 4 e 5 rappresentano gli spettri in frequenza dell’accelerazione verticale filtrata rispettivamente nella prima e nella seconda banda di frequenza predeterminate. Nello schema a blocchi in figura 1 gli spettri in frequenza dell’accelerazione verticale filtrata rispettivamente nella prima e nella seconda banda di frequenza predeterminate sono indicati rispettivamente con FFT1e FFT2e vengono determinati da blocchi FFT, che calcolano la trasformata veloce di Fourier, del modulo 2 per la determinazione dello spettro in frequenza dell’accelerazione verticale<z>. Nel seguito verranno descritti i criteri con i quali vengono selezionate la prima e la seconda banda di frequenza predeterminate.

Il sistema 1 comprende inoltre un modulo 7 per la determinazione dei parametri relativi al carico del veicolo, con riferimento all’esempio specifico del valore numerico assoluto del carico L, a partire dagli spettri in frequenza FFT1 e FFT2 precedentemente definiti.

Vantaggiosamente, il modulo 7 per la determinazione dei parametri relativi al carico del veicolo comprende un modulo integratore 6. In figura 1 tale modulo 6 à ̈ indicato come comprendente blocchi in grado di eseguire la funzione di trasferimento 1/s, che rappresenta l’integratore unitario nel dominio delle frequenze secondo la trasformata di Laplace. Il modulo integratore 6 agisce sugli spettri in frequenza FFT1e FFT2dell’accelerazione verticale filtrata nelle due bande di frequenza predeterminate e ne esegue l’integrazione, ossia calcola l’area sottesa dalla curva del rispettivo spettro FFT1 o FFT2(ossia le aree sottese dalle curve 4 e 5 in figura 2). Il risultato dell’integrazione dei due spettri FFT1 e FFT2 sono due valori numerici, uno per ciascuno spettro in frequenza della coppia.

Con ulteriore vantaggio, il modulo 7 per la determinazione dei parametri relativi al carico del veicolo comprende un modulo divisore 8 configurato in modo tale da effettuare una divisione tra i due integrali calcolati dal modulo integratore 6 degli spettri in frequenza FFT1 e FFT2. Il risultato di tale divisione à ̈ un indice di rapporto r numerico, che à ̈ a sua volta associato al valore numerico assoluto del carico L tramite una relazione predeter minata, la cui determinazione verrà descritta in seguito.

La determinazione del valore numerico assoluto L del carico del veicolo può essere effettuata da un modulo comparatore 9 compreso nel modulo 7 per la determinazione dei parametri relativi al carico del veicolo 7. Il modulo comparatore 9 à ̈ per l’appunto configurato in modo tale da effettuare una comparazione tra l’indice di rapporto r determinato dal modulo divisore 8 ed il valore numerico assoluto del carico del veicolo corrispondente a tale indice di rapporto r in base alla relazione predeterminata, che può essere memorizzata nel modulo comparatore 9 stesso, stabilita a priori.

Il sistema 1 stima con le modalità dette il valore numerico assoluto del carico del veicolo in un periodo di tempo avente una certa durata. Infatti, la determinazione dello spettro in frequenza dell’accelerazione verticale del veicolo<z>, in particolare dell’accelerazione verticale filtrata nelle bande di frequenza predeterminate, richiede la rilevazione di quest’ultima per un certo intervallo temporale. Tale intervallo temporale può essere scelto secondo differenti modalità, illustrate a titolo esemplificativo in figura 3.

In accordo con una prima forma di realizzazione (figura 3a), il sistema 1 acquisisce l’ accelerazione verticale del veicolo da un istante iniziale (Start) – ad esempio l’avvio del veicolo – ad un istante finale (stop), che può essere preimpostato o scelto durante l’utilizzo. La determinazione dell’indice di rapporto r e dunque del valore numerico assoluto del carico L in base allo spettro in frequenza dell’accelerazione verticale<z>filtrata nelle due bande di frequenza predeterminate à ̈ calcolato in base alle rilevazioni effettuate in questo lasso di tempo.

In accordo con una seconda forma di realizzazione (figura 3b), il sistema acquisisce l’accelerazione verticale del veicolo in intervalli di tempo successivi distinti. Ciascuno di tali intervalli ha un inizio e una fine, e una durata temporale (N min) durante la quale viene rilevata l’accelerazione verticale<z>. In ciascun intervallo temporale successivo l’acquisizione riprende da capo senza che siano tenute in considerazione le rilevazioni effettuate nell’intervallo temporale precedente. In ciascun intervallo di tempo viene quindi determinato un indice di rapporto r in maniera indipendente dagli altri intervalli temporali.

In accordo con una terza forma di realizzazione (figura 3c) il sistema acquisisce l’accelerazione verticale del veicolo in intervalli temporali aventi un istante iniziale comune e istanti finali successivi distinti. Pertanto, l’indice di rapporto r determinato al termine di ciascun intervallo temporale tiene conto anche delle rilevazioni effettuate negli istanti temporali successivi.

Verranno ora descritte le modalità con le quali vengono determinate la prima e la seconda banda di frequenze predeterminate sulle quali si basa l’analisi degli spettri in frequenza, nonché le modalità con le quali viene stabilita la relazione predeterminata tra l’indice di rapporto r ed i parametri relativi al carico del veicolo. Per semplicità espositiva si farà qui di nuovo riferimento al caso particolare della stima del valore numerico assoluto L del carico del veicolo. Per quanto riguarda il valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico D, le modalità, come si vedrà, sono del tutto analoghe.

La determinazione delle bande di frequenza predeterminate e della relazione tra l’indice di rapporto r ed il valore numerico assoluto del carico L può essere effettuata preliminarmente all’impiego del sistema 1, ad esempio in una fase di taratura di quest’ultimo.

In questa fase di taratura occorre stabilire una condizione convenzionale di veicolo scarico ed effettuare successive prove nelle quali viene aggiunta una massa aggiuntiva nota al veicolo. In ciascuna di queste prove viene effettuata una rilevazione dell’accelerazione verticale<z>e da questa rilevazione viene determinato lo spettro in frequenza dell’accelerazione verticale.

Con riferimento alla figura 4, in essa à ̈ raffigurato un diagramma con di possibili spettri in frequenza dell’accelerazione verticale del veicolo<z>in due differenti condizioni di quest’ultimo: a veicolo scarico (curva 10) e a veicolo caricato con un carico aggiuntivo noto (curva 11). Per entrambi gli spettri sono stati evidenziati gli integrali in due possibili bande, ossia le aree sottese dalle curve 10 e 11 in queste due bande.

La determinazione delle due bande di frequenza predefinite comporta la scelta, per ciascuna banda, di un centro f e di un’ampiezza di banda w. Un possibile criterio di scelta delle bande à ̈ quello di stabilire due bande di frequenza nelle quali sia massimizzata, o comunque sia elevata, la differenza tra gli integrali degli spettri nelle due condizioni di veicolo carico e veicolo scarico. Ad esempio, à ̈ possibile scegliere due bande di riferimento, definite tramite i parametri f e w, tali da massimizzare una cifra di merito J, espressa dalla seguente funzione (1):

f w/ 2ï ‡ ( ω)ï€ï ‡ (ï · ) df

J(f , w )ï€1⁄2ya yb (1)

fï€ïƒ² w/ 2 w

in cui Γya( ω ) e Γyb( ω ) rappresentano rispettivamente gli spettri delle accelerazioni in condizioni di veicolo carico e di veicolo scarico al variare della frequenza ω.

Un possibile andamento grafico della funzione (1) al variare dei parametri f e w à ̈ illustrato in figura 5a. Nelle figure 5b e 5c sono riportate le proiezioni della curva tridimensionale in figura 5a, rispettivamente per il caso in cui w sia costante e per il caso in cui f sia costante. Nel diagramma in figura 5b si vedono tre picchi della cifra di merito J: il centro di frequenza f può quindi essere scelto nelle zone evidenziate, comprensive dei suddetti picchi. Analogamente, dall’osservazione della figura 5c, si vede un unico picco, a parte il picco iniziale, che può quindi essere scelto come valore di riferimento per l’ampiezza di banda w da considerare.

Una volta stabilite la prima e la seconda banda di frequenza da considerare, à ̈ possibile calcolare l’indice di rapporto r associato allo spettro in frequenza del veicolo carico, il cui valore assoluto del carico L à ̈ noto, dividendo gli integrali dello spettro in frequenza relativo al veicolo carico nella prima e nella seconda banda.

E’ importante osservare che l’andamento del profilo stradale non ha un’influenza sostanziale sugli spettri in frequenza ricavati con le modalità dette, in quanto li modifica soltanto per un fattore di scala.

Inoltre, anche la velocità del veicolo influisce sullo spettro in frequenza dell’accelerazione verticale solo per un fattore di scala per velocità del veicolo superiori ad una velocità minima. In altre parole, lo spettro presenta ad ogni velocità il medesimo andamento, semplicemente amplificato per un fattore diverso. La situazione à ̈ illustrata in figura 6, che mostra appunto gli spettri dell’accelerazione verticale del veicolo, a parità di carico, per differenti velocità. Da questo discende che l’indice di rapporto r, calcolato come divisione tra gli integrali degli spettri in frequenza dell’accelerazione verticale filtrata nelle due bande di frequenza predeterminate, si mantiene sostanzialmente costante al variare della velocità del veicolo al di sopra della precedentemente citata velocità minima.

Pertanto, il legame tra l’indice di rapporto r ed il valore numerico assoluto del carico L che viene ricavato con le modalità dette non à ̈ influenzato in maniera significativa dalla velocità del veicolo, né dalla conformazione del manto stradale. Esisterà quindi congruenza tra le cifre di merito determinate in fase di taratura e quelle determinate nell’impiego effettivo del sistema 1. Si noti, che, secondo una possibile forma di realizzazione, il sistema comprende mezzi di rilevazione della velocità del veicolo, in modo tale da attivare il calcolo dei parametri relativi al carico del veicolo solo al superamento da parte del veicolo della velocità minima precedentemente menzionata. Ad esempio, il sistema 1 piò comprendere o essere associato ad un sistema GPS.

Ripetendo le operazioni descritte per differenti valori di carico, à ̈ possibile ottenere la relazione predeterminata tra l’indice di rapporto r ed il valore numerico assoluto del carico L, che viene sfruttata durante l’uso dal sistema 1, in particolare dal modulo comparatore 9, per determinare il valore assoluto del carico a partire dalle rilevazioni dell’accelerazione verticale del veicolo, dalle quali sono ricavabili gli indici di rapporto.

In figura 7 à ̈ raffigurata una possibile curva rappresentativa della relazione tra l’indice di rapporto r e il valore numerico assoluto L del carico, ottenuta per interpolazione dei valori effettivi ricavati durante la taratura del sistema. Naturalmente, à ̈ possibile approssimare i valori reali con equazioni matematiche, ad esempio del tipo:

L(r) = br c

in cui i coefficienti a, b e c vengono ad esempio calcolati secondo il criterio della minimizzazione dell’errore quadratico medio tra la curva stessa e i dati reali.

Si noti che il criterio di taratura sopra descritto assicura risultati affidabili, ossia una stima accurata del valore numerico assoluto del carico L, se il posizionamento del carico durante l’utilizzo effettivo del sistema corrisponde al posizionamento del carico adottato nel corso della taratura del sistema 1. In caso di discrepanza tra il posizionamento del carico nelle due situazioni, il valore stimato dal sistema potrà essere soggetto a degli errori più marcati. Al fine di ovviare a questo problema à ̈ possibile combinare le informazioni provenienti dai sensori di accelerazione verticale del veicolo con ulteriori informazioni rilevati da sensori di velocità di beccheggio. Questo aspetto verrà trattato in seguito.

Il sistema 1 secondo le forma di realizzazione descritte sinora à ̈ in grado di stimare il valore numerico assoluto L del carico del veicolo.

In accordo con una forma di realizzazione alternativa, il sistema 1 à ̈ in grado di stimare un differente parametro relativo al carico, in particolare la sua distribuzione, preferibilmente espressa tramite il valore numerico rappresentativo del carico D, precedentemente definito. In figura 8 à ̈ rappresentato uno schema a blocchi del sistema 1 secondo questa forma di realizzazione alternativa. Con riferimento a questa forma di realizzazione, il sistema 1 comprende un sensore (non mostrato nelle figure) per la rilevazione della velocità angolare di beccheggio del veicolo, indicata come 9. Il sensore di velocità angolare di beccheggio può ad esempio comprendere un giroscopio. Il sensore di velocità angolare di beccheggio à ̈ idoneo a generare in uscita un segnale rappresentativo della velocità angolare di beccheggio del veicolo.

Il modulo 2 à ̈ configurato in modo tale da determinare lo spettro in frequenza della velocità angolare di beccheggio 9, con le modalità già descritte con riferimento all’accelerazione verticale. Il modulo 2 per la determinazione dello spettro in frequenza della velocità angolare di beccheggio à ̈ in particolare configurato in modo tale da determinare lo spettro in frequenza della velocità angolare di beccheggio del veicolo filtrata in una prima ed in una seconda banda di frequenza predeterminate. A tal scopo, vantaggiosamente, il modulo 2 per la determinazione dello spettro in frequenza della velocità angolare di beccheggio comprende un primo BPF1 ed un secondo BPF2 filtro passa-banda per filtrare il segnale rappresentativo della velocità angolare di beccheggio nella prima e nella seconda banda di frequenza predeterminata. Nello schema a blocchi in figura 8 gli spettri in frequenza della velocità angolare di beccheggio filtrata rispettivamente nella prima e nella seconda banda di frequenza predeterminate sono indicati rispettivamente con FFT1e FFT2. La prima e la seconda banda di frequenza predeterminate vengono determinate in maniera analoga a quella descritta con riferimento alle bande predeterminate per l’accelerazione verticale.

Il modulo integratore 6 agisce sugli spettri in frequenza FFT1e FFT2e ne esegue l’integrazione, ossia calcola l’area sottesa dalla curva degli spettri della velocità angolare di beccheggio filtrata nelle due bande.

Il modulo divisore 8 effettua una divisione tra i due integrali calcolati dal modulo integratore 6 degli spettri in frequenza FFT1 e FFT2. Il risultato di tale divisione à ̈ un indice di rapporto r numerico, che à ̈ univocamente associato al valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico D, tramite una relazione predeterminata tra quest’ultima e l’indice di rapporto r.

La determinazione del valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico D può essere effettuata dal modulo comparatore 9, che effettua una comparazione tra l’indice di rapporto r determinato dal modulo divisore 8 ed il valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico D corrispondente a tale indice di rapporto r in base ad una relazione predeterminata che à ̈ stata stabilita a priori. Le modalità di determinazione della relazione predeterminata tra l’indice di rapporto r ed il valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico sono del tutto analoghe a quelle descritte con riferimento al valore numerico assoluto del carico L. In particolare, in una fase di taratura preliminare vengono determinati gli indici di rapporto r corrispondenti a diverse distribuzioni del carico note mediante successive prove in cui il carico viene spostato nel veicolo, e per ciascun posizionamento del carico viene determinato l’indice di rapporto r.

L’ intervallo temporale durante il quale il sistema acquisisce il segnale rappresentativo della velocità angolare di beccheggio 9 può essere scelto con le stesse modalità precedentemente descritte con riferimento all’accelerazione verticale, secondo quanto illustrato in figura 4.

Il sistema 1 secondo le forme di realizzazione descritte sinora à ̈ in grado di stimare il valore numerico assoluto L del carico del veicolo o in alternativa il valore numerico D rappresentativo della distribuzione del carico. Naturalmente, il sistema 1 può essere alternativamente configurato per stimare entrambi i parametri.

A tal scopo, il sistema 1 può comprendere un primo sistema 1’ in grado di stimare il valore numerico assoluto L del carico del veicolo (di tipo analogo al sistema descritto con riferimento alla figura 1) ed un secondo sistema 1’’ in grado di stimare il valore numerico D rappresentativo della distribuzione del carico (di tipo analogo al sistema descritto con riferimento alla figura 8). Il primo 1’ ed il secondo 1’’ sistema possono essere ciascuno configurato secondo quanto detto in precedenza e possono essere tarati con le modalità dette. Tale configurazione à ̈ raffigurata schematicamente in figura 9.

Secondo un’ulteriore possibile forma di realizzazione, il primo 1’ ed il secondo 1’’ sistema sono integrati tra loro e forniscono risultati in uscita ciascuno correlato alle rilevazioni proprie e dell’altro sistema. Quest’ulteriore forma di realizzazione à ̈ illustrata schematicamente in figura 10. Rispetto alla forma di realizzazione illustrata in figura 9, il modulo comparatore 9 à ̈ comune ad entrambi il primo 1’ e secondo 1’’ sistema, ciascuno dei quali determina secondo le modalità precedentemente dette un primo r1 ed un secondo r2 indice di rapporto. La relazione predeterminata tra i parametri relativi al carico del veicolo e gli indici di rapporto à ̈ tuttavia più complessa, poiché ad ogni coppia valore numerico assoluto del carico L – valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico D corrisponde una coppia primo indice di rapporto r1 (relativo all’accelerazione verticale) – secondo indice di rapporto r2 (relativo all’accelerazione angolare di beccheggio). Tale relazione complessa può essere determinata in fase di taratura del sistema nella maniera seguente.

Si pone sul veicolo un carico aggiuntivo rispetto alla condizione di vuoto in una prima posizione e si determinano con le modalità già descritte nel primo 1’ e nel secondo 1’ sistema rispettivamente il primo r1 ed il secondo r2 indice di rapporto. Lo stesso carico (ossia un carico con lo stesso valore assoluto) viene quindi spostato in differenti posizioni, in ciascuna delle quali vengono determinati con le modalità dette il primo r1 ed il secondo r2 indice di rapporto. Dopodiché si modifica il carico (ossia si modifica il suo valore assoluto) e di nuovo, per ogni posizione, si determinano con le modalità descritte il primo r1 ed il secondo r2 indice di rapporto. Si arriva in questo modo a determinare la relazione predeterminata desiderata che lega L, D, r1 e r2. I dati discreti ricavati con le modalità dette possono poi essere approssimati ad esempio mediante equazioni matematiche del tipo seguente:

<ïƒ ̄>Lï€1⁄2ar1b r

ïƒ 1cr2d r 2 e

ïƒ ̄ ï€1⁄2=fr1 g r1hr2i r 2l

in cui a, b, c, d, e, f, g, h, i, l sono parametri numerici determinati ad esempio in modo tale da minimizzare l’errore tra dati reali e dati approssimati. Come si vede, il valore numerico assoluto del carico L ed il valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico D dipendono ciascuno sia dal primo r1 sia dal secondo r2 indice di rapporto.

E’ stato verificato che il sistema così configurato consente di ridurre l’errore nella stima del valore numerico assoluto del carico L che può verificarsi nel caso in cui il carico durante l’utilizzo del sistema non si trovi nella medesima posizione nella quale si trovava nella fase di taratura, secondo quanto detto in precedenza.

In figura 11 si riportano tre diagrammi nei quali sono raffrontati i valori reali di carico Leff con i valori stimati L in tre diverse distribuzioni del carico. In particolare, sono raffigurate nell’ordine le situazioni di: carico concentrato sull’anteriore, carico concentrato al centro, carico concentrato al posteriore del veicolo. Come si vede, l’errore nella stima del valore numerico assoluto del carico L (linea tratteggiata) rispetto alla stima perfetta (ossia la condizione L=Leff, linea continua) si mantiene contenuto al variare del carico effettivo Leff.

In figura 12 à ̈ infine riportato un diagramma che mostra una comparazione tra la distribuzione del carico effettiva (linea tratteggiata) e quella stimata D dal sistema 1 (linea continua) in tre differenti condizioni di distribuzione del carico su più prove. In particolare, sono raffigurate nell’ordine le situazioni di: carico concentrato sull’anteriore (4 prove), carico concentrato al centro (3 prove), carico concentrato al posteriore del veicolo (3 prove). Come si vede, anche in questo caso l’errore nella stima del valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico D si mantiene contenuto.

Si noti che, sebbene nella presente descrizione si sia fatto riferimento all’accelerazione verticale<z>ed alla velocità angolare del veicolo come grandezze cinematiche in ingresso al sistema 1, à ̈ in alternativa possibile utilizzare in maniera del tutto analoga differenti grandezze cinematiche, le quali richiederanno una taratura dedicata. Con l’espressione “grandezze cinematiche†si intendono spostamento, velocità e accelerazione, lineari o angolari.

Si noti inoltre che, nella presente descrizione e nelle annesse rivendicazioni, il sistema 1 nonché gli elementi indicati con l’espressione “modulo†possono essere implementati mediante dispositivi hardware (ad esempio centraline), mediante software o mediante una combinazione di hardware e software.

Dalla descrizione sopra fornita la persona esperta potrà apprezzare come il sistema secondo l’invenzione sia in grado di stimare con un errore contenuto il valore assoluto del carico e/o la sua distribuzione in un veicolo a partire da rilevazioni effettuate da semplici sensori inerziali, che possono essere mantenuti entro un numero massimo pari a due, quali ad esempio un accelerometro e un giroscopio. Il sistema, nonché i sensori, possono essere installati in qualsiasi posizione nel veicolo, preferibilmente nel suo corpo. Il sistema 1 risulta quindi a basso costo e di semplice installazione.

La persona esperta potrà inoltre apprezzare come il sistema 1 possa essere associato di serie a qualsiasi modello di veicolo. Infatti, à ̈ sufficiente che la taratura venga effettuata su un unico veicolo affinché il sistema possa essere applicato senza la necessità di un’ulteriore taratura specifica su altri veicoli dello stesso modello. Anche l’attività di taratura risulta pertanto complessivamente poco onerosa nel caso di veicoli prodotti in serie.

Alle forme di realizzazione descritte la persona esperta, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti specifiche, potrà apportare numerose aggiunte, modifiche, o sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza tuttavia uscire dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema (1) per la stima di uno o più parametri (L, D) relativi al carico di un veicolo, detto sistema comprendendo: - uno o più sensori per la rilevazione di una o più grandezze cinematiche del veicolo (z, idonei a generare segnali rappresentativi di dette grandezze cinematiche del veicolo; - uno o più moduli (2) per la determinazione di una o più coppie di spettri in frequenza (FFT1,FFT2), ciascuna associata ad una di dette una o più grandezze cinematiche del veicolo (z ,<9>), a partire dal segnale rappresentativo della rispettiva grandezza cinematica del veicolo filtrato in una prima ed in una seconda banda di frequenza predeterminate; - uno o più moduli (7) per la determinazione di detti uno o più parametri relativi al carico del veicolo (L, D) a partire da dette una o più coppie spettri in frequenza (FFT1,FFT2).
2. 2. Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti uno o più moduli (2) per la determinazione delle una o più coppie di spettri in frequenza (FFT1,FFT2) comprendono un primo (BPF1) ed un secondo (BPF2) filtro passa-banda idonei a filtrare il segnale rappresentativo della rispettiva grandezza cinematica del veicolo in dette prima e seconda banda di frequenze predeterminate.
3. 3. Sistema (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detta prima e seconda banda di frequenza predeterminate sono determinate confrontando un primo ed un secondo spettro in frequenza associati al segnale rappresentativo della rispettiva grandezza cinematica del veicolo corrispondenti ad un primo ed un secondo valore di quest’ultima, e scegliendo due bande di frequenza nelle quali sia massimizzata la differenza tra gli integrali di detti primo e secondo spettro in frequenza.
4. 4. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti uno o più moduli (7) per la determinazione degli uno o più parametri (L, D) relativi al carico del veicolo comprendono un modulo integratore (6) configurato in modo tale da determinare un primo ed un secondo integrale rispettivamente di ciascuno spettro di dette coppie di spettri in frequenza (FFT1, FFT2).
5. 5. Sistema (1) secondo la rivendicazione 4, in cui detti uno o più moduli (7) per la determinazione degli uno o più parametri (L, D) relativi al carico del veicolo comprendono un modulo divisore (8) configurato in modo tale da determinare un indice di rapporto (r; r1, r2) mediante divisione tra detto primo e secondo integrale di ciascuno spettro di dette coppie di spettri in frequenza (FFT1, FFT2).
6. 6. Sistema (1) secondo la rivendicazione 5, in cui detti uno o più moduli (7) per la determinazione degli uno o più parametri (L, D) relativi al carico del veicolo comprendono un modulo comparatore (9) configurato in modo tale da determinare detti uno o più parametri relativi al carico del veicolo (L, D) a partire da uno o più di detti indici di rapporto (r,; r1, r2) in base ad una relazione predeterminata tra detti uno o più parametri relativi al carico del veicolo (L, D) e detti uno o più indici di rapporto (r; r1, r2).
7. 7. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detti uno o più parametri relativi al carico del veicolo comprendono un valore numerico assoluto del carico del veicolo (L) e detti uno o più sensori comprendono un sensore inerziale configurato per rilevare l’accelerazione verticale del veicolo ( z) e per generare un segnale rappresentativo dell’accelerazione verticale del veicolo.
8. 8. Sistema (1) secondo la rivendicazione 7, in cui detta relazione predeterminata correla il valore assoluto del carico del veicolo (L) ad un indice di rapporto (r) associato al valore numerico assoluto del carico, detta relazione predeterminata essendo ottenuta a priori tramite il sistema (1) stesso determinando detto indice di rapporto (r) associato al valore numerico assoluto del carico a seguito di imposizione al veicolo di carichi aventi differenti valori assoluti noti.
9. 9. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui detti uno o più parametri relativi al carico del veicolo comprendono un valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico nel veicolo (D) e detti uno o più sensori comprendono un sensore configurato per rilevare la velocità angolare di beccheggio del veicolo (<9>) e per generare un segnale rappresentativo della velocità angolare di beccheggio del veicolo.
10. 10. Sistema (1) secondo la rivendicazione 9, in cui detta relazione predeterminata correla il valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico del veicolo (D) ad un indice di rapporto associato alla distribuzione del carico (r), detta relazione predeterminata essendo determinata a priori tramite il sistema (1) stesso determinando detto indice di rapporto (r) associato alla distribuzione del carico a seguito di imposizione al veicolo di differenti distribuzioni note del carico.
11. 11. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detti uno o più parametri relativi al carico del veicolo comprendono un valore numerico assoluto del carico del veicolo (L) ed un valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico nel veicolo (D), e detti uno o più sensori comprendono un sensore configurato per rilevare l’accelerazione verticale del veicolo (z ) e per generare un segnale rappresentativo dell’accelerazione verticale del veicolo ed un sensore configurato per rilevare la velocità angolare di beccheggio del veicolo (9 ) e per generare un segnale rappresentativo della velocità angolare di beccheggio del veicolo.
12. 12. Sistema (1) secondo la rivendicazione 11, in cui detta relazione predeterminata correla il valore numerico assoluto del carico del veicolo (L) ed il valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico (D) ad un primo indice di rapporto (r1) associato al valore assoluto del carico e ad un secondo indice di rapporto (r2) associato alla distribuzione del carico, detta relazione predeterminata essendo ottenuta a priori tramite il sistema (1) stesso determinando detti primo (r1) e secondo (r2) indice di rapporto a seguito di imposizione al veicolo di carichi aventi differenti valori assoluti noti e differenti distribuzioni note.
13. 13. Sistema (1) secondo la rivendicazione 9 o 11, in cui detto valore numerico rappresentativo della distribuzione del carico nel veicolo (D) rappresenta la distanza longitudinale del carico concentrato del veicolo, ad esempio del baricentro, da un punto di riferimento predeterminato.
14. 14. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette una o più coppie di spettri in frequenza sono determinate in base all’acquisizione delle una o più grandezze cinematiche del veicolo (z , 9) alternativamente: - a partire da un istante iniziale fino ad un istante finale; - in intervalli temporali successivi distinti; - in intervalli temporali successivi aventi un istante iniziale comune e istanti finali successivi distinti.
15. 15. Veicolo comprendente un sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.