Prove dinamiche di guida sulle macchine agricole

Il Laboratorio di Costruzione Macchine di Colonia (KLB) è parte integrante del corso di studi per macchine da lavoro mobili presso l'Università di Scienze Applicate di Colonia (Germania). Esso è coinvolto in numerosi progetti di ricerca ed industriali, comprese le prove e l'ottimizzazione della dinamica, della sicurezza e del comfort di guida delle macchine da lavoro mobili.

Le attrezzature del KLB per questi progetti 'comprendono due ruote dinamometriche a 6 componenti prodotte dalla Kistler. Esse furono acquistate mediante il programma di finanziamento FHInvest del Ministero Federale Tedesco per l'Istruzione e la Ricerca (BMBF).

Le prove su strada in Fig. 1 sono progettate per dimostrare le possibilità offerte dall'impiego di queste ruote metrologiche ed altri sensori associati al software catman AP della HBM, per verificare la dinamica di guida nelle macchine da lavoro mobili.

L'obiettivo di queste prove su strada era quello di determinare i parametri dei pneumatici del trattore in diverse condizioni operative, necessari per effettuare le simulazioni. La determinazione di questi parametri, specialmente per gli pneumatici agricoli di grandi dimensioni, è notevolmente impegnativa. Fu quindi selezionato un processo che potesse essere impiegato per determinare i parametri rilevanti dei pneumatici direttamente sul veicolo durante le prove su strada.

Tecnologia di misura e software

La completa indagine della dinamica di guida richiede un'ampia gamma di diversi sensori ed apparecchiature con il corrispondente software per registrare ed analizzare i dati di misura. La Fig. 2 mostra lo schema della tecnologia di misura impiegata. Per queste prove furono utilizzati il software di misura HBM catman, il sistema di amplificatori di misura HBM QuantumX ed i seguenti sensori:

  • Sensori analogici per misurare forze, spostamenti e deformazioni 
  • Due ruote dinamometriche Kistler per misurare i carichi sulle ruote fino a 24 tonnellate metriche 
  • Sistema di navigazione inerziale CAN 
  • Sensori di velocità CAN 
  • Videocamera

Oltre a supportare il sistema di amplificatori QuantumX, il software di acquisizione dati catman consente anche di acquisire i dati di misura delle ruote dinamometriche Kistler mediante l'interfaccia Ethernet ed i dati video tramite interfaccia USB od Ethernet.

Non essendoci spazio sufficiente nella cabina del trattore per contenere l'apparecchiatura di misura necessaria, sul lato destro della cabina fu montata una cassetta di controllo (Fig. 3). Anche l'amplificatore QuantumX, l'elettronica di bordo per le ruote dinamometriche e l'alimentatore furono installati nella cassetta di controllo. Tutte le apparecchiature operavano sotto il controllo di un PC di misura installato nella cabina del conducente. Una seconda persona all'esterno del trattore poteva accedere a questo PC durante le prove su strada mediante una connessione remota al desktop.

Per monitorare le prove su strada durante la loro conduzione, fu usata un'opzione del software catman per visualizzare in diretta i dati di misura. La Fig. 4 mostra un esempio di vista dei parametri essenziali della ruota dinamometrica insieme alla registrazione video. Usando questa funzione durante l'acquisizione, le prove potevano essere accuratamente analizzate ad una distanza di sicurezza.

Implementazione delle prove

Con la tecnologia di misura qui mostrata, furono eseguite tre diverse prove su strada. Durante le prove furono modificate la pressione dei pneumatici, la velocità di guida ed il carico del trattore. 

  • Passaggio sopra un ostacolo laterale per esaminare la rigidità verticale dei pneumatici soggetti alle sollecitazioni delle rampe 
  • Prove di frenata per esaminare le forze longitudinali dipendenti dagli slittamenti 
  • Esame dell'angolo di slittamento e della rigidità laterale durante l'andamento circolare quasi da fermo con crescente accelerazione laterale 

Durante le prove su strada furono misurati con successo i parametri dei pneumatici richiesti per simulare i momenti del veicolo. La Fig. 5 mostra alcuni esempi delle curve di forza laterale rispetto all'angolo di slittamento, per diversi carichi sulle ruote posteriori del trattore.

Utilizzando la tecnologia di misura HBM ed il software catman fu facile configurare e gestire l'acquisizione sincrona dei dati per i differenti sensori, comprese le ruote dinamometriche Kistler.

Il Cliente

Laboratorio di Costruzione Macchine di Colonia (KLB) all'Università di Scienze Applicate di Colonia

  • M.Eng. Johannes Grüter
  • M.Sc. Dipl.Ing. (FH) Andreas Bogala
  • Prof. Dr.-Ing. Alfred Ulrich
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