I progressi compiuti negli ultimi anni dalla tecnologia meccatronica hanno permesso la nascita di soluzioni eterogenee. Nella nautica, l’integrazione di componenti meccanici ed elettronici rappresenta un know-how in grado di garantire significativi vantaggi a costruttori e utenti finali.

Un esempio di tecnologia meccatronica applicata al marine è rappresentato dalle unità di sterzo, proposte dalla multinazionale SKF.

Sviluppate tra la fine del 2009 e i primi mesi del 2010, le nuove unità sterzo elettroniche sono nate da una sfida raccolta nel 2008, quando il cliente Volvo Penta chiese alla SKF e a un competitor americano di mettere a punto un’unità di comando sterzo più performante rispetto a quella utilizzata sulle sue imbarcazioni. SKF era già presente in ambito marine proprio grazie alla prima generazione di unità comando sterzo in produzione dal 2006. L’occasione offerta da Volvo Penta, tuttavia, poteva rappresentare un notevole salto di qualità nel settore, così gli ingegneri di sviluppo prodotto SKF hanno ripensato completamente l’unità, sviluppando una gamma di soluzioni che oltre a poter essere venduta in ambito off-highway e marine, presenta caratteristiche così innovative che hanno convinto il cliente ad accettare la proposta tecnica SKF.

La nuova unità sterzo utilizza una centralina elettronica dotata di due circuiti indipendenti in grado di controllare la posizione dell’angolo di sterzo, mentre un freno elettromagnetico restituisce a chi conduce il mezzo la sensazione di resistenza quando gira il timone o il volante, facendo anche sentire a chi pilota il “fine corsa”. L’insieme di queste caratteristiche aumenta notevolmente la sicurezza, regalando a chi conduce una guida più precisa e piacevole, oltre che un maggiore comfort.

Dal punto di vista tecnico, l’unità si basa su un albero sul quale è collegato il volante, due sensori di posizione che comunicano l’informazione angolare tramite due interfacce CAN indipendenti e un freno elettromagnetico, alloggiati all’interno di un contenitore ermetico.

Il primo sensore determina l’angolo di rotazione dello sterzo e ne controlla la sensibilità variando la quantità di corrente inviata al freno elettromeccanico, mentre l’unità secondaria viene utilizzata in caso di guasto. La funzionalità di entrambi i sensori viene costantemente monitorata, segnalando all’unità di controllo del veicolo eventuali errori.

I due segnali di posizione angolare sono forniti (tramite CAN) alla/e centralina/e di controllo del sistema sterzante, che provvede ad attuare la direzione del timone.

La ridondanza dei segnali e la caratteristica di essere “fail silent” consentono al sistema sterzo nel suo complesso di avere funzionalità, eventualmente degradate, anche in presenza di malfunzionamenti.

La funzione di comando dello sterzo in questa unità è associata alla funzione di feedback, che permette di pilotare il mezzo in tutta sicurezza: la centralina è infatti in grado di determinare autonomamente il livello di feedback o la posizione del fine corsa sulla base delle condizioni del veicolo.

Il software che comanda l’unità sterzo è in grado di gestire il feedback simulando perfettamente il comportamento della tradizionale soluzione idraulica, ma è anche in grado di applicare strategie evolute che diminuiscono gli sforzi necessari a pilotare a bassa velocità e impediscono manovre azzardate quando il mezzo procede a elevata andatura; è possibile infatti programmare la variazione dell’angolo di sterzo in base alla velocità del veicolo.

Il componente che fornisce all’operatore il feed back è il freno elettromagnetico integrato nell’unità. Grazie a una soluzione brevettata, al fine corsa il freno è rilasciato, non appena lo sterzo viene ruotato nella direzione opposta.

L’Electronic Steering Input Unit SKF è in grado di operare tra -40° e +85° e ha un peso di 2,3 kg, mentre il CAN ha una velocità pari a 250 kbit/s.

“L’eliminazione dei tubi idraulici dalla plancia di comando si traduce in vantaggi tangibili per i costruttori”, dichiara Fortunato Pepe, Product Development Manager Drive-By-Wire business unit di SKF Italia. “Un altro grande plus è rappresentato dalla flessibilità nella localizzazione dei punti di comando, che assicura maggiore manovrabilità dell’imbarcazione e permette l’introduzione di piattaforme multi-station”.

L’Electronic Steering Input Unit è particolarmente funzionale sulle imbarcazioni da lavoro in cui sono presenti più timoni, magari a prua e anche a poppa: l’unità di sterzo elettronica, infatti, può essere montata in più punti della nave senza dover far correre lungo la struttura i tubi necessari a un impianto idraulico.

Da metà a fine del 2009 l’unità Drive- By-Wire ha sviluppato il prodotto e realizzato i prototipi dell’unità di comando sterzo, testando i primi pezzi prodotti nelle acque svedesi di Göteborg. Durante la fase di test su imbarcazione è stata anche allestita la linea produttiva, e nel mese di maggio SKF ha consegnato i primi pezzi di serie che cresceranno nell’ordine di alcune migliaia entro la fine dell’anno. Gianluca Oberto, a capo dell’unità Drive -By-Wire, non nasconde la sua soddisfazione per questo importante risultato:

“Dopo i rulli compattatori e i trattori, l’affermazione della meccatronica in ambito marine è un segnale importante, che rivela un’attenzione crescente del mercato verso questo tipo di soluzioni. Un successo che siamo convinti continuerà a crescere e sarà alimentato dal prossimo obiettivo, l’unità di sterzo con ritorno attivo, applicazione che consentirà a chi guida di percepire al meglio il limite di aderenza e il comportamento del mezzo”, conclude Gianluca Oberto.

PUNTI DI FORZA

• Riduzione del consumo di corrente
• Aumento della coppia massima (maggiore feedback al pilota)
• Sdoppiamento del controllo e della bobina del freno (maggiore sicurezza)
• Maggiore accuratezza dei sensori
• Maggiore protezione contro l’ingresso dell’acqua
• Maggiore resistenza alle vibrazioni.