La ricerca dei costruttori di veicoli industriali ė sempre piùvolta
a trovare soluzioni in grado di garantire ai veicoli maggiore
affidabilità, prestazioni piùelevate, montaggi piùfacili e veloci,
e nel contempo costi ridotti.In questo scenario, l’impiego di sistemi di guida innovativi che sfruttino i vantaggi offerti dall’elettronica diventa una necessità. Per questo motivo i sistemi di guida ‘steer by wire’ si stanno diffondendo non solo in ambito automobilistico ma in molti settori industriali, primo fra tutti quello della movimentazione.

   L’idea di base di un sistema di guida ‘by wire’, ė quella di eliminare le connessioni meccaniche o idrauliche fra l’organo di sterzo ed il sistema che presiede all’azionamento delle ruote sterzanti.

   Nei carrelli elevatori ė possibile applicare la guida ‘by wire’ sia nei veicoli in cui viene utilizzato un sistema di tipo meccanico, sia in quelli in cui viene utilizzato un sistema di tipo idraulico.

   I vantaggi connessi ad un sistema di guida ‘by wire’ sono molteplici. Ricordiamo brevemente i principali:
1) Ergonomia
Un sistema di guida ‘by wire’ consente di eliminare il piantone dello sterzo. Questo fattore dà al progettista un’ampia libertà nel definire le caratteristiche della postazione di guida, come lo spazio per le gambe dell’operatore o la posizione e la forma del volante, consentendo quindi soluzioni votate al comfort del guidatore. In questo contesto non va trascurata inoltre la possibilità di ridurre il rumore della postazione di guida, fattore rilevante nei veicoli di grosse dimensioni e dotati di cabina di pilotaggio.
2) Risparmio energetico
La guida ‘by wire’ consente di ridurre il numero di componenti necessari per la realizzazione di un sistema di guida, quindi il peso
complessivo del sistema. Nel caso di guida completamente idraulica, il risparmio
connesso ad un sistema di guida elettrico può arrivare fino al 60%.
3) Flessibilità nel definire i parametri di guida
Nei sistemi di guida tradizionali, parametri quali lo sforzo manuale da applicare sul volante (‘steering feel’) oppure il rapporto di riduzione dello sterzo (‘steering sensitivity’) sono fissati una volta definite le caratteristiche tecniche del sistema. Nel sistema ‘by wire’ invece, ė possibile variare tali parametri a seconda delle esigenze, agendo sulla parte elettronica del sistema. Un esempio ė la possibilità di variare il rapporto di riduzione a seconda della velocità di avanzamento del veicolo. Nei veicoli industriali ė infatti spesso richiesto che il veicolo possa sterzare velocemente quando ė dotato di una bassa velocità e piùlentamente quando invece la velocità di traslazione ė elevata.

   Alla luce dei molteplici vantaggi che un sistema di guida ‘by wire’ può offrire ed a fronte di una sempre maggiore richiesta proveniente dal mercato, la SKF ha da tempo intensificato gli sforzi nel settore, definendo dei progetti mirati e coinvolgendo i vari centri di ricerca e progettazione presenti in Europa e nel Nord America.

   Da questa attività di ricerca, coadiuvata dalla fattiva collaborazione di alcuni clienti, ė nata l’unità di sterzo SKF AHE–5507.

   Tale unità ė un sistema che fornisce una soluzione globale, in grado di abbinare la tecnologia dei sensori intelligenti alla semplicità dei componenti ‘plug and play’, ossia di quelle unità che l’utilizzatore deve unicamente installare ed utilizzare sul proprio impianto.
La nuova unità di sterzo SKF AHE–5507 ė un’unità integrata che contiene in sé componenti di tipo meccanico ed elettronico.

Componenti meccaniche
Dal punto di vista meccanico, l’unità ė stata pensata e realizzata per operare in ambienti difficili e per sopportare sollecitazioni meccaniche gravose, quali ad esempio quelle che si verificano quando l’operatore utilizza il volante come appoggio nel salire o scendere dal veicolo.

   I componenti dell’unità che garantiscono questa robustezza sono il corpo esterno, realizzato in acciaio ed alluminio, l’albero provvisto di fori per il collegamento del volante, la tenuta radiale posizionata sulla parte superiore, ed il coperchio situato nella parte inferiore dell’unità.

   Le parti metalliche sono state protette mediante processi di zincatura e passivazione gialla, in modo da renderle resistenti agli agenti corrosivi con cui possono venire a contatto nel corso della vita operativa.
Componenti elettriche
Il cuore dell’unità ė rappresentato da un’evoluzione delle unità SKF sensorizzate, utilizzate in passato da alcuni costruttori di carrelli elevatori per la realizzazione di unità sterzo da loro progettate e realizzate con il contributo della SKF.

   Come nelle unità SKF sensorizzate standard, l’elemento centrale dell’unità sterzo SKF AHE–5507 ė costituito da un cuscinetto radiale rigido a sfere di alta qualità provvisto di una tenuta strisciante, da un anello generatore di impulsi collegato all’anello interno rotante e da un sensore ad effetto Hall.
L’aspetto innovativo ė rappresentato dal fatto che il sensore, oltre ad essere fissato al corpo dell’unità e non all’anello esterno del cuscinetto, ė costituito da due set indipendenti di sensori ciascuno dei quali fornisce due segnali digitali in uscita sfasati elettricamente di 90°.

   Attraverso i due sensori che funzionano in modo indipendente, si ė così realizzata un’unità ridondante come previsto dagli standard di sicurezza: nel caso in cui un sensore abbia un’anomalia, l’altro continua a funzionare dando la possibilità al guidatore di portare il veicolo al sicuro in attesa della riparazione.
Il principio di funzionamento dell’unità ė analogo a quello già sperimentato con successo sulle unità SKF sensorizzate.

   Sulla superficie dell’anello generatore di impulsi ė presente una sequenza di poli magnetici positivi e negativi. Nel momento in cui l’anello viene posto in rotazione dall’anello interno del cuscinetto cui ė solidale, si genera un campo magnetico variabile rispetto al sensore fissato sul corpo dell’unità.
Attraverso le celle a effetto Hall presenti nel sensore, si generano dei segnali di tipo sinusoidale che vengono amplificati e convertiti in onde quadre dai componenti elettronici presenti nel sensore. Il sistema ė in grado di funzionare anche quando la velocità di rotazione ė prossima allo zero. Affinché il sistema funzioni ė necessaria una alimentazione esterna all’unità i cui parametri possono essere definiti dall’utente a seconda delle sue esigenze.
L’impiego dell’unità nei sistemi di guida
Il principo di funzionamento dell’unità SKF AHE–5507 può essere utilizzato nei sistemi di guida nel seguente modo.

   Quando l’operatore agisce sul volante, dall’unità vengono inviati dei segnali all’unità elettronica di elaborazione del veicolo mediante i quali ė possibile avere informazioni sui cambiamenti di posizione angolare, sul senso di rotazione, sulla velocità e sull’accelerazione impartita al volante.

   L’unità elettronica di elaborazione del veicolo, sulla base delle informazioni ricevute, può inviare agli organi preposti all’azionamento delle ruote sterzanti, le informazioni necessarie per effettuare la sterzata. Solitamente, in prossimità delle ruote sterzanti sono presenti dei sensori che forniscono l’indicazione dell’effettivo movimento realizzato. Detti segnali, vengono confrontati dall’unità elettronica di elaborazione del veicolo con quelli di partenza provenienti dall’unità di sterzo in modo da avere ad ogni istante tutti i parametri sotto controllo, evitando possibili anomalie.

   Vista le sue caratteristiche, l’unità SKF AHE–5507 può essere applicata non solo sui carrelli elevatori ma anche su altre tipologie di veicoli industriali, quali i trattori, le mietitrebbiatrici, i trattori, i compressori stradali ed i veicoli elettrici in genere.

   I sistemi attraverso i quali realizzare tecnicamente un sistema di guida ‘by wire’, sono diversi. In particolare sono già state realizzate dai costruttori di veicoli industriali, alcune soluzioni che si basano sull’impiego di componenti diversi rispetto alle unità sensorizzate SKF come le dinamo tachimetriche, oppure i potenziometri.

   Detti sistemi presentano rispetto all’unità di sterzo SKF AHE–5507 alcuni inconvenienti.
In primo luogo, sono sistemi che devono essere progettati e realizzati dai costruttori di veicoli al loro interno, con notevole dispendio di risorse in termini di studio, sviluppo e test.

   A tal proposito, non va trascurato il fatto che per la realizzazione di queste unità occorre curare sia la parte meccanica sia la parte elettronica. Occorre infatti da un lato realizzare delle unità compatte robuste ed in grado di operare in condizioni ambientali difficili (ad esempio raggiungere un elevato grado IP), dall’altro in grado di garantire elevate prestazioni ed elevati standard di affidabilità.
In secondo luogo i sistemi che utilizzano le dinamo tachimetriche od i potenziometri funzionano mediante segnali di tipo analogico.

   Dinamo tachimetriche e potenziometri infine, funzionano attraverso dei contatti striscianti, che sono necessariamente soggetti nel corso del tempo ad usura, con conseguenti problemi di affidabilità dei sistemi.

   L’unità SKF AHE–5507 presenta dunque rispetto a questi sistemi dei vantaggi considerevoli.

   In particolare l’unità ė di tipo ‘plug and play’, ė compatta, robusta ed affidabile.

   Essa ė inoltre di facile reperibilità ed installazione, e può essere facilmente integrata sulle strutture già esistenti.

   La SKF ė inoltre in grado di fornire assieme all’unità anche il servizio e l’assistenza necessaria ai costruttori di veicoli intenzionati a passare alla soluzione ‘by wire’.

   L’unità AHE–5507 ė un ulteriore esempio di come la SKF sia oggi in grado di fornire ai sui clienti non piùsolo dei semplici componenti, ma delle soluzioni complete, innovative ed affidabili.
Davide Zanghi   
SKF, Ingegneria dell’applicazione  

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davide.zanghi@skf.com