La domanda di test su pneumatici agricoli è aumentata sensibilmente negli ultimi anni, ma ottenere buoni risultati oggettivi in questo campo è ancora più difficile che, ad esempio, nel campo dei test di pneumatici per autovetture. Solo pochi esperti (principalmente nell’ambito delle aziende costruttrici di pneumatici) hanno le competenze per gestire un piano di test completo e definire procedure di test per caratterizzare oggettivamente il comportamento dello pneumatico. Tra i nostri principali clienti in questo settore, Provana Group (www.provanagroup.com) è una holding di servizi che offre consulenza specializzata nell’ambito agricolo con elevate competenze relative all’utilizzo degli pneumatici. Provana ha una lunga esperienza nel settore e un rapporto diretto sia con i clienti (per lo più aziende agricole di dimensioni medio-grandi) sia con le principali case costruttrici di pneumatici agro. L’azienda ha investito molto nello sviluppo del reparto testing, con l'obiettivo di caratterizzare in modo oggettivo le prestazioni degli pneumatici, fornendo da un lato un servizio migliore ai propri clienti e dall’altro indicazioni utili per lo sviluppo prodotto ai propri partner OEM.

La nostra collaborazione con Provana Group è iniziata alcuni anni fa, quando abbiamo aiutato i tecnici del centro sperimentale a sviluppare una soluzione per la misura della circonferenza di rotolamento degli pneumatici e del rapporto tra le velocità degli assi anteriore posteriore del trattore, in gergo detto “anticipo”. Questi parametri sono estremamente importanti per la scelta ottimale delle taglie di pneumatici anteriori e posteriori. Infatti gli addetti ai lavori sanno che l’assale anteriore deve avere una velocità leggermente più elevata, e quindi una certa percentuale di slittamento, rispetto al posteriore al fine di ottenere prestazioni ottimali nelle lavorazioni in campo con 4WD inserita. L’entità di questo slittamento, a parità di altre condizioni, dipende dalle circonferenze degli pneumatici anteriore e posteriore. Da qui la necessità di misurare con precisione, in condizioni reali, le circonferenze di rotolamento e l’anticipo.

Il nostro punto di partenza è stato quindi la fornitura di un sistema per la misurazione della circonferenza di rotolamento e del rapporto di trasmissione anteriore-posteriore, composto da:

  • Un ricevitore GPS SUCHY XPro_Nano 25 per la misurazione della velocità e della distanza;
  • Una coppia di encoder PEISELER per la misurazione della velocità delle ruote;
  • Un sistema di acquisizione dati DEWESOFT Mod DEWE 43, dall’ottimo rapporto qualità/prezzo per questo tipo di applicazioni.

Sulla base della nostra esperienza e automatizzando alcune operazioni nel setup Dewesoft, abbiamo così fornito ai nostri amici di Provana uno strumento semplice ma molto efficiente per velocizzare il loro lavoro quotidiano.

Tra gli impieghi tipici dei trattori di grandi dimensioni ci sono:

  • Lavoro su terreno agricolo, che generalmente comporta il traino di un attrezzo;
  • Un trasporto su strada, con traino di rimorchi grandi e pesanti a velocità superiore a 50 km/h, con massa complessiva del convoglio superiore a 40 tonnellate.

In tali scenari sia l'efficienza nei consumi che la sicurezza stradale sono requisiti essenziali per ogni cliente.

Nel 2022 abbiamo supportato Provana sul campo, svolgendo attività di test congiuntamente o per conto di alcune importanti case costruttrici di pneumatici.Sono state eseguite varie sessioni di test per confrontare, rispettivamente:

  • Diversi tipi di pneumatici per rimorchi, dal punto di vista dell'efficienza del trasporto stradale, sicurezza e comfort di guida;
  • Diversi set di pneumatici per trattori, per quanto riguarda le prestazioni e l'efficienza su terreno agricolo.

 

Al fine di acquisire un quadro generale delle prestazioni di trazione, del consumo di carburante e del comportamento dinamico del veicolo, il sistema di misurazione ampliatoinclude:

  • Un misuratore di portata AIC per il consumo di carburante;
  • Una cella di carico per la misurazione della forza di traino;
  • Una coppia di encoder PEISELER per la misurazione della velocità delle ruote;
  • Una termocoppia (tramite adattatore DSI-TH) per il monitoraggio della temperatura dell'olio del cambio;
  • Un Suchy Data System GPS+IMU (via CAN) per la misura delle variabili di velocità e movimento del trattore.

Inoltre, per l'analisi oggettiva della dinamica del veicolo del rimorchio sono stati aggiunti:

  • Accelerometri (asse z) sull'asse del rimorchio;
  • Una piattaforma inerziale + ricevitore GNSS Genesys mod. ADMA Speed (via Ethernet) per la misurazione delle variabili di movimento del rimorchio e dell'angolo di  slittamento laterale.

L’acquisitore DEWESOFT Mod DEWE-43 ha confermato di essere una buona scelta: si adatta facilmente alla cabina del trattore e i suoi 8 canali analogici e 8 counter più una coppia di porte CAN lo rendono perfetto per questa applicazione. Su macchine così grandi, l'installazione dei sensori e del sistema di acquisizione dati e la preparazione delsetup di misura è in qualche modo una sfida a sé stante in quanto:

  • L'installazione di sensori è spesso complicata su tutti i tipi di veicoli, ma gestire le dimensioni e la massa di trattori e attrezzi aggiunge ulteriori problemi;
  • Il cablaggio a regola d’arte dei cavi (lunghi) dai sensori sul rimorchio/attrezzo al sistema di acquisizione è difficoltoso;
  • Lo spazio per gli strumenti di misura nella cabina del trattore è estremamente ridotto;
  • L’ambiente in cui si opera è molto gravoso.

Per evitare di sollecitare trasversalmente la cella di caricodi trazione, è stata progettata una speciale culla in cui viene alloggiata la cella stessa, collegata al il perno di traino: questa attrezzatura da sola pesa alcune decine di chilogrammi e deve essere maneggiata con cura da due persone durantel'installazione. Inoltre, cambiare le gomme del rimorchio o del trattore non è questione di pochi minuti e anche la regolazione fine della pressione di gonfiaggio non è così facile e veloce come sulle autovetture. Un piccolo aeroporto è stato scelto come struttura per i test di dinamica del veicolo, comfort e consumo di carburante dell’assieme trattore rimorchio. Utilizzando il plugin Polygon, abbiamo definito alcuni punti di riferimento virtuali per creare i trigger di start/stop in corrispondenza dell’ingresso/uscita delle zone di misura per i test di coast-down, consumi, comfort e maneggevolezza.Questo ci ha permesso di eseguire più ripetizioni dello stesso test utilizzando sempre esattamente la stessa parte della pista, per una migliore riproducibilità, fondamentale per caratterizzare piccole differenze tra pneumatici o tra configurazioni del veicolo diverse.In effetti, il consumo complessivo di carburante è influenzato da una serie di fattori esterni che rendono estremamente difficile la valutazione oggettiva dell'effetto pneumatico.

Il protocollo di prova è stato sviluppato al fine di affrontare questi fattori, prestando attenzione a:

  • Riscaldamento del veicolo: motore e trasmissione, pneumatici;
  • Controllo della temperatura degli pneumatici e regolazione fine della pressione di gonfiaggio;
  • Monitoraggio delle condizioni ambientali (temperatura  dell'aria, temperatura dell’asfalto, ecc.);
  • Ripetizione del test in diverse condizioni ambientali.

I seguenti risultati campione mostrano un chiaro effetto del set di pneumatici sui valori della forza di trazione,

cioè la resistenza all’avanzamento complessiva del rimorchio, misurata a diverse velocità: in questo caso l’effetto del set di pneumatici è superiore all’effetto della variazione di velocità. Osservando il consumo complessivo di carburante del convoglio, vediamo che l'effetto della variazione del set di pneumatici è piuttosto piccolo rispetto all'effetto della variazione di velocità: il consumo complessivo è influenzato anche dall’efficienza e dalla resistenza all’avanzamento del trattore.In ogni caso, anche una differenza di pochi punti percentuale nel consumo di carburante risulta rilevante in termini di costo variabile di esercizio della macchina.

 

Dal punto di vista della dinamica del veicolo, la possibilità di eseguire test sia soggettivi che oggettivi sul rettilineo largo 30 metri porta a una valutazione coerente delle diverse specifiche degli pneumatici nella guida normale e in condizioni di guida ad alta dinamica/emergenza. Mentre la metodologia complessiva e il processo di valutazione sono solo in una prima fase di messa a punto, è stata trovata una certa correlazione tra la valutazione soggettiva e alcune metriche oggettive rilevanti, soprattutto relative all'angolo di assetto (o angolo di deriva): questo ha permesso di ottenere una graduatoria significativa degli pneumatici testati anche dal punto di vista della dinamica di guida. Passando dalla prova su strada alla prova su terreno agricolo, l'attenzione si sposta interamente sugli pneumatici del trattore. L’allestimento sensoristico non cambia molto rispetto all'applicazione precedente, tranne il fatto che non abbiamo più i canali relativi ai sensori del rimorchio (accelerometri e piattaforma inerziale ADMA). La cella di carico per la misura della forza di trazione è diversa da quella utilizzata in precedenza ed è installata su una barra di traino appositamente costruita: anche in questo caso, l’attrezzatura è specificamente progettata per applicare una forza puramente assiale alla cella di carico.

Nelle prove di trattività su campo, il trattore equipaggiato con gli pneumatici in prova traina un altro trattore che viene utilizzato come un carico resistente. La velocità di entrambi i trattori è regolata al fine di aumentare gradualmente l'effetto frenante del trattore trainato, con conseguente aumento dello slittamento degli pneumatici in prova. Il risultato finale è una curva caratteristica che rappresental’andamento della forza di trazione in funzione dello slittamentodello pneumatico. Semplice a dirsi, in linea teorica, non così facile da raggiungere nella realtà perché, come sempre, sono i dettagli a fare la differenza e bisogna prestare attenzione a diversi aspetti pratici per ottenere buoni risultati.Prima di testare ogni set di pneumatici, è necessaria una calibrazione preliminare della velocità delle ruote, in assenza di forze di trazione, al fine di calcolare con precisione il rapporto di slittamento.Questo viene fatto facilmente dal software mediante DewesoftX, utilizzando i canali matematici e le funzioni statistiche di base per calcolare la media dei dati provenienti dagli encoder delle ruote e dal GPS su una distanza predefinita: il fattore di calibrazione viene calcolato online alla fine della finestra di calcolo, quindi l'operatore ne imposta il valore in un canale di tipo “User Input”. Ciò fornisce all'operatore un modo semplice per calibrare la velocità della ruota dagli encoder, senza uscire dalla modalità di misura (non è necessario passare dalla misura alla configurazione e viceversa).Dopo la calibrazione, il trattore si sposta sul terreno di prova che è stato appositamente preparato in precedenza utilizzando un attrezzo che smuove alcuni centimetri dello strato superiore del terreno al fine di ottenere una superficie di prova piuttosto morbida, il più uniforme possibile. Anche alcuni parametri caratteristici del terreno devono essere misurati: oltre alla composizione e alla struttura del suolo, il livello di umidità è un parametro chiave da tenere sotto controllo per ottenere risultati comparabili.

Durante il test, le velocità, la forza, lo slittamento e il consumo di carburante vengono acquisiti e mediati su una distanza predefinita al fine di "filtrare" le fluttuazioni tipiche dell'operazione sul campo. Dopo ogni intervallo, la forza di trazione viene aumentata, rallentando progressivamente il trattore trainato, in modo da coprire l’intervallo desiderato di forza di trazione e di slittamento. Questo ovviamente dipende dalle condizioni di carico (massa propria e zavorra) del trattore e dalle caratteristiche del terreno: non sempre è possibile ottenere i valori desiderati, e la grande esperienza data da un esperto di queste prove si è rivelata essenziale per determinare i parametri operativi adatti per ottenere le condizioni operative desiderate (bilanciamento del trattore, velocità di lavoro, rapporto di trasmissione, ecc.). Ultimo ma non meno importante, la lunghezza del campo non è infinita, quindi è necessario invertire la marcia periodicamente e guidare sempre su terreno "pulito” ossia non ancora compattato, evitando di passare più volte sul terreno già percorso. La procedura di prova può essere facilmente implementata in una configurazione del software DewesoftX, utilizzando canali matematici e statistiche di base attivate sulle coordinate locali o su un interruttore manuale e sulla distanza percorsa.Una barra di scorrimento è utile per mostrare la distanza percorsa rispetto alla distanza target per il calcolo delle medie, mentre un grafico X-Y consente all'operatore di monitorare in tempo reale la curva caratteristica di trazione, per un immediato controllo visivo del test in corso.

Dewesoft measurement display for traction on field

Per il post processing, abbiamo integrato le funzionalità di misurazione e analisi di Dewesoft, sviluppando script python dedicati nel nostro ambiente Garage Lab per gestire l'analisi dei dati, verificare diverse curve interpolanti, calcolare metriche oggettive e preparare i dati per l'analisi aggregata. L'ambiente Garage Lab può essere avviato manualmenteoppure tramite il Sequencer di DewesoftX, il che consente di automatizzare l'attività di analisi dei dati, ad esempio elaborando l'ultimo file registrato oppure un insieme di file sovrapponendone i risultati, fornendo così una semplice soluzione di automazione e analisi dei test integrata nell’ambiente Dewesoft.

A test conclusi, il team di Provana si è rivelato soddisfatto e fiero per il lavoro svolto e i risultati ottenuti, e anche noi di Leane siamo felici e orgogliosi di aver contribuito al successo del nostro cliente.

Come sempre, c’è molto da imparare nel fare le cose: capire come gestire la logistica, come eseguire i test, quale sia la configurazione sensoristica adatta, come installare i sensori stessi, come gestire l'acquisizione dei dati nel modo più semplice possibile per l'operatore sul trattore, come elaborare i dati di prova, ecc.Affrontare queste sfide ci ha permesso di individuare ulteriori margini di miglioramento, con la consapevolezza di aver gettato una buona base per le prossime campagne di test e una accresciuta fiducia nei nostri strumenti e nelle nostre metodologie.