Brutti, sporchi e cattivi. Questo sono, nella percezione comune, i veicoli “off-highway”, come i bulldozer, le pale meccaniche, le gru, e via discorrendo. Mezzi rumorosi, inquinanti e pericolosi, anche per chi li usa, visto che non sono semplici da guidare. Bene, ora cancellate tutto: il comparto dei veicoli off-highway sta per essere completamente rivoluzionato. Questo almeno emerge dalle sessioni del Bosch Mobile Digital 2021, l’evento che l’azienda tedesca dedica al mondo degli equipaggiamenti mobili pesanti. Cinque i focus principali sui quali si fonda il rinnovamento delle linee di prodotto: Easy Operation, Always Connected, Electrification, More performance e Smart Simplicity. Il primo riguarda tutto l’aspetto ergonomico, ovvero la semplificazione dell’interfaccia uomo-macchina, che viene resa più intuitiva e sicura; Always Connected si riferisce alla parte dei sistemi digitali IoT, che fanno di ogni veicolo off-highway qualcosa di simile a un macchinario industriale semovente; l’Electrification si riferisce all’utilizzo dell’elettrico in aggiunta o in sostituzione ai tradizionali motori termici fin qui utilizzati, e in aiuto o in sostituzione ai sistemi idraulici; More performance e Smart Simplicity indicano l’incremento di prestazioni e la semplificazione d’uso ottenibili tramite le piattaforme hardware e software che realizzano i punti precedenti.
Da dove nasce questo processo di rinnovamento così radicale in un settore tutto sommato maturo? In parte dalle richieste degli utenti, in parte da nuove esigenze dettate dalla legislazione e collegate ai cambiamenti climatici in atto. Secondo Bernd Schunk, senior vice president sales Mobile Hydraulics, «gli sconvolgimenti climatici cambieranno il nostro mondo e hanno già portato a regolamentazioni che pongono nuove sfide al nostro settore. Il nostro lavoro, come imprenditori, è di trasformare queste sfide in opportunità. Ed è proprio questo aspetto che vogliamo sottolineare durante Mobile 2021». Insomma, il mercato vuole una nuova generazione di macchinari off-highway, sostenibili, non inquinanti, integrabili con un sistema di lavoro sempre più automatizzato e digitalizzato. «C’è una richiesta molto maggiore dal mercato di propulsione elettrica, soluzioni di servoassistenza elettrica, automazione, connettività. E non dimentichiamoci che le soluzioni di tipo idraulico stanno diventando più smart grazie all’utilizzo del controllo elettronico» conclude Schunk. Di fatto, questa new wave di veicoli off-highway è il risultato dell’adozione di due piattaforme innovative. La prima, lanciata già qualche anno fa, è Bodas, il sistema di sensori e centraline di controllo digitali, che trasforma il veicolo in un oggetto IIoT, con tutte le conseguenze del caso in tema di connessione a sistemi informatici esterni, controllo delle prestazioni, rilevamento dei guasti, organizzazione della manutenzione, eccetera.
La seconda piattaforma, annunciata ufficialmente nel corso del 2019 ma solo oggi svelata concretamente con la prima linea di prodotti, si chiama eLion ed è la base di elettrificazione dei veicoli. In pratica, eLion è basato su una serie di componenti, dai motori agli inverter, dai vari accessori fino ai software di gestione, che permettono di elettrificare il veicolo, e per elettrificare intendiamo sia aggiungere motori elettrici al preesistente termico, sia sostituire quest’ultimo completamente, per ottenere un veicolo completamente emission free. Naturalmente, le due piattaforme sono nate per dialogare fra loro, e quindi danno i migliori risultati quando usate insieme. A queste piattaforme dobbiamo aggiungere nuove e più performanti componenti per la parte idraulica dei veicoli, in particolare nuove pompe/motori e altra componentistica in grado di lavorare a pressioni nettamente più alte rispetto alle generazioni precedenti. Anche queste componenti traggono vantaggio dall’elettrificazione, in quanto vengono ora progettate con tecnologie miste che sfruttano sensori e attuatori elettrificati o elettronici. In questo modo, la struttura della componentistica idraulica viene notevolmente semplificata, pur consentendo di realizzare prestazioni molto più elevate mantenendo gli stessi rigorosi standard di sicurezza.
eLion, la piattaforma di elettrificazione per l’off-highway
L’elettrificazione sta emergendo come uno dei massimi trend nell’industria automobilistica, ma ora punta a conquistare anche il mercato delle macchine operatrici. Chiaramente, una forte motivazione in questo senso è data dalle nuove regolamentazioni sulle emissioni di CO2, molto più stringenti di quelle in vigore fino a poco tempo fa. Tuttavia, anche da un punto di vista prettamente economico e utilitaristico, l’impiego di soluzioni elettriche al posto dei convenzionali sistemi basati su motori termici sta diventando sempre più conveniente. Forse il vero problema era superare la diffidenza degli utilizzatori di queste macchine, generalmente titubanti nel passare da una tecnologia ultracollaudata a una nettamente più giovane. Ma da come sta andando la domanda di mercato, sembra che anche questo ostacolo sia in gran parte superato.
Bosch Rexroth aveva annunciato la sua piattaforma di elettrificazione, eLion, un paio d’anni fa, alla Bauma 2019. Al Mobile 2021, la linea di prodotti è stata presentata ufficialmente. La piattaforma è modulare e scalabile, e comprende motogeneratori, inverter, riduttori e cambi meccanici dedicati, software e accessori, oltre a una linea di componenti idrauliche progettate per lavorare con la componentistica elettrificata, che lavora a 700 V. I componenti, progettati in modo specifico per le dure condizioni ambientali e di lavoro cui sono sottoposti i mezzi off-highway, coprono un range di potenze dai 20 ai 200 kW, con potenze di picco fino a 400 kW. Le dimensioni variano per macchinari compatti o pesanti, e sono pensati per la guida e per il lavoro. Gli inverter utilizzano sistemi di sicurezza seguendo le indicazioni della norma Iso 13849. Secondo Matthias Kielbassa, Vp Electrification, che ha mostrato il portfolio prodotti in anteprima a metà settembre a 200 clienti convenuti nel centro dimostrativo Rexroth di Ulm, le tre caratteristiche fondamentali di eLion sono scalabilità, robustezza e sicurezza funzionale.
Una piattaforma scalabile
I moto generatori della linea eLion producono coppia nominale fino a 1050 Nm, che arrivano a 2400 Nm di picco. Sono disponibili in 4 taglie con diverse configurazioni di lunghezza e avvolgimento, e in versioni a velocità normale equiparabile a quella dei motori idraulici o alta superando i 10000 giri. In totale si arriva a oltre 80 configurazioni diverse, per cui il cliente ha grande libertà nell’elettrificare mezzi esistenti o progettarne di nuovi. Oltre ai motori, la linea comprende inverter fino a 300 A con elevata capacità di reggere i sovraccarichi, e riduttori e cambi sviluppati per diverse tipologie di impiego, che consentono di realizzare unità di guida molto compatte. La linea è completata da vari componenti accessori: convertitori DC/DC, unità di distribuzione, caricatori, cavi ad alto voltaggio eccetera. Inoltre, tutta la piattaforma eLion può utilizzare i moduli software della linea Bodas, e la componentistica elettroidraulica (come le pompe a pistone assiale).
Secondo Kielbassa, l’intera piattaforma è stata progettata sfruttando appieno il know-how di Bosch nel settore degli autoveicoli elettrici, e unendolo con la lunga esperienza nelle macchine operatrici. Inoltre, poiché ogni componente è stato sviluppato da zero, non ci sono stati compromessi alla luce delle condizioni operative previste. Ecco quindi che motori e inverter eLion rispondono alle norme IP69K per la protezione degli ingressi, e hanno un range di temperatura d’uso compreso fra -40 e 85 gradi Celsius (100 gradi per i motogeneratori). Inoltre, i componenti sono in grado di resistere a shock di 50g e a vibrazioni da 10g. «L’obiettivo è utilizzare la nostra tecnologia per creare un futuro caratterizzato da maggiore efficienza, minori emissioni acustiche e minore inquinamento atmosferico. Abbiamo i prodotti giusti al momento giusto e stiamo anche aiutando i nostri clienti a rafforzare la loro posizione di mercato con macchine da lavoro mobili sostenibili» ha concluso Kielbassa. Per quanto riguarda i benefici per i clienti, possiamo riassumerli in poche righe: facilità di progettare veicoli elettrificati usando qualsiasi fonte di potenza, dal full electric al diesel-elettrico; miglioramento dell’impronta ambientale del macchinario, con riduzione o azzeramento delle emissioni inquinanti locali, riduzione della rumorosità, e migliorato risparmio energetico. Interoperabilità garantita di tutti i sottosistemi (elettrico, cambio, idraulico, software), che porta a maggiore facilità nella progettazione, nel commissioning e nella manutenzione. Infine, la possibilità di “unire le forze” con Bosch, che mette a disposizione del cliente e del suo know-how sull’applicazione, la sua esperienza nei sottosistemi elettrici, idraulici, elettronici e software per arrivare alla miglior soluzione.
La macchina connessa
Se la grande novità di quest’anno era la piattaforma eLion, non bisogna dimenticare che un ruolo molto importante nel definire le macchine operatrici di domani ce l’ha Bodas Connect, la piattaforma IoT di Bosch Rexroth, quella che si occupa di “digitalizzare” la macchina. Di fatto, i componenti dialogano con la centralina di Bodas, che a sua volta è dotata di software specifico per gestire questi nuovi componenti. La centralina poi si occupa anche di gestire la sensoristica della macchina sia per uso interno (ovvero nelle operazioni di lavoro o di trasferimento) sia per l’utilizzo da parte dei sistemi informativi aziendali cui la macchina può essere collegata. La disponibilità dei dati digitali sul funzionamento infatti apre una serie di nuove opportunità per migliorare il workflow del macchinario. Si va dalla pianificazione del lavoro alle operation vere e proprie, per proseguire con la manutenzione, la documentazione e la fatturazione del lavoro eseguito. Un semplice esempio è il lavoro di caricamento di un camion eseguito da una pala su ruote.
I sistemi di controllo elettronico già misurano costantemente posizione e pressione della pala, per cui un software apposito può facilmente riutilizzare questi dati per calcolare il peso del materiale spalato. Di conseguenza, è possibile usare le informazioni per proteggere il camion dal sovraccarico, calcolare il peso totale del materiale, migliorare la sicurezza delle operazioni. Al tempo stesso, i dati possono essere trasmessi tramite Bodas Connect per analisi più accurate, per esempio il controllo delle performance della flotta da parte del Fleet Manager. Ma non ci si ferma qui: questi dati possono essere trasmessi al sistema Erp dell’utilizzatore, per cui sarà possibile per esempio automatizzare la produzione della documentazione, delle prenotazioni, l’ottimizzazione dell’invio del macchinario, e una scelta più efficiente dei percorsi.
L’interazione fra i tre sottosistemi genera vantaggi ulteriori
Se eLion presenta vantaggi in termini di riduzione dell’inquinamento e del rumore, Bodas migliora la gestione del veicolo sia operativamente sia dal punto di vista aziendale, e i nuovi sottosistemi idraulici sono in grado di sviluppare maggiore potenza migliorando velocità e capacità operativa, mettendo insieme le tre piattaforme si comincia a godere di una serie di vantaggi combinati. Per esempio, i nuovi sottosistemi idraulici sfruttano componenti elettriche ed elettroniche per il loro funzionamento e controllo, e questo comporta una semplificazione notevole di varie parti che prima richiedevano lavorazioni di alta precisione con costi altrettanto elevati e manutenzione costosa. Ma in più, le nuove componenti permettono una versatilità d’uso molto maggiore. Il segreto, ovviamente, è il controllo tramite software, e in particolare il sistema eOC (electronic Open Control) che permette di variare con facilità il comportamento dinamico dei componenti e, in ultima analisi, dell’intera macchina. Pensate di poter variare dinamicamente la velocità di movimento di una pala, o la forza applicata, in base al carico che si ha di fronte. O pensate a un macchinario dotato di un drivetrain efficiente che però non utilizza un motore e un circuito idraulico separato per muoversi, ma ne usa uno solo – pilotato in modo diverso – per il lavoro e il movimento. Gli esempi possibili sono moltissimi.
Un altro vantaggio dell’integrazione è il miglioramento dell’Hmi, l’interfaccia uomo macchina, fondamentale per operare il veicolo in modo efficiente ma, soprattutto, in piena sicurezza. In questo caso, i nuovi joystick di controllo Sense+ di tipo ergonomico (opzionalmente disponibili con il sistema “haptic” che risponde con vibrazioni differenziate ai comandi) sono l’unica cosa che l’operatore vede, ma in realtà tutto il sistema di controllo è cambiato: è una sorta di “drive by wire”, come sugli aerei di linea o sulle vetture di Formula 1, in cui i movimenti del joystick sono “interpretati” dal software di controllo che “capisce” cosa vuol effettivamente fare l’operatore e impartisce gli ordini necessari agli attuatori. Il tutto è reso possibile dal fatto che Bodas possiede gli algoritmi per gestire vari tipi di cinematica in tempo reale. Ricevendo da una parte informazioni sulla posizione (per esempio dall’unità di misura inerziale in 6D tipo MM7.10, ma anche da altri tipi di sensori), dall’altra quelle sul movimento del joystick, può combinare le due serie di informazioni per determinare il miglior pattern di movimento e la migliore velocità di esecuzione, ottimizzando le prestazioni. Inoltre, il sistema evita che si facciano movimenti non sicuri, e può per esempio restringere la zona operativa della macchina creando una sorta di “muro virtuale” da non superare. Questo aiuta anche a diminuire la fatica dell’operatore, che può concentrarsi di più sul lavoro da fare e meno sull’evitare di colpire ostacoli (o colleghi) con la benna.
Infine, l’ultimo gruppo di vantaggi dati dal combinato disposto dei nuovi sottosistemi è quello legato alle prestazioni. Il controllo elettronico dell’idraulica ottimizza la produzione di potenza e di conseguenza la velocità della macchina, sia nelle operazioni di lavoro che in quelle di trasferimento. Questo è possibile per esempio grazie al nuovo drivetrain equipaggiato con motore A36VM, disponibile in tre versioni e completato dal sistema di controllo elettronico eDA, che permette di ottimizzare le operazioni secondo modalità di alta produttività, energy saving, eccetera. La maggiore pressione di funzionamento, e l’aumentato angolo dell’asse motore, consentono ai drivetrain equipaggiati con l’A36VM di operare nell’intero range di velocità e lavorazioni consentite senza dover obbligatoriamente utilizzare un cambio con 2 rapporti meccanici. Un altro esempio interessante di prestazioni raggiunte con l’integrazione è dato dal software Qds (Quad Drive Solution), che gira sulla centralina Bodas. Esso consente di pilotare veicoli fuoristrada dotati della pompa A4VG equipaggiata con sensore di pressione e motori a pistoni radiali con valvola di controllo proporzionale, in modo da fornire sempre la coppia e velocità richieste. Il motore MCR utilizzato in questo caso, pilotato dal software Bodas, fornisce un +12% di efficienza in partenza, una riduzione del 30% delle fluttuazioni di coppia e un raddoppio della vita attesa. Già, perché con il controllo elettronico si possono anche ridurre gli “strappi” bruschi all’inizio e alla fine dei movimenti, riducendo l’usura complessiva degli organi meccanici. In definitiva, come sostiene Holger von Hebel, senior vp Mobile Hydraulics in Bosch Rexroth, «le macchine da lavoro mobili saranno presto molto diverse da quelle a cui siamo abituati oggi. La loro trasformazione in sistemi più intelligenti ed efficienti è a buon punto. Il lavoro di sviluppo si sta concentrando sull’interazione affidabile con le persone (soprattutto quando si tratta di automazione), sulla connettività e sulle crescenti richieste di “emissioni zero”. Sono tutti modi per far fronte alle crescenti pressioni in materia di produttività ed efficienza energetica».
