After-market per la guida automatica o assistita

Dai primi sistemi americani di sterzatura automatica, risalenti ad un secolo fa, ai più moderni dispositivi completamente automatizzati con possibilità di controllo delle operazioni anche da postazione remota, l'industria della meccanica agricola ha molto investito nelle tecnologie per il controllo automatizzato della guida, che si possono applicare a trattrici e macchine semoventi

La guida di un mezzo agricolo è un compito estremamente impegnativo: l’operatore deve seguire un percorso in modo da non calpestare le colture, minimizzare le sovrapposizioni ed evitare salti tra passate contigue, controllando nel contempo il corretto funzionamento dell’attrezzatura. Tutto ciò richiede una continua attenzione che porta ad affaticamento e decadimento delle prestazioni di guida, soprattutto in condizioni di scarsa visibilità (di notte o in presenza di polvere). Per questi motivi, i sistemi di assistenza alla guida sono da sempre oggetto di ricerca nel settore dell’ingegneria agraria. I primi brevetti di “sterzatura automatica” applicati a trattori negli Stati Uniti risalgono a oltre un secolo fa (Snyder, 1885; Rohan, 1909; Cuddy, 1914; Whipple, 1919; Willrodt, 1924): si trattava di sistemi basati su una ruota, collegata al comando dello sterzo, che consentiva al trattore, durante l’aratura, di seguire il solco precedente. Da allora, solo negli USA si contano oltre cento brevetti relativi alla guida automatica in agricoltura; tuttavia, è solo a partire dalla metà degli anni ’90 che la messa in funzione del primo sistema di posizionamento globale (GNSS – Global Navigation Satellite System), il GPS, ha consentito la vera rivoluzione in questo settore.

 

La guida assistita in agricoltura

In generale, un sistema di assistenza alla guida aiuta a effettuare passate contigue evitando sovrapposizioni o salti tra due passaggi consecutivi. Ciò è fondamentale nella distribuzione di fertilizzanti e soprattutto prodotti fitosanitari, dove le aree non trattate determinano cali di produzione e diffusione di malerbe e patogeni, mentre le sovrapposizioni si traducono in perdita di capacità operativa e conseguente aumento dei consumi e dei costi, fitotossicità e inquinamento per sovradosaggio. Inoltre, la possibilità di registrare e post-processare i dati di geolocalizzazione consente l’utilizzo di tali dati per applicazioni successive, quali la stesura di mappe di prescrizione di fertilizzanti e antiparassitari, e la conseguente regolazione in tempo reale della distribuzione di spandiconcime e irroratrici (sistemi di distribuzione a dose variabile).

Le diverse modalità di realizzazione delle passate dipendono dalla forma del campo e dalla presenza di ostacoli. Ciascuna di esse comporta la necessità di seguire fedelmente e alla giusta distanza la passata precedente; in assenza di sistemi di guida assistita, l’entità delle sovrapposizioni può superare il 15%. I primi sistemi di assistenza satellitare alla guida sono stati commercializzati intorno al 1995. Attualmente sono disponibili diversi sistemi, caratterizzati ovviamente da costi e funzionalità crescenti, installabili anche su trattori after-market.

 

Tipologie di sistemi di guida assistita

I sistemi di guida assistita si possono inquadrare nelle seguenti tipologie: barra di guida, guida assistita e guida semiautomatica. I sistemi basati sulla barra di guida presentano un ricevitore GPS collegato a un’interfaccia utente in grado di visualizzare informazioni relative alla deviazione rispetto al percorso impostato e di ricevere input dall’utente, come la distanza tra due passate (offset) rispetto alla posizione della prima linea di guida (solitamente un margine del campo) che viene percorso “manualmente” dal trattorista. In pratica, il sistema è l’evoluzione del tracciafile meccanico o schiumogeno e mostra al conducente le informazioni sulla sua posizione mediante una barra a LED, spesso integrata da un display grafico. Nella soluzione più semplice, il conducente segue le indicazioni visive del sistema e corregge la traiettoria; l’accuratezza varia in genere da 15 a 30 cm e consente un incremento della velocità di lavoro fino al 13% rispetto ai tracciafila tradizionali. Una soluzione più avanzata consiste nell’installazione di un attuatore motorizzato che agisce sul volante mediante un rullo in gomma a contatto dello stesso durante la lavorazione, provvedendo a correggere le deviazioni dalla traiettoria. Questo sistema riduce la fatica del trattorista, consentendogli di concentrarsi sull’attrezzo piuttosto che seguire le indicazioni della barra e può essere facilmente e rapidamente installato ­su diversi trattori; come la barra di guida manuale, va bene per operazioni che richiedono non eccessiva precisione come lavorazioni del terreno, concimazioni e trattamenti.

I sistemi di guida semi-automatica controllano lo sterzo del veicolo in modo più rapido e accurato, agendo sul piantone  o direttamente sul sistema idraulico nelle macchine predisposte; il conducente può prendere il controllo del mezzo in qualsiasi momento e per effettuare le voltate semplicemente agendo sul volante. Su trattori predisposti è disponibile il massimo livello di automazione, con calcolo delle traiettorie ed effettuazione automatica delle manovre di voltata, nonché il ritorno al punto di sospensione del lavoro.

I componenti del sistema sono: 1) unità di controllo e memorizzazione dei dati di posizionamento e della traiettoria; 2) display in cabina, per la visualizzazione della posizione relativa del trattore rispetto alla traiettoria impostata ed alle passate contigue, e di altri dati sulla lavorazione in corso; 3) sensore di sterzata collocato sull’assale anteriore o direttamente sullo sterzo (cilindro esterno o scatola dell’idroguida) per rilevare l’angolo dell’assale stesso rispetto alla direzione di avanzamento; 4) attuatore elettro-idraulico per il controllo del sistema di direzione. Le prestazioni dei diversi livelli di guida semiautomatica dipendono dall’hardware GPS e del relativo sistema di correzione differenziale, che determina il grado di accuratezza e ripetibilità del dato di posizionamento: si va dai sistemi più semplici che usano la correzione differenziale con accuratezza sub-metrica, ai ricevitori con abbonamento ai servizi di correzione satellitare in grado di garantire una precisione di ± 5 cm, fino ai sistemi con correzione differenziale da una stazione base (RTK) posizionata a una distanza massima di 3-4 km, che garantiscono un’accuratezza e ripetibilità di ± 2 cm. Con questo livello è possibile memorizzare i tracciati di un’operazione colturale per poi impiegarli negli interventi successivi (es. sarchiatura), oppure tornare al punto di sospensione del lavoro con la stessa accuratezza nel posizionamento. I sistemi più evoluti consentono anche la correzione della pendenza trasversale e il controllo dell’allineamento dell’attrezzatura collegata al trattore, sia in modo passivo (il trattore effettua le correzioni) che attivo (il sistema controlla il movimento laterale dell’attrezzatura).

Dal punto di vista economico, i vantaggi del sistema dipendono ovviamente dal costo iniziale e dalla superficie aziendale.

 

Vantaggi

In sintesi, i vantaggi della tecnologia satellitare applicata all’assistenza alla guida dei mezzi agricoli si possono indicare come segue. In primo luogo, si ha un aumento della capacità di lavoro dovuto a maggior velocità e accuratezza (+ 10-13%), unito a una maggior larghezza effettiva (dal 5% a 0% di sovrapposizioni, da confrontarsi con il 10-15% senza guida satellitare). Vi sono inoltre vantaggi non direttamente quantificabili in termini economici, quali la possibilità di lavorare in pieno comfort anche in condizioni di scarsa visibilità (nebbia, polvere, ore notturne) fatto che prolunga il periodo utile, oltre al ridotto affaticamento fisico e mentale dell’operatore. Un’ulteriore valore aggiunto, soprattutto quando si adottano le tecnologie di alto livello (RTK), è dato da funzioni supplementari quali la memorizzazione dei dati per la post-elaborazione, il calcolo delle superfici lavorate, la mappatura delle produzioni in abbinamento ad altri sensori, la gestione delle testate, il ritorno al punto di sospensione del lavoro, la possibilità di gestire mappe di prescrizione per la fertilizzazione e la distribuzione di prodotti fitosanitari a dose variabile o localizzati.