IT8967880A1 - Sistema per il comando di un motore elettrico utilizzato per il controllo di un dispositivo attuatore in un veicolo - Google Patents

Description

La presente invenzione ? relativa ad un sistema per il comando di un motore elettrico utilizzato per il controllo di un dispositivo attuatore per un veicolo.

E' noto che nei veicoli ? installata una pluralit? di dispositivi attuatori dei quali alcuni sono co mondati da un rispettivo motore elettrico a sua volta abilitato al funzionamento direttamente dall'utente, ed altri comandati da una apposita centralina elettrica di comando. Poich? il segnale d'uscita di tale centralina ? del tipo a "P.W.M." (modulazione per impulsi di durata variabile), i dispositivi attuatori, collegati a questa, devono essere del tipo a comando a "P.W.M.". Per questi dispositivi attuator i non risulta quindi possibile realizzare il comando, tramite un motore elettrico, da una centraiina elettronica in particolare da quella disponibile in alcuni veicoli quale la centralina di comando di un sistema ad iniezione elettronica , E' infatti noto che con un segnale ad onda quadra non risulta possibile attualmente in un veicolo comandare un motore e lettrico.

Scopo della presente invenzione ? quello di rea-Iizzare un sistema per iI comando di un motore elettrico per il controllo di un dispositivo attuatore in un veicolo che utilizzi per tale comando il segno le elettrico che si pu? prelevare do una centralino elettronica ed in particolare da quella di comando di un sistema ad iniezione elettronica.

Ulteriori scopi e vantaggi saranno evidenziati nel corso della descrizione che segue.

In base alla presente invenzione viene realizzato un sistema per il comando di un motore elettrico utilizzato per il controllo di un dispositivo attuatore in un veicolo, caratterizzato dal Fatto di comprende re :

- una centraIina elettronica atta ad elaborare una pluralit? di segnali d'ingresso relativi a grandezze fisiche ed a condizioni di funzionamento di parti del detto veicolo, ed atta ad emettere un segnale in uscita del tipo a "P.W.M." (frequenza fissa, coefficiente di utilizzazione variabile, onda quadra fra zero e la tensione di una batteria del detto veicolo); ed

- un dispositivo circuitale di interfaccia atto a de codificare il detto segnale in uscita a "P.W.M." ed in base a tale decodifica a generane una tensione elettrica di alimentazione del detto motore elettrico.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma preferita di attuazione, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 ? uno schema a blocchi di un sistema realizzato secondo i dettami del la presente invenzione;

- la fgura 2 ? in diagram relativo ad una legge con la quale si realizza la alimentazione elettrica di u motore elettrico del sistema della figura 1; e - le figure.3 e 4 sono schemi elettrici a blocchi di due diverse fome di attua zione di un dispositivo del sistema del la figura 1.

Secondo quanto illustrato nel la figura 1 ? indicato nel suo complesso con 1 un sistema per i I comando di un motore elettrico a corrente continua 2 che a sua volta comanda un dispositivo attuatore 3 installato in un veicolo. Il sistema 1 comprende una centralina elettronica 4 atta a comandare iI suddetto motore elettrico 2 ed un dispositivo 5 ad iniezione e lettronica. II comando del motore elettrico 2 ? realizzato tramite un blocco elettronico 6 adattatore di segnale. Tale blocco 6 ? in sostanza un dispositivo circuitale di interfaccia strutturato in modo tale da decodificare il segnale in uscita dalla centralina 4 e comandare la velocit? ed i l senso di rotazione dell'albero di uscita del motore elettrico 2.

La centralina 4 ? una unit? di controllo elettronica del tipo digitale a microprocessore. Essa controlla i parametri relativi all'alimentazione ed all'accensione del motore del veicolo e cio? ad esempio la quantit? di carburante fornita a ciascun cilindro di tale moto re in maniera sequenziale in una unica mandata, I'inzio dell' erogazione del carburante (fasatura dell'iniezione) riferita all'aspirazione di ogni cilindro, e l'anticipo di accensione. Per il calcolo dei suddet ti parametri la centralina 4 utilizza una pluralit? di segnali d'ingresso ,qualiadeserrpio lapressione assoluta all'interno del collettore di aspirazione, la temperatura dell'aria aspirata, la temperatura del fluido di raffreddamento, il numero di giri motore e la posizione di ogni cilindro rispetto al punto morto SIJ periore, la tensione della batteria, e la posizione della farfalla .

Il dispositivo attuatore 3 ? del tipo comandabile automaticamente dalla centralina 4 in base ai vaIori dei parametri che questo controlla, come per esempio un dispositivo di regolazione dell'arresto di una farfalla, installato lungo un condotto di alimentazione del motore del veicolo, a regime di minimo di tale motore. In alcuni dispositivi attuatori risulta necessa rio provvedere gli stessi con un trasduttore meccanico atto a trasformare il moto rotatorio dell'albero di uscita del motore elettrico 2 in un moto trasla torio di un organo, strutturato per esempio a forma di stelo, del dispositivo attuatore 3? Nel sistema 1 la posizione del suddetto organo del dispositivo 3 co stituisce un ulteriore parametro controllato daIIa centralina 4 realizzando cos? un controllo in retroazio ne che com'? noto contribuisce all'ottimizzazione del comando dell'organo stesso. Appare evidente che alcuni parametri controllati dalla centralina 4 sono relativi anche a condizioni di funzionamento del dispositivo 5- La centralina 4, il dispositivo 5 ed il blocco 6 sono naturalmente collegati con il polo positivo della batteria del veicolo.

II segnale disponibile ad una uscita 13 dalla centralina 4 ? del tipo ad onda quadra fra zero e la tensione del la batteria del veicolo, ed a frequenza fissa. Variando il coefficiente di utilizzazione (duty cycle), nel sistema 1 ? possibile convertire iI suddetto segnale in una tensione elettrica variabile ed invertibile con la quale alimentare iI motore elettrico 2.

In partenza iI blocco 6 converte un segnale di pilotaggio del tipo a "P.W.M." (frequenza fissa, duty cycle variabile, onda quadra fra zero e la tensione della batteria) in un pilotaggio di potenza per il motore elettrico 2 nei due sensi di rotazione del proprio albero di uscita e quindi nei due sensi di traslazione dell'organo del dispositivo 3? Per questo il blocco 6 comprende un decodificatore 7 atto appunto a decodificare il segnale di pilotaggio in P.W.M. ed att:o a inviare ad un blocco 8 costituito da un circuito di pilotaggio invertibile nei due sensi per motori a corrente continua, un primo segnale relativo al valore della tensione elettrica di alimentazione del moto re elettrico 2, in definitiva relativo alla velocit? di rotazione dell'albero di uscita di questo ed un se condo segnale relativo al segno di tale tensione elei trica e quindi relativo al senso di rotazione dell'al bero di uscita. A questo proposito ? da notare che il dispositivo 3 ? provvisto di due finecorsa meccanici che come si vedr? meglio in seguito in una determinata condizione di funzionamento costituiscono una sicu rezza per il sistema 1.

Dal blocco 8 si originano due cavi elettrici 11 e 12 per l'alimentazione del motore elettrico 2. In pra tica il sisterna 1 stabilisce il potenziale elettrico dei cavi 11 e 12. La differenza di tali potenziali elettrici costituisce la tensione di alimentazione del motore elettrico 2. Indicando con Va il potenziale elettrico del cavo 11 e con Vb il potenziale elettrico del cavo 12, il valore assoluto della differenza di potenziale Va-Vb stabilisce la tensione di alimentazione del motore elettrico 2 e quindi la velocit? di rotazione, mentre il segno o - di tale differenza stabilisce il senso di rotazione dell'albero di uscita. Il diagramma della figura 2 presenta in ascisse il valore percentuale del duty cycle ed in ordinata Va-Vb. E' da notare che la caratteristica rappresenta ta ? lineare e cio? si pu? legare con una proporziona lit? lineare il valore percentuale del duty cycle al valore della tensione di alimentazione del motore elettrico 2. In particolare per un valore percentuale di duty cycle fra 0% e 50%, Va-Vb ? negativo fra un valore -Vm (tensione della batteria) e zero Volt, per cui l'albero del motore 2 ruota per esempio in senso azionario. Mentre per un valore percentuale di duty cycle fra 50% e 100%, Va-Vb ? positivo fra zero Volt e Vm, per cui l'albero del motore 2 ruota in senso orario. Naturalmente quando il valore percentua le di duty cycle ? del 50%, Va-Vb ? zero Volt, per cui il motore 2? disalimentato . Quest'ultimo condizione, ? come appare evidente, la pi? Frequente per cut iI motore 2 ? disattivato con il non indubbio vantaggio di realizzare una limitazione della dissipazione di calo Dal punto di vista pratico con una uscita a singola linea 13 della centralina 4 si realizzano le seguenti condizioni:

D .C.=50% motore 2 disalimentato

D.C.>50% rotazione antioraria progressivamente accele rata dell'albero del motore 2

D.C.=I00% (Vm continui sulla linea 13) massima veloci t? antioraria

D.C.<50% rotazione oraria progressivamente accelerata dell'albero del motore 2

D .C.=0% (zero Volt continui sulla linea 13) massima velocit? oraria.

E' da notare che quest'ultima condizione costituisce una sicurezza in quanto in caso di distacco della linea 13, il suddetto organo del dispositivo 3 si posiziona al Fine-corsa di non intervento, come precedentemente indicato.

Un'altra modalit? per l'alimentazione del motore in corrente continua 2 consiste nell'alimentare questo con un segnale in P.W.M. del tipo simmetrico Fra i due cavi 11 e 12. In questo caso il blocco 6 dovr? essere strutturato in modo tale da decodificare iI segnale in uscita dalla centraiina 4 ed in base a tale decodi-Fica generare il segnale in P.W.M. simmetrico . L'ali? mentazione di un motore in corrente continua con questo tipo di segnale ? gi? nota e prevede per una determinata frequenza un ciclo di alimentazione con la tensione Vm ed un ciclo con la tensione -Vm. Se un ciclo ? preponderante e cio? pi? lungo rispetto alaltro dopo una fase iniziale durante la quale il moto re 2 vibra, si verifica la rotazione in un corrispondente senso dell'albero di uscita di quest'ultimo. In pratica il senso di rotazione dell'albero dipende da segno del ciclo preponderante e la velocit? di rotazione dipende da quanto ? preponderante un ciclo rispetto all'altro. Con questo tipo di alimentazione la copp ia sull'albero risulta evidentemente pi? alta rispetto a quella derivante dall'alimentazione con una tensione variabile . Quando i due cicli sono di pari lunghezza che ? il caso pi? frequente il generatore (driver) del segnale in P.W.M. simmetrico ed il motore 2 risultano disattivati di conseguenza risulta limitata la dissipazione di calore su questi.

Al posto del motore in corrente continua 2 ? possibile utilizzare un motore passo passo. In questo caso, al posto del blocco 8, il blocco adattatore 6 comprender? un generatore di impulsi, in quanto ? noto che l'alimentazione del motore passo passo ? realizzata tramite impulsi ed ad ogni impulso corrisponde un passo dell'albero del motore in una direzione ed in direzione opposta a seconda del segno di tale impulso.

Nella figura 3 ? iIlustrato un possibile schema elettrico del blocco 6 per l'alimentazione di un moto re a corrente continua. In tale schema ?l decodificatore 7 comprende un sommatone 21 al quale perviene il segnale disponibile in uscita della centralina 4 e che somma tale segnale con un segnale di tensione negati va derivato da un partitore di tensione 22 collegato alla batteria e da un amplificatore invertitore 23 o guadagno unitario. Il sommatore 21 ? connesso poi ad un ampiificatore di segnale 24 e questo ad un filtro pssabasso 25 che determina la trasformazione in un segnale di tensione continua del segnale amplificato che gli perviene dall'ampiificatore 24.

II blocco 8 comprende un ponte di transistori costituito da quattro transistori 31/ 32,33 e 34/ un amplificatore 35 ad elevato guadagno connesso al filtro 25, ed un ampiificatore invertitore 36 a guadagno unitorio anch'esso connesso al filtro 25. Il transistore 31 presenta la base connessa, tramite una resistenza 37, alI'uscita di un ampiificatore invertitore 38 a guadagno unitario la cui entrata ? connessa all'uscita dell'amplificatore 35, e l'emettitore collegato al collettore del transistore 32. Questo presenta la pr? pria base connessa tramite una resistenza 41 all'uscita dell'amplificatore 35? Tra I'emettitore del transistore 31 ed il collettore del transistore 32 ? derivato iI cavo 11. Il transistore 33 presenta la base connessa tramite una resistenza 42 all'uscita dell'amplificatore 35, e l'emettitore collegato al collettore del transistore 34- Questo presenta la propria base connessa tramite una resistenza 43 all'uscita dell'am plificatore 38. Tra l'emettitore del transistore 33 e il collettore del transistore 34 ? derivato iI cavo 12. Gli emettitori dei transistori 32 e 34 sono connessi ad una massa elettrica di riferimento, mentre i collettori dei transistori 31 e 33 sono connessi ad un morsetto comune di un commutatore elettronico44 . che presenta un morsetto collegato all'uscita dell'amplificatore 36 ed un secondo morsetto collegato all'entrata di tale amplificatore 36.

In uso iI segnale che perviene al sommatore 21 e che ? del tipo ad onda quadra fra zero e la tensione della batteria(che indicheremo con Vm), in uscita dal sommatore 21 si presenta sempre ad onda quadra ma per esempio tra -Vm/2 e Vm/2 se al sommatore 21 dal ripartitore 22 gli perviene una tensione -Vm/2. Come gi? indicato il filtro 25 trasforma una tensione ad onda quadra in una tensione continua. Quando tale ten sione ? di segno risultano collegate al anche le basi dei transistori 32 e 33 per cui solo questi saranno in conduzione. Il commutatore 44 definisce sempre il collegamento fra il morsetto comune e quello nel quale ? presente iI segno . Per cui iI cavo 12 risulta ad un valore positivo ed il cavo 11 collegato a massa, e l'albero di uscita del motore 2 ruota per esempio in senso orario. Se la tensione in uscita filtro 25 ? negativa tramite l'amplificatone 38 so in conduzione i transistori 31 e 34? In questo cas il cavo 11 risulta ad un valore positivo ed il cav 12 collegato a massa. L'albero del motore 2 ruoter pertanto in senso antiorario. II numero di giri d le motore dipender? dal valore della tensione in u ta dal fiItro 25. Il comando del commutatore 44 pu essere realizzato come illustrato in figura 3 da u comparatore 45 definito da un amplificatore differenziale ad alto guadagno. Tale comparatore 45 presenta un ingresso collegato ad una massa elettrica di riferimento ed un ingresso - connesso all'ingresso dell'amplificatore 36. Il segnale di comando del commuta tore 44 viene pertanto prelevato all'ingresso dell ' am plificatore 36, in quanto se la tensione, in quest'ultimo ingresso, ? superiore (? inferiore) al va

della suddetta massa, nel comparatore 45 risulta prevalente il segno negativo (positivo) per cui si origina un segnale che comanda opportunamente il commutato re 44 il cui morsetto comune va a collegarsi con iI morsetto connesso con l'ingresso (l'uscita) dell'amplificatore 36.

Volendo alimentare iI motore 2 direttamente con un segnale in P.W.M. ? possibile utilizzare lo schema rappresentato nella figura 3 con apposite modifich In particolare nel decodificatore 7 verr? a mancar filtro 25 e nel blocco 8 verranno a mancare gli am ficatori 35 e 36, il commutatore 44 ed il comparat 45. Le basi dei transistori 32 e 33 saranno connes direttamente all'uscita dell'amplificatore 24 cos? me l'entrata dell'amplificatore 38. I collettori d transistori 31 e 33 saranno collegati al polo pos vo della batteria del veicolo.

Nella figura 4 ? illustrato un possibile schema elettrico del blocco 6 per l'alimentazrone di un motore passo-passo. In tale schema il decodificatore 7 comprende sempre il sommatore 21, il ripartitore 22 e l'amplificatore invertitore 23 disposti come in figura 3- In questo caso per? iI sommatone 21 ? connesso direttamente al filtro 25 e sua volta connesso ad un amplificatore di segnale 51 od elevato guadagno. Il segnale in uscita dall'amplificatore 51 determina il senso di rotazione del motore passo-passo. II blocco 8 comprende un generatore di impulsi 52 che presenta tre entrate, la prima connessa all'uscita dell'amplificatore 51? la seconda connessa al po.lo positivo dello batteria del veicolo, e la terza alla linea 13- In quest'ultima entrata iI segnale in P.W.M. determina la Frequenza di sincronismo del motore passo-passo. Dal generatore 52 si originano due cavi 11 per l'a mentazione di una prima bobina di eccitazione del tore e due cavi 12 per l'alimentazione di una seco bobina di eccitazione.

Da quanto sopra descritto risultano evidenti i taggi conseguiti con la realizzazione della presen invenzione

In particolare, in base a parametri rilevati da centra Iina 4 questa variando il duty cycle del pro prio segnale in uscita pu? comandare, tramite un moto re elettrico, un dispositivo attuatore rilevando nello stesso tempo anche la posizione dell'organo in movimento di questo. In generale quindi con il sistema 1 ? possibile impiegare un motore elettrico per il co mando di un dispositivo attuatore ed ? possibile sfruttare per il comando di tale motore elettrico la centralina gi? disportibile nel veicolo ed in porticolare impiegata per iI comando di un sistema ad iniezione elettronica. Appare chiaro quindi che utilizzar) do un motore elettrico non solo risulta pi? efficace e pi? ottimizzabile il comando automatico del disposi tivo attuatore ma anche che sfruttando parti gi? disponiti Ii nel veicolo iI costo di produzione e di mon taggio del sistema 1 risulta relativamente ridotto.

Risulta infine chiaro che al sistema 1 qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifich varianti senza per questo uscire dall'ambito prote vo della presente invenzione.

In particolare, con il sistema 1 si pu? comanda qualsiasi dispositivo attuatore quale per esempio dispositivo di regolazione di una valvola, un disp tivo di regolazione di un corpo farfallato, ed in nerale tutti quei dispositivi accoppiabili ad un m re elettrico. Inoltre ? possibile realizzare una grazione del blocco adattatore 6 nel corpo del motore elettrico. Infine, come gi? indicato ? possibile utilizzare, strutturando in maniera diversa iI blocco 6, un motore elettrico in corrente continua o passo-passo.

Claims (1)

1. R i v e n d c a z i o n i 1 - Sistema per ?l comando di un motore elettrico (2) utilizzato per i controllo di un dispositivo attuatore (3) in un veicolo, caratterizzato dal fatto di comprendere: - una centralina elettronica (4) atta ad elaborare una pluralit? di segnali d'ingresso relativi a grandezze fisiche ed a condizioni di funzionamento di parti del detto veicolo, ed atta a emettere un segnale in uscita del tipo a "P.W.M." (frequenza fissa, coefficiente di utilizzazione variabile, onda quadra fra zero e la tensione di una batteria del detto veico ed - un dispositivo circuitale di interfaccia (6) att de codificare detto segnale n uscita a "P.W.M." in base a tale decodifica a generare un segnale el trico funzione del detto segnale in uscita a P.W.M per I'alimentaz ione del detto motore elettrico (2) 2 - Sistema secondo la rivendicazione 1 caratter zato dal fatto che iI detto motore (2) ? a corrent continua. 3 - Sistema secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo circuitale di interfaccia (6) comprende un dispositivo decodificato re (7) ed un circuito (8) di pilotaggio invertibile nei due sensi per motori a corrente continua in modo da realizzare una conversione del detto segnaIe in uscita a "P.W.M." in una tensione elettrica variabile ed invertibile e quindi comandare iI senso e la velocit? di rotazione dell'albero di uscita del detto motore elettrico (2). 4 - Sistema secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo circuitale di interfaccia (6) reaIizza una proporzionalit? lineare fra il valore percentuale del coefficiente di utilizzazione (duty ccycle) del detto segnale in uscita a "P.W.M." ed il valore della tensione elettrica di mentazione del detto motore elettrico (2); in uso per un valore percentuale di duty cycle fra 0% e la tensione elettrica di alimentazione del detto re elettrico (2) ? negativa (positiva) fra un val corrispondente alla tensione della detta batteria segno negativo (positivo) e zero Volt , per cui i detto albero di uscita ruota in senso antiorario rio) con una velocit? proporzi?nale al valore del tensione elettrica di alimentazione , e per un valore percentuale fra 50% e 100% la tensione elettrica di al imentazione del detto motore elettrico (2) ? positi_ va (negativa) fra zero Volt ed un valore corrisponderi te alla tensione della detta batteria con segno positivo (negativo) per cui iI detto albero di uscita ruo ta in senso orario (antiorario). 5 - Sistema secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo circuitale di interfaccia (6) comprende un dispositivo decodificato re (7) ed un generatore di segnali a "P.W.M." simmetrici fra il valore positivo ed il valore negativo della tensione della batteria, ed a frequenza fissa; in uso l'albero del detto motore elettrico (2) ruota in un senso e con una velocit? dipendenti dalla preponderanza del ciclo di alimentazione con una tensione di un prefissato segno rispetto al ciclo di ali tazione con la tensione di segno opposto. 6 - Sistema secondo la rivendicazione 1 caratter zato dal fatto che il detto motore elettrico (2) ? del tipo passo-passo; il detto dispositivo circuit di interfaccia (6) comprendendo un dispositivo dec ficatore (7) ed un generatore di impulsi (52), in ad ogni impulso corrisponde un passo dell'albero d detto motore elettrico (2) in una direzione od in rezione opposta a secondo del segno di tale impulso. 7 - Sistema per iI comando di un motore elettrico utilizzato per iI controllo di un dispositivo attuato re in un veicolo, come descritto ed illustrato con ri ferimento ai disegni allegati.