ITBO20090074A1 - Metodo di pilotaggio di un attuatore idraulico mediante una elettrovalvola proporzionale controllata in portata - Google Patents

Description

“METODO DI PILOTAGGIO DI UN ATTUATORE IDRAULICO MEDIANTE UNA ELETTROVALVOLA PROPORZIONALE CONTROLLATA IN PORTATAâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di pilotaggio di un attuatore idraulico mediante una elettrovalvola proporzionale controllata in portata.

La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione al pilotaggio di un attuatore idraulico di una trasmissione meccanica servoassistita cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.

ARTE ANTERIORE

Trovano sempre maggiore diffusione le trasmissioni meccaniche servoassistite, le quali sono strutturalmente simili ad una trasmissione meccanica manuale di tipo tradizionale ad eccezione del fatto che il pedale della frizione e la leva di selezione delle marce azionati dal guidatore sono sostituiti da corrispondenti servocomandi elettrici o idraulici.

Il servocomando della frizione può essere di tipo idraulico e, generalmente, comprende un unico attuatore idraulico per spostare la frizione dalla posizione chiusa alla posizione aperta e viceversa. Anche il servocomando del cambio può essere di tipo idraulico e generalmente agisce su di un albero di comando del cambio per imprimere all’albero di comando stesso sia uno spostamento assiale, cioà ̈ lungo un asse centrale, sia una rotazione attorno all’asse centrale; le due movimentazioni dell’albero di comando sono necessarie per innestare e disinnestare le singole marce e per selezionare il rango delle marce da innestare. Di conseguenza, il servocomando del cambio comprende un primo attuatore idraulico accoppiato meccanicamente all’albero di comando per spostare l’albero di comando assialmente ed un secondo attuatore idraulico accoppiato meccanicamente all’albero di comando per ruotare l’albero di comando.

Ciascun attuatore idraulico comprende almeno una camera di attuazione delimitata da un lato da un pistone mobile, il quale scorre lungo la camera di attuazione stessa ed à ̈ meccanicamente collegato all’albero di comando. Inoltre, per ciascuna camera di attuazione l’attuatore idraulico comprende almeno una elettrovalvola a tre vie che pilota l’attuatore idraulico ed à ̈ atta a collegare la camera di attuazione con un accumulatore idraulico contenente olio in pressione, a collegare la camera di attuazione con un serbatoio di scarico contenente olio a pressione atmosferica oppure a mantenere la camera di attuazione isolata.

Pilotando un attuatore idraulico mediante una elettrovalvola proporzionale controllata in pressione à ̈ possibile controllare in modo molto preciso la forza sviluppata dall’attuatore idraulico ed applicata all’albero di comando con un semplice anello in retroazione (la pressione dell’olio all’interno della camera di attuazione à ̈ direttamente proporzionale alla forza sviluppata dall’attuatore idraulico). Invece, pilotando un attuatore idraulico mediante una elettrovalvola proporzionale controllata in portata à ̈ possibile controllare in modo molto preciso la posizione dell’attuatore idraulico con un semplice anello in retroazione (la quantità di olio all’interno della camera di attuazione à ̈ direttamente proporzionale alla posizione dell’attuatore idraulico).

Il problema sorge quando à ̈ necessario controllare con precisione sia la forza sviluppata dall’attuatore idraulico, sia la posizione dell’attuatore idraulico. Per risolvere una situazione di questo tipo, nella domanda di brevetto EP07425752.8 à ̈ stato proposto un metodo di pilotaggio di un attuatore idraulico dotato di una elettrovalvola proporzionale controllata in pressione, il quale metodo di pilotaggio permette di controllare con estrema precisione la forza generata dall’attuatore idraulico e con buona precisione la posizione dell’attuatore idraulico stesso. Tuttavia, le elettrovalvole proporzionali controllate in pressione sono generalmente più complesse (quindi costose), meno affidabili e più soggette a problemi di contaminazione rispetto alle elettrovalvole proporzionali controllate in portata e quindi sarebbe preferibile, quando possibile, utilizzare elettrovalvole proporzionali controllate in portata; inoltre, in applicazioni in cui à ̈ prioritario il controllo della posizione dell’attuatore idraulico (come ad esempio nel caso dell’attuazione della frizione in cui à ̈ necessario garantire una elevata precisione nella posizione della frizione stessa) à ̈ consigliabile l’utilizzo di elettrovalvole proporzionali controllate in portata che garantiscono un controllo molto preciso della posizione dell’attuatore idraulico.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo di pilotaggio di un attuatore idraulico mediante una elettrovalvola proporzionale controllata in portata, il quale metodo di pilotaggio sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di pilotaggio di un attuatore idraulico mediante una elettrovalvola proporzionale controllata in portata secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista schematica di un veicolo provvisto di una trasmissione meccanica servoassistita;

- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica, in sezione e con parti asportate per chiarezza, di parte di un attuatore idraulico della trasmissione meccanica servoassistita della figura 1 pilotato secondo la presente invenzione;

- la figura 3 à ̈ uno schema a blocchi di una logica di pilotaggio dell’attuatore idraulico della figura 2; - le figure 4 e 5 sono i grafici di due caratteristiche utilizzate dalla logica di pilotaggio dell’attuatore idraulico della figura 2; e

- la figura 6 Ã ̈ una variante dello schema a blocchi della logica di pilotaggio della figura 3.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 à ̈ indicata nel suo complesso una automobile provvista di due ruote anteriori (non illustrate) e di due ruote 2 posteriori motrici che ricevono la coppia motrice generata da un motore 3 a combustione interna mediante una trasmissione 4 servoassistita. La trasmissione 4 servoassistita comprende una frizione 5 servoassistita, la quale à ̈ alloggiata in una campana solidale al motore 3 ed à ̈ atta a collegare un albero 6 motore del motore 3 ad un albero 7 di trasmissione terminante in un cambio 8 meccanico servoassistito. In cascata al cambio 8 servoassistito à ̈ collegato un differenziale 9, dal quale partono una coppia di semiassi 10, ciascuno dei quali à ̈ solidale ad una rispettiva ruota 2 posteriore motrice.

Il cambio 8 servoassistito comprende un albero 11 primario, il quale ruota ad una velocità w1angolare, ed un albero 12 secondario, il quale ruota ad una velocità w2angolare e trasmette il moto alle ruote 2 posteriori motrici per mezzo del differenziale 9 e della coppia di semiassi 10. Il cambio 8 servoassistito à ̈ azionato da un attuatore 13 idraulico per inserire/disinserire una marcia e da un attuatore 14 idraulico per selezionare il rango delle marce. Mediante l’interposizione della frizione 5 servoassistita che à ̈ azionata da un attuatore 15 idraulico, l’albero 11 primario à ̈ collegato all’albero 6 motore, il quale à ̈ portato in rotazione dal motore 3 e ruota ad una velocità wmangolare.

L’automobile 1 comprende una centralina 16 elettronica di controllo (illustrata schematicamente), la quale controlla la trasmissione 4 servoassistita e, tra le altre cose, pilota gli attuatori 13 e 14 idraulici del cambio 8 servoassistito e l’attuatore 15 idraulico della frizione 5 servoassistita.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, l’attuatore 13 idraulico à ̈ ricavato in un corpo 17 di supporto e comanda l’innesto ed il disinnesto delle marce imprimendo ad un albero 18 di comando uno spostamento assiale, cioà ̈ lungo un asse 19 centrale. In particolare, l’attuatore 13 idraulico à ̈ disposto in corrispondenza di una porzione intermedia dell’albero 18 di comando e presenta due camere 20 di attuazione, le quali sono ricavate nel corpo 17 di supporto e sono alternativamente riempite con olio (che costituisce un fluido di comando dell’attuatore 13 idraulico) in pressione per spostare assialmente l’albero 18 di comando nelle due direzioni sotto il controllo di una coppia di elettrovalvole 21 a tre vie pilotate dalla centralina 16 elettronica di controllo. In particolare, le due camere 20 di attuazione sono attraversate dall’albero 18 di comando, sono disposte in serie lungo l’albero 18 di comando, e sono tra loro separate da una flangia 22 che à ̈ solidale all’albero 18 di comando; la flangia 22 definisce un pistone dell’attuatore 13 idraulico, il quale pistone à ̈ mobile per scorrere all’interno della camera 20 di attuazione. La flangia 22 comprende una cavità 23 anulare centrale che accoglie una guarnizione 24 di tenuta anulare.

Le elettrovalvole 21 sono idraulicamente collegate ad un circuito 25 idraulico, il quale à ̈ comune tra gli attuatori 13, 14 e 15 idraulici. Il circuito 25 idraulico comprende un serbatoio 26 contenente l’olio a pressione atmosferica, un accumulatore 27 idraulico contenente l’olio in pressione, ed una pompa 28 che pesca nel serbatoio 26 ed alimenta l’accumulatore 27 idraulico. Ciascuna elettrovalvola 21 a tre vie à ̈ in grado di mantenere la rispettiva camera 20 di attuazione isolata per mantenere costante la pressione dell’olio nella camera 20 di attuazione, à ̈ in grado di collegare la camera 20 di attuazione al serbatoio 26 per ridurre la pressione dell’olio nella camera 20 di attuazione, ed à ̈ atta a collegare la camera 20 di attuazione con l’accumulatore 27 idraulico per aumentare la pressione dell’olio nella camera 20 di attuazione.

Ciascuna elettrovalvola 21 comprende una spola 29, la quale à ̈ spostata assialmente in tre diverse posizioni (corrispondenti alla camera 20 di attuazione collegata al serbatoio 26, alla camera 20 di attuazione isolata, ed alla camera 20 di attuazione collegata all’accumulatore 27 idraulico) mediante un azionatore elettromagnetico. Ciascuna elettrovalvola 21 à ̈ di tipo proporzionale ed à ̈ comandata in portata; in altre parole, l’elettrovalvola 21 à ̈ costruita in modo tale che la posizione assiale della spola 29 sia proporzionale alla portata dell’olio che fluisce attraverso l’elettrovalvola 21 stessa.

Infine, l’attuatore 13 idraulico comprende un sensore 30 di posizione, il quale à ̈ accoppiato all’albero 18 di comando per rilevare la posizione istantanea dell’albero 18 di comando stesso ed à ̈ collegato alla centralina 16 elettronica di controllo per inviare alla centralina 16 elettronica di controllo stessa la lettura della posizione dell’albero 18 di comando.

La centralina 16 elettronica di controllo alimenta elettricamente ciascuna elettrovalvola 21 per fare circolare attraverso l’elettrovalvola 21 stessa una corrente elettrica di pilotaggio continua avente una intensità variabile nel tempo; in particolare, per ciascuna elettrovalvola 21 la centralina 16 elettronica di controllo determina un valore ITOTdesiderato di una corrente elettrica di pilotaggio dell’elettrovalvola 21 proporzionale e quindi alimenta l’elettrovalvola 21 proporzionale stessa con una corrente elettrica di pilotaggio avente il valore ITOTdesiderato.

Secondo lo schema a blocchi illustrato nella figura 3, il valore ITOTdesiderato della corrente elettrica di pilotaggio di ciascuna elettrovalvola 21 proporzionale à ̈ calcolato effettuando la somma algebrica di due contributi: un contributo IQFFad anello aperto ed un contributo IQCLad anello chiuso; a questi due valori sono ulteriormente sommate una corrente I0di centro chiuso che ha un valore costante ed una corrente 㥀I di banda morta che ha un valore assoluto costante ed un segno variabile in funzione del fatto che si voglia spostare la spola 29 in una prima direzione (cioà ̈ per collegare la camera 20 di attuazione al serbatoio 26) o in una seconda direzione opposta alla prima direzione (cioà ̈ per collegare la camera 20 di attuazione all’accumulatore 27 idraulico). La corrente I0di centro chiuso e la corrente 㥀I di banda morta sono graficamente illustrate nella figura 4 che riproduce la caratteristica statica di ciascuna elettrovalvola 21 proporzionale che lega la corrente I di pilotaggio con la portata Q; in altre parole, la corrente I0di centro chiuso e la corrente 㥀I di banda morta sono sostanzialmente fattori di taratura che compensano le tolleranze costruttive del sistema e che sono calcolati mediante una opportuna procedura automatica, attuata dal sistema stesso, a partire da valori determinati sperimentalmente in fase di messa a punto.

I valori della corrente I0di centro chiuso e della corrente 㥀I di banda morta sono forniti da un blocco 31 di calcolo in cui à ̈ memorizzata una tabella determinata sperimentalmente; secondo una possibile forma di attuazione, tale tabella determinata sperimentalmente potrebbe essere parametrata in funzione della temperatura TOILdell’olio.

Secondo quanto illustrato nella figura 3, per potere determinare il contributo IQFFad anello aperto in un blocco 32 di calcolo à ̈ preventivamente stimata la portata obiettivo QFFOBJdi olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale in funzione della velocità obiettivo VOBJdel pistone 22 mobile ed in funzione della sezione della camera 20 di attuazione che à ̈ un dato di progetto noto a priori. In altre parole, la portata obiettivo QFFOBJdi olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale à ̈ sostanzialmente pari alla variazione di volume nell’unità di tempo della camera 20 di attuazione e quindi à ̈ pari alla velocità obiettivo VOBJdel pistone 22 mobile (cioà ̈ della variazione nell’unità di tempo della posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile ovvero della derivata prima nel tempo della posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile) moltiplicata per la sezione della camera 20 di attuazione.

Secondo una preferita forma di attuazione, à ̈ previsto un blocco 33 di calcolo che riceve in ingresso la posizione obiettivo XOBJdel pistone 22 mobile fornita dalla centralina 16 elettronica di controllo della trasmissione 4 servoassistita e la temperatura TOILdell’olio che à ̈ misurata da un sensore 34 di temperatura disposto all’interno dell’accumulatore 27 idraulico (in prima approssimazione si assume che la temperatura TOILdell’olio sia costante in tutto il circuito 25 idraulico); il blocco 33 di calcolo fornisce in uscita una posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile corretta ed una velocità obiettivo VOBJdel pistone 22 mobile che si ottiene mediante una semplice operazione di derivazione nel tempo della posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile corretta. Secondo una preferita forma di attuazione, il blocco 33 di calcolo corregge leggermente la posizione obiettivo XOBJdel pistone 22 mobile (di conseguenza, la velocità obiettivo VOBJdel pistone 22 mobile) in funzione della temperatura TOILdell’olio per tenere conto del fatto che la viscosità dell’olio varia al variare della temperatura TOILdell’olio; tale correzione della posizione obiettivo XOBJdel pistone 22 mobile in funzione della temperatura TOILdell’olio si effettua utilizzando dei coefficienti correttivi ricavati sperimentalmente. In particolare, il blocco 33 di calcolo limita la dinamica della variazione della posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile, in modo da evitare variazioni troppo veloci (e quindi non riproducibili praticamente) della posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile; ad esempio la posizione obiettivo XOBJdel pistone 22 mobile fornita dalla centralina 16 elettronica di controllo della trasmissione 4 servoassistita può avere un andamento a gradino mentre la posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile corretta determinata dal blocco 33 di calcolo presenta un gradiente limitato secondo le massime dinamiche possibili (che variano in funzione della temperatura TOILdell’olio).

Per potere determinare il contributo IQFFad anello aperto inoltre si determina preventivamente in un blocco 35 di calcolo la caduta di pressione 㥀P ai capi della elettrovalvola 21 proporzionale applicando, in alternativa, le seguenti equazioni:

㥀P = POIL– Pcaricoquando l’elettrovalvola 21 proporzionale collega la camera 20 di attuazione all’accumulatore 27 idraulico;

㥀P = Pcarico– PTankquando l’elettrovalvola 21 proporzionale collega la camera 20 di attuazione al serbatoio 26;

㥀P caduta di pressione ai capi della elettrovalvola 21;

POILpressione dell’olio all’interno dell’accumulatore 27 idraulico;

Pcaricopressione dell’olio all’interno della camera 20 di attuazione;

PTankpressione dell’olio all’interno del serbatoio 26.

La pressione POILdell’olio all’interno dell’accumulatore 27 idraulico à ̈ misurata da un sensore 36 di pressione disposto all’interno dell’accumulatore 27 idraulico, la pressione PTankdell’olio all’interno del serbatoio 26 à ̈ costante, nota a priori ed assunta pari alla pressione atmosferica (o comunque ad un altro valore costante simile alla pressione atmosferica e determinato sperimentalmente), e la pressione Pcaricodell’olio all’interno della camera 20 di attuazione à ̈ determinata da un blocco 37 di calcolo in funzione della posizione effettiva X del pistone 22 mobile fornita (indirettamente) dal sensore 30 di posizione. Secondo una preferita forma di attuazione, il blocco 37 di calcolo utilizza una mappa determinata sperimentalmente, la quale in funzione della posizione effettiva X del pistone 22 mobile (cioà ̈ in funzione della posizione effettiva dell’albero 18 di comando) fornisce la pressione Pcaricodell’olio all’interno della camera 20 di attuazione che à ̈ equivalente alla forza idraulica esercitata sul pistone 22 mobile (cioà ̈ sull’albero 18 di comando).

Generalmente la forza sviluppata dall’attuatore 13 idraulico non à ̈ costante ma varia in funzione della posizione effettiva X del pistone 22 mobile dell’attuatore 13 idraulico. In funzione della forza sviluppata dall’attuatore 13 idraulico si determina quindi (sempre in funzione della posizione effettiva X del pistone 22 mobile dell’attuatore 13 idraulico) la pressione Pcaricodi carico all’interno della camera 20 di attuazione mediante una semplice divisione; infatti, la pressione Pcaricodi carico all’interno della camera 20 di attuazione à ̈ pari alla forza sviluppata dall’attuatore 13 idraulico divisa per l’area del pistone 22 mobile che à ̈ un dato di progetto noto a priori. In altre parole, la pressione Pcaricodi carico all’interno della camera 20 di attuazione à ̈ determinata in funzione della posizione effettiva X del pistone 22 mobile dell’attuatore 13 idraulico; generalmente, in fase di progetto e di messa a punto del sistema viene determinata una tabella sperimentale che in funzione della posizione effettiva X del pistone 22 mobile fornisce la corrispondente pressione Pcaricodi carico necessaria per il controllo ad anello aperto della posizione desiderata.

In un blocco 38 di calcolo una posizione XSpolaOBJdesiderata della spola 29 dell’elettrovalvola 21 proporzionale à ̈ determinata in funzione della caduta 㥀P di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale, in funzione della portata obiettivo QFFOBJdi olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale, ed in funzione della temperatura TOILdell’olio. In particolare, si determina inizialmente una area KAdi efflusso in funzione della caduta 㥀P di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale, in funzione della portata obiettivo QFFOBJdi olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale ed in funzione della temperatura TOILdell’olio. Si determina quindi la posizione XSpolaOBJdesiderata della spola 29 dell’elettrovalvola 21 proporzionale in funzione della area KAdi efflusso.

Per determinare l’area KAdi efflusso si utilizza la seguente equazione:

KA= QFFOBJ<2>/ (㥀P ∙ KOIL(TOIL))

KAarea di efflusso;

QFFOBJportata obiettivo di olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale; 㥀P caduta di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale;

KOIL(TOIL) coefficiente correttivo che dipende dalla temperatura TOILdell’olio, tiene conto della variazione di viscosità dell’olio al variare della temperatura TOILdell’olio, ed à ̈ determinato sperimentalmente.

Secondo una preferita forma di attuazione, durante la fase di progetto e messa a punto del sistema si determina una tabella sperimentale che à ̈ implementata in un blocco 38 di calcolo e fornisce la posizione XSpolaOBJdesiderata della spola 29 dell’elettrovalvola 21 proporzionale in funzione della area KAdi efflusso. A titolo di esempio, nella figura 5 à ̈ illustrata schematicamente una curva sperimentale che in funzione della area KAdi efflusso fornisce la corrispondente posizione XSpolaOBJdesiderata della spola 29 dell’elettrovalvola 21 proporzionale.

Il contributo IQFFad anello aperto à ̈ determinato in funzione della posizione XSpolaOBJdesiderata della spola 29 dell’elettrovalvola 21 proporzionale; in particolare, il contributo IQFFad anello aperto à ̈ proporzionale alla posizione XSpolaOBJdesiderata della spola 29 dell’elettrovalvola 21 proporzionale. Durante la fase di progetto e messa a punto del sistema può essere determinata una tabella sperimentale che fornisce il contributo IQFFad anello aperto in funzione della posizione XSpolaOBJdesiderata della spola 29 dell’elettrovalvola 21 proporzionale, oppure può essere applicata la seguente equazione:

IQFF= (A B ∙ XSpolaOBJ)

IQFFcontributo ad anello aperto;

XSpolaOBJposizione desiderata della spola 29;

A, B parametri determinati sperimentalmente.

Secondo una variante illustrata nella figura 6, invece di determinare l’area KAdi efflusso come sopra descritto e quindi determinare il contributo IQFFad anello aperto in funzione dell’area KAdi efflusso, à ̈ possibile utilizzare in via semplificativa una mappa sperimentale simile a quella illustrata nella figura 4 che fornisce il contributo IQFFad anello aperto in funzione della portata obiettivo QFFOBJdi olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale ed in funzione della caduta 㥀P di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale. In altre parole, secondo la variante illustrata nella figura 6 il blocco 38 di calcolo fornisce direttamente il contributo IQFFad anello aperto in funzione della portata obiettivo QFFOBJdi olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale ed in funzione della caduta 㥀P di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale; la mappa sperimentale implementata nel blocco 38 di calcolo potrebbe essere parametrata in funzione della temperatura TOILdell’olio.

Il contributo IQCLad anello chiuso à ̈ determinato in funzione della differenza ã X(cioà ̈ dell’errore di posizione) tra la posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile fornita dal blocco 33 di calcolo come descritto in precedenza e la posizione effettiva X del pistone 22 mobile fornita dal sensore 30 di posizione; preferibilmente, il contributo IQCLad anello chiuso viene determinato da un regolatore PID 40 che elabora la differenza ã Xtra la posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile e la posizione effettiva X del pistone 22 mobile. Secondo una preferita forma di attuazione, i parametri di controllo del regolatore PID 40 sono variabili in funzione della temperatura TOILdell’olio per tenere conto della variazione di viscosità dell’olio al variare della temperatura TOILdell’olio; la correlazione tra i parametri di controllo del regolatore PID 40 e la temperatura TOILdell’olio viene determinata sperimentalmente.

E’ importante osservare che i due contributi IQFFe IQCLpossono avere dei pesi tra loro diversi nella determinazione del valore ITOTdesiderato della corrente elettrica di pilotaggio di una elettrovalvola 21 proporzionale. Ad esempio, a seconda del grado di confidenza con la quale sono noti i parametri fisici del sistema à ̈ possibile attribuire maggiore peso al contributo di controllo in anello aperto IQFFrispetto al contributo IQCLad anello chiuso, migliorando così le prestazioni dinamiche di controllo.

La posizione della spola 29 può assumere 3 regioni di posizioni:

I. collegamento della camera 20 di attuazione all’accumulatore 27 idraulico (cioà ̈ alla linea ad alta pressione) – il pistone 22 à ̈ in movimento; II. collegamento della camera 20 di attuazione al serbatoio 26 (cioà ̈ alla linea a bassa pressione) – il pistone 22 à ̈ in movimento;

III. banda morta, la camera 20 di attuazione à ̈ isolata – il pistone 22 à ̈ fermo.

Quando il pistone 22 (cioà ̈ l’attuatore 13 idraulico) à ̈ fermo, l’elettrovalvola 21 proporzionale non à ̈ attraversato da olio, non si ha caduta di pressione all’interno dell’elettrovalvola 21 proporzionale stessa, e la camera 20 di attuazione à ̈ completamente isolata; di conseguenza, non à ̈ possibile dosare la pressione all’interno della camera 20 di attuazione (sempre mantenendo il pistone 22 fermo). Per ovviare a questo problema si può pensare di pilotare l’elettrovalvola 21 proporzionale utilizzando una tecnica PWM (Pulse Width Modulation) collegando alternativamente la camera 20 di attuazione all’accumulatore 27 idraulico e al serbatoio 26. In altre parole, la corrente elettrica di pilotaggio ha la forma di una onda quadra in cui si alternano ciclicamente valori a destra ed a sinistra della banda morta per poter avere all’interno della camera 20 di attuazione una pressione che sarà la media ponderata della pressione dell’accumulatore 27 idraulico e della pressione del serbatoio 26 pesata a seconda del duty cycle attuato; di conseguenza, il duty cycle della corrente elettrica di pilotaggio à ̈ determinato in funzione della pressione Pcaricodesiderata all’interno della camera 20 di attuazione. Questa strategia di attuazione comporta un consumo di olio non nullo, anche quando l’attuatore 13 idraulico à ̈ fermo; il beneficio che ne deriva va commisurato agli eventuali obiettivi di riduzione del consumo energetico per mantenere il circuito idraulico in pressione. Si può anche pensare di applicare questa strategia di attuazione solo per limitati intervalli di tempo quando il pistone 22 à ̈ fermo ed à ̈ necessario garantire che la pressione Pcaricodell’olio all’interno della camera 20 di attuazione sia pari ad un valore desiderato ed in particolare inferiore alla pressione POILdell’olio all’interno dell’accumulatore 27 idraulico.

Il sistema di controllo sopra descritto può essere utilizzato anche in modalità duale ed in condizioni statiche come sensore virtuale della pressione Pcariconella camera 20 di attuazione dell’attuatore 13 idraulico a partire dalla corrente effettiva I della elettrovalvola 21 proporzionale e dalla posizione effettiva X del pistone 22 mobile dell’attuatore 13 idraulico stesso fornita dal sensore 30 di posizione, secondo quanto descritto nella figura 5.

Dalla posizione effettiva X del pistone 22 mobile si ricava la velocità effettiva V del pistone 22 mobile mediante derivazione nel tempo e successivo filtraggio per minimizzare gli effetti del rumore di misura. Quindi, come descritto in precedenza, dalla velocità effettiva V del pistone 22 mobile à ̈ possibile ricavare la portata effettiva Q di olio che fluisce attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale. La corrente effettiva I della elettrovalvola 21 proporzionale à ̈ misurata direttamente mediante un amperometro (non illustrato), oppure à ̈ stimata in modo noto. Dalla corrente effettiva I della elettrovalvola 21 proporzionale si determina il contributo IQFFad anello aperto sottraendo alla corrente effettiva I la corrente I0di centro chiuso e la corrente 㥀I di banda morta. Si noti che ai fini dell’utilizzo di questo sistema di controllo come sensore virtuale, à ̈ rilevante il solo ramo di controllo ad anello aperto che costituisce il modello del sistema fisico; pertanto si considera nullo il contributo IQCLad anello chiuso.

Come illustrato nel grafico della figura 4, conoscendo la portata effettiva Q di olio che fluisce attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale ed il contributo IQFFad anello aperto à ̈ possibile determinare la caduta 㥀P di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale determinando il ramo della caratteristica statica dell’elettrovalvola 21 che passa per il punto individuato dalla coppia (IQFF, Q) e caratterizzato da un determinato valore di caduta 㥀P di pressione. Come descritto in precedenza, la pressione Pcaricodell’olio all’interno della camera 20 di attuazione si determina applicando in alternativa le seguenti equazioni:

Pcarico= POIL– 㥀P quando l’elettrovalvola 21 proporzionale collega la camera 20 di attuazione all’accumulatore 27 idraulico;

Pcarico= 㥀P PTankquando l’elettrovalvola 21 proporzionale collega la camera 20 di attuazione al serbatoio 26;

㥀P caduta di pressione ai capi della elettrovalvola 21;

POILpressione dell’olio all’interno dell’accumulatore 27 idraulico;

Pcaricopressione dell’olio all’interno della camera 20 di attuazione;

PTankpressione dell’olio all’interno del serbatoio 26.

In alternativa, come sopra descritto dal contributo IQFFad anello aperto à ̈ possibile ricavare la posizione effettiva XSpoladella spola 29 dell’elettrovalvola 21 e quindi dalla posizione effettiva XSpoladella spola 29 à ̈ possibile ricavare l’area KAdi efflusso; infine dall’area KAdi efflusso à ̈ possibile ricavare la caduta 㥀P di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale applicando l’equazione già descritta in precedente e risolta in questo caso per la caduta 㥀P di pressione:

㥀P = QFF<2>/ (KA∙ KOIL(TOIL))

KAarea di efflusso;

QFFportata effettiva di olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola 21 proporzionale; 㥀P caduta di pressione attraverso l’elettrovalvola 21 proporzionale;

KOIL(TOIL) coefficiente correttivo che dipende dalla temperatura TOILdell’olio, tiene conto della variazione di viscosità dell’olio al variare della temperatura TOILdell’olio, ed à ̈ determinato sperimentalmente.

La modalità sopra descritta per stimare la pressione Pcariconella camera 20 di attuazione ha come principale finalità permettere una procedura di autoapprendimento della caratteristica della pressione Pcariconella camera 20 di attuazione in funzione della posizione X del pistone 22 mobile; infatti, come descritto in precedenza à ̈ necessario conoscere il valore della pressione Pcariconella camera 20 di attuazione in funzione della posizione X del pistone 22 mobile. In sostanza, grazie a questa procedura di autoapprendimento si possono tenere in conto le usure, i deterioramenti o eventuali impuntamenti localizzati dell’attuatore 13 idraulico sia al fine di migliorare il controllo in anello aperto, sia a scopi diagnostici (cioà ̈ se la pressione Pcariconella camera 20 di attuazione à ̈ troppo elevata allora si diagnostica un malfunzionamento e si richiede un intervento di manutenzione). In altre parole, a fini diagnostici la caratteristica della pressione Pcariconella camera 20 di attuazione in funzione della posizione X del pistone 22 mobile à ̈ confrontata con valori di soglia predefiniti ed in caso di eccessivo scostamento si diagnostica un malfunzionamento. In particolare, la strategia di autoapprendimento à ̈ eseguita ad intervalli temporali prefissati ed à ̈ preferibilmente realizzata imponendo un opportuno profilo di corrente I di comando alla elettrovalvola 21 proporzionale ed analizzando la conseguente variazione di posizione effettiva X del pistone 22 mobile. Infatti se si impone un profilo costante di corrente si ottengono alcune semplificazioni nelle equazioni sopra citate. Questa strategia di autoapprendimento può essere attuata in entrambi i sensi di spostamento del pistone 22 mobile per verificare le eventuali non linearità (cioà ̈ differenze tra la corsa di andata e la corsa di ritorno).

Secondo la forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, la pressione POILe la temperatura TOILdell’olio nell’accumulatore 27 idraulico sono misurate direttamente mediante il sensore 34 di temperatura e mediante il sensore 36 di pressione; in alternativa ai sensori 34 e 36 potrebbero essere utilizzate tecniche di stima note in letteratura per stimare indirettamente la pressione POILe/o la temperatura TOILdell’olio nell’accumulatore 27 idraulico.

Nell’esempio sopra descritto à ̈ stato descritto il controllo dell’attuatore 13 idraulico che inserisce/disinserisce le marce; ovviamente, lo stesso controllo può essere utilizzato anche per il controllo dell’attuatore 14 idraulico che seleziona il rango delle marce e/o per il controllo dell’attuatore 15 idraulico che aziona la frizione 5 servoassistita. E’ importante osservare che l’attuatore 13 idraulico sopra descritto à ̈ a doppio effetto, cioà ̈ presenta due camere 20 di attuazione, e quindi presenta due elettrovalvole 21 proporzionali; l’attuatore 14 idraulico e/o l’attuatore 15 idraulico sono invece tipicamente a singolo effetto, cioà ̈ presentano una unica camera 20 di attuazione ed un corpo elastico, e quindi presentano una unica elettrovalvola 21 proporzionale.

Secondo una metodologia di controllo standard, il valore ITOTdesiderato della corrente elettrica di pilotaggio di ciascuna elettrovalvola 21 proporzionale à ̈ fornito solo dal contributo IQCLad anello chiuso determinato in funzione della differenza ã X(cioà ̈ dell’errore di posizione) tra la posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile e la posizione effettiva X del pistone 22 mobile. Come detto in precedenza, operando in questo modo si garantisce che la posizione effettiva X del pistone 22 mobile sia sempre pari alla posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile, ma per contro non si ha alcun controllo della forza sviluppata dall’attuatore 13 idraulico.

Invece, il metodo di pilotaggio dell’attuatore 13 idraulico sopra descritto nel determinare il valore ITOTdesiderato di una corrente elettrica di pilotaggio dell’elettrovalvola 21 proporzionale tiene conto non solo della differenza ã X(cioà ̈ dell’errore di posizione) tra la posizione obiettivo XOBJCdel pistone 22 mobile e la posizione effettiva X del pistone 22 mobile mediante il contributo IQCLad anello chiuso, ma anche della pressione Pcaricodi carico che à ̈ equivalente alla forza idraulica esercitata sul pistone 22 mobile (cioà ̈ sull’albero 18 di comando) mediante il contributo IQFFad anello aperto; in questo modo, il metodo di pilotaggio dell’attuatore 13 idraulico sopra descritto permette di controllare con estrema precisione la posizione dell’attuatore 13 idraulico e con buona precisione la forza generata dall’attuatore 13 idraulico stesso.

Il sopra descritto metodo di pilotaggio dell’attuatore 13 idraulico presenta numerosi vantaggi, in quanto à ̈ di semplice ed economica implementazione non richiedendo l’installazione di componenti aggiuntivi rispetto a quanto già normalmente presente in una trasmissione servoassistita e soprattutto permette di controllare con estrema precisione la posizione dell’attuatore 13 idraulico stesso e con buona precisione la forza generata dall’attuatore 13 idraulico.

In seguito ai numerosi vantaggi del sopra descritto metodo di pilotaggio, tale metodo di pilotaggio può essere utilizzato anche in altre applicazioni diverse da un cambio servoassistito in cui sia necessario controllare sia la posizione di un attuatore idraulico, sia la forza generata dall’attuatore idraulico stesso.

Claims (20)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo di pilotaggio di un attuatore (13) idraulico comprendente: almeno una camera (20) di attuazione; un pistone (22) mobile che scorre all’interno della camera (20) di attuazione; ed una elettrovalvola (21) proporzionale controllata in portata per collegare la camera (20) di attuazione ad un accumulatore (27) idraulico contenente un fluido di comando in pressione e ad un serbatoio (26) contenente un fluido di comando a pressione ambiente; il metodo di pilotaggio comprende le fasi di: determinare la posizione obiettivo (XOBJC) dell’attuatore (13) idraulico; determinare la posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; determinare un errore (ã X) di posizione mediante la differenza tra la posizione obiettivo (XOBJC) dell’attuatore (13) idraulico e la posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; determinare un valore (ITOT) desiderato di una corrente elettrica di pilotaggio dell’elettrovalvola (21) in funzione dell’errore (ã X) di posizione; ed alimentare l’elettrovalvola (21) proporzionale con una corrente elettrica di pilotaggio avente il valore (ITOT) desiderato; il metodo di pilotaggio à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: determinare un primo contributo (IQCL) ad anello chiuso in funzione dell’errore (ã X) di posizione; determinare una portata obiettivo (QFFOBJ) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale; determinare una caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale; determinare un secondo contributo (IQFF) ad anello aperto in funzione della portata obiettivo (QFFOBJ) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale e della caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale; e determinare il valore (ITOT) desiderato della corrente elettrica di pilotaggio dell’elettrovalvola (21) sommando algebricamente il primo contributo (IQCL) ad anello chiuso ed il secondo contributo (IQFF) ad anello aperto.
2. 2) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 1 e comprendente l’ulteriore fase di determinare il primo contributo (IQCL) ad anello chiuso utilizzando un regolatore PID (40) per elaborare l’errore (ã X) di posizione.
3. 3) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 1 o 2 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare una posizione obiettivo (XSpolaOBJ) di una spola (29) dell’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione della caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale ed in funzione della portata obiettivo (QFFOBJ) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale; e determinare il secondo contributo (IQFF) ad anello aperto in funzione della posizione obiettivo (XSpolaOBJ) della spola (29) dell’elettrovalvola (21) proporzionale.
4. 4) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 3, in cui la fase di determinare la posizione obiettivo (XSpolaOBJ) della spola (29) dell’elettrovalvola (21) proporzionale comprende le ulteriori fasi di: determinare una area (KA) di efflusso in funzione della caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale ed in funzione della portata obiettivo (QFFOBJ) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale; e determinare la posizione obiettivo (XSpolaOBJ) della spola (29) dell’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione della area (KA) di efflusso.
5. 5) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 4 e comprendente l’ulteriore fase di utilizzare la seguente equazione per determinare l’area (KA) di efflusso: KA= QFFOBJ<2>/ (㥀P ∙ KOIL(TOIL)) KAarea di efflusso; QFFOBJportata obiettivo di olio in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale; 㥀P caduta di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale; KOIL(TOIL) coefficiente correttivo che dipende dalla temperatura (TOIL) del fluido, tiene conto della variazione di viscosità dell’olio al variare della temperatura (TOIL) dell’olio, ed à ̈ determinato sperimentalmente.
6. 6) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 4 o 5 e comprendente l’ulteriore fase di determinare una tabella sperimentale che fornisce la posizione obiettivo (XSpolaOBJ) della spola (29) dell’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione della area (KA) di efflusso.
7. 7) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 1 o 2 e comprendente la ulteriore fase di determinare una tabella sperimentale, la quale fornisce il secondo contributo (IQFF) ad anello aperto in funzione della portata obiettivo (QFFOBJ) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale e della caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale.
8. 8) Metodo di pilotaggio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7 e comprendente l’ulteriore fase di determinare il secondo contributo (IQFF) ad anello aperto in funzione della portata obiettivo (QFFOBJ) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale, della caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale, e della temperatura (TOIL) del fluido.
9. 9) Metodo di pilotaggio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare una pressione (Pcarico) del fluido all’interno della camera (20) di attuazione; determinare una pressione (POIL) del fluido all’interno dell’accumulatore (27) idraulico; determinare una pressione (PTank) del fluido all’interno del serbatoio (26); e determinare la caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale da una parte in funzione della pressione (Pcarico) del fluido all’interno della camera (20) di attuazione e dall’altra parte in funzione della pressione (POIL) del fluido all’interno dell’accumulatore (27) idraulico oppure, in alternativa, della pressione (PTank) del fluido all’interno del serbatoio (26).
10. 10) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 9 e comprendente l’ulteriore fase di determinare la pressione (Pcarico) del fluido all’interno della camera (20) di attuazione in funzione della posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico.
11. 11) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 10 e comprendente la ulteriore fase di determinare una tabella sperimentale, la quale fornisce la pressione (Pcarico) del fluido all’interno della camera (20) di attuazione in funzione della posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico.
12. 12) Metodo di pilotaggio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare una velocità obiettivo (VOBJ) del pistone (22) mobile derivando nel tempo la posizione obiettivo (XOBJC) del pistone (22) mobile; e determinare la portata obiettivo (QFFOBJ) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione della velocità obiettivo (VOBJ) del pistone (22) mobile ed in funzione della sezione della camera (20) di attuazione.
13. 13) Metodo di pilotaggio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12 e comprendente le ulteriori fasi di: pilotare, quando l’attuatore (13) idraulico à ̈ fermo, l’elettrovalvola (21) proporzionale mediante una corrente elettrica di pilotaggio ad onda quadra ed utilizzando una tecnica PWM per collegare alternativamente la camera (20) di attuazione all’accumulatore (27) idraulico e al serbatoio (26); e determinare il duty cycle della corrente elettrica di pilotaggio in funzione della pressione (Pcarico) desiderata all’interno della camera (20) di attuazione.
14. 14) Metodo di pilotaggio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13 e comprendente una procedura di autoapprendimento della caratteristica della pressione (Pcarico) nella camera (20) di attuazione in funzione della posizione (X) del pistone (22) mobile comprendente a sua volta le fasi di: determinare la posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; determinare la velocità effettiva (V) dell’attuatore (13) idraulico mediante una derivazione nel tempo della posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; determinare una portata effettiva (Q) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione della velocità effettiva (V) dell’attuatore (13) idraulico; determinare la corrente effettiva (I) della elettrovalvola (21) proporzionale; determinare il primo contributo (IQFF) ad anello aperto sottraendo alla corrente effettiva (I) una corrente (I0) di centro chiuso ed una corrente (㥀I) di banda morta; determinare la caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione del primo contributo (IQFF) ad anello aperto ed in funzione della posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; e determinare la pressione (Pcarico) nella camera (20) di attuazione in funzione della caduta ( 㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale.
15. 15) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 14, in cui la pressione (Pcarico) dell’olio all’interno della camera (20) di attuazione à ̈ determinata applicando in alternativa le seguenti equazioni: Pcarico= POIL– 㥀P quando l’elettrovalvola (21) proporzionale collega la camera (20) di attuazione all’accumulatore (27) idraulico; Pcarico= 㥀P PTankquando l’elettrovalvola (21) proporzionale collega la camera (20) di attuazione al serbatoio (26); 㥀P caduta di pressione ai capi della elettrovalvola (21); POILpressione dell’olio all’interno dell’accumulatore (27) idraulico; Pcaricopressione dell’olio all’interno della camera (20) di attuazione; PTankpressione dell’olio all’interno del serbatoio (26).
16. 16) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 14 o 15 e comprendente l’ulteriore fase di imporre un profilo noto di corrente (I) di comando alla elettrovalvola (21) proporzionale.
17. 17) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 14, 15 o 16, in cui la caratteristica della pressione (Pcarico) nella camera (20) di attuazione in funzione della posizione (X) del pistone (22) mobile viene confrontata con valori di soglia predefiniti ed in caso di eccessivo scostamento viene diagnosticato un malfunzionamento.
18. 18) Metodo di pilotaggio secondo una delle rivendicazioni da 1 a 17, in cui il pistone (22) dell’attuatore (13) idraulico à ̈ meccanicamente collegato ad una trasmissione (4) servoassistita di un veicolo (1) stradale.
19. 19) Metodo di pilotaggio di un attuatore (13) idraulico comprendente: almeno una camera (20) di attuazione; un pistone (22) mobile che scorre all’interno della camera (20) di attuazione; ed una elettrovalvola (21) proporzionale controllata in portata per collegare la camera (20) di attuazione ad un accumulatore (27) idraulico contenente un fluido di comando in pressione e ad un serbatoio (26) contenente un fluido di comando a pressione ambiente; il metodo di pilotaggio comprende una procedura di autoapprendimento della caratteristica della pressione (Pcarico) nella camera (20) di attuazione in funzione della posizione (X) del pistone (22) mobile comprendente le fasi di: determinare la posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; determinare la velocità effettiva (V) dell’attuatore (13) idraulico mediante una derivazione nel tempo della posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; determinare una portata effettiva (Q) di fluido in pressione che attraversa l’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione della velocità effettiva (V) dell’attuatore (13) idraulico; determinare la corrente effettiva (I) della elettrovalvola (21) proporzionale; determinare il primo contributo (IQFF) ad anello aperto sottraendo alla corrente effettiva (I) una corrente (I0) di centro chiuso ed una corrente (㥀I) di banda morta; determinare la caduta (㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale in funzione del primo contributo (IQFF) ad anello aperto ed in funzione della posizione effettiva (X) dell’attuatore (13) idraulico; e determinare la pressione (Pcarico) nella camera (20) di attuazione in funzione della caduta ( 㥀P) di pressione attraverso l’elettrovalvola (21) proporzionale.
20. 20) Metodo di pilotaggio secondo la rivendicazione 19, in cui la caratteristica della pressione (Pcarico) nella camera (20) di attuazione in funzione della posizione (X) del pistone (22) mobile viene confrontata con valori di soglia predefiniti ed in caso di eccessivo scostamento viene diagnosticato un malfunzionamento.