Ricerca del punto di innesto della frizione

Si vuole cercare quel punto in cui la frizione si innesca ovvero il punto a partire dal quale una variazione della forza sulla leva della frizione produce una variazione della coppia trasmessa dal motore alle ruote. La ricerca del punto di innesto deve avvenire a partire da frizione completamente disinnescata e l’attuatore deve essere rilasciato o controllando la corrente o la velocità dell’attuatore. Ad un certo punto i dischi della frizione iniziano ad essere in contatto e la coppia è trasmessa alle ruote, ovvero la frizione comincia a lavorare. È da questo punto in poi che deve partire un eventuale controllo di modulazione della coppia trasmessa della frizione alle ruote. La difficoltà sta nel rilevare quando i dischi iniziano ad essere a contatto. La strategia implementata nella GCU fa uso del controllo in velocità, in quanto il controllo in corrente non riesce a fermare l’attuatore a dovere; di seguito si mostra quanto appena affermato. Il procedimento seguito è il seguente: si rilascia l’attuatore a velocità costante e si controlla la velocità delle ruote inizialmente ferme. Non appena le ruote si muovono si blocca la frizione in tal punto. In Figura 3-29 è mostrato il risultato di tale controllo, il file di riferimento è VCA_DSPctrl_Vips.mdl. L’attuatore è premuto al massimo fino all’istante 0.2s, successivamente l’attuatore è rilasciato con velocità di circa 0.1ms; si immagina poi che all’istante 0.4 il DSP rilevi il movimento delle ruote e decide di fermare l’attuatore. Come mostrato in Figura 3-29, l’attuatore si ferma quasi istantaneamente.

Figura 3-29: controllo in velocità per fermare l’attuatore. La velocità in viola indica la velocità desiderata, mentre la velocità in giallo indica la velocità effettiva.

La Figura 3-30 mostra un ingrandimento dell’andamento della posizione in funzione del tempo. Si nota come l’attuatore riesca a fermarsi velocemente con una breve oscillazione ampiamente contenuta in alcune frazioni del millimetro.

Figura 3-30: controllo in velocità per fermare l’attuatore, dettaglio sull’andamento della posizione. La simulazione appena riportata mostra la bontà del controllo in velocità per la ricerca del punto d’innesto. In tale simulazione l’attuatore viene fermato in un istante, e quindi un una posizione casule. Basandoci sull’andamento del legame forza spostamento che si osserva alla leva della frizione, descritto in [1] e riportato in Figura 3-31, si può effettuare una simulazione più vicina a quello che potrebbe avvenire nella realtà. Si ricorda che tale legame, comprensivo di tutte le non linearità è stato sintetizzato nel modello dell’attuatore utilizzato nelle simulazioni che si stanno descrivendo. Si ricorda inoltre che tale punto di innesto è variabile nel tempo a seconda delle regolazioni del leveraggi che collegano l’attuatore alla leva della frizione e in funzione dell’usura della frizione stessa, quindi un sensore di posizione in questo senso non potrebbe essere utile.

Figura 3-31: legame forza spostamento alla leva della frizione.

La Figura 3-31 mostra che il punto di innesto si trova all’incirca tra ad 8 – 9 mm. Quindi si esegue una simulazione in cui l’attuatore viene fermato intorno a questa posizione. Nella simulazione di figura Figura 3-32 si rilascia l’attuatore ad una velocità di poco inferiore a 0.1 m/s, in modo da raggiungere il punto di innesto, situato a 8 – 9 mm, in 200ms.

Figura 3-32: controllo in velocità per fermare l’attuatore nel punto di innesto. La velocità in viola indica la velocità desiderata, mentre la velocità in giallo indica la velocità effettiva.

In Figura 3-33 è riportato un ingrandimento dello spostamento intorno a 0.4 s istante in cui si decide di arrestare l’attuatore.

Figura 3-33: controllo in velocità per fermare l’attuatore nel punto di innesto, dettaglio sulla posizione. L’oscillazione è di circa un decimo di millimetro, quindi l’attuatore viene fermato correttamente anche nel punto di innesto dove il legame forza-spostamento ha una variazione di pendenza.

Si nota che il tratto a pendenza minore, ha quasi pendenza nulla ovvero a piccole variazioni di forza corrispondono grosse variazioni di posizione. Questo fatto rende difficile effettuare l’arresto dell’attuatore basandosi sul controllo in corrente, quindi in forza, utilizzato per implementare i

controlli richiesti in [1]. Inizialmente per fermare l’attuatore si è pensato di poter utilizzare il controllo in corrente nel seguente modo: si rilascia l’attuatore decrementando linearmente la corrente e appena rilevato il movimento delle ruote si ferma la corrente con l’intenzione di bloccare l’attuatore. Infatti il legame forza-spostamento alla leva della frizione con la quale l’attuatore è caricato è, in zona lineare, analogo a quello di una molla (F  K x), per cui bloccando la corrente, quindi la forza che l’attuatore esercita sulla leva della frizione, l’attuatore, a transitorio terminato si ferma in un punto. Purtroppo tale metodo funzione correttamente quando la frizione è già innestata ( come si considera in [1] ) e quindi il legame forza spostamento è effettivamente lineare, si osservi Figura 3-31. Mentre a causa della non linearità del legame forza-spostamento di Figura 3-31, in particolare a causa della zona a pendenza quasi piatta la corrente scappa al controllo e non si riesce a fermare correttamente l’attuatore. In dettaglio: si parte dalla condizione di attuatore completamente premuto, ovvero frizione completamente disinnescata; si rilascia l’attuatore decrementando linearmente la corrente e quindi la forza; quando si attraversa la zona a pendenza piatta del legame forza-spostamento, subito sotto i 20 mm, l’attuatore aumenta di velocità (si osservi la pendenza della posizione) e il controllo in corrente fatica a seguire la corrente di riferimento. Il risultato è che l’attuatore si fermerà ugualmente ma attraverso un transitorio non accettabile. Quanto descritto è mostrato in Figura 3-34 e il file di riferimento è VCA_DSPctrl_Iips.

Figura 3-34: ricerca del punto di innesto controllo in corrente. La corrente in viola indica la corrente desiderata, mentre la corrente in giallo indica la corrente effettiva.

Dalla Figura 3-34 si ha conferma di quanto accennato nel paragrafo 3.8, ovvero che il controllo in corrente deve essere utilizzato solo nella zona lineare del legame forza-spostamento della leva della frizione, ovvero dopo che la frizione e stata innestata. Questa è la zona in cui devono funzionare le funzioni di [1] e quindi è lecito usare il controllo in corrente in tali funzioni.

Infine si riporta come può essere trovato il punto di innesto con il controllo in tensione descritto nel paragrafo 3.7. Si procede come segue: inizialmente la frizione è completamente premuta quindi il duty-cycle è pari a 1, nell’istante in cui si vuole innestare la frizione si pone istantaneamente il duty-cycle ad un valore pari a R I V I CC . Il valore della corrente I deve essere scelto in modo che I a transitorio esaurito la frizione non sia ancora innestata. Con riferimento alla Figura 3-31 si sceglie una I alla quale corrisponde un forza che mantiene la frizione disinnestata ad esempio 260 N, _I

quindi I = 260 /_I K_A 260 / 37, 27 A e quindi un duty-cycle pari a 2.7 7 / 28 0.67

I R I VI CC

      . A questo punto si decrementa il duty-cycle molto lentamente fino ad un valore pari a R I _F V_CC dove adesso I è quella che corrisponde ad una forza che porta _F la leva della frizione oltre il punto di innesto (si fa ancora riferimento alla Figura 3-31) ad esempio 180 N, si ottiene cosi un valore _F 0.47. Il passaggi tra i due valori di duty-cycle avviene in 3 s. I risultati di tale simulazione sono riportati in Figura 3-35 e il file di riferimento è VCA_DSPctrl_Dutyips.mdl.

Figura 3-35: ricerca del punto di innesco tramite il controllo in tensione.

Dalla Figura 3-35 si nota che il punto di innesto viene trovato intorno ad 1 s dove il valore di duty-cycle è pari a 0.61. In pratica il duty-cycle rimane costante durante la ricerca del punto di innesto. Quello che succede è che in seguito all’applicazione del duty-cycle _I la posizione attraversa un transitorio, durante il quale il duty-cycle rimane pressoché costante, che porta l’attuatore verso il punto di innesto. Una volta osservato il movimento delle ruote il duty-cycle viene bloccato definitivamente e l’attuatore resta fermo nel punto di innesto. La Figura 3-36 mostra un ingrandimento dell’andamento della posizione intorno ad 1 s istante nel quale viene rilevato il punto di innesto tramite il movimento delle ruote.

Figura 3-36: ricerca del punto di innesco tramite il controllo in tensione, dettaglio sulla posizione.

Si osserva che si riesce a trovare il punto di innesto e fermare l’attuatore con un errore di poco superiore al decimo di millimetro. Purtroppo l’operazione richiede un tempo troppo lungo. La ricerca del punto di innesto deve essere la più veloce possibile in quanto è un tempo morto che trascorre dal momento in cui si decide di partire e il momento in cui effettivamente la frizione è innestata e si avvia la procedura di partenza.

I risultati migliori vengono ottenuti con il controllo in velocità che introduce oscillazione della posizione di ampiezza inferiore all’errore introdotto qui e riesce a trovare il punto di innesto in maniera più rapida, 0.2 s invece che 0.7 s. Per la ricerca del punto di innesto deve essere utilizzato il controllo in velocità.