3.2.1
Panoramica delle funzioni di controllo
Figura 3.4: Schema a blocchi generale della funzione VVT1
Le funzioni motore implementate nella ECU e destinate alla gestione dei variatori di fase sono due:
• VVT1: funzione per il controllo dei variatori lato scarico; • VVT2: funzione per il controllo dei variatori lato aspirazione.
Poich´e si tratta di due funzioni identiche nel seguito si far`a riferimento alla prima, con ovvia generalit`a della trattazione; laddove le due funzioni dovessero differire verr`a opportunamente specificato. Vista inoltre la riservatezza del software si far`a riferimento a una generica funzione, fornendo comunque una visione generale quanto pi`u possibile completa dei modelli utilizzati. In figura 3.4 `e rappresentato lo schema a blocchi com- plessivo realizzato in Simulink della funzione VVT1; si possono vedere chiaramente gli input e l’output di tale funzione, descritti nell’elenco che segue:
• INPUT
– vvt target: angolo target per la chiusura delle valvole di scarico imposto dalla ECU, in funzione del regime di rotazione e del carico del motore;
– vvt measured: angolo effettivo di posizione dell’albero a camme lato scarico. Viene calcolato partendo dall’angolo misurato dal sensore di fase opportuna- mente corretto in funzione della velocit`a di rotazione del motore; tale cor-
rezione viene effettuata data la scarsa risoluzione di misura che presenta il sensore di fase.
• OUTPUT
– valve dc: `e il duty cycle imposto al solenoide del cassetto distributore tale da realizzare l’anticipo (o il ritardo) di fase desiderato.
Nella pratica la funzione VVT1 si occupa di controllare in tensione il cassetto di- stributore tramite il duty cycle in modo che l’angolo misurato o, per meglio dire, sti- mato, vvt measured sia effettivamente uguale all’angolo vvt target; a tal fine si utilizza un controllore PID, contenuto nel blocco DutyCycle OUTLET che verr`a descritto detta- gliatamente nel seguito, mentre il blocco MAX DC LIMITER si occupa di prevenire un eventuale sovraccarico elettrico del solenoide limitando il duty cycle massimo.
3.2.2
Il blocco DutyCycle OUTLET
Figura 3.5: Schema del blocco DutyCycle OUTLET
Nella figura soprastante `e rappresentato lo schema interno del blocco DutyCycle OUTLET; esso `e a sua volta costituito dai seguenti blocchi:
• PID CONTROLLER: `e il blocco che contiene il controllore di posizione PID; • MIN DC LIMITER: `e il blocco preposto alla limitazione inferiore del duty cycle
calcolato; `
E evidente che il cuore del sistema di controllo sia rappresentato dal blocco PID CON- TROLLER, il cui output risulta essere proprio il duty cycle per il comando del solenoide del cassetto distributore; si noti che tale valore, prima di essere attuato, viene controllato ed eventualmente limitato dal blocco MIN DC LIMITER, il quale provvede a riportare i variatori nella posizione di riferimento, ovvero quella che corrisponde al massimo disin- crocio della fasatura, nel caso in cui il duty cycle in output sia inferiore ad una determinata soglia.
3.2.3
Il blocco PID CONTROLLER
Figura 3.6: Schema del blocco PID CONTROLLER
All’interno del blocco PID CONTROLLER, illustrato in figura 3.6, si trovano i bloc- chi responsabili del calcolo di valve dc:
• ERROR CALC: questo blocco si occupa del calcolo dell’errore vvt diff tra l’ango- lo misurato e l’angolo target, che servir`a poi da input al PID, e verifica il bloccag- gio dell’albero a camme qualora l’angolo target richiesto dal sistema di controllo corrisponda alla posizione di riferimento dei variatori;
• Kp DC: contributo proporzionale del controllore PID. L’output pid kp viene cal- colato tramite una mappa principale, funzione di regime di rotazione del motore e temperatura dell’olio di attuazione, e viene successivamente corretto per sopperire alla non linearit`a della risposta del sistema dovuta alle caratteristiche del cassetto distributore. `E inoltre prevista la gestione dello switch da bassa ad alta pressione e viceversa della pompa dell’olio, e un’intensificazione del duty cycle nel caso in cui la pompa si trovi in bassa pressione e quindi l’attuazione risulti meno pronta; • Kd DC: contributo derivativo del controllore PID. Come nel caso del contributo
proporzionale l’output pid kd viene calcolato tramite una mappa principale, funzio- ne di regime di rotazione e temperatura dell’olio, ma non `e presente la correzione per la non linearit`a del sistema; `e invece presente la possibilit`a di escludere l’a- zione derivativa calibrando opportune soglie, cos`ı come rimane identica al blocco proporzionale la parte relativa alla gestione del transitorio della pompa dell’olio;
• Ki DC: contributo integrale del controllore PID. A differenza dei contributi propor- zionale e derivativo la parte che calcola il contributo integrale complessivo pid ki `e decisamente pi`u complessa, essendo costituita da tre contributi posti in serie e schematizzabili come segue:
– Fast Integrator: `e il primo blocco che si individua seguendo il flusso logico dei dati. Questo riceve l’output della mappa principale e rappresenta il contributo ‘veloce’ destinato a prevalere nel caso in cui sia richiesto un transitorio di an- golo VVT target. Non appena il sistema di controllo riconosce uno stazionario il Fast Integrator viene escluso;
– Precontrollo: `e il secondo contributo che entra in gioco nel calcolo di pid ki e dipende da due curve funzione della pressione dell’olio. Il precontrollo as- sume un ruolo molto importante: data la caratteristica del cassetto di attua- zione, in corrispondenza di un segnale PWM pari al 48% la portata di olio destinata alle camere di anticipo o ritardo `e nulla, mentre spostandosi legger- mente a destra o a sinistra di tale valore la portata aumenta molto rapidamente. Il principio di funzionamento del precontrollo `e strettamente legato a questo comportamento in quanto posizionando il cassetto nel punto di portata nulla e assumendo tale posizione come riferimento `e possibile raggiungere facilmente tutte le altre configurazioni;
– Slow Integrator: `e l’ultimo blocco che agisce sul contributo integrale comples- sivo, ed interviene sull’output calcolato dal Fast Integrator e dal precontrollo. Il suo ruolo `e quello di correggere in modo fine l’errore tra l’angolo VVT target e quello misurato, e il suo contributo `e chiaramente predominante ne- gli stazionari: a titolo di esempio, il valore di default della costante di tempo dell’integrale lento `e pari a 93 secondi, a fronte di una costante di tempo pari a 1 secondo per l’integrale veloce. Si noti che lo Slow Integrator, trovando- si dopo il precontrollo, `e anche chiamato a correggere eventuali errori dovuti all’invecchiamento dei componenti;
• SYM CORRECTION: questo blocco `e deputato alla correzione del comportamento asimmetrico del sistema;
• CAMSHAFT LOCK: questo blocco comanda l’attuazione per il bloccaggio e lo sbloccaggio dell’albero a camme dalla posizione di riferimento, per esempio al- l’avviamento del motore.
Oltre ai blocchi appena descritti si fa notare, in basso a destra nella figura 3.6, la pre- senza di un’ulteriore correzione applicata al duty cycle calcolato dal PID: si tratta di un
fattore correttivo dipendente dalla tensione della batteria. Dato che il solenoide del cas- setto che comanda i variatori viene comandato in tensione risulta di fondamentale impor- tanza correggere opportunamente il duty cycle in base alla tensione di alimentazione, dato che la potenza trasmessa al solenoide dipende da essa; pertanto se la batteria risulta essere troppo carica o troppo scarica, a parit`a di duty cycle imposto, si avr`a rispettivamente una maggiore o minore potenza trasmessa e, di conseguenza, un maggiore o minore sposta- mento del cassetto rispetto a quanto effettivamente necessario; di qui la necessit`a di tenere conto dello stato di carica della batteria.