ITTO20010752A1 - Dispositivo e metodo di controllo della velocita' angolare di un motore. - Google Patents

Description

D E S C R I Z IO N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo e ad un metodo di controllo della velocità angolare di un motore.

In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione nel controllo della velocità angolare di un motore di un veicolo, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come è noto, in campo automobilistico la buona guidabilità di una vettura durante un transitorio di velocità del motore costituisce uno degli obiettivi il cui perseguimento presenta le maggiori difficoltà.

Infatti, esistono alcune condizione operative del motore in cui il garantire una buona guidabilità della vettura diventa un compito decisamente arduo. Ad esempio, frenare la vettura quando questa è in movimento con motore al minimo e marcia innestata, genera una serie di strattonamenti ("shakings") di entità progressivamente crescente che vengono percepiti con fastidio dai passeggeri e dal conducente, e che sono la conseguenza dell'azione della centralina di controllo sul motore volta a contrastarne la riduzione del numero di giri derivante dalla frenata al fine di mantenere il motore al minimo.

Altre condizioni operative in cui i passeggeri ed il conducente della vettura vengono sottoposti ad un fastidioso contraccolpo sono costituite da una brusca accelerazione dopo il rilascio del freno, oppure dal cosiddetto accompagnamento al rilascio del pedale dell'acceleratore, durante il quale la centralina di controllo porta gradualmente il motore al minimo dopo il rilascio del pedale dell'acceleratore.

In particolare, al rilascio del pedale dell'acceleratore, la velocità angolare del motore, nel seguito indicata per brevità "velocità motore", presenta generalmente il cosiddetto "undershooting", ossia scende leggermente al di sotto del valore minimo per poi riportarsi immediatamente al valore minimo stesso e questo particolare andamento della velocità motore produce un leggero contraccolpo percepito con fastidio dal conducente e dai passeggeri della vettura.

Gli algoritmi di controllo della velocità angolare del motore fino ad ora implementati dalle centraline di controllo per migliorare la guidabilità delle vetture realizzano un controllo di tipo PI (proporzionaleintegrale) o PID (proporzionale-integrale-derivativo). Questi algoritmi di controllo, oltre ad essere generalmente scarsamente efficaci nel prevenire gli inconvenienti sopra descritti, presentano numerosi parametri di calibrazione che rendono la loro calibrazione effettuabile solo con tecniche empiriche e non deterministiche. La calibrazione degli algoritmi di controllo viene infatti attualmente effettuata eseguendo innanzitutto una serie di prove su strada dalle quali si determina il comportamento della vettura nelle condizioni operative sopra descritte, e poi effettuando una calibrazione sostanzialmente manuale dei parametri di tali algoritmi di controllo affidandosi all'esperienza di persone che realizzano queste calibrazioni da molti anni.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo ed un dispositivo di controllo della velocità angolare di un motore che consentano di superare almeno in parte gli inconvenienti sopra descritti.

In particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo ed un dispositivo di controllo della velocità angolare di un motore che consentano, in campo automobilistico, non solo una significativa riduzione delle sensazioni di fastidio percepite dai passeggeri e dal conducente del veicolo nelle condizioni operative sopra citate, ma anche una loro calibrazione con tecniche deterministiche.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa è relativa ad un dispositivo di controllo della velocità angolare di un motore, come definito nella rivendicazione 1.

II suddetto scopo è inoltre raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa è relativa ad un metodo di controllo della velocità angolare di un motore, come definito nella rivendicazione 10.

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

- la figura 1 mostra uno schema a blocchi al più alto livello di astrazione di un sistema costituito da un veicolo e dal suo gruppo motopropulsore;

- la figura 2 mostra uno schema a blocchi più dettagliato del sistema di figura 1;

- le figure 3 e 4 mostrano la risposta del sistema di figure 1 e 2 ad una sollecitazione a gradino;

- la figura 5 mostra uno schema a blocchi di un dispositivo di controllo della velocità motore realizzato secondo la presente invenzione;

la figura 6 mostra uno schema a blocchi più dettagliato di un blocco osservatore facente parte del dispositivo di controllo di figura 5;

- la figura 7 mostra uno schema a blocchi più dettagliato di un blocco stimatore di coppia resistente facente parte del blocco osservatore di figura 6;

- la figura 8 mostra uno schema a blocchi più dettagliato di un blocco tracciatore facente parte del dispositivo di controllo di figura 5;

le figure 9 e 10 mostrano l'andamento delle uscita del blocco tracciatore di figura 8 durante un transitorio di velocità;

- la figura 11 mostra uno schema a blocchi più dettagliato di un blocco controllore facente parte del dispositivo di controllo di figura 5;

- la figura 12 mostra l'andamento di una grandezza che interviene all'interno del blocco controllore di figura 11;

- la figura 13 mostra l'andamento della velocità motore e del suo valor medio sul ciclo motore;

- la figura 14 mostra l'andamento della derivata della velocità motore;

- le figure 15-18 mostrano l'andamento di grandezze coinvolte nella determinazione della marcia innestata nel cambio di velocità di un veicolo durante un cambio marcia; e

- le figure 19-22 mostrano l'andamento di grandezze coinvolte nella determinazione della marcia innestata nel cambio di velocità di un veicolo durante il movimento al minimo del veicolo con il cambio di velocità in folle.

Per facilitare la comprensione della presente invenzione qui di seguito vengono introdotte alcune relazioni cinematiche e sistemistiche caratteristiche del sistema costituito da un veicolo e dal suo gruppo motopropulsore ("powertrain"), il quale, come è noto, comprende il motore e la trasmissione ('drivetrain"), la quale è a sua volta formata dal cambio di velocità, dalla frizione che accoppia in modo rilasciabile il cambio di velocità al motore, e da una unità di uscita ('final drive unit"), costituita dal differenziale e dai semiassi, che collega il cambio di velocità alle ruote del veicolo.

In particolare, ai fini del controllo della velocità motore, il sistema costituito dal veicolo e dal suo gruppo motopropulsore può, al più alto livello di astrazione, essere rappresentato con lo schema a blocchi mostrato .nella figura 1, in cui con 1 è indicato il motore, con 2 è indicato l'albero motore, con 3 è indicata la trasmissione, e con 4 è indicata la restante parte del veicolo.

Come è noto, la combustione del combustibile genera una certa coppia agente sull'albero motore, nel seguito indicata con il nome di coppia di combustione Tcmb: se il sistema fosse nel suo insieme perfettamente rigido, allora la velocità motore ωeng risulterebbe data dalla seguente equazione:

1 )

in cui R è la coppia resistente globale agente sull'albero motore, e Jsys è il momento di inerzia del sistema controllato calcolato rispetto all'asse di rotazione dell'albero motore.

Il sistema controllato è in realtà formato non solo dall'albero motore ma anche da tutte quelle parti meccanicamente collegate con esso, per cui il sistema controllato cambia durante il funzionamento del veicolo. Infatti, all'interno della trasmissione vi sono la frizione ed il cambio di velocità che sono controllati dal conducente del veicolo generalmente attraverso il pedale della frizione e la leva del cambio.

Nella figura 2 è mostrato lo schema a blocchi più dettagliato con cui può essere rappresentato, ai fini del controllo della velocità motore, il sistema costituito dal veicolo a motore e dal suo gruppo motopropulsore, in cui con 5 è indicata la frizione, con 6 è indicato il cambio di velocità, e con 7 è indicata l'unità di uscita.

In base ai comandi del conducente, tre stati principali del sistema controllato possono essere distinti:

a) motore senza carico (" dle"): quando la frizione è aperta; in questo stato operativo il sistema controllato è costituito dal motore e dall'albero motore;

b) in folle ("neutral"): quando la frizione è chiusa ed il cambio di velocità è in folle; in questo stato operativo il sistema controllato è costituito dal motore, dall'albero motore e dall'albero principale del cambio di velocità; e

c) con marcia innestata ("gear"): quando la frizione è chiusa ed una marcia è innestata; in questo stato operativo il sistema controllato è costituito dal motore, dall'albero motore, dalla trasmissione e dal veicolo .

All'interno dell'ultimo stato, il sistema controllato cambia in funzione della marcia innestata, dato che ciascuna marcia presenta un proprio rapporto di trasmissione differente da quello delle altre marce.

Pertanto, all'interno della relazione 1) R e Jsys cambiano in funzione dello stato del sistema controllato.

Il momento di inerzia del motore può essere a grandi linee calcolato sia in modo teorico a partire dai dati di progetto sia analizzando la risposta del sistema nello stato al minimo ("idle state") all'applicazione di una sollecitazione a gradino ("step response").

Per motori di veicoli per passeggeri, esso generalmente è Jeng e [θ,Ι;0,5]kg m<2 >.

Il momento di inerzia della trasmissione può essere calcolato a partire dai dati di progetto, mentre il momento di inerzia del veicolo può essere calcolato per mezzo della seguente relazione:

2 )

in cui Mveh è la massa del veicolo (una o due persone dovrebbero essere incluse), Lwh1 è il raggio delle ruote, ed r è il rapporto di trasmissione.

Dalla relazione 2) risulta immediatamente chiaro come il momento di inerzia del veicolo dipenda dalla marcia innestata. Più avanti nella trattazione verrà indicato un metodo per determinare in modo preciso ed accurato la marcia innestata in un cambio di velocità di un veicolo.

Nel sistema mostrato nella figura 1 possono poi essere identificate diverse componenti di coppia resistente. In particolare, per il motore, possono essere identificate:

attriti ('frictions"), che possono essere a grandi linee modellate come una costante a cui si somma una componente viscosa proporzionale alla velocità motore; e

- resistenze accessorie (’accessory resistances"), la cui influenza può essere modellata come una coppia resistente costante; di queste ultime, alcune sono 'attivate" dalla centralina di controllo, per cui la corrispondente coppia resistente, se nota, può essere compensata in anticipo, mentre nessuna informazione è disponibile per le altre, per cui nessuna compensazione istantanea risulta possibile.

Per la trasmissione possono invece essere identificate solo frizioni, che possono anche qui essere a grandi linee modellate come una costante a cui si somma una componente viscosa proporzionale alla velocità motore .

Per il veicolo, infine, possono essere identificate :

una resistenza al rotolamento ("rolling resistance" ), la quale è sostanzialmente costante con rare ma impredicibili variazioni;

- una resistenza aerodinamica all'avanzamento ("aerodynamic drag"), la quale è proporzionale al quadrato della velocità veicolo, e pertanto al quadrato della velocità motore; ed

una resistenza causata dalla pendenza della strada ("road slope resistance"), la quale ha improvvise, impredicibili e non trascurabili variazioni.

Il comportamento dinamico del sistema mostrato nelle figure 1 e 2 può essere analizzato per mezzo della risposta ad una sollecitazione a gradino, ossia portando innanzitutto il sistema in regime stazionario ("steady state" ), e quindi incrementando istantaneamente la coppia di combustione Tcmb di una data quantità. Nelle figure 3 e 4 sono riportati gli andamenti qualitativi della velocità motore ωeng nei tre stati sopra elencati, cioè al minimo, in folle e con marcia innestata.

In particolare, in tutti e tre gli stati la dinamica principale della risposta alla sollecitazione a gradino ("step response main dynamics") è di tipo esponenziale (ma con differente guadagno ingressouscita) , ed una piccola oscillazione, nel seguito indicata con il nome di "dinamica di ciclo", può essere notata.

Nello stato con marcia inserita, una marcata oscillazione smorzata, nel seguito indicata con il nome di "dinamica di trasmissione" ("drivetrain dynamics"), si somma alla dinamica principale immediatamente dopo il gradino di ingresso.

In particolare, per quanto riguarda la dinamica principale, il comportamento esponenziale della risposta al gradino è determinato dal momento di inerzia del sistema e dalla variazione nel tempo della coppia resistente agente sull'albero motore.

Sia il regime transitorio che i guadagni istantanei dipendono dallo stato del sistema: questi ultimi in particolare si riducono passando dallo stato al minimo allo stato in folle e poi allo stato con marcia innestata, e si riducono inoltre all'aumentare della marcia innestata.

La dinamica principale è simile a quella ottenuta modellando il sistema come composto da un momento di inerzia Jsys e da una frizione viscosa βsys.

Per quanto riguarda invece la dinamica di trasmissione, che come detto è costituita dall'oscillazione smorzata della risposta al gradino nello stato con marcia inserita, essa è dovuta all' elasticità della trasmissione, la quale permette ad una certa parte dell' energia cinetica (e quindi delle oscillazioni della velocità motore) di passare continuamente dal motore al veicolo e viceversa .

La dinamica di trasmissione è naturalmente smorzata dalla trasmissione : infatti, ad ogni passaggio attraverso la trasmissione, la summenzionata parte dell' energia cinetica si riduce a causa delle frizioni presenti nella trasmissione stessa .

La frequenza e l' ampiezza della dinamica di trasmissione dipende dalla marcia innestata : maggiore è il rapporto di trasmissione del cambio di velocità, maggiore è la frequenza e minore è l' ampiezza .

Per quanto riguarda infine la dinamica di ciclo, essa è costituta da una persistente piccola oscillazione della velocità motore che può essere facilmente notata in regime stazionario . Essa è dovuta allo sbilanciamento dei cilindri del motore, cioè alle non trascurabili differenze fra le coppie motrici di combustione generate nei vari cilindri del motore (gli iniettori potrebbero ad esempio avere differenti comportamenti, ecc . ) .

La frequenza della dinamica di ciclo è funzione della velocità motore (dato che il suo periodo è pari al periodo di un ciclo motore) , e la sua ampiezza dipende dall' entità delle differenze fra i vari cilindri del motore.

Alla luce di quanto sopra introdotto, verrà ora descritto con riferimento allo schema a blocchi di figura 5 un dispositivo di controllo della velocità motore realizzato secondo la presente invenzione, il quale, in regime di rotazione minimo del motore, ha lo scopo di mantenere la velocità motore al di sopra di un determinato valore minimo, a meno che il conducente del veicolo desideri altrimenti, al fine di evitare spegnimenti (shutdowns") del motore non intenzionali, mentre in tutti gli altri regimi di rotazione de motore ha lo scopo di gestire in modo ottimale i transistori desiderati di velocità motore.

In particolare, in regime di rotazione minimo del motore, il dispositivo di controllo secondo la presente invenzione ha lo scopo di evitare che la velocità motore scenda al di sotto di un determinato valore minimo, tenendo conto che il conducente potrebbe esplicitamente volere che la velocità motore scenda al di sotto del suddetto valore minimo (ad esempio quando si frena con motore al minimo e marcia innestata oppure quando si innesta una marcia più alta), il comfort del veicolo deve essere preservato, e improvvise variazioni della velocità motore sono di solito indesiderate, e tale scopo viene a grandi linee raggiunto aumentando, se necessario, la coppia di combustione .richiesta dal conducente del veicolo, senza però eccedere la massima coppia motrice erogabile dal motore.

Con riferimento ora alla figura 5, il dispositivo di controllo della velocità motore secondo la presente invenzione è indicato nel suo insieme con 10 ed è implementato all'interno della centralina elettronica (ECU) preposta al controllo del motore e del veicolo, indicata in figura con 11. Per completezza illustrativa, nella figura 5 è inoltre riportato lo schema a blocchi di figura 1.

Il dispositivo di controllo 10 è essenzialmente formato da quattro blocchi: un blocco misuratore di velocità di sistema 12, un blocco tracciatore 13, un blocco osservatore 14, ed un blocco controllore 15.

In particolare, il blocco misuratore di velocità di sistema 12 svolge le funzioni di selezione della più significativa ed adatta misura della velocità motore ωeng ed, eventualmente, di elaborazione della velocità motore misurata per ridurre le dinamiche che possono causare problemi di stabilità al sistema controllato.

In dettaglio, il blocco misuratore di velocità di sistema 12 presenta un primo ingresso ricevente la velocità motore ωeng, un secondo ingresso ricevente la velocità di rotazione di un organo dell'unità finale, nel seguito per brevità indicata con "velocità veicolo" ωveh, ed una uscita fornente una velocità motore misurata romeas che può coincidere con la velocità motore ωeng oppure con la velocità veicolo ( ωveh, oppure ancora può essere la velocità motore ωeng opportunamente filtrata, in base ad un determinato criterio descritto in dettaglio in seguito.

In particolare, la velocità motore ωeng può ad esempio essere misurata tramite un dispositivo di misura noto accoppiato all'albero motore e costituito da una ruota fonica calettata sull'albero motore e da un sensore elettromagnetico affacciato alla ruota fonica e generante un segnale elettrico indicativo della velocità e della posizione angolare della ruota fonica stessa.

In particolare, il dispositivo di misura della velocità motore fornisce un valore della velocità motore per ogni cilindro, in corrispondenza del punto morto superiore del relativo pistone, e ciascuno di tali valori è disponibile immediatamente dopo metà della rotazione dell'albero motore a cui si riferisce (180° di angolo motore).

La velocità veicolo ωVeh rappresenta invece una indicazione della velocità motore ωeng alternativa a quella fornita dal dispositivo di misura sopra descritto e può essere misurata mediante un qualsiasi dispositivo di misura noto accoppiato ad esempio ai semiassi oppure ad un organo rotante del differenziale. Per i motivi che saranno in seguito chiariti, la misura della velocità veicolo (ωveh potrebbe anche non essere prevista, da cui l'utilizzo in figura 5 di una linea tratteggiata.

Il blocco tracciatore 13 svolge invece la funzione di gestione delle cosiddette fasi di riequilibrio ("restoring phases" ), ossia di gestione delle transizioni fra i vari stati del sistema o fra differenti valori della velocità motore obiettivo ωtarg.

In dettaglio, il blocco tracciatore 13 presenta un primo ingresso ricevente una velocità motore obiettivo ωtarg, la quale rappresenta la velocità motore ωeng che si desidera raggiungere, un secondo ingresso ricevente una coppia massima erogabile dal motore Tmax, un terzo ingresso ricevente la posizione del pedale dell'acceleratore APP, al quale è indicativa della potenza richiesta al motore 1, una prima uscita fornente una velocità motore di riferimento ωref, la quale rappresenta l'andamento che la velocità motore ωeng deve avere durante il transitorio di velocità verso detta velocità motore obiettivo ωtarg, ed una seconda uscita fornente una coppia ad anello aperto To1, la quale rappresenta la coppia che il motore 1 deve istante per istante erogare durante il transitorio di velocità affinché la velocità motore ωeng segua la velocità motore di riferimento ωref.

Il blocco osservatore 14 svolge invece la funzione di stima in tempo reale della velocità motore e della coppia resistente globale agente sull'albero motore.

In particolare, il blocco osservatore 14 presenta un primo ingresso ricevente la velocità motore misurata ωmeas fornita dal blocco misuratore di velocità di sistema 12, un secondo ingresso ricevente la coppia di combustione Tcmb, una prima uscita fornente una velocità motore osservata ωobs che contiene solo in minima parte le dinamiche secondarie del sistema, ovvero quelle che non costituiscono l'oggetto del controllo e che pregiudicano le prestazioni e la stabilità del sistema stesso, ed una seconda uscita fornente una coppia resistente osservata Robs che rappresenta la coppia resistente globale agente sull'albero motore 2.

Il blocco controllore 15 presenta un primo, un secondo, un terzo ed un quarto ingresso riceventi rispettivamente la coppia ad anello aperto To1, la velocità motore di riferimento ωref, la velocità motore osservata ωobs, e la coppia resistenza osservata Robs, ed una uscita fornente la summenzionata coppia di combustione Tcmb.

II blocco controllore 15 comanda quindi il motore 1, ed in particolare il suo impianto di iniezione, in modo tale che la coppia motrice da questo generata sia esattamente pari alla coppia di combustione Tcmb.

Nella figura 6 è mostrato uno schema a blocchi più dettagliato del blocco osservatore 14.

Secondo quanto illustrato nella figura 6, il blocco osservatore 14 ha una struttura ad anello chiuso in cui la grandezza di retroazione è costituita dalla velocità motore osservata ωobs, la quale contiene solo la dinamica principale e viene fornita al blocco controllore 15 al fine di evitare problemi di instabilità al sistema controllato.

In particolare, il blocco osservatore 14 comprende un blocco sommatore 16 avente un primo ingresso ricevente la velocità motore misurata romeas, un secondo ingresso ricevente la velocità motore osservata ωobs, ed una uscita fornente un errore di velocità motore δωι pari alla differenza fra la velocità motore misurata ωmeas e la velocità motore osservata ωobs; un blocco stimatore di coppia resistente 16 avente un ingresso ricevente l'errore di velocità motore δω, una prima uscita fornente la coppia resistente osservata Robs/ ed una seconda uscita fornente una coppia resistente istantanea Rinst che, a differenza della coppia resistente osservata Robs tiene conto delle variazioni istantanee della coppia resistente agente sull'albero motore 2, ad esempio dovute al passaggio delle ruote del veicolo su una buca o su una cunetta del manto stradale; ed un blocco modello di sistema 17, nel quale è memorizzato il modello comportamentale del sistema costituito dal motore 1, dalla trasmissione 3 e dal veicolo 4, avente un primo ingresso ricevente la coppia di combustione Tcmb, un secondo ingresso ricevente la coppia resistente istantanea Rinst, ed una uscita fornente la succitata velocità motore osservata <(>ωobs fornita al blocco sommatore.

In particolare, il blocco modello di sistema 17 determina la velocità motore osservata ωobs in funzione della coppia di combustione del motore Tcmb e della coppia resistente istantanea Rinst secondo la seguente relazione :

3)

dove g è il guadagno del modello del sistema.

Nella figura 7 è mostrato uno schema a blocchi più dettagliato del blocco stimatore di coppia resistente 17 che stima la resistenza globale agente sull'albero motore in funzione della differenza fra la velocità motore misurata ωmeas e la velocità motore osservata ωobs · In particolare, si evidenzia il fatto che la struttura dello stimatore di resistenza mostrata nella figura 7 è una conseguenza di un'assunzione di base secondo cui la coppia resistente globale agente sull'albero motore rimane costante durante un periodo di campionamento. Tale assunzione è la stessa che si fa in un controllo PI (proporzionale-integrale) , ed infatti in regime stazionario il comportamento della coppia resistente osservata Robs è simile al comportamento della componente integrale di tale controllo PI.

Con riferimento alla figura 7, il blocco stimatore di coppia resistente 17 comprende un primo blocco moltiplicatore 19 avente un ingresso ricevente l'errore di velocità motore δω1 ed una uscita fornente una variazione di coppia resistente osservata δΤι pari al prodotto dell'errore di velocità motore δω1 per un coefficiente moltiplicativo K1; un primo blocco sommatore 20 avente un primo ingresso ricevente la variazione di coppia resistente osservata δΤ1, un secondo ingresso ricevente la coppia resistente osservata Robs, ed una uscita fornente una coppia resistente aggiornata Rup pari alla somma della coppia resistente osservata RQbS e della variazione di coppia resistente osservata δΤι; ed un blocco ritardatore 21 avente un ingresso ricevente la coppia resistente aggiornata Rup ed una uscita fornente la coppia resistente osservata Robs·

Si fa notare come il blocco ritardatore 21, il primo blocco sommatore 20 ed il ramo di retroazione con il quale la coppia resistente osservata Robs viene riportata al primo blocco sommatore 20 costituiscono di fatto un sommatore discreto attraverso il quale ad ogni istante di campionamento la coppia resistente osservata Robs viene aggiornata con la variazione di coppia resistente osservata δΤ1.

Il blocco stimatore di coppia resistente 17 comprende inoltre un secondo blocco moltiplicatore 22 avente un ingresso ricevente l'errore di velocità motore δωι ed una uscita fornente una variazione di coppia resistente istantanea δΤ2 pari al prodotto dell'errore di velocità motore δωι per un coefficiente moltiplicativo K2; ed un secondo blocco sommatore 23 avente un primo ingresso ricevente la coppia resistente osservata R0bs, un secondo ingresso ricevente la variazione di coppia resistente istantanea δΤ2, ed una uscita fornente la succitata coppia resistente istantanea Rinst come somma della coppia resistente osservata Robs e della variazione di coppia resistente istantanea δΤ2.

Come si può notare, se l'errore di velocità motore δω1 è nullo (δω1=0), allora la coppia resistente osservata Robs è considerata essere corretta, per cui viene mantenuta costante. Se invece l'errore di velocità motore δω1 non è nullo (δωι≠0), allora l'errore di velocità motore δωι è considerato essere causato:

a) da una variazione permanente della coppia resistente osservata Robs (o da una differenza permanente fra la coppia di combustione richiesta dal conducente e la coppia di combustione effettivamente ottenuta) . Questa variazione (differenza) di coppia viene calcolata tramite il coefficiente moltiplicativo K1:

4)

Il termine δΤι aggiorna la coppia resistente osservata Robs, per cui continuerà ad influenzare in futuro la velocità motore osservata ωobs;

b) da una variazione accidentale della coppia resistente osservata Robs (o da una differenza accidentale fra la coppia di combustione richiesta dal conducente e la coppia di combustione effettivamente ottenuta) . Questa variazione (differenza) di coppia viene calcolata tramite il coefficiente moltiplicativo K2:

5)

Il termine δΤ2 non aggiorna la coppia resistente osservata Robs, ma influenza solamente il prossimo valore della velocità motore osservata ωobs attraverso la coppia resistente istantanea Rinst secondo la seguente relazione :

6)

Il termine δΤ2 è infatti calcolato proprio per correggere solo la coppia resistente istantanea Rinst e quindi la velocità motore osservata ωobs a. causa della succitata variazione accidentale, ma non la coppia resistente osservata Robs, come precedentemente spiegato.

I due coefficienti moltiplicativi K1 e K2 sono funzione del tempo di convergenza del blocco osservatore 14 ed il loro calcolo può essere effettuato utilizzando formule largamente note in letteratura (si veda al riguardo qualsiasi testo approfondito di teoria dei controlli automatici).

Nella figura 8 è mostrato uno schema a blocchi più dettagliato del blocco tracciatore 13 che gestisce le fasi di riequilibrio, ossia le transizioni fra i vari stati del sistema o fra i differenti valori della velocità motore obiettivo ωtarg-Secondo quanto mostrato nella figura 8, il blocco tracciatore 13 presenta una struttura ad anello aperto, la quale è una conseguenza dell'assunzione che il blocco tracciatore considera il sistema come perfettamente descritto dal modello di sistema.

In particolare, il blocco tracciatore 13 comprende un blocco generatore di profili di coppia 24 ("torque outline block") avente un primo, un secondo, un terzo ed un quarto ingresso riceventi rispettivamente la coppia massima erogabile dal motore Tmax, la velocità motore obiettivo ωtarg, la velocità motore di riferimento (ωref, e la posizione del pedale dell'acceleratore APP, ed una uscita fornente la coppia ad anello aperto To1 che, come detto, rappresenta la coppia che il motore deve istante per istante erogare affinché la velocità motore ωeng segua la velocità motore di riferimento ωref; ed un blocco modello di sistema 25 identico al blocco modello di sistema 18 di figura 6, ed avente un ingresso ricevente la coppia ad anello aperto To1 ed una uscita fornente la velocità motore di riferimento ωref.

In particolare, si sottolinea il fatto che dall'assunzione sopra riportata secondo cui il blocco tracciatore 13 considera il sistema come perfettamente descritto dal modello di sistema, deriva che, dal punto di vista del blocco tracciatore 13 stesso, la velocità angolare del sistema (ossia la grandezza controllata) è la velocità motore di riferimento ωref.

Per tale motivo, infatti, il blocco generatore di profili di coppia 24 opera confrontando la velocità motore di riferimento ωref con la velocità motore obiettivo ωtarg al fine di stabilire se il sistema debba essere accelerato o meno.

Se la velocità motore di riferimento ωref è differente dalla velocità motore obiettivo ωtarg

((ωref≠ωtarg), allora il blocco generatore di profili di coppia 24 dà inizio ad una fase di riequilibrio e genera sulla propria uscita una coppia ad anello aperto To1 avente un andamento nel tempo di tipo trapezoidale mostrato nella figura 9.

In particolare, i parametri definenti l'andamento trapezoidale della coppia ad anello aperto To1, cioè il valore massimo To1,max (che non supera mai la coppia massima erogabile dal motore Tmax), la pendenza α1 del tratto ascendente e la pendenza α2 del tratto discendente costituiscono i parametri caratteristici del blocco tracciatore 13 e sono funzione della posizione del pedale dell'acceleratore e della marcia innestata nel cambio di velocità.

In dettaglio, a ciascuno dei parametri caratteristici del blocco tracciatore 13 è associato un intervallo di variazione ammissibile delimitato da un valore minimo e da un valore massimo, i quali sono funzione della marcia innestata e sono ottenuti mediante prove sperimentali effettuate dal costruttore, ed il valore di ciascun parametro caratteristico viene determinato tramite una interpolazione lineare tra la rispettiva coppia di valori minimo e massimo in funzione della posizione del pedale dell'acceleratore.

In particolare, se il pedale dell'acceleratore non è premuto (APP=0%), allora ciascun parametro caratteristico assumerà il rispettivo valore minimo, se il pedale dell'acceleratore è premuto a metà (APP=50%), allora ciascun parametro caratteristico assumerà il valore intermedio fra il rispettivo valore minimo ed il rispettivo valore massimo, mentre se il pedale dell'acceleratore è completamente premuto (APP=100%), allora ciascun parametro caratteristico assumerà il rispettivo valore massimo.

Ad esempio, le pendenze ai ed a2 dei tratti ascendenti e discendenti dell'andamento trapezoidale della coppia ad anello aperto TQi possono essere calcolate tramite la seguente formula:

Una formula analoga può essere utilizzata per calcolare il valore massimo To1,max della coppia ad anello aperto To1.

La fase di riequilibrio è terminata quando la velocità motore di riferimento ωref raggiunge la velocità motore obiettivo (ωtarg e quindi la coppia ad anello aperto Toi diventa pari a zero, ossia:

e questa situazione persiste fino a quando una delle seguenti condizioni accade:

- la velocità motore obiettivo (ωtarg cambia;

- lo stato del sistema cambia e la velocità motore di riferimento ωref viene inizializzata con un differente valore.

Se ciò porta nuovamente ad avere ωref≠ωtarg , allora il blocco tracciatore 13 dà inizio ad una nuova fase di riequilibrio.

La corrispondente velocità motore di riferimento ωref può essere calcolata con la seguente relazione:

Con il profilo di coppia mostrato nella figura 9, durante il transitorio di velocità, la velocità motore di riferimentoω-ref passa dal valore assunto prima dell'inizio del transitorio al valore obiettivo ωtarg con un andamento del tipo mostrato nella figura 10, che fa sì che la fase di riequilibrio risulti dolce (<x>'smooth") e quindi il transitorio di velocità confortevole per il conducente ed i passeggeri del veicolo.

Nella figura 11 è mostrato uno schema a blocchi più dettagliato del blocco controllore 15, il quale, come precedentemente detto, è collegato al blocco tracciatore 13 ed al blocco osservatore 14 e genera in uscita la coppia di combustione Tcmb che consente di ottenere il transitorio di velocità desiderato.

In particolare, il blocco controllore 15 comprende un primo blocco sommatore 26 avente un primo ingresso ricevente la velocità motore di riferimento <(>ωref, un secondo ingresso ricevente la velocità motore osservata (ωobs , ed una uscita fornente un errore di velocità motore δω2 pari alla differenza fra la velocità motore di riferimento ωref e la velocità motore osservata ωobs; un blocco moltiplicatore 27 avente un ingresso ricevente l'errore di velocità motore δω2 ed una uscita fornente una coppia proporzionale Tprop pari all'errore di velocità motore δω2 moltiplicato per un coefficiente moltiplicativo K3; un secondo blocco sommatore 28 avente un primo ingresso ricevente la coppia proporzionale Tprop, un secondo ingresso ricevente la coppia resistente osservata Robs, ed una uscita fornente una coppia ad anello chiuso Tc1 pari alla differenza fra la coppia proporzionale Tprop e la coppia resistente osservata RobS; ed un terzo blocco sommatore 29 avente un primo ingresso ricevente la coppia ad anello chiuso Tc1, un secondo ingresso ricevente la coppia ad anello aperto To11 ed una uscita fornente la coppia di combustione Tcmb come somma della coppia ad anello chiuso Tc1 e della coppia ad anello aperto To1.

Come si può notare, la coppia di combustione Tcmb è la somma di due contributi:

a) la coppia ad anello chiuso Tc1, il cui obiettivo è quello di far sì che la velocità motore osservata co0bs segua la velocità motore di riferimento ωref; inoltre essa è a sua volta la somma di due contributi:

al) la coppia proporzionale Tprop, che è proporzionale alla differenza fra la velocità motore di riferimento ωref e la velocità motore osservata ω0bs/ ossia:

dove K3 è il parametro che definisce il blocco controllore;

a2) la coppia resistente osservata Robs, il cui comportamento in regime stazionario è simile a quello della componente integrale di un controllo ad anello chiuso di tipo proporzionale-integrale. b) la coppia ad anello aperto To1, la quale fa sì che la velocità motore di riferimento ωref segua la velocità motore obiettivo ωtarg durante la fase di riequilibrio .

Analogamente a quanto detto a riguardo dei coefficienti moltiplicativi K1 e K2, anche il coefficiente K3 è funzione del tempo di convergenza del blocco osservatore 14 ed il suo calcolo può essere effettuato utilizzando formule largamente note in letteratura (si veda al riguardo qualsiasi testo approfondito di teoria dei sistemi).

Nella figura 12 è mostrato l'andamento della coppia ad anello chiuso Tc1 in funzione della velocità motore osservata ωobs. Come si può notare, quando ω0bs=ωref allora Tc1=-Robs, cioè nessuna accelerazione/decelerazione ad anello chiuso è richiesta .

Come precedentemente detto, un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda il modo in cui il blocco misuratore di velocità di sistema 12 fornisce in uscita la velocità motore misurata ωmeas in funzione della velocità motore ωeng e della velocità veicolo ωVeh.

In particolare, la velocità motore ωeng è una grandezza fornita dal relativo dispositivo di misura in tempo reale in corrispondenza dei punti morti superiori dei pistoni dei rispettivi cilindri ed è disponibile immediatamente dopo metà della rotazione dell'albero motore 2 a cui si riferisce (180° di angolo motore). Tuttavia essa contiene tutte le dinamiche menzionate all'inizio di questa trattazione, non solo da quella principale, per cui per rimuovere le dinamiche indesiderate, essa necessita di essere elaborata nel modo descritto in maggior dettaglio nel seguito.

In dettaglio, il rumore che affligge la velocità motore ωeng si manifesta nella diversità dei singoli valori della velocità motore forniti dal relativo dispositivo di misura in ogni ciclo motore in corrispondenza dei rispettivi punti morti superiori anche quando la velocità motore ωeng stessa è mediamente costante sul ciclo motore, ed è tipicamente generato dalla presenza di disuniformità di comportamento dei vari componenti del motore o dell'impianto di iniezione legate ad esempio a tolleranze costruttive dei componenti, in particolare degli elettroiniettori.

La velocità veicolo ωveh, invece, non contiene la dinamica di ciclo e presenta una dinamica di trasmissione notevolmente ridotta. Tuttavia, essa è una grandezza ritardata rispetto alla velocità motore ωeng, che è la grandezza di controllata, e tale ritardo è dovuto all'elasticità della trasmissione ed è incrementato dal tempo di trasmissione ("transmission time") se il segnale è disponibile tramite una rete CAN. Alla luce<' >delle caratteristiche sopra indicate, la scelta di quale fra la velocità motore ωeng e la velocità veicolo ωveh il blocco misuratore velocità di sistema 12 utilizza per generare la velocità motore misurata ωmeas dipende dal tipo di applicazione. In particolare, in tutte quelle applicazioni in cui l'utilizzo della velocità veicolo ωveh costituisce un effettivo miglioramento rispetto all'utilizzo della velocità motore ωeng, cioè quando la velocità veicolo ωveh è poco ritardata rispetto alla velocità motore ωeng oppure la dinamica di trasmissione in essa contenuta risulta sostanzialmente trascurabile, allora la velocità motore misurata ωmeas è costituita dalla velocità veicolo (ωveh, in tutti gli altri casi, cioè quando la velocità veicolo ωVeh è troppo ritardata rispetto alla velocità motore ωeng oppure la dinamica di trasmissione risulta non trascurabile o ancora la velocità veicolo ωveh non viene misurata in quanto il relativo dispositivo di misura non è previsto, allora la velocità motore misurata ωmeas è funzione della velocità motore ωeng-In particolare, nelle applicazioni in cui il blocco misuratore velocità di sistema 12 utilizza la velocità motore ωeng/ secondo un aspetto della presente invenzione, la velocità motore misurata ωmeas da esso fornita in uscita è costituita dalla velocità motore ωeng misurata dal relativo dispositivo di misura quando la velocità motore ωeng stessa è in una condizione transitoria, mentre è costituita dalla velocità motore opportunamente filtrata su una finestra temporale prefissata, nel seguito indicata con velocità filtrata ωfilt, quando la velocità motore ωeng stessa è in una condizione sostanzialmente stazionaria.

In particolare, dato che il dispositivo di misura della velocità motore ωeng fornisce un valore della velocità motore ωeng per ogni cilindro, in corrispondenza del punto morto superiore del relativo pistone, e ciascuno di tali valori è disponibile immediatamente dopo metà della rotazione dell'albero motore a cui si riferisce, quando la velocità motore ωeng è in una condizione transitoria, allora la velocità filtrata ωfilt viene generata filtrando la velocità motore ωeng su una finestra mobile avente una ampiezza corrispondente ad un ciclo motore, ossia la velocità filtrata ωfilt viene calcolata come media mobile degli ultimi quattro valori forniti dal dispositivo di misura.

La distinzione fra la condizione transitoria e la condizione sostanzialmente stazionaria della velocità motore ωeng viene effettuata sulla base della derivata della velocità filtrata ωfilt ; in particolare, la velocità motore ωeng è considerata essere in una condizione sostanzialmente stazionaria se la derivata della velocità filtrata ωfilt è minore di un determinato valore di soglia almeno per un intero ciclo motore, altrimenti la velocità motore ωeng è considerata essere in una condizione transitoria.

In altri termini, la velocità motore ωeng è considerata essere in condizione sostanzialmente stazionaria se almeno quattro valori successivi della derivata dei valori medi della velocità motore ωeng sono minori del suddetto valore di soglia, il quale è funzione della marcia inserita.

Si fa notare come vi sia una correlazione fra la condizione stazionaria o transitoria della velocità motore ωeng e la condizione operativa del motore. In particolare, la condizione transitoria della velocità motore ωeng coincide con quello stato motore noto in letteratura col nome di regime transitorio, mentre la condizione sostanzialmente stazionaria della velocità motore ωeng coincide con quello stato motore noto in letteratura col nome di regime stazionario.

Nella figura 13 è a titolo di esempio mostrato l'andamento della velocità motore ωeng misurata dal relativo dispositivo di misura, e l'andamento della velocità filtrata ωfilt. In particolare, sulla curva rappresentativa dell'andamento della velocità motore ωeng i puntini rappresentano i singoli valori della velocità motore ωeng forniti dal dispositivo di misura in corrispondenza dei punti morti superiori dei pistoni nei relativi cilindri, mentre sulla curva rappresentativa della velocità filtrata mfiit ciascun puntino rappresenta il valor medio degli ultimi quattro valori della velocità motore ωeng forniti dal dispositivo di misura.

Nella figura 14 è invece mostrato l'andamento della derivata della velocità filtrata ωfilt /dt, ed il valore di soglia, indicato con Th, funzione della marcia inserita, utilizzato per discriminare la condizione transitoria dalla condizione sostanzialmente stazionaria della velocità motore ωeng.

La generazione della velocità motore misurata ωmeas nel modo sopra indicato fa sì che quando la velocità motore ωeng è in una condizione sostanzialmente stazionaria, allora al blocco osservatore viene fornita la velocità filtrata ωfiit in modo da eliminare quelle dinamiche che possono avere riflessi negativi sulla stabilità del sistema, ed il ritardo introdotto dal filtraggio non ha alcuna influenza sul controllo realizzato dal sistema grazie proprio al fatto che in questa condizione il motore si trova ad operare in un regime nel quale le grandezze operative motoristiche o veicolistiche sono sostanzialmente stabili o subiscono lente variazioni che non richiedono interventi repentini del sistema.

Viceversa, quando la velocità motore ωeng è in una condizione transitoria, allora al blocco osservatore viene fornita direttamente la velocità motore ωeng misurata dal dispositivo di misura, per cui il sistema si trova nella condizione di poter realizzare un controllo in tempo reale delle relative grandezze operative.

Come detto all'inizio di questa trattazione, la velocità motore ωeng determinabile dall'equazione 1) che descrive dal punto di vista sistemistico il veicolo ed il suo gruppo motopropulsore, dipende dal momento di inerzia del veicolo e questo dipende a sua volta dalla marcia innestata nel cambio di.velocità del veicolo.

Per questo motivo, quindi, la marcia innestata nel cambio di velocità del veicolo rappresenta una delle grandezze operative del veicolo che la centralina di controllo deve necessariamente determinare per realizzare il controllo della velocità motore ωeng.

Qui di seguito verrà quindi descritto un metodo perfezionato per la determinazione della marcia innestata nel cambio di velocità di un veicolo.

Come- è noto, per ciascuna marcia innestata il cambio di velocità presenta un rispettivo rapporto di trasmissione nominale definito come il rapporto fra la velocità di rotazione dell'albero motore e la velocità di rotazione dell'albero di uscita del cambio di velocità stesso. Tale definizione rimane valida anche quando la frizione è aperta e non vi è quindi una trasmissione del moto in senso proprio fra il motore ed il cambio di velocità.

Attualmente, la marcia innestata nel cambio di velocità viene determinata direttamente dalla centralina elettronica (ECU) calcolando innanzitutto il rapporto fra la velocità di rotazione dell'albero motore e la velocità di rotazione dell'albero di uscita del cambio di velocità, confrontando quindi il rapporto di trasmissione calcolato con una pluralità di intervalli o bande di rapporti di trasmissione centrate, ciascuna, rispetto ad un rispettivo rapporto di trasmissione nominale associato ad un rispettiva marcia del cambio di velocità, ed individuando infine la banda di rapporti di trasmissione all'interno della quale il rapporto di trasmissione calcolato risulta compreso, e quindi la relativa marcia associata.

In dettaglio, le bande di rapporti di trasmissione sono contigue ed immediatamente successive fra loro, ed hanno una ampiezza che è funzione della rispettiva marcia ed assume tipicamente un valore pari a circa ± 20% del rispettivo rapporto di trasmissione nominale.

Sebbene largamente utilizzato, il metodo di determinazione della marcia innestata sopra descritto presenta un inconveniente che non ne consente un adeguato sfruttamento di tutti i pregi.

In particolare, alcuni degli algoritmi implementati dalla centralina di controllo, in particolare quelli dedicati alla gestione delle varie operazioni che compongono un cambio marcia, necessitano di conoscere quando, durante un cambio marcia, il cambio di velocità passa per lo stato di folle in cui nessuna marcia è innestata, e questo riconoscimento è di fatto reso impossibile dalla contiguità delle bande di rapporti di trasmissione.

Per ovviare a tale inconveniente, è stato proposto, ed in alcuni casi implementato, di restringere le bande di rapporti di trasmissione in modo tale da renderle disgiunte, ossìa non contigue, e formare così, tra ciascuna coppia di bande di rapporti di trasmissione adiacenti, una banda alla quale, non essendo associato alcun rapporto di trasmissione, può essere associato lo stato di folle.

In questo modo, durante un cambio marcia, il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo, muovendosi dalla banda di rapporti di trasmissione in cui fino a quel momento era compreso alla banda di rapporti di trasmissione adiacente, transita attraverso una banda di folle, consentendo così il riconoscimento dello stato di folle a quest'ultima associata.

Sebbene consenta di riconoscere il passaggio per lo stato di folle durante un cambio marcia, anche questa soluzione presenta tuttavia un inconveniente che non ne consente un adeguato sfruttamento di tutti i pregi.

In particolare, in alcune particolari condizioni operative del veicolo, ad esempio in veloci transitori di funzionamento generati da brusche frenate o repentine accelerazioni con marcia innestata, l'elasticità torsionale della trasmissione fa sì che le velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità presentino delle oscillazioni attorno ai rispettivi valori nominali che dovrebbero assumere rispettivamente in funzione dei comandi del conducente e della marcia innestata.

In particolare, le oscillazioni della velocità di rotazione dell'albero motore sono sfasate rispetto alle oscillazioni della velocità di rotazione dell'albero di uscita del cambio di velocità e le prime presentano ampiezze maggiori delle seconde a causa dei differenti momenti di inerzia del motore e del veicolo nel suo complesso a cui la trasmissione è collegata.

Le oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità, sebbene scarsamente rilevanti dal punto di vista dell'integrità meccanica della trasmissione e del motore, possono però avere riflessi negativi anche piuttosto rilevanti dal punto di vista controllistico del veicolo.

Infatti, l'ampiezza e lo sfasamento delle oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità possono determinare una temporanea fuoriuscita del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo dalla banda di rapporti di trasmissione in cui fino a quel momento era compreso, e quindi una erronea rilevazione di uno stato di folle da parte della centralina di controllo, con le conseguenze negative dal punto di vista del controllo dell'operatività del veicolo che da ciò derivano.

Per ovviare a tale inconveniente, secondo un aspetto della presente invenzione, l'ampiezza delle bande di rapporti di trasmissione viene modulata in funzione dell'ampiezza delle succitate oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità, in particolare le bande di rapporti di trasmissione vengono allargate proporzionale all'ampiezza delle oscillazioni stesse.

In dettaglio, siccome la coppia utile del motore è la differenza fra la coppia motrice generata dalla combustione e la coppia resistente agente sul motore ed imputabile, fra le altre cose, anche all'elasticità torsionale della trasmissione, l'ampiezza delle oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità viene determinata calcolando la variazione della coppia resistente agente sul motore.

In particolare, la variazione della coppia resistente agente sul motore viene determinata calcolando innanzitutto la variazione della coppia utile del motore, la quale, grazie alla nota relazione lineare fra coppia ed accelerazione angolare del motore, è proporzionale alla derivata seconda del numero di giri del motore (la derivata è la differenza fra il campione attuale e quello precedente), e sottraendo quindi dalla variazione della coppia utile del motore la variazione della coppia di combustione del motore, ossia della coppia motrice generata dalla combustione del combustibile, la quale è una quantità calcolabile dalla centralina di controllo in modo noto e quindi non descritto in dettaglio in funzione della quantità di combustibile iniettato dagli elettroiniettori.

Una volta determinata la variazione della coppia resistente agente sul motore, ne viene quindi determinato l'inviluppo e quindi l'ampiezza di ciascuna delle bande di rapporti di trasmissione viene aumentata proporzionalmente al rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore ed il momento di inerzia del motore stesso.

In particolare, l'estremo superiore di ciascuna banda di rapporti di trasmissione è pari alla somma di un contributo costante determinato nella fase di progetto del veicolo e di un contributo proporzionale al rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore ed il momento di inerzia del motore stesso, mentre l'estremo inferiore di ciascuna banda di rapporti di trasmissione è pari alla differenza fra un contributo costante determinato anch'esso nella fase di progetto del veicolo (e disposto simmetricamente da parte opposta del relativo rapporto di trasmissione nominale rispetto al contributo costante dell'estremo superiore) ed un contributo proporzionale al rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore ed il momento di inerzia del motore stesso.

Il fattore di proporzionalità che lega l'allargamento delle bande di rapporti di trasmissione ed il rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore e l'inerzia del motore stesso è funzione sia dell'ampiezza delle oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità, e quindi delle caratteristiche meccaniche della trasmissione, e dell'allargamento delle bande di rapporti di trasmissione che si desidera ottenere.

La discriminazione invece dello stato di folle o di marcia innestata del cambio di velocità viene effettuata nel seguente modo.

Al termine della cosiddetta fase di avviamento (*cranking") del motore, si suppone che il cambio di velocità sia nello stato di folle, mentre in tutti gli altri casi lo stato di folle del cambio di velocità viene riconosciuto quando il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo appartiene ad una delle bande di folle (ossia non appartiene ad alcuna banda di rapporti di trasmissione).

La transizione dallo stato di folle allo stato di marcia innestata del cambio di velocità viene invece riconosciuta come effettuata solo quando entrambe le seguenti condizioni sono verificate contemporaneamente:

a) il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo appartiene ad una banda di rapporti di trasmissione;

b) il valore assoluto della derivata del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo è minore di un valore di soglia.

La verifica di cui al punto b) viene effettuata allo scopo di evitare che la centralina di controllo rilevi erroneamente una condizione di marcia innestata quando invece il cambio di velocità è nello stato di folle e viene mantenuto in questo stato.

Infatti, immediatamente dopo che il cambio di velocità viene messo in folle e mantenuto in questo stato, non vi è più alcuna trasmissione del moto dal motore alle ruote del veicolo, e quindi le velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità evolvono indipendentemente l'una dall'altra. Per cui, il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo può attraversare le altre bande di rapporti di trasmissione associate alle altre marce del cambio di velocità.

Ad esempio, nel caso in cui la strada percorsa dal veicolo sia in piano, il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo decresce in modo sostanzialmente lineare nel tempo ed attraversa tutte le bande di rapporti di trasmissione associate alle marce del cambio di velocità inferiori a quella innestata prima della messa in stato di folle.

Conseguentemente, se una transizione dallo stato di folle ad uno stato di marcia innestata fosse riconosciuta solo sulla base dell'esito del confronto di cui al punto a), ogni qualvolta il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo viene a trovarsi all'interno di una banda di rapporti di trasmissione durante l'attraversamento delle bande di rapporti di trasmissione associate alle marce del cambio di velocità inferiori a quella innestata prima della messa in stato di folle, la centralina di controllo riconoscerebbe erroneamente uno stato di marcia innestata, mentre in realtà il cambio di velocità continua ad essere in stato di folle.

L'introduzione della verifica di cui al punto b) evita invece il verificarsi di questa erronea rilevazione, a condizione però che il valore di soglia utilizzato nel confronto di cui al punto b) sia minore del valore assoluto della derivata del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo quando il cambio di velocità è in stato di folle.

Infatti, come precedentemente detto relativamente al caso in cui il veicolo percorra una strada in piano, quando il cambio di velocità viene messo in stato di folle il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo decresce in modo sostanzialmente lineare nel tempo, per cui la sua derivata assume un valore costante.

Scegliendo quindi un valore di soglia minore del valore assoluto della derivata del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo quando il cambio di velocità è in stato di folle, ogni qualvolta il rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo viene a trovarsi all'interno di una banda di rapporti di trasmissione durante l'attraversamento delle bande di rapporti di trasmissione associate alle marce del cambio di velocità inferiori a quella innestata prima della messa in stato di folle, la condizione di cui al punto a) risulta verificata, ma non quella di cui al punto b), per cui la centralina di controllo continua giustamente a riconoscere lo stato di folle.

Il valore di soglia utilizzato nel confronto di cui al punto b) non è costante, bensì presenta un andamento simile a quello degli estremi delle bande di rapporti di trasmissione, ossia viene anch'esso modulato in funzione dell'ampiezza delle oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità rispetto al valore che dovrebbero assumere in funzione della richiesta del conducente e della marcia innestata.

In particolare, il valore di soglia è pari alla somma di un contributo costante e di un contributo proporzionale al rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore ed il momento di inerzia del motore stesso.

Alla luce di quanto sopra descritto a riguardo della verifica di cui al punto b), che evita il verificarsi del riconoscimento erroneo di uno stato di marcia innestata quanto il cambio di velocità è in realtà in stato di folle, il contributo costante viene scelto il minore possibile compatibilmente con il rumore associato al rapporto di trasmissione calcolato quando il cambio di velocità è in stato di folle.

Infatti, quando il cambio di velocità è in stato di folle, il veicolo ed il motore sono fra loro disaccoppiati e le oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità attorno al valore che dovrebbero assumere in funzione della richiesta del conducente e della marcia innestata sono nulle, per cui il valore di soglia coincide con il contributo costante ed evita il verificarsi di tale erroneo riconoscimento.

Il contributo proporzionale al rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore ed il momento di inerzia del motore stesso svolge invece la funzione di velocizzare il riconoscimento dello stato di marcia innestata. Infatti, quando una marcia viene innestata e quindi, a seconda che la frizione sia rilasciata bruscamente o meno, si possono manifestare le summenzionate oscillazioni, il contributo proporzionale al rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore ed il momento di inerzia del motore stesso determina un aumento del valore di soglia rispetto al valore assunto nello stato di folle, e tale aumento fa sì che il valore assoluto della derivata del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo impieghi un tempo inferiore a diventare minore del valore di soglia, riducendo conseguentemente il tempo necessario affinché la condizione di cui al punto b) rispetto a quello che occorrerebbe se il valore di soglia continuasse ad.assumere il valore assunto nello stato di folle.

Il fattore di proporzionalità che lega l'aumento del valore di soglia al rapporto fra l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore ed il momento di inerzia del motore stesso viene pertanto scelto in fase di progetto sulla base delle precedenti considerazioni .

Nelle figure 15, 16, 17 e 18 sono a titolo di esempio mostrati gli andamenti di alcune delle grandezze sopra menzionate durante un cambio marcia, ossia durante un transitorio in cui si ha un disaccoppiamento ed un successivo accoppiamento del cambio di velocità al motore del veicolo.

In particolare, nella figura 15 è illustrato, con linea marcata, l'andamento dell'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore, indicata con δTveh; nella figura 16 sono illustrati, con linea marcata, l'andamento del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo, indicato con rtrx, con linea sottile gli andamenti dei due estremi di una delle bande di rapporti di trasmissione, indicata con Bgear, e con linea tratteggiata il valore nominale del rapporto di trasmissione associato a tale banda di rapporti di trasmissione; nella figura 17 è mostrato, con linea marcata, l'andamento del valore assoluto della derivata del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo, indicato con |drtrx| e, con linea tratteggiata, il valore di soglia, indicato con Th, utilizzato nel confronto di cui punto b) sopra descritto; e nella figura 18 è mostrato l'andamento nel tempo dello stato (di folle o di marcia innestata) determinato dalla centralina di controllo.

Come si può notare dall'analisi comparata delle figure 15 e 16, durante il cambio marcia quando l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore assume un valore nullo, la banda di rapporti di trasmissione presenta una ampiezza relativamente ridotta e costante, la stessa assunta nell'arte nota, mentre quando l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore diventa diverso da zero, la banda di rapporti di trasmissione si allarga proporzionalmente all'inviluppo stesso .

Come si può notare invece dall'analisi comparata delle figure 15 e 17, durante il cambio marcia quando l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore assume un valore nullo il valore di soglia assume un valore ridotto pari al contributo costante assunto nell'arte nota, mentre quando l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore assume un valore diverso da zero, il valore di soglia aumenta proporzionalmente all'inviluppo stesso.

Come si può notare infine dall'analisi comparata delle figure 17 e 18, durante il cambio marcia quando il valore assoluto della derivata del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo diventa minore del valore di soglia (confronto di cui al punto b), la centralina di controllo rileva 1'avvenuto cambio marcia, ossia il termine della transizione dallo stato di folle successivo al disinnesto della marcia innestata allo stato di marcia innestata.

Nelle figure 19, 20, 21 e 22 sono invece mostrati gli andamenti delle stesse grandezze rappresentate rispettivamente nelle figure 15, 16, 17 e 18, durante però il movimento in folle ("Idle-Motion") del veicolo, ossia quando il veicolo è in movimento ma il cambio di velocità è in folle, per cui la velocità dell'albero motore e la velocità dell'albero di uscita del cambio di velocità evolvono indipendentemente.

In questa condizione, il cambio di velocità è disaccoppiato dal motore, per cui non è presente alcuna delle summenzionate oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio di velocità.

Pertanto, l'inviluppo della variazione della coppia resistente agente sul motore assume sempre un valore nullo, l'ampiezza della banda di rapporti di trasmissione rimane costante al valore ridotto, il valore di soglia coincide con il contributo costante, il valore assoluto della derivata del rapporto di trasmissione calcolato dalla centralina di controllo rimane sempre maggiore del valore di soglia, per cui la centralina di controllo rileva lo stato di folle.

Inoltre, quando il cambio è in stato di folle, le bande di rapporti di trasmissione presentano un'ampiezza che è funzione della rispettiva marcia ed è tipicamente variabile fra un ± 2% del rispettivo rapporto di trasmissione nominale in quinta marcia ed un ± 4% del rispettivo rapporto di trasmissione nominale in prima marcia .

È stato sperimentalmente verificato dalla richiedente che l'allargamento delle bande di rapporti di trasmissione proporzionalmente all'ampiezza delle oscillazioni delle velocità di rotazione dell'albero motore e dell'albero di uscita del cambio attorno ai valori nominali che dovrebbero assumere in funzione della richiesta del conducente e della marcia innestata, consente di eliminare del tutto i problemi dell'arte nota, ossia di evitare possibili erronee rilevazioni di uno stato di folle da parte della centralina di controllo causata dalle oscillazioni stesse.

Non solo, ma in assenza delle suddette oscillazioni, le bande di rapporti di trasmissione assumono un'ampiezza minore di quella che assumevano nell'arte nota, per cui consentono di accrescere i vantaggi dell'arte nota. Questa caratteristica, in combinazione con la verifica di cui al punto b) sopra descritta, consente di ridurre sensibilmente il rischio di erronea rilevazione di marcia inserita rispetto a quanto avviene nell'arte nota.

Oltre a ciò, l'incremento del valore di soglia utilizzato nel confronto di cui al punto b) proporzionalmente all'ampiezza di tali oscillazioni consente di ridurre sensibilmente il tempo necessario alla centralina di controllo per determinare a quale banda di rapporti di trasmissione appartiene il rapporto di trasmissione calcolato rispetto al caso in cui tale valore di soglia rimanesse costante al valore ridotto.

Da un esame delle caratteristiche della presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere .

In particolare, si sottolinea il fatto che la richiedente ha sperimentalmente verificato come la particolare architettura del dispositivo di controllo mostrata nella figura 5 consenta di superare molti degli inconvenienti che affliggono i dispositivi di controllo noti. In particolare, significativi miglioramenti si sono ottenuti in termini di riduzione sia degli "undershooting" con marcia innestata che degli strattonamenti del veicolo.

Risulta infine chiaro che al dispositivo di controllo qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (1)

1. R IV E N D I CA Z I O N I 1. Dispositivo di controllo (10) della velocità angolare (ωeng) di un motore (1), caratterizzato dal fatto di comprendere: - mezzi tracciatori (13) riceventi in ingresso una velocità motore obiettivo (ωtarg) indicativa della velocità angolare del motore ωeng ) che si desidera raggiungere, ed una coppia massima erogabile dal motore (Tmax)/ e fornenti in uscita una velocità motore di riferimento (ωref) indicativa dell'andamento della velocità angolare del motore (ωeng) durante un transitorio di velocità verso detta velocità motore o obiettivo (ωtarg)/ ed una coppia ad anello aperto (To1) indicativa della coppia motrice che il detto motore (1) deve erogare durante il detto transitorio di velocità affinché la sua velocità angolare (ωeng) segua la detta velocità motore di riferimento (ωref); _ - mezzi osservatori (14) riceventi in ingresso una velocità motore misurata (ωmeas) indicativa della velocità angolare del motore (ωeng)/ ed una coppia di combustione (Tcmb) indicativa della coppia motrice generata dalla combustione del combustibile in detto motore (1), e fornenti in uscita una velocità motore osservata ωobs) rappresentante una stima della velocità angolare del motore (ωeng) effettuata sulla base di un modello di sistema (18) e in funzione di detta coppia di combustione (Tcmb) e di detta velocità motore misurata (ωmeas) , ed una coppia resistente osservata (Robs) rappresentante una stima della coppia resistente globale agente sull'albero motore (2) di detto motore (1) effettuata in funzione di detta velocità motore osservata (ωobS) e di detta velocità motore misurata (ωmeas); e - mezzi controllori (15) riceventi in ingresso la detta coppia ad anello aperto (To1), la detta velocità motore di riferimento (ωref) , la detta velocità motore osservata (r(ωobS), e la detta coppia resistente osservata ((ωobS) / e fornenti in uscita la detta coppia di combustione (Tcmb); i detti mezzi controllori (15) comandando detto motore (1) in modo tale che la coppia motrice generata dalla combustione del combustibile sia pari alla detta coppia di combustione (Tcmb)· 2. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi osservatori (14) determinano detta velocità motore osservata ((ωobS) e detta coppia resistente osservata (Robs) in funzione dello scostamento fra detta velocità motore misurata (ωmeas) e la velocità motore osservata ((ωobS) stessa. 3. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi osservatori (14) comprendono primi mezzi sommatori (16) riceventi in ingresso la detta velocità motore misurata (ωmeas) e la detta velocità motore osservata (ωobs ) r e fornenti in uscita un primo errore di velocità motore (δω1) correlato alla differenza fra la velocità motore misurata (ωmeas) e la velocità motore osservata (ωobs); mezzi stimatori di coppia resistente (17) riceventi in ingresso il detto primo errore di velocità motore (δωι), e fornenti in uscita la detta coppia resistente osservata (Robs ) ed una coppia resistente istantanea (Rinst); primi mezzi di modello di sistema (18) memorizzanti il detto modello comportamentale di sistema, riceventi in ingresso la detta coppia di combustione (Tcmb) e la detta coppia resistente istantanea (Rinst), e fornenti in uscita la detta velocità motore osservata (ωobs )· 4. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi stimatori di coppia resistente (17) comprendono primi mezzi moltiplicatori (19) riceventi in ingresso il detto primo errore di velocità motore (δω1) e fornenti in uscita una variazione di coppia resistente osservata (δω1) correlata al prodotto del primo errore di velocità motore (δω1) per un primo coefficiente moltiplicativo (Ki); secondi mezzi sommatori (20) riceventi in ingresso la detta variazione di coppia resistente osservata (δω1) e la detta coppia resistente osservata (Robs) , e fornenti in uscita una coppia resistente aggiornata (Rup) correlata alla somma della coppia resistente osservata (Robs) e della variazione di coppia resistente osservata (δω1); mezzi ritardatori (21) riceventi in ingresso la detta coppia resistente aggiornata (Rup) e fornenti in uscita la detta coppia resistente osservata (Robs); secondi mezzi moltiplicatori (22) riceventi in ingresso il detto primo errore di velocità motore (δω1) e fornenti in uscita una variazione di coppia resistente istantanea (δΤ2) correlata al prodotto del primo errore di velocità motore (δω1) per un secondo coefficiente moltiplicativo (K2); e terzi mezzi sommatori (23) riceventi in ingresso la detta coppia resistente osservata (Robs) e la detta variazione di coppia resistente istantanea (δτ2) , e fornenti in uscita la detta coppia resistente istantanea (Rinst) correlata alla somma della coppia resistente osservata (Robs) e della variazione di coppia resistente istantanea (δτ2) . 5. Dispositivo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi tracciatori (13) comprendono mezzi generatori di profili di coppia (24) riceventi in ingresso la detta coppia massima erogabile dal motore (Tmax) , la detta velocità motore obiettivo (ωtarg)/ la detta velocità motore di riferimento (ωref) , e la detta posizione del pedale dell'acceleratore (APP), e fornenti in uscita la detta coppia ad anello aperto (To1) ; detta coppia ad anello aperto (To1) presentando, quando la detta velocità motore di riferimento (ωref) differisce dalla detta velocità motore obiettivo (ωtarg)/ un andamento nel tempo di tipo trapezoidale; detti mezzi tracciatori (13) comprendendo inoltre secondi mezzi di modello di sistema (25)memorizzanti il detto modello di sistema, riceventi in ingresso la detta coppia ad anello aperto (To1) e fornenti in uscita la detta velocità motore di riferimento (ωΓθί) . 6. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto andamento nel tempo di tipo trapezoidale di detta coppia ad anello aperto (To1) essendo definito da parametri caratteristici comprendenti il valore massimo (To1,m ) assumibile dalla coppia ad anello aperto (To1), la pendenza (α1) del tratto ascendente dell'andamento trapezoidale, e la pendenza (α2) del tratto discendente dell'andamento trapezoidale; a ciascuno di detti parametri caratteristici essendo associato un intervallo di variazione ammissibile delimitato da un valore minimo e da un valore massimo, ed il valore di ciascun parametro caratteristico essendo funzione della posizione del pedale dell'acceleratore (APP). 7. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il valore di ciascun detto parametro caratteristico essendo determinato effettuando una interpolazione lineare tra la rispettiva coppia di valori minimo e massimo in funzione della posizione del pedale dell'acceleratore (APP). 8. Dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che il valore minimo ed il valore massimo delimitanti l'intervallo di variazione ammissibile di ciascun detto parametro caratteristico è funzione della marcia innestata in un cambio di velocità (6) di detto veicolo (4).._ 9. Dispositivo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi controllori (15) comprendono quarti mezzi seminatori (26) riceventi in ingresso la detta velocità motore di riferimento (mref) e la detta velocità motore osservata (ωobs)/ e fornenti in uscita un secondo errore di velocità motore (δω2) pari alla differenza fra la velocità motore di riferimento (ωref) e la velocità motore osservata (ωobs) ; terzi mezzi moltiplicatori (27) riceventi in ingresso il detto secondo errore di velocità motore (δω2) e fornenti in uscita una coppia proporzionale (Τρroρ) correlata al prodotto del secondo errore di velocità motore (δω2) moltiplicato per un terzo coefficiente moltiplicativo (K3) ; quinti mezzi sommatori (28) riceventi in ingresso la detta coppia . proporzionale (Τρroρ) e la detta coppia resistente osservata (Robs), e fornenti in uscita una coppia ad anello chiuso (Tc1) correlata alla differenza fra la coppia proporzionale (Tprop) e la coppia resistente osservata (Robs) ; e sesti mezzi sommatori (29) riceventi in ingresso la detta coppia ad anello chiuso, (Tc1) e la detta coppia ad anello aperto (To1), e fornenti in uscita la detta coppia di combustione (Tcmb) correlata alla somma della coppia ad anello chiuso (Tc1) e della coppia ad anello aperto (To1)· 10. Metodo di controllo della velocità angolare ((ωeng) di un motore (1), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - fornire una velocità motore obiettivo (ωtarg) indicativa della velocità angolare del motore (ωeng) che si desidera raggiungere, ed una coppia massima erogabile dal motore (Tmax); - generare una velocità motore misurata (ωmeas) indicativa della velocità angolare del motore (ωeng), ed una coppia di combustione (Tcmb) indicativa della coppia motrice generata dalla combustione del combustibile in detto motore (1); - generare una velocità motore di riferimento (ωref) indicativa dell'andamento della velocità angolare del motore (ωeng) durante un transitorio di velocità verso detta velocità motore obiettivo (ωtarg)r ed una coppia ad anello aperto (To1) indicativa della coppia motrice che il detto motore (1) deve erogare durante il detto transitorio di velocità affinché la sua velocità angolare (ωeng) segua la detta velocità motore di riferimento (ωref) in funzione di detta coppia massima erogabile dal motore (Tmax) e di detta velocità motore obiettivo (ωtarg ) - generare una velocità motore osservata (ωobs) rappresentante una stima della velocità angolare del motore (meng) effettuata sulla base di un modello di sistema (18) e in funzione di detta coppia di combustione (Tcmb) e di detta velocità motore misurata (ωmeas)/ ed una coppia resistente osservata (Robs) rappresentante una stima della coppia resistente globale agente sull'albero motore (2) di detto motore (1) effettuata in funzione di detta velocità motore osservata (ωobs) e di detta velocità motore misurata (ωmeas); - generare detta coppia di combustione (Tcmb) in funzione di detta coppia ad anello aperto (To1), detta velocità motore di riferimento (ωref), detta velocità motore osservata (ωobs) e detta coppia resistente osservata (R0bs); e - comandare detto motore (1) in modo tale che la coppia motrice generata dalla combustione del combustibile sia pari alla detta coppia di combustione (Tcmb )· 11. Dispositivo di controllo della velocità angolare di un motore, sostanzialmente come descritto con riferimento ai disegni allegati. 12. Metodo di controllo della velocità angolare di un motore, sostanzialmente come descritto con riferimento ai disegni allegati.