HBM sul Banco Prova: La Allison Transmission mette la HBM alla prova

La Allison Transmission, una divisione della General Motors, è un fornitore di classe mondiale di trasmissioni automatiche medie e pesanti. La società commercializza anche la Allison Electric Drives™, una linea di sistemi di propulsione elettrica ibrida sviluppata per vari mercati di mezzi di trasporto.

Banchi prova per propulsori elettrici ibridi ...

Combinando la potenza del motore elettrico CA con una trasmissione meccanica convenzionale, il sistema di propulsione elettrica ibrida è in grado di ridurre il fabbisogno del motore, abbassando così le emissioni ed il consumo di carburante. Utilizzando il motore elettrico come generatore durante la decelerazione, l'energia di frenata del veicolo viene recuperata e conservata come energia della batteria, per essere poi usata nei periodi di picco del carico. Viene così estesa la vita dei freni e si riducono i costi di manutenzione e di fermo macchina.

Impiego della Tecnologia HBM

La Allison usa principalmente i prodotti HBM per gestire le misurazioni di coppia e velocità del dinamometro impiegato per lo sviluppo elettrico ibrido delle trasmissioni sui propri banchi prova. Attualmente, sui propri sistemi di prova vengono utilizzati il torsiometro a flangia T10F, quello T32 FNA, e l'amplificatore di misura PME MP60.

Il banco prova trasmissioni ibride della Allison è costituito da un dinamometro o motore d'ingresso per provare la trasmissione e di un altro dinamometro per il carico di uscita.

L'ingresso della trasmissione dispone di un torsiometro a flangia HBM T10F montato in linea fra il dinamometro (o motore) e l'unità in prova. Questo trasduttore è stato personalizzato dalla HBM per ottenere la velocità operativa di 12.000 giri/minuto. L'uscita della trasmissione ha un torsiometro personalizzato T32 FNA con l'antenna telemetrica del T10F per incorporare un sensore di velocità di risoluzione più elevata. Usando l'amplificatore di misura PME MP60, vengono condizionati i segnali di coppia e velocità e poi trasferiti come segnali CC già scalati al sistema di acquisizione dati della cella di prova.

Fig. 1: Trasmissione automatica Allison vista dal lato di uscita del banco prova 

Vantaggi della Tecnologia HBM: Facile installazione – nessun allineamento, nessun cuscinetto.

Con i torsiometri HBM a trasmissione telemetrica, non occorre alcun cuscinetto di supporto ed alcun specifico allineamento del trasduttore come avviene con il tradizionale trasformatore rotante con piede di appoggio o con le unità a collettore rotante e spazzole.

L'installazione risulta semplificata dato che il generoso traferro rende molto facile il montaggio dell'antenna. Infine, lo stretto profilo del torsiometro a flangia T10F lascia libera una preziosa lunghezza per lo spazio di prova. 

L'elevata rigidità minimizza l'effetto del carico dinamico

È compito di ogni ingegnere di prova il minimizzare l'influenza sul buon funzionamento del sistema con cui si vogliono acquisire le misurazioni, perturbato dall'introduzione di un sensore.

In un banco prova dinamometrico, il trasduttore o sensore di coppia è solo una parte di un complicato sistema di misura destinato a fornire coppie dinamiche all'unità in prova, senza influenzare la risposta all'applicazione della coppia d'ingresso o del carico in uscita. Il fattore principale per minimizzare l'effetto del carico dinamico sul sistema di misurazione della coppia è la rigidità. Il T10F è particolarmente rigido, disponendo di un'eccellente sensibilità alla coppia, ottima linearità e minima deflessione torsionale.

Alta precisione pur mantenendo il necessario campo di sovraccarico della coppia

Nei banchi prova trasmissioni si verificano elevate coppie transitorie, particolarmente all'uscita della trasmissione. Durante la fase di sviluppo, certe regolazioni possono provocare la risonanza della trasmissione. I picchi di coppia generati possono essere da 8 a 10 volte maggiori della coppia iniziale. Il dimensionamento inadeguato del trasduttore per questi sovraccarichi può comportare il raggiungimento del campo non lineare del sensore, causando segnali transitori errati ed errori di misura, oltre a danni potenziali del torsiometro. I prodotti T10F e T32 FNA della HBM forniscono l'elevata accuratezza richiesta per l'intero campo di misura, pur mantenendo la capacità di sovraccarico di cui necessita la Allison.

I campi di misura multipli necessari ad aumentare la risoluzione e la precisione alle basse coppie nello sviluppo delle trasmissioni, sono spesso caratterizzati dalla perdita di trascinamento (spin) dell'unità in prova. Queste misurazioni di trascinamento della coppia sono minuscole rispetto alle coppie nominali d'ingresso e di uscita.

Tradizionalmente, per misurare queste flebili perdite di trascinamento si dovrebbero installare torsiometri di bassa portata oppure utilizzare un banco prova separato. L'allestimento del banco prova richiede molto tempo e maggiori costi. Pertanto sarebbe desiderabile un trasduttore con alta risoluzione ed accuratezza sia per gli alti ed i bassi campi di misura.

Usando l'amplificatore di misura PME MP60 della HBM, la Allison è in grado di tarare il trasduttore per due (o più) campi di misura e di scalare l'uscita per aumentare la risoluzione del proprio sistema di acquisizione dati. Ne consegue che viene migliorata la precisione del campo di basse coppie per ottenere la precisa determinazione delle perdite di trascinamento, senza la necessità di sostituire il trasduttore o di allestire un secondo banco prova.

Risoluzione della velocità ed eccellente immunità alle interferenze

Le prove su trasmissioni automatiche e propulsori ibridi comporta risposte altamente dinamiche all'ingresso ed all'uscita della trasmissione. Per misurare i grandi carichi di coppia, è stato specificato un torsiometro T32 FNA per l'uscita della trasmissione. Tuttavia, il sensore di velocità standard di questo trasduttore non possiede una banda passante adeguata per tale applicazione. La HBM ha studiato una soluzione personalizzata del sensore di velocità utilizzando la struttura e l'antenna del sensore di velocità del torsiometro T10F.

Fig. 3: T32 FNA all'uscita della trasmissione

In genere, i sistemi elettrici ibridi funzionano con convertitori CC o CA che commutano ON OFF l'alta tensione CC che produce il segnale CA per il motore. Questa commutazione ad alta frequenza ed alta tensione può generare interferenze EMI che perturbano i trasduttori e corrompono il processo di misurazione dei sensori nel sistema di prova (p.es. i torsiometri). I torsiometri ed i condizionatori di segnale HBM offrono una superba integrità del segnale nonostante le intrinseche interferenze di misura.

Terry Ledgerwood, Allison Transmission

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