Le richieste di moderni banchi prova nell'industria automobilistica sono in costante aumento, ad esempio le simulazioni realistiche ed i loro effetti sulle trasmissioni. Esempi tipici di simulazioni realistiche sono quelli riguardanti le vibrazioni del treno di trasmissione, cioè i processi di accoppiamento e di cambio marcia, oltre alle simulazioni nel contesto dell'impiego dei moderni sistemi di assistenza alla guida, quali l'ABS e l'ESP, per quanto riguarda i processi dinamici durante la frenata o l'accelerazione su diverse pavimentazioni stradali.

Tutti questi processi influenzano il treno di trasmissione del veicolo. Per indagare su queste influenze, sono necessari banchi prova che consentano la simulazione e, quindi, la misurazione dei processi dinamici. Tutto questo richiede notevoli proprietà dinamiche,  dei componenti del banchi e, inevitabilmente, elevate prestazioni delle apparecchiature di misura e prova e dei sensori usati per la misurazione della coppia e della velocità rotazionale. 

Integrazione della coppia e della velocità rotazionale

Modulo interfaccia coppia TIM-EC

Oltre ai segnali di uscita classici, quali frequenza e tensione, i torsiometri della HBM sono caratterizzati dall'interfaccia digitale TMC (Torque Measurement Communication - Comunicazione delle Misurazioni della Coppia) sullo statore. I torsiometri sono perciò utilizzabili in modo molto flessibile. Essi possono essere integrati negli ambienti di automazione e controllo sia con i segnali di uscita classici di frequenza e tensione che con la moderna tecnologia a bus di campo basata su Ethernet, come la EtherCAT. L'integrazione si fonda sul concetto di intefaccia TIM-EC modulare ed altamente flessibile. 

TIM-EC è un modulo interfaccia bicanale EtherCAT. I segnali di velocità rotazionale compatibili RS-422 della serie di torsiometri T40 si possono collegare in aggiunta a quello della coppia digitale del TMC. Nel bus EtherCAT sono disponibili i seguenti valori di misura:

  • Coppia 
  • Velocità rotazionale 
  • Angolo di rotazione 
  • Potenza

I valori di misura sopra specificati vengono trasmessi in modo ciclico. Sono disponibili due filtri passa-basso ciascuno (TP1 e TP2) per i valori della coppia e della velocità rotazionale, impostabili indipendentemente uno dall'altro.

Funzionalità di accoppiatore

Il modulo interfaccia coppia TIM-EC dispone ora anche della funzionalità di accoppiatore. Il flusso di dati proveniente dai torsiometri della serie T40 è disponibile nel bus portamoduli (10 + 2 interfacce) del modulo interfaccia. Questo modulo assume la funzione di accoppiatore e rende il flusso di dati di misura del torsiometro disponibile agli altri moduli interfaccia coppia connessi.

Fig. 1: Tecnologia di misura della coppia - Accoppiamento di reti differenti

I valori di coppia e velocità rotazionale in arrivo possono essere scalati, filtrati, configurati e parametrizzati nei moduli interfaccia, individualmente e senza alcuna reazione avversa. Ad esempio, tali impostazioni risultano utili quando i valori di misura di un torsiometro devono essere disponibili su reti differenti, con livelli di automazione e controllo completamente indipendenti

Ciò garantisce che i valori di misura siano ottimizzati ed adattati indipendentemente al rispettivo compito di misura, ad esempio per controllo od automazione. Quest'impostazione è il prerequisito per la futura operatività mista di diverse potenti reti di Ethernet industriale con i torsiometri. In futuro, questa configurazione consentirà il  funzionamento simultaneo dei torsiometri in reti EtherCAt e PROFINET, garantendo così la comunicazione in tempo reale fra le due reti. La funzionalità di intercomunicazione ora integrata - chiamata anche comunicazione TIM-a-TIM - impone nuovi standard per la flessibilità.

Per restare al passo coi tempi, viene usato un web server integrato per la  parametrizzazione dei moduli interfaccia EtherCAT - eliminando la necessità di installare software addizionale. Quindi, il TIM-EC può essere connesso, parametrizzato, provato ed analizzato utilizzando un PC standard con scheda Ethernet. Ogni modulo viene configurato indipendentemente tramite l'interfaccia Ethernet integrata. Tutti i moduli sono stati impostati come 'Master' in fabbrica e tali restano se usati come dispositivo singolo. I moduli interfaccia richiedono la configurazione via web server integrato per abilitare la modalità di intercomunicazione ed assegnare le corrispondenti funzionalità.  

Fig. 2: Parametrizzazione nel web server

Indagine sui modi di configurazione

Modo Master >>>>>> Presunto

  1. Modo Super-Master >>>>>>> Intercomunicazione
  2. Modo Slave >>>>>>>> Intercomunicazione

Il modulo interfaccia a cui è connesso il torsiometro deve essere configurato come 'Super-Master' (accoppiatore) ed il modulo senza torsiometro come 'Slave'.

Il Super-Master (accoppiatore) gestisce i dati nell'impostazione e rende disponibile il flusso di dati di misura per il bus portamoduli (10+2 bus). Inoltre, solo la stazione di testa configurata come Super-Master ha pieno accesso al torsiometro collegato. Ciò significa, ad esempio, che il segnale di shunt può essere sganciato solo dal Super-Master.

Lo Slave ascolta il flusso di dati di comunicazione fra il torsiometro ed il Super-Master (accoppiatore). Nella configurazione, esso si comporta virtualmente come un "ascoltatore".

Conclusioni

Il modulo interfaccia coppia TIM-EC è un sistema estremamente potente che consente l'integrazione di segnali di coppia e velocità rotazionale altamente dinamici, con una struttura di rete completa e potente. La nuova funzionalità di intercomunicazione, per l'accoppiamento di reti differenti quali EtherCAT, impone nuovi standard di flessibilità nella tecnologia di misura della coppia. Inoltre, la futura possibilità di accoppiare diverse soluzioni basate sulla Ethernet Industriale come la EtherCat con reti Profinet, contribuisce ad accrescerne la flessibilità. 

Oltre ad elaborare i dati, è preimpostata e disponibile per gli utenti una completa informazione diagnostica. Usando l'adeguata strumentazione in tempo reale, il TIM-EC supporta  tempi di ciclo del bus  ≤ 20 kHz e, inoltre, minimizza la latenza dei messaggi. Il sistema offre quindi la dinamica necessaria per implementare la simulazione di cicli di guida e di carico altamente dinamici. Infine, il web server integrato facilita notevolmente la gestione e la parametrizzazione, eliminando così la necessità di installare software aggiuntivo. 

EtherCAT e la misurazione della coppia

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