BR112016023821B1 - DISPLACEMENT CONTROL PROCESS OF A CLUTCH CONTROL ELEMENT - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE CONTROLE DO DESLOCAMENTO DE UM ELEMENTO DE COMANDO DE EMBREAGEM. Processo de controle do deslocamento de um elemento de comando de embreagem por um sistema de acionamento irreversível composto de um motor elétrico de acionamento ligado por meios de transmissão mecânicos ao elemento de comando de embreagem, por envio ao motor elétrico de uma tensão de referência (Uref) que depende de uma tensão (Ucalc) calculada para minimizar o desvio (sigma) entre a posição (x) do elemento de comando e uma posição de referência (Xref) que deve atingir o elemento de comando, caracterizado pelo fato de que o sinal de tensão calculado (Ucalc) é limitado em amplitude quando o desvio de regime (sigma) é superior, em valor absoluto, à precisão (épsilonx) desejada sobre a posição de referência (Xref) no fim de deslocamento.PROCESS OF CONTROLLING THE DISPLACEMENT OF A CLUTCH CONTROL ELEMENT. Process of controlling the displacement of a clutch control element by an irreversible drive system composed of an electric drive motor connected by mechanical transmission means to the clutch control element, by sending a reference voltage to the electric motor (Uref ) that depends on a voltage (Ucalc) calculated to minimize the deviation (sigma) between the position (x) of the control element and a reference position (Xref) that must reach the control element, characterized by the fact that the signal The calculated voltage value (Ucalc) is limited in amplitude when the duty deviation (sigma) is greater, in absolute value, than the desired precision (épsilonx) on the reference position (Xref) at the end of the displacement.
Description
[0001] A presente invenção refere-se ao domínio das caixas de marchas robotizadas.[0001] The present invention relates to the field of robotic gearboxes.
[0002] Ela refere-se a um processo de controle da posição de uma embreagem sobre uma caixa de marchas robotizada para veículo equipado com um grupo motopropulsor (GMP) térmico.[0002] It refers to a process for controlling the position of a clutch on a robotic gearbox for a vehicle equipped with a thermal powertrain (GMP).
[0003] Mais precisamente, esta invenção tem por objeto um processo de controle do deslocamento de um elemento de comando de embreagem por um sistema de acionamento irreversível composto de um motor elétrico de acionamento ligado por meios de transmissão mecânicos a um elemento de comando de embreagem, por envio ao motor elétrico de uma tensão de referência.[0003] More precisely, this invention has as its object a process for controlling the displacement of a clutch control element by an irreversible drive system composed of an electric drive motor connected by mechanical transmission means to a clutch control element , by sending a reference voltage to the electric motor.
[0004] Em uma caixa robotizada, o comando da embreagem é assegurado por um sistema de controle elétrico ou hidráulico comandado por um computador. O sistema de controle é composto, com maior frequência, por um motor de acionamento elétrico e por um sistema de transmissão de movimento em direção de uma haste ou de um cabo de comando de embreagem.[0004] In a robotized gearbox, the clutch command is ensured by an electrical or hydraulic control system commanded by a computer. The control system is most often composed of an electric drive motor and a movement transmission system towards a rod or a clutch control cable.
[0005] Para controlar a transmissão do torque do motor térmico para a caixa de marchas durante as operações de abertura e de fechamento da embreagem, é necessário dirigir com grande precisão (da ordem de 0,1 mm), a posição do cabo. O sistema de transmissão de movimento entre o motor elétrico de acionamento 1 e a embreagem (não representada) pode ser composto, de modo não limitativo, de acordo com a figura 1: - por um jogo de pinhões 3 permitindo transmitir o movimento do motor a um eixo paralelo, - por um sistema parafuso-porca 4 que transforma o movimento de rotação do eixo paralelo em um movimento de translação, - por um cabo 2 ligado ao sistema parafuso-porca 4, que avança sobre uma alavanca ou com um mancai (não representado), afastando o diafragma da embreagem, - e por uma mola de assistência 5, que armazena a energia no fechamento da embreagem, e que devolve a mesma, ajudando na abertura da embreagem.[0005] To control the transmission of torque from the heat engine to the gearbox during the opening and closing operations of the clutch, it is necessary to direct with great precision (on the order of 0.1 mm) the position of the cable. The movement transmission system between the
[0006] A particularidade de tal sistema de transmissão é a sua irreversibilidade, ligada ao nível de atritos fortes do parafuso-porca, o que permite manter o sistema em posição no caso de corte do controle do motor elétrico (queda de tensão, por exemplo). A irreversibilidade do mecanismo coloca, no entanto, um problema de controle. Com efeito, enquanto o motor elétrico não fornece um nível de esforço superior aos atritos, o sistema permanece imóvel, como é destacado na figura 2, cujas curvas representam, respectivamente, o deslocamento do mancai de embreagem em função do torque fornecido pelo motor de acionamento no sentido do fechamento e da abertura da embreagem, para uma embreagem nova, (curvas A, B), e para uma embreagem usada (curvas C, D). Uma vez vencidos os atritos, o sistema pode se colocar em movimento muito rápido em. O nível de atrito pode atingir valores da ordem de 70 a 80% do esforço máximo do motor elétrico, e este nível de atrito pode variar em função do desgaste da embreagem.[0006] The particularity of such a transmission system is its irreversibility, linked to the level of strong friction of the screw-nut, which allows keeping the system in position in the event of a cut in the electric motor control (voltage drop, for example ). The irreversibility of the mechanism poses, however, a control problem. Indeed, while the electric motor does not provide a level of effort greater than friction, the system remains immobile, as shown in figure 2, whose curves represent, respectively, the displacement of the clutch bearing as a function of the torque provided by the drive motor. in the direction of clutch closing and opening, for a new clutch, (curves A, B), and for a used clutch (curves C, D). Once the frictions are overcome, the system can move very quickly in. The level of friction can reach values around 70 to 80% of the maximum effort of the electric motor, and this level of friction can vary depending on the wear of the clutch.
[0007] A fim de controlar a transmissão do torque do motor térmico à caixa de marchas, não se admite ultrapassar a posição do cabo. Isto torna a utilização de técnicas de regulação clássicas (tipo PID para Proporcional Integral Derivado) insuficientes para tratar corretamente este tipo de problema.[0007] In order to control the transmission of torque from the heat engine to the gearbox, it is not allowed to exceed the position of the cable. This makes the use of classic regulation techniques (such as PID for Derived Integral Proportional) insufficient to correctly treat this type of problem.
[0008] A dificuldade técnica encontrada consiste em deslocar o cabo de embreagem com uma precisão de 0,005 mm, sem ultrapassar, apesar da falta de conhecimento do esforço que é necessário aplicar pelo motor elétrico a fim de superar os atritos.[0008] The technical difficulty encountered consists in displacing the clutch cable with a precision of 0.005 mm, without exceeding it, despite the lack of knowledge of the effort that is necessary to apply by the electric motor in order to overcome friction.
[0009] A presente invenção tem por objeto tornar a fase da transmissão do torque do motor térmico para a caixa de marchas tão transparente como possível para os usuários, isto é, minimizando os movimentos repentinos de torque.[0009] The present invention aims to make the transmission phase of the torque from the heat engine to the gearbox as transparent as possible for users, that is, minimizing sudden torque movements.
[0010] As principais dificuldades para superar incluem: - os atritos que não são lineares, - a precisão estática procurada, que é de 0,005 mm, e - assegurar pequenos deslocamentos (da ordem de 0,1 mm) sem ultrapassar posição, o que elimina as principais fontes de movimentos repentinos de torque quando da fase de transmissão do torque do motor térmico à caixa.[0010] The main difficulties to overcome include: - friction that is not linear, - the static accuracy sought, which is 0.005 mm, and - ensuring small displacements (on the order of 0.1 mm) without overshooting the position, which eliminates the main sources of sudden torque movements when transmitting torque from the heat engine to the box.
[0011] O objetivo é implementar, em uma lei de comando original, uma estratégia que assegure o deslocamento do cabo da embreagem com uma precisão de 0,005 mm, sem ultrapassagens de posição.[0011] The objective is to implement, in an original command law, a strategy that ensures the displacement of the clutch cable with an accuracy of 0.005 mm, without overshooting the position.
[0012] Neste objetivo, a invenção propõe limitar em amplitude o sinal de tensão calculado para minimizar o desvio entre a posição do elemento de comando e sua posição de referência, quando este desvio é superior, em valor absoluto, à precisão desejada sobre a posição de referência no fim de deslocamento.[0012] For this purpose, the invention proposes to limit the calculated voltage signal in amplitude to minimize the deviation between the position of the control element and its reference position, when this deviation is greater, in absolute value, than the desired accuracy on the position reference point at the end of travel.
[0013] Preferivelmente, o sinal de tensão calculado é saturado sobre a tensão máxima ou mínima do motor elétrico, se não estiver compreendido entre estes dois valores.[0013] Preferably, the calculated voltage signal is saturated over the maximum or minimum voltage of the electric motor, if it is not included between these two values.
[0014] A presente invenção será melhor compreendida com referência á descrição seguinte de uma modalidade não limitativa da mesma, em conexão com os desenhos em anexo, em que:[0014] The present invention will be better understood with reference to the following description of a non-limiting embodiment thereof, in connection with the attached drawings, in which:
[0015] - Figura 1 é um esquema de dispositivo de acionamento,[0015] - Figure 1 is a schematic of the drive device,
[0016] - Figura 2 ilustra as variações de torque de um acionador de comando de embreagem,[0016] - Figure 2 illustrates the torque variations of a clutch control actuator,
[0017] - Figura 3 resume a estratégia de comando proposta,[0017] - Figure 3 summarizes the proposed command strategy,
[0018] - Figura 4 mostra a evolução durante o passar do tempo da posição da embreagem e de sua referência, e[0018] - Figure 4 shows the evolution over time of the clutch position and its reference, and
[0019] - Figura 5 mostra a evolução da tensão de referência do acionador.[0019] - Figure 5 shows the evolution of the trigger reference voltage.
[0020] Em um sistema de acionamento de embreagem como o da figura 1, o motor elétrico pode ser representado pelas equações seguintes: com os dados: co: Regime do motor elétrico; T: Torque do motor elétrico; Td. Torque resistente do motor elétrico (entrada exógena desconhecida, considerada como uma perturbação); J: Inércia do motor elétrico; /: Correndo do induzido do motor elétrico; K: Coeficiente da tensão induzida pelo motor elétrico; R: Resistência do induzido do motor elétrico; L: Indutância do induzido do motor elétrico; Uref. Tensão de referência que se deseja aplicar aos terminais do motor elétrico, compreendido entre Um'n e Umax', Td= f(x) é uma função da posição do cabo da embreagem. Ela depende do esforço aplicado pelo sistema parafuso-porca 4, do esforço da mola de solicitação 5 e do esforço aplicado pelo diafragma da embreagem.[0020] In a clutch actuation system like the one in figure 1, the electric motor can be represented by the following equations: with the data: co: Electric motor regime; T: Electric motor torque; All Resistant torque of the electric motor (unknown exogenous input, considered as a disturbance); J: Electric motor inertia; /: Running from the armature of the electric motor; K: Coefficient of voltage induced by the electric motor; A: Resistance of the armature of the electric motor; L: Inductance of the armature of the electric motor; Uref. Reference voltage to be applied to the electric motor terminals, between Um'n and Umax', Td= f(x) is a function of the position of the clutch cable. It depends on the effort applied by the screw-
[0021] O acionador da figura 1 dispõe de sensores que permitem, com alguns cálculos, medir a posição x (compreendida entre dois mancais: posição aberta e fechada) e a velocidade de um ponto do cabo da embreagem. O objetivo de comando é deslocar o cabo da embreagem de uma posição inicial x, a uma posição de referência xref, para atender às condições de uma perfeita mudança de relação na caixa de marchas. De acordo com a figura 2, este deslocamento é implementado aplicando ao motor de acionamento uma tensão de referência Uref, de acordo com um processo de comando, que pode ser decomposto em quatro etapas principais. Para controlar o deslocamento do elemento de comando de embreagem, como o cabo de embreagem da figura 1, por um sistema de acionamento irreversível composto de um motor elétrico de acionamento ligado por meios de transmissão mecânicos ao elemento de comando de embreagem, este processo se baseia sobre o envio, ao motor elétrico, da tensão de referência Uref determinada sobre a base de uma tensão Ucalc calculada para minimizar o desvio α entre a posição x do elemento de comando e a posição de referência xref, visada no fim de deslocamento.[0021] The actuator in figure 1 has sensors that allow, with some calculations, to measure the position x (comprised between two bearings: open and closed position) and the speed from a point on the clutch cable. The command objective is to move the clutch cable from an initial position x, to a reference position xref, in order to meet the conditions for a perfect gear change in the gearbox. According to figure 2, this displacement is implemented by applying a reference voltage Uref to the drive motor, according to a command process, which can be decomposed into four main steps. In order to control the displacement of the clutch control element, such as the clutch cable in figure 1, by an irreversible drive system composed of an electric drive motor connected by mechanical transmission means to the clutch control element, this process is based on on sending to the electric motor the reference voltage Uref determined on the basis of a voltage Ucalc calculated to minimize the deviation α between the position x of the control element and the reference position xref, aimed at the end of the movement.
[0022] Uma primeira etapa consiste em produzir um primeiro sinal de tensão calculado Ucalc, que é saturado sobre a tensão máxima Umax ou mínima Umax do motor elétrico, se não estiver compreendido entre estes dois valores. Para elaborar Ucalc, compara-se o sinal de referência xret, (ponto de ajuste de posição do cabo da embreagem) com o sinal medido x (posição instantânea do cabo). A tensão aplicada ao motor de acionamento depende do sinal e da amplitude do desvio de posição o = x - Xret, e de dois parâmetros calibrados, εx, e α > 1. εx representa o erro de posição tolerado em relação à referência, ou intervalo tolerado sobre a posição em torno de seu alvo, α é um coeficiente de redução aplicado à tensão calculada Ucalc do seguinte modo.[0022] A first step is to produce a first calculated voltage signal Ucalc, which is saturated over the maximum Umax or minimum Umax voltage of the electric motor, if it is not between these two values. To elaborate Ucalc, the reference signal xret, (setting point of the clutch cable position) is compared with the measured signal x (instantaneous position of the cable). The voltage applied to the drive motor depends on the sign and magnitude of the position deviation o = x - Xret, and on two calibrated parameters, εx, and α > 1. εx represents the position error tolerated in relation to the reference, or range tolerated over the position around its target, α is a reduction coefficient applied to the voltage calculated Ucalc as follows.
[0023] Quando o desvio de posição o é superior, em valor absoluto, à precisão desejada εx sobre a posição de referência Xrerem fim de deslocamento (<j > εx ou a < - εx), a tensão calculada é ponderada pelo coeficiente calibrado α superior ou igual a 1. O sinal toma então valores iguais à relação das tensões máxima Uma* e mínima Umin da máquina de tração sobre um coeficiente de limitação calibrado a. Os valores Umax/cr ou Umin/cr determinam a faixa de tensão utilizável para o deslocamento do comando de embreagem.[0023] When the position deviation o is greater, in absolute value, than the desired precision εx on the reference position Xrerem end of displacement (<j > εx or a < - εx), the calculated voltage is weighted by the calibrated coefficient α greater than or equal to 1. The signal then takes on values equal to the ratio of the maximum stress Uma* and minimum Umin of the traction machine over a calibrated limitation coefficient a. The Umax/cr or Umin/cr values determine the usable voltage range for shifting the clutch control.
[0024] Quando o desvio a é inferior em valor absoluto à precisão εx desejada, a tensão calculada Ucalcé nivelada aplicando à mesma, por exemplo, uma fórmula do tipo: [0024] When the deviation a is lower in absolute value than the desired precision εx, the calculated voltage Ucalc is leveled by applying to it, for example, a formula of the type:
[0025] Uma segunda etapa consiste em regular o sinal de tensão calculado t/ca/c. Para produzir o sinal regulado Ucalc*, aplica-se ou não a Ucalc um coeficiente de regulação calibrado β com (0 < β < 1), conforme o sistema possui ou não a energia necessária para deslocar o comando sobre a distância α restante até o alvo x«f. Esta operação visa travar o comando de embreagem à sua chegada sobre o ponto de ajuste de posição xref. Se a energia for suficiente, reduz-se a energia (até cortar a mesma em uma situação extrema) para evitar eventualmente ultrapassar o alvo xref. Se o desvio α for superior, em valor absoluto, ao erro de posição tolerado, ap|jca_se 0 coeficiente β ao sinal de tensão calculado Ucalc, com . O sinal se torna Ucalc* = β Ucalc, como indicado na figura 3. Senão, Ucalc* = Ucalc.[0025] A second step consists of regulating the calculated voltage signal t/ca/c. To produce the regulated signal Ucalc*, a calibrated regulation coefficient β with (0 < β < 1) is applied to Ucalc or not, depending on whether or not the system has the necessary energy to move the control over the remaining distance α to the target x«f. This operation aims to lock the clutch command upon its arrival over the xref position adjustment point. If the energy is sufficient, the energy is reduced (even cutting it in an extreme situation) to avoid eventually exceeding the xref target. If the deviation α is greater, in absolute value, than the tolerated position error , apply the β coefficient to the calculated voltage signal Ucalc, with . The signal becomes Ucalc* = β Ucalc, as shown in figure 3. Otherwise, Ucalc* = Ucalc.
[0026] Uma terceira etapa consiste em adicionar um termo integrado ao sinal Ucalc* se o desvio de posição a se encontra compreendido entre - εx e εx. A tensão calculada t/ca/c Ucalc* é corrigida por uma integração do desvio a com um ganho calibrado Ki não nulo, quando este desvio é inferior, em valor absoluto, à precisão εx Esta originalidade da invenção se baseia sobre a ativação ou a desativação da integração do desvio a (multiplicado pelo ganho calibrado Ki), quando este desvio é inferior, em valor absoluto, à precisão εx. Se neste caso, nulo. Senão, ,eo termo de correção integrado é nulo também.[0026] A third step is to add an integrated term to the Ucalc* signal if the position deviation a is between - εx and εx. The calculated voltage t/ca/c Ucalc* is corrected by integrating the deviation a with a non-zero calibrated gain Ki, when this deviation is lower, in absolute value, than the accuracy εx This originality of the invention is based on activation or deactivation of the integration of the deviation a (multiplied by the calibrated gain Ki), when this deviation is smaller, in absolute value, than the precision εx. if in this case, null. If no, ,and the built-in correction term is also zero.
[0027] Uma quarta fase consiste em supervisionar o sinal corrigido Ucalc** em um saturador, para ver se este sinal está compreendido entre os valores Umin e Umax. Se não for o caso, o booleano G do saturador é igual a 1, e o integrador é bloqueado. Este circuito, denominado Uanti-wind-up", permite suprimir o termo de integração para saturar Ucalc **. Graças a esta medida, a tensão de referência Uref proveniente do limitador está sempre compreendida entre os valores tensão máxima Umax e mínima Umin do motor elétrico 1.[0027] A fourth phase consists of supervising the Ucalc** corrected signal in a saturator, to see if this signal is between the Umin and Umax values. If this is not the case, the boolean G of the saturator is equal to 1, and the integrator is blocked. This circuit, called Uanti-wind-up", makes it possible to suppress the integration term to saturate Ucalc **. Thanks to this measure, the reference voltage Uref coming from the limiter is always between the maximum voltage Umax and minimum voltage Umin of the motor electric 1.
[0028] Em conclusão, a estratégia proposta permite reduzir o desvio de posição muito rapidamente para chegar a uma precisão de cerca de 0,005 mm, sem ultrapassar posição. Este resultado é destacado nas figuras 4 e 5, nas quais foi representado, por um lado, a evolução ao longo do tempo da posição do comando x e seu ponto de ajuste de referência xref e, por outro lado, a evolução correspondente da tensão de referência Uref. O processo da invenção permite, portanto, transmitir o torque do motor térmico à caixa de marchas praticamente sem movimentos repentinos de torque. Por último, a convergência para a posição alvo não depende, em nenhum caso, dos parâmetros intrínsecos do sistema, como a inércia e o tempo de resposta do acionador e eventual atraso, o que torna esta estratégia particularmente robusta.[0028] In conclusion, the proposed strategy allows to reduce the position deviation very quickly to reach an accuracy of about 0.005 mm, without overshooting the position. This result is highlighted in figures 4 and 5, which represent, on the one hand, the evolution over time of the position of the command x and its reference set point xref and, on the other hand, the corresponding evolution of the reference voltage Uref. The process of the invention therefore makes it possible to transmit the torque from the heat engine to the gearbox practically without sudden torque movements. Finally, the convergence to the target position does not depend, in any case, on the intrinsic parameters of the system, such as the inertia and the trigger response time and eventual delay, which makes this strategy particularly robust.
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