ITMI982140A1 - Disposizione e procedimento per comandare una macchina elettrica - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

L'invenzione riguarda una disposizione ed un procedimento per comandare una macchina elettrica corrispondentemente alle caratteristiche menzionate nella definizione introduttiva delle rivendicazioni 1 e 24.

Stato della tecnica

E' noto il fatto che i motori endotermici in autoveicoli devono essere avviati per mezzo di un dispositivo di avviamento, poiché essi non si avviano da soli. A tale scopo usualmente sono previsti motori dello starter, funzionanti elettricamente, che tramite un relais dello starter, eseguito come cosiddetto relais di innesto, vengono collegati con una sorgente di tensione. Contemporaneamente per stabilire un collegamento funzionale un pignone del motore dello starter viene portato ad ingranare con una corona dentata applicata usualmente su un volano del motore endotermico. Immediatamente dopo il raggiungimento dell' autoavviamento del motore endotermico è necessario disinnestare il motore dello starter, per prevenire un'elevata usura ed una forte rumorosità.

Per realizzare il collegamento funzionale, ossia l'ingranamento del pignone dello starter con approssimativamente il numero di giri nominale e sollecitando il motore dello starter con la sua tensione nominale, comporta un impulso di coppia relativamente forte nonché alla lunga un'elevata usura della corona dentata e del motore dello starter. Specialmente per starter per veicoli industriali sono con difficoltà è possibile soddisfare con i noti starter ad elevati requisiti in seguito ad esempio a manovre di avviamento, con frequenza superiore a quella media, nel traffico prevalente su brevi tragitti.

In impianti di avviamento di autobus con motore endotermico disposto posteriormente, in cui la manovra di avviamento non può essere percepita acusticamente in maniera univoca e non può essere seguita, sono indispensabili aggiuntivi accorgimenti, per poter provvedere ad un'efficace protezione per starter e corona dentata. A tale scopo usualmente si impiegano cosiddetti relais di blocco di avviamento elettronici, mediante i quali l'impianto di avviamento può essere protetto da danni sotto molteplici punti di vista. Una volta avvenuto l'avviamento del motore endotermico si provvede per un disinserimento dello starter senza ritardi. Inoltre i relais di blocco di avviamento elettronico impedisce un avviamento quando il motore endotermico è già in moto o è ancora in fase di arresto. Nel caso di un motore endotermico ancora in fase di arresto oppure di un'errato avviamento usualmente viene inoltre attivato un circuito temporizzatore impedente un'ulteriore tentativo di avviamento effettuato troppo in anticipo.

In verità relais di blocco dell'avviamento di tale tipo possono impedire danni dovuti ad errori di comando del conducente, e tuttavia non possono impedire un'elevata usura dovuta a frequente azionamento e, oppure a funzionamento di vari anni. Per ottenere tuttavia complessivamente una maggiore durata utile, rispettivamente per soddisfare ai requisiti di un'azionamento frequente superiore alla media, ai noti dispositivi di avviamento è indispensabile un sovradimensionamento degli starter elettrici e, oppure del collegamento funzionale con il motore endotermico, il che non solo fa aumentare i costi di fabbricazione ma anche il peso del veicolo.

Vantaggi dell'invenzione

Il dispositivo ed il procedimento con le caratteristiche menzionate nelle rivendicazioni 1 e 24 presenta il vantaggio di poter ridurre fortemente la sollecitazione di un motore dello starter di un motore endotermico mediante un delicato preingranamento con basso numero di giri e ridotta coppia del motore e conseguentemente l'usura del motore dello starter e delle ruote dentate ingrananti con il suo pignone, nel tratto di trasmissione motrice del motore endotermico. Mediante un'adatto comando di un apparecchio di comando, che si trova in un collegamento elettrico fra una sorgente di tensione e starter elettrico, è possibile realizzare vantaggiosamente un comando a due stadi dello starter elettrico e quindi dell'operazione di avviamento del motore endotermico. A tale scopo preferibilmente un apparecchio di comando elettronico è disposto fra la sorgente di tensione e lo starter elettrico, che consente un comando di una tensione e, oppure di una corrente per lo starter elettrico. Con il comando elettronico a due stadi dell'operazione di avviamento l'operazione di innesto dello starter può essere comandata in modo che viene decisamente ridotta l'usura per l'ingranamento preliminare e per il successivo ingranamento del pignone dello starter.

In un primo stadia il motore dello starter viene fatto funzionare con coppia modesta ed il pignone con modesta velocità viene avvicinato ad una corona dentata prevista preferibilmente in corrispondenza di un volano del motore endotermico. Il modesto numero di giri del motore dello starter facilita il reperimento di uno spazio interdentale e il lento avanzamento del pignone riduce l'usura quando il pignone incontra la corona dentata. Nel secondo stadio il relais di innesto viene quindi sollecitato con tensione nominale, cosicché il pignone può innestarsi completamente nella corona dentata. Soltanto in tal caso può chiudere anche il ponte principale e lo starter ruota con l'intera coppia. In tal modo è possibile impedire efficacemente un <,,>saltellamento<,, >dello starter.

In una forma di realizzazione preferita l'apparecchio di comando elettronico, un cosiddetto relais elettronico integrato, presenta una unità di comando centrale CPU, la quale consente la possibilità di comandare di volta in volta ottimalmente, con pochi adattamenti nella sua programmazione, una grande pluralità di differenti starter. Preferibilmente l'apparecchio di comando elettronico presenta inoltre almeno due interruttori di potenza elettronici, nella forma ad esempio di transistori di potenza o MOSFET di potenza, che con modestissime tensioni e correnti di comando della CPU sono in grado di comandare elevate potenze. Mediante un circuito-serie di almeno due interruttori di potenza elettronici inoltre è possibile ottenere una ridondanza, che al verificarsi di errati funzionamenti è in grado di impedire sicuramente danneggiamenti dello starter elettrico nonché il pericolo di un avviamento indesiderato.

E' inoltre vantaggioso quando gli almeno due interruttori di potenza elettronici presentano rispettivamente una pompa di carica per il loro comando nonché dispongono rispettivamente di un'elettronica di protezione garantente protezione contro temperature eccessive e, oppure scambi di polarità. Inoltre ognuno degli interruttori di potenza elettronici può presentare un'uscita di diagnosi, con l'ausilio della quale risulta possibile una sorveglianza senza soluzione di continuità dello stato di commutazione attuale e quindi del corretto comando di svolgimento dell'operazione di avviamento a due stadi mediante la CPU. In un'ulteriore forma di realizzazione vantaggiosa il relais elettronico integrato IER è dotato di aggiuntive funzioni ed entrate di controllo, che consentono ad esempio una sorveglianza della tensione di alimentazione, delle temperature risultanti nel motore dello starter e, oppure eventuali stati di sovraccarico degli interruttori di potenza elettronici.

Un mezzo di commutazione per azionare lo starter elettrico può essere ad esempio un'interruttore di avviamento azionabile manualmente dal conducente oppure anche un interruttore di avviamento azionabile elettronicamente, che vantaggiosamente può essere comandato anche da un'elettronica del motore.

In tal modo al raggiungimento dell'autoavviamento del motore endotermico è possibile cessare automaticamente l'operazione di avviamento, per cui è possibile ottenere una minima durata di inserimento possibile e quindi minima sollecitazione possibile del motore dello starter.

E' inoltre particolarmente vantaggioso il fatto che per il descritto comando dello starter a due stadi lo svolgimento di avviamento viene effettuato mediante comandi puramente elettronici. Lo starter elettrico impiegato pertanto può essere di realizzazione ampiamente convenzionale e non richiede affatto ulteriori componenti supplementari elettronici e, oppure meccanici. E' inoltre vantaggioso quando il relais dello starter viene comandato ritmicamente in una fase di tenuta seguente la fase di preingranamento; poiché in tal modo è possibile ridurre la sua sollecitazione termica. Gli interruttori di potenza elettronici possono essere realizzati come cosiddetti MOSFET di potenza con comandi, elettronica di protezione e funzione di diagnosi, per cui si ottengono componenti di grande potenza e compatti. Tuttavia con dispendio circuitale corrispondentemente maggiore sono possibili parimenti strutture discrete con MOSFET o altri transistori.

Nella connessione secondo l'invenzione è vantaggiosa la ridondanza ottenuta, che nel caso di un corto circuito di uno degli interruttori di potenza evita un'indesiderato avviamento e quindi una situazione critica in termini di sicurezza. Vantaggiosamente si possono realizzare aggiuntive funzioni come sorveglianze della temperatura di avviamento tramite un sensore di temperatura, una limitazione del tempo di avviamento nonché un test dello stadio finale e, oppure un riconoscimento di una manovra a vuoto. Nel caso di una manovra a vuoto il pignone dello starter, ad esempio in seguito ad insudiciamenti , rimane fermo in un primo stadio e non viene completamente ingranato. Il tentativo di avviamento in tal caso deve essere necessariamente interrotto, poiché potrebbe risultare eccessiva la sollecitazione termica degli avvolgimenti del relais di innesto.

Il primo interruttore di potenza elettronico in un'ulteriore vantaggioso sviluppo possiede una cosiddetta uscita Sense, che fornisce un segnale di uscita proporzionale alla corrente. Con la chiusura del ponte principale del relais dello starter dovrà ridursi la corrente attraverso la resistenza addizionale, il ché può essere riconosciuto bene tramite questa uscita Sense. Se questa diminuzione di corrente non è rilevata dopo che è trascorso un tempo di sorveglianza (ad esempio 200 msec) rispettivamente non è rilevata dalla CPU, allora viene riconosciuta una manovra a vuoto e viene interrotto l'avviamento. Se lo stadio terminale superiore è cortocircuitato allora viene misurata una tensione su questo morsetto, anche quando dovesse risultare disinserito lo stadio finale. Lo starter in questo caso girerebbe ma non effettuerebbe l'ingranamento preliminare. Al posto di una CPU integrata sarebbe possibile parimenti un comando di svolgimento discreto, il ché tuttavia incluse le vantaggiose funzioni supplementari comporterebbe un maggiore dispendio costruttivo.

Nel comando dello starter a due stadi secondo l'invenzione è inoltre vantaggiosa una decisa riduzione del rumore per effetto del delicato preingranamento . Inoltre risulta possibile un aumento della durata utile della corona dentata. Lo starter può essere costruito leggero in quanto complessivamente è minore la sollecitazione termica. La durata utile aumenta ciò nonostante, poiché sono previste una più sicura protezione contro surriscaldamento grazie ad una sorveglianza della temperatura e una limitazione del tempo di avviamento .

Ulteriori esecuzioni vantaggiose dell'invenzione risultano dalle rimanenti caratteristiche menzionate nelle sottorivendicazioni.

Disegno

L'invenzione viene illustrata più dettagliatamente in seguito in esempi di realizzazione in base ai relativi disegni.

In particolare:

la figura 1 mostra uno schema di principio di un comando dello starter a due stadi ,

la figura 2 in tre diagrammi qualitativi mostra le relazioni fra tempo di avviamento e tensioni rispettivamente correnti,

la figura 3 mostra uno schema a blocchi per illustrare un'operazione di avviamento , e

la figura 4 mostra una forma di realizzazione esemplificativa della connessione interna del comando dello starter a due stadi.

Descrizione degli esempi di realizzazione

La figura 1 mostra uno schema di principio di una disposizione per il comando a due stadi di uno starter elettrico di un motore endotermico di un'autoveicolo. La disposizione comprende una sorgente di energia elettrica, una batteria 4 dello starter con un polo positivo 5 ed un polo negativo 6 nonché un motore elettrico 8 dello starter e i necessari collegamenti elettrici nonché ulteriori componenti necessari per realizzare un'operazione di avviamento a due stadi, illustrati più dettagliatamente in seguito. Il motore 8 dello starter per motivi di semplicità e di chiarezza insieme ai necessari componenti di ingranamento in una dentatura nel tratto di trasmissione motrice dell'autoveicolo è rappresentato unicamente come un simbolo, poiché rispetto a sistemi noti non sono previste modifiche. Anzi la disposizione secondo l'invenzione sarà adatta per comandare noti motori di starter, sui quali stessi non sono necessarie modifiche. Inoltre nella figura 1 è riconoscibile una unità di comando centrale indicata in seguito come IER (relais elettronico integrato) 2.

Il IER 2 presenta più entrate, e di queste connessioni per l'alimentazione di tensione dalla batteria 4 dello starter e più uscite comandate. Così per l'alimentazione di tensione con la tensione nominale (usualmente 12 oppure 24 Volt) dalla batteria 4 dello starter sono previsti un morsetto 30, a partire dal quale una linea porta al polo positivo 5 della batteria 4 dello starter, nonché un morsetto 31, da cui una linea porta ad una connessione di massa 12 rispettivamente al polo negativo 6 della batteria 4 dello starter. Con un'ulteriore entrata è previsto un morsetto 50e collegabile tramite un interruttore di avviamento 24 con la sorgente di tensione 4. E' possibile invece anche un comando a relais, in cui un'interruttore, posizionato più lontano, può sollecitare una bobina di relais, che può provvedere per una commutazione dell'interruttore di avviamento 24. Sono parimenti possibili realizzazioni con attivazione elettronica di avviamento, ad esempio tramite un segnale da un'elettronica del motore.

Il IER 2 inoltre come un'uscita di comando presenta un morsetto 45r, dal quale una linea con un'interposta resistenza addizionale 34 porta ad una connessione principale del motore 8 dello starter. La connessione principale in seguito viene indicata come morsetto 45. Una seconda uscita di comando di un morsetto 50f tramite una linea di connessione rappresenta un collegamento con un relais 36 dello starter. Questo relais 36 dello starter possiede una bobina di relais 38 ed un interruttore comandabile dalla bobina di relais 38, indicata in seguito come ponte principale 37. Il morsetto 50f dell'IER 2 è collegato con una connessione della bobina di relais 38, mentre l'altra connessione tramite una linea è connessa a massa 12 dell'autoveicolo collegata con il polo negativo della batteria 4 dello starter. In base allo schema rappresentato in figura 1 in seguito si intende schematizzare un'operazione di avviamento a due stadi. Al riguardo dovrà essere già stabilita una situazione con accensione inserita, poiché esistono già i collegamenti dal morsetto 30 dell'IER 2 al polo positivo 5 della batteria 4 dello starter nonché dal morsetto 31 alla massa 12 e quindi al polo negativo 6 della batteria 4 dello starter. Mediante azionamento dell'interruttore di avviamento 24 da parte del conducente il morsetto 50e riceve l'intera tensione nominale della batteria 4 dello starter. Questa tensione U50e può essere trattata nell'IER 2, laddove con breve ritardo in un primo momento al morsetto 45r viene applicato una tensione di uscita U45r, che è di importo corrispondente alla tensione nominale della batteria 4 dello starter e fa avviare delicatamente il motore 8 dello starter in un primo stadio.

Sul morsetto 45 del motore 8 dello starter non arriva l'intera tensione nominale della batteria 4 dello starter, poiché tramite la resistenza addizionale 34 nella linea del morsetto 45r al morsetto 45 si ha la caduta di una parte della tensione nominale dalla rete di bordo del veicolo.

Il motore 8 dello starter quindi dapprima si avvia lentamente. Dopo un intervallo di tempo, per superare un'inerzia del motore 8 dello starter in fase di avviamento, al morsetto 50f dell'IER 2 viene applicata una tensione di comando U50f, che alimenta la bobina 38 del relais 34 dello starter, fa ingranare preventivamente il pignone dello starter e porta alla chiusura del ponte principale 37. Non appena il ponte principale 37 del relais 36 è chiuso, esiste un diretto collegamento elettrico dal polo positivo 5 della batteria 4 dello starter al morsetto 45 del motore 8 dello starter. La connessione di massa 10 del motore 8 dello starter ha sempre un collegamento verso la massa 12, cosicché quando é chiuso il ponte principale 37 il motore 8 dello starter riceve l'intera tensione nominale dalla rete di bordo e corrispondentemente con maggiore numero di giri in un secondo stadio può girare il motore endotermico, fino a quando questo raggiunge uno stato di autoavviamento.

La figura 2 in tre diagrammi sovrapposti mostra andamenti di principio e qualitativi delle tensioni e correnti ai morsetti 50e, 50f e 45r dell'IER 2 in funzione del tempo di avviamento TStart (t = 0 ... t5). Sugli assi orizzontali di tutti e tre i diagrammi è riportata rispettivamente il tempo. Sull'asse verticale del diagramma superiore è riportata la tensione U50e, mentre sull'asse verticale del diagramma centrale è riportata la tensione U45r. Sull'asse verticale del diagramma inferiore è riportata una corrente Ì5Qf che circola attraverso l'avvolgimento del relais 38 dello starter. Il morsetto 30 in tal caso è collegato elettricamente con il polo positivo 5 e il morsetto 31 con la massa 12 rispettivamente con il polo negativo 6 della batteria 4 dello starter. Il tempo di avviamento 0 fino a t5 può essere suddiviso in più fasi descritte in seguito in base ai diagrammi in figura 2.

Azionando l'interruttore di avviamento 24 da parte del conducente il morsetto 50e viene sollecitato con una tensione U50e, laddove la tensione U50e corrisponde alla tensione di bordo dalla batteria 4 dello starter oppure può essere anche inferiore. Come riconoscibile nel diagramma superiore della figura 2 la tensione U50e dall'istante 0 per l'intero tempo dell'operazione di avviamento, ossia fino all'istante t5 , viene mantenuta a valore costante. Mediante un comando temporale la tensione U45r sul morsetto 45r viene inserita con ritardo in ragione di un determinato preimpostabile istante di inizializza2ione La tensione U45r corrisponderà normalmente per quanto riguarda il suo importo alla tensione U30· Il comando delle uscite sul morsetto 45r e sul morsetto 50f avviene pertanto consecutivamente, laddove l'intervallo di tempo serve in primo luogo ad evitare incontrollabili massimi di tensione per effetto dell'operazione di inserimento.

Durante l'intervallo dall'istante tQ fino all'istante t1 la rete di bordo viene ampiamente sollecitata soltanto dalla resistenza 34. La resistenza addizionale 34 definisce quindi la corrente della batteria. Tramite la tensione applicata al morsetto 45 e ridotta tramite la resistenza addizionale 34 rispetto alla tensione u45r applicata al morsetto 45r, nel motore 8 dello starter viene prodotta una coppia e l'indotto comincia a ruotare. Il modesto numero di giri dell'indotto, risultante dall'interposizione della resistenza addizionale 34, facilita il successivo completo ingranamento. A causa di una coppia di inerzia di indotto tuttavia l' ingranamento preliminare propriamente detto ha luogo tuttavia soltanto con un leggero ritardo, e precisamente in un istante t1. Per staccare un'ancora di relais nel motore 8 dello starter la tensione della batteria per mezzo di un interruttore elettronico nell'IER 2 viene trasmessa sul morsetto 50f. La corrente che in tal caso circola dipende dal relais 36 dello starter e dalla tensione della batteria 4 dello starter. L'intervallo di tempo fra t0 e t1 , ossia l'intervallo di tempo fra l'avviamento della rotazione dell'indotto del motore 8 dello starter e l'ingranamento preliminare, dipende dalla grandezza della resistenza addizionale 34, il cui valore dipende a sua volta dal numero di giri opportuno per un determinato motore 8 dello starter.

A partire da un istante t2 la corrente (di ingranamento preliminare) sul morsetto 50f mediante una ritmazione viene ridotta ad un valore medio IVSP, riconoscibile nel diagramma inferiore della figura 2. La parte sovrapposta di corrente alternata opportunamente va scelta in modo che la risultante forza magnetica non esercita un'influenza indesiderata sullo svolgimento motorio dell'indotto. Ciò viene considerato come soddisfatto quando la durata del periodo della ritmazione della corrente è pari al massimo ad un quinto della costante di tempo meccanica dell'ancora (> 10 ms). L'ampiezza di corrente IVSP e l'intervallo di tempo da t2 fino a t3 dipendono dalla dimensione scelta del motore 8 dello starter. In tal caso si suppone che il pignone dell'avviatore nell'istante t3 in ogni caso poggi sulla corona dentata e la molla di innesto (se presente) sia già leggermente precaricata.

Una volta trascorsa questa fase di ingranamento preliminare (t2 fino a t3) ha luogo il comando dell'ingranamento (t3 fino a t4), impostato mediante il tempo fino al quale il morsetto 50f viene sollecitato con la tensione nominale dal morsetto 30 U50f. La tensione applicata U50f al morsetto 50f provvede per una commutazione del relais 36 e quindi per un'applicazione dell'intera tensione della batteria al morsetto 45 del motore 8 dello starter. La molla di innesto nello starter, tipicamente precaricata alla fine della fase di ingranamento preliminare, viene completamente caricata e si verifica la chiusura del ponte principale 37. Quando è chiuso il ponte principale 37 nel relais 36 dovrà diminuire la corrente I45r. Se ciò non avviene durante l'intervallo di tempo della fase di ingranamento (t3 fino a t4), allora si è in presenza di una manovra a vuoto e l'avviamento viene interrotto mediante una logica prevista corrispondentemente nell'IER 2.

Dopo la chiusura del ponte principale 37, ossia a partire dall'istante t4, il relais 36 viene ulteriormente alimentato con una corrente di tenuta I50fNenn. Il motore 8 dello starter a questo punto gira con l'intera coppia. Il morsetto 50e rimane prolungato sul morsetto 50f. Tuttavia ha luogo l'impostazione della corrente di tenuta sul valore medio I50fNenn mediante ritmazione, per ridurre la sollecitazione termica dell'avvolgimento nel motore dello starter. Ciò è riconoscibile dal segnale dentellato I50fNenn nella figura 2 in basso.

I singoli intervalli di tempo tn . . . tn+1 ; con n = 0 ... 4 possono essere impostati indipendentemente fra di loro e possono assumere valori positivi a piacere. Durante l'intervallo di tempo da t0 fino a t1 la rete di bordo viene sollecitata ampiamente soltanto dalla resistenza addizionale 34 per la rotazione relativa del pignone del motore 8 dello starter. Il valore della resistenza addizionale 34 definisce quindi la corrente della batteria. Insieme ad una misurazione della tensione non sollecitata della batteria prima dell'avviamento, ossia durante l'intervallo di tempo di inizializzazione Tinit , è possibile una determinazione della resistenza della rete di bordo. Una misurazione della tensione della batteria sul morsetto 30 nell'ulteriore andamento dell'avviamento (a partire da t4) comporta quindi un valore per la corrente principale dello starter. Questo può essere impiegato come misura per la sollecitazione di temperatura interna del motore 8 dello starter. Tramite un modello di riscaldamento, ossia la relazione fra il flusso di corrente e la durata di questo flusso di corrente nel motore 8 dello starter, è possibile quindi realizzare uno sorveglianza della temperatura dello starter.

La figura 3 in uno schema a blocchi illustra gli svolgimenti funzionali durante un'operazione di avviamento nel relais elettronico integrato IER 2. Le stesse parti delle figure precedenti sono dotate degli stessi contrassegni e non sono illustrate ancora una volta. Iniziando con una sollecitazione del morsetto 50e con la tensione U50e viene avviato un comando a tempo 52, che dopo il tempo di inizializzazione TInit a partire dall'istante t0 provvede perl'operazione di avviamento a due stadi. Il comando 64 dell'ingranamento provvede per i corrispondenti svolgimenti. In seguito per la definizione, impiegata generalmente, di un interruttore di potenza elettronico si utilizza la definizione più usata di uno stadio finale. Con stadio finale pertanto si intende in generale ogni forma di un interruttore di potenza elettronico. Dal comando di ingranamento 64 una freccia se si porta verso un primo stadio finale 56, che viene prolungato a partire dall'istante t1 e provvede per la sollecitazione del morsetto 45r con la tensione U45r. Pertanto la tensione UBat della batteria, applicata al morsetto 30, dalla batteria 4 dello starter viene prolungata sul morsetto 45r. Il comando di ingranamento 64 provvede inoltre per la ritmazione dell'ampiezza di corrente IVSP durante l'intervallo di tempo da t2 fino a t3 mediante corrispondente comando di un secondo stadio finale 58.

Nell'istante t3 il comando di ingranamento provvede quindi per il prolungamento del secondo stadio finale 58, per cui la tensione della batteria Uat = U50f viene applicata al morsetto 50f. La tensione applicata provvede per l'ingranamento preliminare del pignone e per l'inserimento del relais 36 e quindi per un'applicazione dell'intera tensione della batteria UBat al morsetto 45 del motore 8 dello starter. Questo in tal modo viene pienamente portato ad ingranare e viene fatto funzionare con numero di giri nominale. Quando è chiuso il ponte principale 37 nel relais 36 deve necessariamente scendere la corrente I45r, il che viene misurato mediante un circuito 62 di riconoscimento di manovra a vuoto. Il primo stadio finale 56 a tale scopo possiede una cosiddetta uscita Sense 57 fornente un segnale di uscita Igense proporzionale alla corrente. Se questa riduzione di corrente una volta trascorso un determinato tempo di sorveglianza, ad esempio dopo 200 millisecondi, non è rilevata dall'unità di riconoscimento di manovra a vuoto, allora viene riconosciuta una cosiddetta manovra a vuota e viene fornito un segnale di interruzione 70 su un generatore di segnali 54.

Si verifica una manovra a vuoto quando il pignone dello starter, ad esempio in seguito ad insudiciamenti , rimane fermo nel primo stadio e non viene comandata la corrente principale. Un tal caso deve essere necessariamente riconosciuto dal conducente rispettivamente dall'IER 2 e deve essere interrotto il tentativo di avviamento, poiché potrebbe risultare troppo grande la sollecitazione termica degli avvolgimenti del relais di innesto. Il generatore di segnali 54 provvede per una interruzione dell'avviamento ed apre il primo stadio finale 56 e il secondo stadio finale 58.

In un'esecuzione semplificata senza uscita Sense 57 il primo stadio finale 54 una volta trascorso il tempo di sorveglianza (ad esempio 200 ms) generalmente viene disinserito. Entro questo tempo dovrà essere inserito il ponte principale 37. In questo caso il morsetto 45r tramite la resistenza 34 funge da entrata per alimentare il secondo stadio finale 58. Questo secondo stadio finale 58 comanda quindi l'uscita 50f nel modo già descritto. Nel caso di una manovra a vuoto il ponte principale 37 non è chiuso e non si ha quindi l'alimentazione del secondo stadio finale 58. L'uscita 50f rimane quindi senza tensione e il tentativo di avviamento viene automaticamente interrotto.

Se è cortocircuitato il primo stadio finale 56 allora anche nello stato non prolungato viene misurata una tensione U45r sul morsetto 45r. il motore 8 dello starter in questo caso girerebbe,, e tuttavia non effettuerebbe l' ingranamento preliminare, il ché pertanto non costituirebbe un errore rilevante in termini di sicurezza. Se è cortocircuitato il secondo stadio finale 58 allora con l'inserimento del primo stadio finale 56, anche quando non è prolungato il secondo stadio finale 58, è misurabile una tensione U50f sul morsetto 50f. In questo caso il primo stadio finale 56 viene immediatamente disinserito prima che lo starter possa effettuare l'ingranamento preliminare. In entrambi i casi non avviene l'avviamento e non viene comunicato al conducente la presenza di un errore. Con il circuito-serie di entrambi gli stadi finali 56 e 58 è garantita una ridondanza, che in caso di corto circuito di uno dei due stadi finali 56, 58, fungenti da interruttori di potenza, evita un'indesiderato avviamento e quindi una situazione critica in termini di sicurezza.

Inoltre da ognuno degli stadi finali 56, 58 è prevista una linea verso una protezione contro sovraccarichi 66, che in caso di sovraccarico dello stadio finale 56 e, oppure dello stadio finale 58 fornisce un segnale di interruzione 70 al generatore di segnali 54, cosicché questo di nuovo può provvedere per un'interruzione dell'avviamento. Inoltre è previsto un testo 60 dello stadio finale in grado di fornire parimenti un segnale di interruzione 70 al generatore di segnali 54.

Il circuito viene completato da un termosensore 68, il quale presenta un'uscita 69 con un collegamento verso il generatore di segnali 54 e può fornire a questo parimenti un segnale di interruzione 70. Misurando la tensione non sollecitata uBat della batteria prima dell'avviamento può essere effettuata una determinazione della resistenza della rete di bordo. Una misurazione della tensione della batteria UBat sul morsetto 30 nell'ulteriore svolgimento dell'avviamento fornisce quindi un valore per la corrente principale dello starter. Questo può essere impiegato come misura per la sollecitazione di temperatura interna dello starter. Tramite un modello di riscaldamento della meccanica dello starter è possibile quindi realizzare nello starter oppure sullo starter una sorveglianza della temperatura senza termosensore. Infine il generatore di segnali 54 presenta anche un collegamento per il comando temporale 52 in grado di fornire un segnale di interruzione 70 in caso di operazione di avviamento che dura troppo a lungo.

La figura 4 mostra una forma di realizzazione esemplificativa dell'IER 2 con circuiti periferici necessari ed opportuni per il funzionamento secondo l'invenzione. Le parti uguali a quelle nelle precedenti figure sono dotate degli stessi contrassegni e non sono illustrate ancora una volta. Il IER 2 presenta una unità di calcolo centrale indicata in seguito come CPU 72. In questa CPU 72 vengono rilevati i segnali dell'intera periferia, come già descritto con riferimento alla figura 3 e gli stadi finali 56, 58 vengono comandati corrispondentemente in dipendenza di ciò. Per ragioni di chiarezza del funzionamento tutte le linee di comando sono disegnate come linee continue sottili. Le entrate ed uscite, sollecitate con alte correnti, degli stadi finali 56, 58, ossia i relativi collegamenti elettrici verso il relais di innesto 36 rispettivamente verso il motore 8 dello starter, sono caratterizzate con linee continue in grassetto .

Il IER 2 può contenere come stadi finali 56, 58 in tecnica Highside Powerswitch agenti come interruttori di potenza. Questi componenti contengono un MOSFET di potenza con comando (pompa di caricamento), un'elettronica di protezione (temperatura, scambio di polarità) e funzioni di diagnosi (uscita di stato e sensore di corrente). E' parimenti possibile una realizzazione discreta con MOSFET od altri transistori con dispendio corrispondentemente maggiore. Il comando nell'IER 2 viene attuato con un microcontroller, con memorie ROM e RAM interne, Watchdog e convertitore AD. Sarebbe parimenti possibile un comando discreto dello svolgimento per la pura operazione di avviamento. Le funzioni supplementari per la sorveglianza possono essere però in tal caso integrate soltanto con grande dispendio.

In seguito viene descritta dettagliatamente la connessione esemplificativa della CPU 72 per l'ottenimento di un funzionamento, perfetto e non suscettibile di irregolarità nell'autoveicolo. A tale scopo è necessaria in un primo momento un tamponamento della tensione di alimentazione fornita dalla batteria 4 dello starter, per non provocare malfunzionamenti della CPU 72 in caso di fluttuazioni di tensioni. Per questo motivo non è previsto alcun collegamento diretto dal morsetto 30 al CPU 72 ma è interposto un circuito di protezione 84. Questo circuito di protezione 84 pertanto presenta un collegamento verso il morsetto 30 dell'lER 2 ed un'uscita stabilizzata e tamponata 79 alimentante la CPU con una tensione continua costante e privata delle sovrapposte componenti di corrente alternata. Contemporaneamente il circuito di protezione 84 può provvedere per una protezione EMV, ossia per la compatibilità elettromagnetica, rispettivamente una protezione da radiazione parassita ad alta frequenza.

E' inoltre riconoscibile un collegamento del circuito di protezione 84 verso un regolatore di tensione 76 che viene alimentato dal circuito di protezione 84 con una tensione stabilizzata di 24 Volt e può alimentare la CPU 72 con tensioni minori (alimentazione di tensione 78), come quelle necessarie ad esempio per il "Refresh" permanente di componenti di memoria RAM.

L'entrata di comando, fornente il segnale dall'interruttore di avviamento 24, sul morsetto 50e dell'IER 2 è collegata con un'entrata 74, che in dipendenza del segnale ricevuto fornisce un segnale Power On 75 alla CPU 72. Nella figura 4 inoltre è previsto un circuito di diagnosi 88, con il quale è possibile sorvegliare continuamente il perfetto funzionamento della CPU 72 e, oppure è possibile fornire, in caso di funzioni errate, qualificate segnalazioni di errore. Il termosensore 68 già descritto, che in caso di minaccia di surriscaldamento del motore 8 dello starter e, oppure del relais 36 dello starter fornisce un segnale di interruzione 70 per l'interruzione dell'operazione di avviamento, presenta un collegamento diretto verso la CPU 72.

Il morsetto 30 oltre alla linea di comando (disegnata sottile) verso il circuito di protezione 84 presenta un collegamento (disegnato in grassetto) verso l'entrata del primo stadio finale 56, la cui uscita è collegata con il morsetto 45r nonché con l'entrata del secondo stadio finale 58. La relativa uscita tramite un'interposto diodo di protezione 90 contro lo scambio di polarità è collegata con il morsetto 50f (disegnato in grassetto) e fornisce la tensione U50f necessaria per il comando della bobina 38 del relais 36 dello starter. Il diodo di protezione 90 contro lo scambio di polarità è inserito in senso diretto nella linea di collegamento verso il morsetto 50f. Inoltre è riconoscibile un collegamento (disegnato in grassetto) dall'uscita N del diodo di protezione 90 contro lo scambio di polarità all'uscita N, ossia verso un diodo non polarizzato 92, che è inserito in senso di blocco sulla massa 12 rispettivamente sul morsetto 31. Questo diodo non polarizzato 92 può provvedere per un cortocircuito di componenti di corrente alternata nella tensione di alimentazione dell'autoveicolo e quindi per una protezione della CPU 72 contro danneggiamento dovuto a tensioni massime al momento del disinserimento della bobina di relais 38. Dall'uscita al morsetto 50f è prevista una linea di comando (disegnata sottile) verso la CPU 72, che è in grado quindi di sorvegliare lo stato attuale di ogni singola linea di entrata e di uscita dell'IER 2.

Infine sono riconoscibili le linee di collegamento della CPU 72 per il comando e la sorveglianza di entrambi gli stadi finali 56, 58. Oltre alle due entrate per il comando del primo e del secondo stadio finale 56, 58 si tratta dell'uscita Sense 57 dal primo stadio finale 56 ed in uscita di stato 59 dal secondo stadio finale 58, che nel caso di mal funzionamenti è in grado di fornire il segnale di interruzione 70 per una interruzione dell'avviamento.

Claims (29)

1. RIVENDICAZIONI 1. Disposizione per comandare una macchina elettrica, specialmente per comandare uno starter elettrico per avviare un motore endotermico, con un mezzo di commutazione per stabilire un collegamento elettrico fra una sorgente di tensione e lo starter elettrico, laddove lo starter elettrico nel caso di un azionamento del mezzo di commutazione tramite una trasmissione ingranabile è accoppiabile con un manovellismo del motore endotermico, caratterizzato dal fatto che nel collegamento fra la sorgente di tensione (4) e lo starter elettrico è disposto un apparecchio di comando elettronico, tramite il quale è possibile comandare una tensione e, oppure una corrente e, oppure un istante di inserimento per lo starter elettrico.
2. 2. Disposizione secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che l'apparecchio di comando elettronico è un relais elettronico integrato (IER 2).
3. 3. Disposizione secondo la rivendicazione (2), caratterizzato dal fatto che mediante il (IER 2) è possibile provocare un comando a due stadi dello starter elettrico (8).
4. 4. Disposizione secondo la rivendicazione (3), caratterizzato dal fatto che il (IER 2) presenta una unità di comando centrale (CPU 72).
5. 5. Disposizione secondo la rivendicazione (4), caratterizzato dal fatto che il (IER 2) presenta almeno due interruttori di potenza elettronica (56, 58) che sono comandabili consecutivamente in dipendenza di parametri temporali.
6. 6. Disposizione secondo la rivendicazione (5), caratterizzato dal fatto che gli almeno due interruttori di potenza elettronici (56, 58) sono inseriti in serie.
7. 7. Disposizione secondo la rivendicazione (6), caratterizzato dal fatto che gli almeno due interruttori di potenza elettronici (56, 58) presentano rispettivamente un transistore di potenza.
8. 8. Disposizione secondo la rivendicazione (6), caratterizzato dal fatto che gli almeno due interruttori di potenza elettronici (56, 58) presentano rispettivamente un (MOSFET) di potenza.
9. 9. Disposizione secondo la rivendicazione (8), caratterizzato dal fatto che gli almeno due interruttori di potenza elettronici (56, 58) presentano rispettivamente una pompa di carica per il comando.
10. 10. Disposizione secondo la rivendicazione (9), caratterizzato dal fatto che gli almeno due interruttori elettronici (56, 58) presentano rispettivamente un'elettronica di protezione per la protezione contro sovratemperatura e, oppure scambio di polarità.
11. 11. Disposizione secondo la rivendicazione (10), caratterizzato dal fatto che gli almeno due interruttori di potenza elettronici (56, 58) presentano rispettivamente un'uscita di diagnosi.
12. 12. Disposizione secondo la rivendicazione (11), caratterizzato dal fatto che il primo interruttore di potenza elettronico (56) presenta un'uscita (Sense 57) in grado di fornire un segnale di uscita proporzionale - alla corrente circolante attraverso l'interruttore di potenza elettronico (56) -.
13. 13. Disposizione secondo una delle rivendicazioni da (2) fino a (12), caratterizzato dal fatto che il (IER 2) presenta almeno due connessioni (30, 31) per un'alimentazione di tensione mediante la batteria (4) dello starter, almeno un'entrata di comando (50e) nonché almeno due uscite di comando (45r, 50f).
14. 14. Disposizione secondo la rivendicazione (13), caratterizzato dal fatto che un primo interruttore di potenza elettronico (56) è accoppiato con la prima uscita di comando (45r) ed un secondo interruttore di potenza elettronico (58) è accoppiato con la seconda uscita di comando (50f).
15. 15. Disposizione secondo la rivendicazione (13), caratterizzato dal fatto che con il prolungamento del primo interruttore di potenza elettronico (56) è possibile sollecitare la prima uscita di comando (45r) con una tensione (U45r).
16. 16. Disposizione secondo la rivendicazione (13), caratterizzato dal fatto che con il prolungamento del secondo interruttore di potenza (58) è possibile sollecitare la seconda uscita di comando (50f) con una tensione (Usof)·
17. 17. Disposizione secondo la rivendicazione (16), caratterizzato dal fatto che il primo interruttore di potenza elettronico (56) tramite una resistenza addizionale (34) è accoppiabile con una connessione principale (morsetto 45) del motore (8) dello starter ed è in grado di alimentare il motore (8) dello starter con una corrente minore della sua corrente nominale.
18. 18. Disposizione secondo la rivendicazione (16), caratterizzato dal fatto che il secondo interruttore di potenza elettronico (58) può sollecitare un avvolgimento (38) di un relais (36) dello starter con la tensione (U50f).
19. 19. Disposizione secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il mezzo di commutazione è un'interruttore di avviamento (24) azionabile manualmente.
20. 20. Disposizione secondo una delle rivendicazioni da (1) fino a (18), caratterizzato dal fatto che il mezzo di commutazione è un'interruttore di avviamento (24) azionabile elettronicamente .
21. 21. Disposizione secondo la rivendicazione (20), caratterizzato dal fatto che l'interruttore di avviamento (24) è comandabile da un'elettronica del motore.
22. 22. Disposizione secondo la rivendicazione ( 21 ) , caratterizzato dal fatto che una corrente di comando ( IVSP) è influenzabile dal comando temporale ( 52 ) dello starter elettrico.
23. 23. Disposizione secondo la rivendicazione ( 21 ) , caratterizzato dal fatto che il comando temporale ( 52 ) in dipendenza del tempo di azionamento dello starter elettrico è in grado di influenzare una corrente di comando ( I50fNenn) ·
24. 24. Procedimento per comandare una macchina elettrica, specialmente per comandare uno starter elettrico per l'avviamento di un motore endotermico, con un mezzo di commutazione per stabilire un collegamento elettrico fra una sorgente di tensione e lo starter elettrico, laddove lo starter elettrico nel caso di un azionamento del mezzo di commutazione tramite una trasmissione ingranabile è accoppiabile con un manovellismo del motore endotermico, caratterizzato dal fatto che per mezzo di un apparecchio di comando elettronico, che è disposto nel collegamento fra la sorgente di tensione (4) e lo starter elettrico, mediante comando graduale di una corrente e, oppure di una tensione e, oppure di un tempo di inserimento lo starter elettrico viene azionato in due stadi.
25. 25. Procedimento secondo la rivendicazione (24), caratterizzato dal fatto che nel primo stadio viene fatto ingranare il pignone dello starter e nel secondo stadio il motore dello starter viene fatto completamente ruotare.
26. 26. Procedimento secondo la rivendicazione (20), caratterizzato dal fatto che il (IER 2) con l'azionamento dell'interruttore di avviamento (24) sollecita lo starter elettrico dapprima con una tensione che è inferiore alla tensione nominale dello starter elettrico, fino a quando è ingranato il pignone dello starter.
27. 27. Procedimento secondo la rivendicazione (26), caratterizzato dal fatto che durante l'operazione di ingranamento lo starter elettrico viene fatto funzionare con bassa coppia, nonché dal fatto che lo starter elettrico una volta avvenuto 1 'ingranamento fa ruotare con la sua coppia nominale il motore endotermico.
28. 28. Procedimento secondo la rivendicazione (27), caratterizzato dal fatto che il comando temporale (52) in dipendenza del tempo di azionamento dello starter elettrico influenza le tensioni .
29. 29. Procedimento secondo la rivendicazione (28), caratterizzato dal fatto che in dipendenza di una temperatura misurata sullo starter elettrico viene ridotto il tempo di avviamento massimo possibile.