Autopilota per banco a rulli

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"Il progetto Autopilota ha perseguito gli obiettivi di utilizzare i tools software sulla base di piattaforme di mercato, adottando come standard all’interno della Corporate i prodotti National Instruments per l’automazione e l’acquisizione dati."

- M. Guidetto, XINTESY

The Challenge:
FPT - FIAT POWERTRAIN TECHNOLOGIES S.p.A. ha in esercizio un certo numero di banchi a rullo per i quali c'è l’esigenza di realizzare un sistema detto “Autopilota” per la gestione del cambio e della pedaliera, con la possibilità di eseguire cicli di test sulla vettura sfruttando al meglio anche impianti ad alta velocità questi ultimi lavorando con vento proporzionale e condizionato fino alla velocità di 200 km/h con temperature che vanno da -15 e 40 °C, rendono di fatto alcuni cicli non eseguibili direttamente da un operatore in vettura.

The Solution:
Il sistema Autopilota, infatti, è in grado di gestire la taratura di alcuni parametri, ad esempio la posizione del cambio, la frizione, dove possibile, tramite un sistema automatico, che consente inoltre di incrementare la ripetibilità e riproducibilità dei risultati dei test, grazie alla eliminazione del fattore di soggettività legato al driver. Il sistema Autopilota può eseguire dei cicli predefiniti, configurati tramite un sistema manuale di “editor” e può funzionare, su sale rulli, in modalità stand-alone senza interfacciarsi con i sistemi di controllo sala (vecchi sistemi con architettura chiusa – non interfacciabili), oppure attraverso evoluzioni future in coerenza con il sistema di controllo dei banchi. La possibilità di avere un pilota automatico consente di ampliare il panorama di prove, eseguendo cicli normati di durata, cicli standard o personalizzati in funzione delle richieste della sperimentazione. Comunque, specifici cicli senza l'ausilio del driver dove per ragioni di sicurezza o durata (es. ciclo Artemis - prove di consumo in ottica cliente).

Author(s):
M. Guidetto - XINTESY
M. Dell'Orto - FPT - FIAT POWERTRAIN TECHNOLOGIES
L. Pinna - FPT - FIAT POWERTRAIN TECHNOLOGIES

Breve Riassunto
L’autopilota è un sistema composto da un attuatore cambio realizzato con robot antropomorfo e da una pedaliera costituita da tre guide lineari rappresentanti i pedali di frizione, freno, acceleratore.
La meccanica di supporto robot viene ancorata al sedile passeggero mentre la pedaliera viene posizionata a pavimento sotto il volante. Le fasi di allestimento prevedono un apprendimento per il robot delle posizioni della leva del cambio (folle, prima, seconda, ecc), e per la pedaliera l’escursione delle corse dei pedali in rilascio e in attacco.

Articolo

Le intese
L’autopilota è una tipica applicazione di meccatronica, dove il controllo simultaneo di forze, corse, feedback di velocità e giri motore presuppongono un alto livello di integrazione tra sensori, attuatori e loop di regolazione. La partnership di FPT - FIAT POWERTRAIN TECHNOLOGIES S.p.A. con le aziende CustoM e Xintesy ha creato il giusto pool di competenze per sposare le capacità di Corporate nella gestione delle sale prove, con le attitudini, nel campo dell’acquisizione e controllo, di integratori di collaudata esperienza nel testing.

I requisiti
Le attività di progettazione e sviluppo legati alla realizzazione di un autopilota hanno soddisfatto i seguenti requisiti: peso e ingombro ridotti (masse trasportabili inferiori ai 20 kg), rapidità di attrezzaggio, stabilità e accuratezza nei posizionamenti per lungo periodo, controllo continuo di posizionamento e forze di attuazione, apprendimento guidato delle posizioni del cambio e della pedaliera, gestione di profili di marcia (missioni).

Per l’autopilota si è coniato il seguente acronimo: TAZIO: Test per la caratterizzazione delle performance veicolo con Autopilota per banco prova rulli, Zero modifiche sul veicolo, Installazione rapida, OnBoard Diagnosis.

Gli standard
Il progetto Autopilota ha perseguito gli obiettivi di utilizzare i tools software sulla base di piattaforme di mercato, adottando come standard all’interno della Corporate i prodotti National Instruments per l’automazione e l’acquisizione dati, e di integrare i manipolatori ricercando i prodotti di mercato con le migliori garanzie di performance, manutenibilità ed evoluzione nel tempo, e adottando come standard il robot, i motori, e i servoamplificatori di Mitsubishi Electric.

L’architettura
Si è così definita un’architettura ad intelligenza distribuita :
• il Robot antropomorfo Mitsubishi RV2AJ con il suo controller deputato alla gestione dell’inserimento marce per il cambio;
• i Servoamplificatori Mitsubishi MRJ2S asserviti al controllo posizione dei pedali;
• La Control Box con all’interno la piattaforma PAC (Programmable Automation Controller) CompactRIO di National Instruments, in grado di sincronizzare i movimenti del cambio e della pedaliera, regolare i profili di velocità, leggere via CAN i giri motore e la velocità veicolo tramite presa OBD (On Board Diagnosis)
• il Touch Panel NI-2016T in funzione di HMI (Human Machine Interface)

La meccanica
L’attrezzatura meccanica dell’attuatore pedale si basa su una terna di pinze autocentranti di afferraggio pedale collegate tramite snodi sferici alle barre cilindriche di scorrimento che trasmettono il moto generato dagli assi motorizzati.
Il supporto dell’attuatore cambio è stato studiato per vincolarsi rigidamente ai supporti sedile ed essere regolato in altezza e profondità per garantire uno stabile appoggio al robot.

Il software
Il software di regolazione e sincronizzazione autopilota è sviluppato su piattaforma LabVIEW ed è stato strutturato su 4 livelli:
1) per il target FPGA (Field Programmable Array) sono stati realizzati i blocchi di regolazione posizione controllata in forza con loop a 100 kHz;
2) per il target Real-Time si è implementata la macchina a stati per la gestione della cambiata e dell’inseguimento velocità, con loop a 10 kHz;
3) per il target Touch Panel è stato gestito il caricamento dei file di missione, i comandi manuali e le visualizzazioni del ciclo in automatico.
4) per lo scambio dati si è definita la mappatura delle shared variables su rete ethernet.

Il software dell’attuatore cambio è costituito da due programmi eseguiti su task distinti, in grado di movimentare la leva del cambio con forza controllata.

Author Information:
M. Guidetto
XINTESY
mguidetto@xintesy.com

Next Steps

 

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