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Sistemi Elettronici Industriali - P.P.

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SISTEMI ELETTRONICI INDUSTRIALI

a.a. 2002/2003LS Ingegneria Meccatronica

Prof. Paolo [email protected]

0522.276605 – 059.2056158


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Programma del corso

• Esempio di Sistema Elettronico Industriale: centralina elettronica per automobile

• Prerequisiti: elettronica di base, sensoristica, ADC/DAC, …

• Microcontrollori• Reti, bus, programmazione • CAN bus, TTCAN bus (Time Triggered CAN), …• Applicazioni e case study

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Sistemi elettronici industriali

• Sono sempre di più le applicazioni industriali che richiedono un “intervento” elettronico.

• Tradizionalmente, per elettronica si intende quello che noi chiamiamo “elettronica + informatica + telecomunicazioni + automatica + …”, cioè il settore dell’informazione


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• Nel campo dell’elettronica industriale, lainterdisciplinarietà delle conoscenze richieste per realizzare un progetto è evidentissima.

• Scopo di questo corso è quello di “raccordare” e integrare tutte le conoscenze acquisite e di arrivare a capire e progettare un sistema elettronico

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• Per sistemi elettronici intendiamo, ad esempio:– Sistemi di ispezione ottica / raggi X / laser– Montaggio / saldatura schede elettroniche– Sistemi elettronici per automotive– Sistemi per automazione industriale– …


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• Un sistema elettronico industriale generico è composto di:– Sensori e servo attuatori– Circuiti elettronici– Human Interface Unit (con feedback…)– Sistemi di controllo elettronico– Bus di comunicazione

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Sistemi elettronici industrialiper automotive

• Un sistema elettronico per automotive può essere composto di:– Servo attuatori con sensori di posizione, pressione,

accelerazione…– Circuito idraulico / elettronico / meccanico– Human Interface Unit (con force feedback…)– Sistemi di controllo elettronico fault tolerant– Bus di comunicazione fault tolerant


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• Nelle applicazioni automotive:– 90% dell’innovazione è nell’Elettronica (in maggior

parte software, ma anche hardware)– Fino al 2010 le funzioni elettroniche nell’auto

cresceranno di più del 10% all’anno– Oggi: 20-25% del costo di produzione per l’elettronica;

nel 2010 sarà il 35-40%– Già nel 2005 si prevede un 10% del costo totale per il

software.

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Esempio: sistemi elettronici per automotive


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• Sistemi X-by-wire (X = drive, steer, brake…)• ABS, airbag, finestrini elettrici, chiusura centralizzata,

impianto di climatizzazione, sistema audio, navigazione satellitare, in vehicle entertainment, accensione elettronica, controllo delle posizioni dei sedili, …

• Si arriva anche ad una cinquantina di microcontrollori in un’automobile

• Mercato in forte espansione

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Cosa fa aumentare la complessità dei sistemi

• elettronica + meccatronica = più funzionalità nel veicolo

• infotainment + telematica = più funzionalità nel veicolo

• reti = totale disponibilità di tutte le informazioni• display = adattamento delle informazioni alla

situazione• configurabilità = adattamento all’utente (es. lingua)• differenziazione dei progetti = variabilità della

rappresentazione


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Sistemi “by-wire”

“By-wire” è il termine generico utilizzato per i sistemi elettronici di controllo che richiedono una rete di comunicazioni per connettere i vari componenti piuttosto che un tradizionale sistema meccanico o idraulico.

Questa tecnologia ha trovato un primo impiego nell’industria aerospaziale, ora anche nel settore dei mezzi di trasporto terrestri.I sistemi automotive “by-wire” si dividono in tre categorie principali: throttle by-wire, steer by-wire, brake by-wire.

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Sistemi “by-wire” – 2

“throttle-by-wire” sostituisce il cavo che collega il pedale dell’acceleratore alla valvola a farfalla di un motore con una connessione elettronica affidabile. Non essendoci cavi collegati, la valvola può essere modulata elettronicamente in modo più efficiente. Inoltre, si può anche utilizzare in sistemi di sicurezza quali TCS (Traction Control System) e EPS (Electronic Stability Program).

“steer-by-wire” sostituisce il piantone dello sterzo con una rete “fault-tolerant”. Il controllore di sterzata del guidatore (volante o joystick) è connesso attraverso una rete fault-tolerant a dei motori collegati alla scatola dello sterzo. I sistemi steer by-wire migliorano la sicurezza, possono essere progettati per fornire diverse “sensazioni di guida” e consentono anche un grado di libertà maggiore al progettista meccanico.


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Sistemi “by-wire” – 3

“brake-by-wire” utilizza dei cavi elettrici invece di tubi idraulici per collegare il pedale ai freni. Questa architettura rende disponibili molte tecniche di controllo per applicazioni di “convenience” come ad esempio la durezza del pedale, ma anche in applicazioni di sicurezza, come il controllo della trazione, la stabilità del veicolo, e distribuzione della forza frenante.

•I sistemi by-wire sono in genere più costosi di quelli convenzionali. Il costo potrebbe diminuire con l’adozione di economie di scala. Questi sistemi tenderanno comunque a sostituire i sistemi meccanici con sistemi elettronici, più piccoli, più sicuri e anche più efficienti.•Un sistema by-wire richiede architetture di controllo ad alte prestazioni. Inoltre i sistemi bus devono essere deterministici, fault tolerant, high-speed, in grado di supportare sistemi distribuiti…

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Sistemi “by-wire:” Electro-Hydraulic Braking (EHB)


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Electro-Hydraulic Braking(EHB) – 1

I sistemi EHB sono progettati per permettere il controllo elettronico della frenata del veicolo, mantenendo però un sistema idraulico ridotto. Il sistema idraulico funziona da back-up nel caso di guasto del controllo elettronico.

L’unità EHB riceve input dai sensori collegati al pedale del freno. In condizioni normali, una valvola di back-up viene chiusa e il controllore attiva il freno della ruota attraverso una pompa idraulica che viene attivata da un motore elettrico. Nel caso in cui il controllore entri in “fail safe mode”, la valvola di back-up viene aperta e i freni sono controllati dal circuito idraulico.

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Electro-Hydraulic Braking(EHB) – 2

I vantaggi potenziali di un sistema EHB includono:

Possibilità di riutilizzo di tecnologie per i sistemi idraulici, incrementando lo sviluppo di sistemi elettronici come ESP, Traction Control (TC), Brake Assist.Processi di calibrazionesemplificati, come ad esempio la calibrazionesoftware della risposta del freno alla “sensibilità del pedale”

Migliore connettività con altri sistemi elettronici, comeAdaptive Cruise Control, …Installazione facilitata, visto che mancano la pompa a vuoto e il suo sistema di gestione.L’ABS può essere attivato senza feedback al pedale.


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Progettazione di sistemi EHB

I sistemi EHB sono basati sui sistemi ABS già esistenti, con alcune migliorie addizionali. L’aggiunta di valvole elettro-idrauliche (analogiche) richiede dei segnali di corrente dallaElectornic Control Unit(ECU) per il controllo ad anello chiuso con PWM.

I sistemi EHB devono includere procedure “failsafe” nel caso in cui si presentino dei guasti. Per iniziare correttamente lo stato “failsafe” il sistema richiede che i componenti elettronici abbiano una elevata copertura nel caso gi guasti.

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Sistema EHB


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Soluzione (Motorola)Sensore: MPXV6115V; High TemperatureAccuracy Integrated Silicon Pressure Sensor - Small Outline PackageTrasduttore piezoresistivo monolitico in silicio, progettato per un ampio range di applicazioni, in particolare per quelle che utilizzano dei microcontrollori con ingressi A/D.È fabbricato con le più avanzate tecniche di “micromachinig”, metallizzazioni a film sottile, e processo bipolare per avere un segnale di uscita ampio, analogico accurato e proporzionale alla pressione/vuoto applicato.Buon fattore di forma e integrazione on-chip

• MPXV6115V Features– 1.5% Maximum Error Over

0° to 85°C– Ideally Suited for

Microcontroller–Based Systems

– TemperatureCompensated Over –40°Cto +125°C

– Durable Polymer surface mount package

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MPXV6115V Parametrics

1.5 38.2640086311744621154.416.7

Accuracy 0–85°C(% of VFSS)

Sensitivity(mV/kPa)

Full Scale Span(Typ)(Vdc)

Over Pressure(mV/kPa)

Pressure Rating(Max)(mm*Hg)

Pressure Rating(Max)

(cm*H2O)

Pressure Rating(Max)

(in*H2O)

Pressure Rating(Max)(kPa)

Pressure Rating(Max)(psi)


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Sensore di pressione – 1

•I sensori di pressione in silicio sono dei ponti piezoresistivi che forniscono in uscita una tensione differenziale in risposta ad una pressione applicata ad un sottile diaframma di silicio. Le tensioni di uscita di questi sensori vanno di solito fino a 25, 50 mV. •All’aumentare della pressione, RP1 e RP2 aumentano, mentre RV1 e RV2 diminuiscono in pari quantità. Il ponte si sbilancia e produce un segnale di uscita differenziale.

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Sensore di pressione – 2

•Il segnale di uscita differenziale è anche proporzionale alla tensione di polarizzazione B+.•L’accuratezza della misura di pressione dipende direttamente dalla tolleranza della alimentazione.•Serve anche per compensare gli effetti della temperatura: I resistori del ponte hanno coefficiente di temperatura positivo; allora, essendo in serie con RC1 e RC2 (resistori di compensazione della temperatura) la tensione applicata al ponte aumenta con la temperatura.

•Questo aumento della tensione produce un aumento di sensitività che sbilancia e compensa le variazioni dovute allapiezoresistività, che hanno segno diverso.•RC1 e RC2 sono circa uguali. Allora il segnale di uscita di modo comune è circa ½ B+.•Es: Motorola MPx2100. Le resistenze del ponte sono di 480 Ωnominali; RC1 e RC2 sono di 680 Ωnominali; se B+=10V, un ∆R=1.8Ωa fondo scala di pressione fornisce un segnale di uscita differenziale di 40mV.


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Interfacciamento del sensore ad un microcomputer

• Amplificazione del piccolo segnale di uscita, facendone anche la conversione “differential to single-ended”

• Traslazione del segnale in unrange di valori opportuno per poterne fare la conversione Analogico-Digitale

• Oppure, conversione in un segnale a 5V modulato in frequenza

• Oppure, conversione in un segnale per loop di corrente 4-20mA

• Entrambe queste conversioni producono un segnale relativamente immune ai disturbi quando ci siano delle lunghe linee di interconnessione

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Interfacce verso amplificatore per strumentazione


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Interfaccia

•Configurazione “classica” con un’eccezione: R3•R3 a massa fornisce una tensione di uscita a 0V DC quando il segnale di ingresso differenziale è a zero.•Per interfacciarsi ad un micro si preferisce avere un offset positivo di 0.3, 0.8V.•R3 è allora collegata all’uscita di un op-amp (pin 14 di U1D) in configurazione buffer.•L’uscita di U1D fornisce il valore di tensione dal potenziometro R6, che è l’offset DC che si ha con segnale di ingresso differenziale a zero.

•Traslazione 1 a 1: qualsiasi sia il valore della tensione da R6, questo è l’offset DC.•R10 a 240 Ω impone un guadagno di 125.•Con output del sensore 32mV full scale, si ha un segnale che varia di 4 V.•Impostando l’offset a 0.75V, si ha un segnale di uscita che varia da 0.75V a 4.75V, compatibile con gli ingressi A/D di un microprocessore.•Se la temperatura varia da 0 a 50C, la accuratezza del sistema sensore-interfaccia è circa 10%

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Applicazioni di precisione – 1


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Applicazioni di precisione – 2

• Amplificatore per strumentazione integrato LTC1100CN8

• Guadagno 100 e conversione single-ended

• Zero offset si ricavapartizionando l’alimentazione (0.5V) e buffer U2B

• L’offset diventa il riferimento di massa di LTC1100CN8 (analogo all’effetto di R3 visto prima)

• U2A, R1 e R2 servono a scalare lo span di uscita a 4V full scale

• R2 è collegata all’offset.• L’uscita varia allora tra 0.5 e

4.5V• Questa configurazione costa

di più.• Ci sono altre possibili

configurazioni a basso costo con prestazioni migliori di quella vista in precedenza…

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Convertitore A/D

• I convertitori a 8 bit generalmente disponibili in un microcontrollore vanno bene per applicazioni di sensing di pressione

• Se sono richiesti più di 8 bit, allora si può utilizzare il circuito proposto, che aumenta la risoluzione a 11 bit utilizzando un ADC esterno.

• Va bene anche per i sistemi che non hanno la conversione AD interna.

• Generatore di rampa (5ms tra 0 e 5V)

• Risoluzione limitata dalla frequenza del clock e dalla linearità della rampa (in fig. è di 11 bit con un clock a 2 MHz)

• Da un punto di vista software:latching del sample&hold, leggere il valore del contatore del micro, spegnere Q1, aspettare il cambiamento di stato da 1 a 0 dei 3 comparatori di uscita. Il valore si ricava dal conteggio, con step di 5µs, del numero di cicli di clock tra PA0 e PA1 che va basso.


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Convertitore A/D

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Long distance interfaces

•Output in frequenza–La pressione viene convertita in un segnale digitale 0 – 5 V la cui frequenza varia linearmente con la pressione.–La frequenza minima corrisponde a pressione 0–L’output in frequenza è determinato da un fattore di scala Hz/unità di pressione

•Loop di corrente 4 – 20 mA–Quando si vuole minimizzare il numero di collegamenti ad un sensore remoto–L’alimentazione e la massa sono le linee di trasmissione del segnale 4-20mA, quindi richiedono solo 2 fili al sensore.–4mA corrisponde alla pressione nulla; 20mA al fondo scala


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Output in frequenza

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Output in frequenza

• Costituito di 3 blocchi fondamentali:– Amplificatore di

interfaccia (uscita 0.5 –4.5 V)

– VFC (AD654): C3 imposta la frequenza nominale di uscita. Pressione zero: 1Kz, calibrata attraverso R3; R12 regola il fondo scala a 10kHz

– Buffer (Q1 e R10) serve a “pulire” i fronti e a traslare il segnale a 5V.

• Vantaggi: facile lettura della pressione da parte del timer del microcomputer; trasmissione del segnale su doppino e’ relativamente semplice

• Se le distanze sono molto lunghe, bisogna usare 3 fili (VCC, ground e segnale)


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Loop di corrente 4-20mA

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Loop di corrente 4-20mA•Solo 2 fili; il segnale di uscita è la corrente che scorre sulle linee VCC e ground. •Il circuito è dimensionato per 4mA a pressione zero e 20mA a fondo scala.•Il ricevitore ha una resistenza di 240 Ω verso massa per generare un segnale da 0.96 a 4.8V per gli input A/D del microcomputer.•Il sensore è polarizzato da due generatori di corrente da 1mA (pin 10 e 11) collegati in parallelo su uno zener (1N4565A 6.4V) compensato in temperatura.•Il segnale differenziale del sensore va direttamente agli ingressi di XTR101. R6 calibra l’offset dello zero di pressione sui 4mA.

•L’uscita del sensore alimentato a 6.4V è 24.8mV. R3+R5 devono essere in totale 64 Ω per fornire 20mA a fondo scala. R5 calibra.•XTR101 richiede che il segnale differenziale applicato trai pin 3 e 4 abbia un valore di modo comune tra 4 e 6 V. La tensione di modo comune del sensore e’ metà dell’alimentazione, cioè 3.2V. R2 allora aumenta la tensione di modo comune di 1k * 2mA = 2V, portandolo così a 5.2V.•Q1 e R1 servono a garantire il funzionamento tra 12 e 40V.•D1 serve per protezione.


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Interfacciamento diretto

• Sensore integrato e microcomputer con ADC on-chip

• Sistema con LCD e microcomputer MC68HC05 (Motorola)

• L’interfaccia tra sensore e microcomputer e’ un solo filo.

• Il sensore integrato MPX5100 ha un amplificatore interno che fornisce un segnale direttamente utilizzabile dalmicro (ingresso A/D PD5)

• Il software può essere progettato assumendo pressione zero al power-up, leggendo il valore dell’uscita del sensore, memorizzandolo per l’offset.

• Il valore del fondo scala può essere regolato con i ponticelli J1 e J2.

• J1 e J2 in: span diminuito di 1.5%

• J1 e J2 out: span aumentato di 1.5%

• Il sensore ha una specifica di ±2.5% f.s.

• Calibrazione ±1%.

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Interfacciamento diretto


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Electro-Mechanical BreakingEMB (Brake-by-wire)

EMB sostituisce i sistemi di frenata idraulici convenzionali con un sistema meccatronico “secco” sostituendo gli attuatori tradizionali con delle unità comandate da motori elettrici. Questo passaggio ad un sistema di controllo elettronico contribuisce ad eliminare molti degli svantaggi di fabbricazione, manutenzione, ambientali associati con i sistemi idraulici.

Siccome non c’è un sistema di back-up meccanico o idraulico, l’ affidabilità è critica e il sistema deve essere “faulttolerant”. L’implementazione di EMB richiede delle caratteristiche come ad es.: protocolli di comunicazione tolleranti ai guasti dell’alimentazione (ad es. TTCAN e FlexRay) e un po’ di ridondanza hardware.

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EMB - 2

I benefici di EMB possono essere:1.Migliore collegabilità con altri sistemi elettronici, come ad esempio Adaptive Cruise Control2.Diminuzione del peso complessivo dell’autoveicolo, con migliori prestazioni e consumi ridotti3.Più semplice e veloce assemblaggio del sistema nel veicolo

4.Riduzione degli inquinanti attraverso l’eliminazione dei fluidi del sistema idraulico che sono corrosivi e tossici5.Migliore flessibilità del piazzamento per via dell’eliminazione del sistema idraulico6.Riduzione delle necessità di manutenzione7.Implementazione di caratteristiche come “tenuta in salita”8.Libertà di progettazione dovuta alla rimozione dei componenti meccanici.


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EMB - 3

• Come nei sistemi di frenatura elettro-idraulici (Electro-Hydraulic BrakingEHB), EMB è progettato per migliorare la connettività con altri sistemi nel veicolo, rendendo così possibile l’integrazione di altre funzioni di alto livello come il controllo di trazione e il controllo della stabilità del veicolo.

• Un altro vantaggio dei sistemi EHB e EMB è l’eliminazione della pompa da vuoto che si ha nei sistemi convenzionali. Oltre a rendere più facile lavorare negli spazi sempre pi ridotti nel vano motore, questa eliminazione aiuta a semplificare la produzione dei sistemi di guida sia a destra che a sinistra.

• EMB inoltre è vantaggioso perché permette di eliminare in toto il sistema idraulico.

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Progettazione di EMB:challenges – 1

I sistemi EMB rappresentano un totale cambiamento di specifiche rispetto ai tradizionali sistemi di frenata idraulici e elettro-idraulici. I componenti del sistema EMB dovranno essere connessi usando dei protocolli ad alta affidabilità su bus che assicurino la totale faulttolerance (aspetto di primaria importanza nel progetto)

L’uso di attuatori elettrici per la frenata impone delle specifiche aggiuntive che includono il controllo del funzionamento del motore nel sistema di alimentazione a 42V, ma anche ad alta temperatura e con alta densità di componenti elettronici.


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Progettazione di EMB:challenges – 2

In aggiunta al supporto dei protocolli tradizionali di comunicazione (CAN), i sistemi EMB richiedono anche l’implementazione di comunicazioni time-triggered deterministiche(FlexRay) per garantire le specifiche di tolleranza ai guasti. I nodi del sistema EMB possono non essere individualmente fault tolerant, ma devono garantire il funzionamento “failsafe” e si basano su un alto livello di identificazione dei guasti da parte dei componenti elettronici.

Questi vincoli devono essere soddisfatti utilizzando componenti che devono anche avere dei costi competitivi, per rimpiazzare le tecnologie che sono ormai assodate e cost-effective, mantenendo però gli standard della qualificazione automotive.Ad es. per fermare un SUV i sistemi EMB richiedono correnti elevate: limite. Si pensa di usarli per primi in auto piccole.

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Progettazione di EMB:soluzioni – 1

• Motorola, ad es., propone una unità multi-microcontrollore (MCU) contenente micro ad alte prestazioni (MPC500) per il nodo di controllo del veicolo, DSP o microcontrollori a medie prestazioni per il nodo delle ruote, e dispositivi HCS12 per i nodi del pedale del freno.

• Motorola si propone come partner dei costruttori di auto per la soluzione di progetti di questo tipo.

• MC33253 data sheet


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Anti-Lock Braking System ABS

• Un sistema di ABS ha la funzione di evitare il bloccaggio e il conseguente slittamento delle ruote sull’asfalto durante una frenata d’emergenza.

• L’Anti-Lock Braking System riceve i dati dai sensori di velocità posti su ciascuna ruota e riconosce un eventuale slittamento delle ruote stesse.

• Lo slittamento può essere determinato calcolando il rapporto tra velocità delle ruote e velocità del veicolo.Questo è ricavato valutando continuamente la velocità di ciascuna delle 4 ruote.

• Durante una frenata il sistema deve garantire il massimo gripsull’asfalto (naturalmente senza bloccare le ruote) controllando elettronicamente ciascuna delle valvole che regolano lapressione del liquido di ciascuno dei freni.

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ABS: vantaggi

•I principali vantaggi derivanti da un controllo elettronico della frenata sicuramente possono essere riassunti in:

– Mantenimento del controllo del veicolodurante una frenata d’emergenza.

– Miglioramento della stabilità del veicolodurante una frenata d’emergenza.

–Facilità di raggiungere la capacità massima di frenata del veicolo anche per un guidatore non esperto.


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Block Diagram

CA

NPH

YSIC

AL

INTE

RFA

CE

MAINµCONTROLLER

FAILSAFEµCONTROLLER

DR

IVER

FAILSAFESWITCH

D.C. MOTOR

FLU

ID

RES

ERVO

IR

SIGNALCONDITIONING

Sensori

Powertrain Bus

SystemPower

FaultIndicator

ECVElectronically

Controlled Valves

(Solenoids)

DR

IVER

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Block Diagram

CA

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YSIC

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FAILSAFEµCONTROLLER

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D.C. MOTOR

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SIGNALCONDITIONING

Sensori

Powertrain Bus

SystemPower

FaultIndicator

ECVElectronically

Controlled Valves

(Solenoids)

DR

IVER

ECUECU


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Block Diagram – 1

SIGNAL CONDITIONING• I segnali provenienti dai

sensori di velocità posti su ciascuna ruota subiscono una prima trasformazione per poter essere convertiti in formato compatibile con quelli supportati dal Main µC che li elaborerà.

• (ad es. conversione Frequenza-Tensione)

CAN PHYSICAL INTERFACE• Interfaccia per

comunicazione su BUS CAN. In questo modo l’ECU di gestione dell’ABS, o meglio i suoi microcontrollori, possono comunicare con Iealtre centraline elettroniche presenti sul veicolo (ad es. quella che gestisce l’aria condizionata o quella deglialzacristalli, ecc…)

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Block Diagram – 2

MAIN MICRO CONTROLLER• E’ l’unità che si occupa dell’

elaborazione dei dati e del controllo attraverso i driver degli attuatori del sistema di ABS

FAILSAFE MICRO CONTROLLER• E’ un micro che ha funzioni

di watchdog, gestisce le situazioni anomale che si possono presentare nella centralina (ad es. interviene se il Main µC non esegue una certa operazione in un certo intervallo di tempo).


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Block Diagram – 3

FAILSAFE SWITCH• E’ un’unità che in caso di

malfunzionamento della centralina disconnette la centralina dagli attuatori in modo da non danneggiarli.

DRIVER• Interfaccia di potenza verso

gli attuatori controllati dalla centralina, vale a dire il motore della pompa idraulica del fluido e le elettrovalvole(2 per ruota) che regolano la pressione del liquido dei frenI

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Signal Conditioning e CAN Physical Interface

SIGNAL CONDITIONING• In questo blocco i segnali

provenienti dai sensori vengono amplificati, filtrati e convertiti in formato utile all’elaborazione da parte delMain Microcontroller.

CAN PHYSICAL INTERFACE• Questo blocco realizza la

connessione al Bus CAN e permette la comunicazione tra la centralina di gestione dell’ABS e gli altri sistemi elettronici presenti sul veicolo.

• Il componente principale di questo blocco è un Transceiver che si occupa della gestione dei messaggi in entrata e in uscita dal nodo e dell’eventuale adattamento dei livelli di tensione secondo le specifiche del protocollo CAN.


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MAIN MICROCONTROLLER

• Si tratta di un Micro Motorola68HC12D60. E’ un micro con istruzioni a 16bit che integra sullo stesso chip diverse periferiche tra cui convertitori A/D, EEPromDati, generatori di clock e timer, interfaccia seriale, moduli PWM programmabili e modulo CAN 2.0 A e B compatibile.

• Oltre alle normali funzioni di controllo di tutti gli elementi della centralina effettua continuamente il calcolo del rapporto tra velocità delle ruote e del veicolo sulla base dei dati provenienti dai sensori. In questo modo è in grado di decidere quando inviare segnali di attivazione agli attuatori del sistema di ABS.

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Blo

ckD

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68

HC

12

D6

0

Modulo CANModulo CAN

Convertitori A/DConvertitori A/D

Modulo PWMModulo PWMInterfaccia SerialeInterfaccia Seriale

EEPromEEProm DatiDati


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FAILSAFE MICROCONTROLLER

• Si tratta di un Micro Motorola 68HC08AZ32. È un micro con istruzioni a 8bit quindi più semplice delMain Micro, ottimizzato per funzioni di controllo (Watchdog).

• Anche questo tipo di microè dotato delle principali periferiche viste prima compreso un modulo CAN 2.0 B.

• La sua funzione principale è quella di supervisore.

• Per questo deve essere un’unità indipendente e quindi ad es. ha una alimentazione diversa da quella del resto della ECU.

• Deve rilevare eventuali malfunzionamenti della centralina e comunicarli via CAN agli altri nodi della rete salvaguardando gli attuatori del sistema (elettrovalvole e motore della pompa del liquido del circuito frenante).

• Inoltre deve garantire il contenimento del guasto all’interno del modulo. Ecco perché è presente un FAILSAFE SWITCH.

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Bus Interno diBus Interno diComunicazioneComunicazione


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AUTOMOTIVE H-BRIDGE DRIVER MC33186

• Questo componente realizza l’interfaccia di potenza tra MainController e motore della pompa del circuito idraulico dei freni.

• Riceve in ingresso i segnali provenienti dal Main Controller.

• Una logica di controllo riconosce la configurazione dei dati in ingresso.

• A ciascuna configurazione corrisponde una determinata azione che il driver fa eseguire all’attuatore secondo la Truth Table fissata dal costruttore del chip.

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MC33186 - Applicazione Tipica

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FULL BRIDGE DRIVER MC33253

• Questo componente realizza l’interfaccia di potenza traMain Controller edelettrovalvole di controllo della pressione del liquido dei freni.

• Ci sono in tutto 8 valvole (2 per ogni ruota) e quindi nell’ECU si trovano 2 chip di questo tipo, che fornisce solo 4 uscite. Naturalmente i segnali di controllo dei 2 chip saranno gli stessi.

• Analogamente al MC33186 riceve in ingresso i segnali provenienti dal MainController e una logica di controllo associa ad ogni configurazione una determinata azione.


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ControlControl LogicLogic


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Progettazione HW

• Definire le ECU e i bus della rete• Connettere le ECU con i bus• Definire i sensori e gli attuatori

– Associare i segnali ai sensori/attuatori– Fornire i blocchi di firmware degli I/O per i segnali

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Cosa manca?

• Architettura dei microcontrollori

• Protocolli di comunicazione su bus


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software• Elevata affidabilità dei sistemi elettronici, specialmente software

– Riutilizzabilità di componenti software standardizzati– Elevata qualità del processo

• Aumentata importanza del software per specifiche di rilievo– Funzioni di OEM / piattaforme software– Integrazione di moduli software OEM dai fornitori

• Aumento del volume di software in un automobile– Più softwaristi, progetti software più grandi– Sviluppi di processi efficienti

• Diminuzione del numero di ECU in un automobile– Integrazione di moduli software da diversi fornitori in una ECU– Necessità di standard

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