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Diario elettrico Renault Captur plugin – Ancora sul motore

Posted in Uncategorized by jumpjack on 17 novembre 2020

Il motore “E-Tech” montato sulla Captur Plugin (nonchè sulla Megan plugin e sulla Clio non-plugin) è frutto di una evoluzione durata 10 anni e iniziata con un modellino fatto col lego mostrato dagli ingegneri Renault ai dirigenti Renault per dimostrare la fattibilità del progetto.

La prima versione dell’E-Tech si chiamava “LocoDiscoBox” (v. brevetto), montato sul prototipo di auto Eolab, e aveva un solo motore elettrico, a differenza dell’E-Tech che ne ha 2: il secondo, più piccolo (25 kW invece che 49) serve a rendere più dolce il cambio marcia alle basse velocità, annullando la decelerazione causata dall’azzeramento momentaneo della coppia del motore principale, necessario per permettere il cambio marcia; in seconda istanza il motore secondario può essere usato anche come motorino di avviamento del termico (=starter) o anche per ricaricare la batteria (generator); è inoltre un motore ad alta tensione come quello principale (400V), da cui il nome di High Voltage Starter-Generator (HSG).

La figura qui sotto, estratta dal brevetto originale e migliorata con testi e colorazione, mostra uno spaccato del motore LocoDiscoBox:

Motore Renault LocoDiscoBox

Già in questo primo modello si può vedere il cuore dell’invenzione: gli alberi-motore concentrici.

L’albero motore termico (giallo) ruota infatti all’interno dell’albero cavo del motore elettrico (blu), rispetto al quale però rimane meccanicamente scollegato e indipendente fino all’inserimento di una marcia:  l’accoppiatore 13 (**), solidale con l’albero secondario (grigio), che, attaccandosi al pignone libero(***) di sinistra (11) o di destra (12) mette in comunicazione l’albero secondario con l’albero elettrico; poichè l’albero secondario è sempre in presa con le ruote (tramite il pignone 16 del differenziale), l’aggancio dell’elettrico al secondario comporta anche l’aggancio dell’elettrico alle ruote. Ma l’albero motore termico non viene coinvolto: l’accoppiatore 13 determina solo il cambio di marcia elettrica da “Elettrica A” (sinistra) a “Elettrica B” (a destra).

Normalmente nelle auto elettriche si tende a non usare il cambio meccanico,  che in genere serve solo nei motori a benzina, che hanno coppia sufficiente a muovere l’auto sono in un intervallo di giri molto ristretto. E’ però anche vero che la coppia costante del motore elettrico non è disponibile “a tutte le velocità”, ma solo fino a una certa velocità, in genere intorno ai 50/60 km/h, dopodichè inizia a calare; introducendo un cambio meccanico, si può anche nel caso dell’elettrico estendere l’intervallo di disponibilità della coppia.

Studiamo la cosa graficamente. Questo grafico mostra orientativamente la curva di coppia della  di un motore a benzina:

Prima marcia - benzina

Oltre una certa velocità, questo tipo di motore non è più in grado di accelerare un veicolo; quindi sono state inventate le marce, che hanno questo effetto:

L’intervallo di disponibilità di coppia si allarga fino a 180 km/h, anche se al costo di una coppia più bassa (ma meglio bassa che inesistente).

La linea tratteggiata rappresenta la coppia che in linea di massima è disponibile usando motore termico e marce.

Un motore elettrico già  senza marce ha grosso modo un andamento che somiglia a quello della linea tratteggiata:

Motore elettrico

Aggiungendo una marcia, si estende ulteriormente l’intervallo di disponibilità della coppia costante, normalmente disponibile fino a 50/60 km/h:

Marce elettriche

Notare che rispetto al termico, l’elettrico ha anche un altro importante vantaggio: la partenza da fermo, per la quale non serve nessuna frizione. Un motore a benzina, infatti, non può fermarsi quando la macchina si ferma temporaneamente, deve continuare a girare, e per farlo serve una frizione che lo stacchi dalle ruote; un motore elettrico, invece, quando la macchina è ferma… è spento. E alla pressione dell’acceleratore si accende istantaneamente, fornendo oltretutto la sua massima coppia, andando così a coprire il “buco di coppia” tipico invece dei motori termici:

Buco di coppia

Andiamo ora ad analizzare l’evoluzione del LocoDiscoBox,  il motore E-Tech:

Motore Renault E-Tech plugin hybrid

Il motore e-tech aggiunge al locodiscobox un secondo motore elettrico di appoggio; questo perchè il cambio di marcia non può essere effettuato quando il motore è in coppia, come si dice in gergo, cioè mentre “spinge”, perchè gli ingranaggi sono sotto sforzo; proprio come nel caso del cambio di un’auto termica, infatti, anche per il “cambio elettrico” bisogna “lasciare l’acceleratore” del motore prima di poter cambiare; questo comporta ovviamente una temporanea interruzione dell’accelerazione del veicolo; per ridurla, gli ingegneri Renault hanno aggiunto al LocoDiscoBox un secondo motore elettrico, che prende il sopravvento durante i cambi di marcia elettrica, sostituendosi completamente, per pochi istanti, a quello principale, come illustrato in questa figura:

Nella parte alta della figura sono rappresentati gli andamenti della coppia dei due motori, quello principale (blu) e quello secondario (celeste); durante la fase 2 il motore principale viene gradualmente portato fino a velocità costante (=coppia nulla, linea blu scuro che cala), e contemporaneamente viene accelerato il motore secondario (la linea celeste sale) fino a raggiungere la coppia precedentemente posseduta dal principale. 

Terminata la fase 2, il motore principale non è più in coppia, quindi si può cambiare marcia spostando l’accoppiatore (fase 3).

Una volta spostato l’accoppiatore, si procede all’inverso rispetto a prima, ripristinando la coppia del motore principale (fase 4).

Nella fase 5 il secondario risulta spento e solo il primario è operativo.

Chiaramente, avendo i due motori potenze diverse (49kw e 25 kW nella Renault Captur plugin), la coppia in uscita dal sistema, cioè che  arriva alle ruote, non è costante durante i cambi di marcia, ma comunque il cambio è meno brusco rispetto al caso in cui non c’è affatto un secondo motore elettrico.

Negli schemi stilizzati rappresentati in basso nella figura 9, nella parte alta è rappresentato l’HSG; inizialmente l’HSG è spento (Fig.9/1); quando si deve cambiare marcia elettrica (spostando l’accoppiatore 21  verso destra, passando così da marcia elettrica A a marcia elettrica B), per non dover spegnere il motore elettrico principale si accende il motore secondario (Fig.9/2), e lo si collega all’albero secondario 5 usando l’albero termico solo come “ponte”, senza accendere il motore termico, che gira a vuoto (*), senza ricevere carburante; per farlo, basta spostare a sinistra l’accoppiatore 22, che innesta l’unico ingranaggio libero della catena che va dall’asse 29 all’asse secondario 5.

Quando il il motore secondario raggiunge la velocità dell’albero secondario 5 (sincronizzazione), può iniziare a fornire coppia, mentre il motore primario la perde fino ad azzerarla.

A questo punto si sposta a destra l’accoppiatore 21 (Fig.9/3), innestando la marcia B, ma senza eccessivi sbalzi di accelerazione perchè il motore secondario continua a spingere l’auto.

Una volta innestata la marcia B, il motore secondario non serve più, quindi si riaumenta la coppia del primario e diminuisce quella del secondario (Fig.9/4), che poi viene scollegato meccanicamente riportando al centro l’accoppiatore 22 (Fig.9/5).

Per realizzare questo complesso meccanismo è stato necessario aggiungere al motore un ulteriore albero di trasmissione, l’albero di trasferimento 6, che mette in comunicazione il sistema col motore elettrico secondario tramite l’ulteriore alberino 26, cui può essere associato o meno un accoppiatore/cambio per connettere/sconnettere del tutto l’HSG dal sistema (accoppiatore indicato col n.30 nel brevetto, ma presente solo nelle figure da 10 in poi).

Ciò ha fatto sì che si passasse dai 9 rapporti possibili del LocoDiscoBox, ai 27 dell’E-Tech.

Il diagramma che segue mostra le 9 marce possibili per il LocoDiscoBox; i pallini rossi e blu nello schema a destra indicano le tre posizioni possibili per i due accoppiatori (sinistra, centro (folle), destra); le frecce indicano chi è collegato alle ruote (rosso = termico, blu = elettrico); la “X” indica la posizione di “folle”; EA/EB stanno per Electric A/B (marcia elettrica A o B); T1 e T2 sono le marcie termiche 1 e 2. I numeri a destra dello schema coincidono con i numeri delle marce negli schemi a sinistra.

Marce LocoDiscoBox Renault

Essendo presente nell’E-Tech un ulteriore accoppiatore 23 oltre ai pre-esistenti 21 e 22, i 9 rapporti del LocoDiscoBox si moltiplicano per 3 diventando 27; alcuni di essi, tuttavia, non sono consentiti perchè manderebbero in blocco distruttivo la trasmissione, a causa di un conflitto di innesti tra ingranaggi; le combinazioni utilizzabili risultano quindi solo 15, mentre le restanti 12 devono essere rese impossibili tramite il SW che controlla la commutazione degli accoppiatori.

Dal testo del brevetto:

According to FIGS . 3 and 4 , the function of the transmission may be limited to five of the 3×3 combinations of positions of the coupling devices 22 , 23 of the primary shaft and of the transfer shaft . The combinations selected are used respectively for gears Ice2 and Ice4 and for gear Ice3 and coupling . 

To avoid blocking the transmission due to the unintentional engagement of two combustion engine gears, these two devices may be controlled by a conventional selection / shift system of a manual gearbox , where a shift line is selected before a gear thereon is engaged : to engage all gears illustrated by the 15 – position table in FIG . 3 , and  operate all gear changes necessary for the good function of the transmission , the three coupling devices 22 , 21 , 23 are advantageously controlled by a three – position electric gear shift group and a five – position combustion engine gear shift functional group .

Bisogna cioè rendere inaccessibili 4 delle 9 combinazioni offerte dagli accoppiatori 22 e 23. Per esempio, se sono tutti e due a destra, albero motore e albero 6 risultano connessi sia tramite l’ingranaggio fisso 17 che quello libero 16.

Nel motore E-Tech l’accoppiatore inferiore 21 ha esattamente la stessa funzione dell’accoppiatore inferiore 13 del LocoDiscoBox, cioè gestire le due marce elettriche; cambia invece la funzione dell’accoppiatore superiore (22 nell’E-Tech,5 nel LocoDiscoBox): se prima serviva ad alternare la propulsione tra elettrica pura e termica pura,

 

Personalmente questo meccanismo, geniale e complesso quanto si vuole, mi sembra estremamente inefficiente dal punto di vista energetico, non solo per il fatto di coinvolgere il motore termico anche quando è spento, ma anche per la quantità di ingranaggi e alberi aggiuntivi necessari, tutte cose che rubano/sprecano energia; il tutto per aggiungere una marcia elettrica che probabilmente non serviva, e togliere una frizione che magari serviva.

 


(*) La cosa mi sembra piuttosto inefficiente in quanto costringe a sprecare energia per muovere l’intero motore termico, mentre forse bastava un altro accoppiatore/sincronizzatore per separarlo temporaneamente dal sistema; oppure… la famosa frizione che questo sistema dice di rendere “non necessaria”;

(**) l’ingranaggio accoppiatore è vincolato a girare alla stessa velocità dell’albero a cui è attaccato, ma può muoversi liberamente lungo l’albero stesso.

(***) i “pignoni liberi” sono ingranaggi che usano l’albero solo come supporto di rotazione, ma non sono vincolati ad essi: l’albero può essere fermo e i pignoni liberi girare, o viceversa.


Fonti:

(****) Nota: “Friction”, parola usata nel filmato, non vuol dire “frizione” ma “attrito”; frizione si dice invece “clutch”, mentre “shaft” è l’albero.

Diario elettrico Renault Captur plugin – venerdi 6 novembre 2020: arrivata

Posted in Uncategorized by jumpjack on 9 novembre 2020

Finalmente è arrivata!

Me l’hanno consegnata con il 5% di batteria e una goccia di benzina, quindi ho passato il primo giorno più che altro a ricaricarla e a studiarla, e solo dopo aver adattato la mia wallbox artigianale a contenere lo scatolotto del cavo di ricarica.

Quindi in sostanza l’ho provata solo il giorno successivo all’arrivo; una prima cosa che mi è saltata all’occhio non c’entra niente con elettriche e ibride: È solo che lo specchietto retrovisore centrale è molto basso e molto vicino al guidatore, e quindi copre praticamente mezzo parabrezza… Vabbè, mi ci abituerò.

Un’altra cosa che mi ha colpito è la l’inadeguatezza dei manuali: mi ero studiato un po’ un manuale generico della Captur ibrida, dove c’era scritto in vari punti che dipendeva dagli allestimenti dalla nazione, dalle leggi ed altre cose se c’era questa o quella opzione, ma mi aspettavo che in macchina avrei trovato il manuale giusto, invece ci sono le stesse note, quindi devo ancora capire bene che cosa ho e che cosa non ho…

Per esempio, credo che in Italia sia disabilitata la funzione di accensione del motore da remoto per riscaldarlo. Non che mi serva, visto che comunque parto in elettrico, però è una cosa che ho trovato nel manuale ma non nel computer di bordo. In compenso il venditore mi ha detto che forse in una prossima versione dell’app per cellulare ci sarà la possibilità di attivare il riscaldamento o l’aria condizionata da remoto oltre che a orario, però non esiste un manuale dell’app, e l’interfaccia non è per niente chiara, quindi devo ancora capire se posso accendere il riscaldamento oppure no mezz’ora prima di salire in macchina. C’è un pulsante che sembrerebbe servire a questo, ma l’ho provato e non è successo niente; e poi c’è un pulsante con l’icona di una batteria che proprio non capisco che cosa possa servire, e a volte è acceso e a volte spento…

Sempre in tema di manuali, uno di essi (ce n’erano 5 nel cassettino…) dice che dovrebbe esistere anche il manuale del cavo per la ricarica domestica, ma io in macchina non lo trovo…

Quindi mi pare di capire che questa macchina dovrò capirla a tentoni, vabbè.

Ma passiamo ai lati positivi: Finalmente posso guidare in coda senza dovermi stressare con cambio frizione prima seconda freno eccetera. Ma anche la guida non in coda è molto più rilassante quando puoi usare un singolo pedale per fare tutto: Infatti oltre alla marcia D c’è anche la marcia B che ha la frenata rigenerativa potentissima, che praticamente arresta la macchina o quasi, quindi con un po’ di abitudine si può guidare la captur con un piede solo; oppure scendere da una collina o montagna senza mai toccare i freni. Il venditore mi ha detto che quando la frenata è intensa si accendono gli stop, ma non saprei come verificare.

La macchina ha un sacco di assistenze alla guida, dal mantenimento di corsia, alla lettura automatica dei cartelli stradali, ai fari automatici, ai tergicristalli automatici, nonché sensori di parcheggio avanti e dietro, e ovviamente retrocamera. Purtroppo il mio allestimento non prevede le telecamere multiple che permettono di vedere sullo schermo la macchina come se fosse inquadrata da una telecamera aerea, l’opzione bird-eye è disponibile solo negli allestimenti superiori…

Una cosa bizzarra che ho notato è che lo schermo dietro allo sterzo non è in linea con lo schermo dell’autoradio, che a sua volta non è in linea con le schermate dell’app, ognuno dice un po’ quello che gli pare, sia per quanto riguarda lo stato della macchina, che per la disposizione delle icone: per esempio l’app mi diceva che la batteria era al 43% quando lo schermo sul volante diceva che era al 36%, mente le tre icone del motore elettrico e a benzina e della batteria sono disposte in un modo nello schermo dietro al volante in un altro modo dello schermo sopra l’autoradio…. stranezze così.

Venendo alle prestazioni, anche andandoci piano con l’acceleratore, e quindi usando soltanto il motore primario da 50 kilowatt, lo spunto è davvero notevole, ma se poi si spinge parecchio l’acceleratore parte anche il motore ausiliario da 25 kw accompagnato dal motore a benzina, e l’accelerazione diventa esagerata, nonché inutile…

Come accennavo prima, È anche possibile programmare l’inizio della ricarica è l’inizio dell’aria condizionata o del riscaldamento a una certa ora di un certo giorno, ognuna con 5 programmazioni diverse. Sto invece studiando se c’è la possibilità dell’accensione diretta alla pressione di un tasto usando l’app.

E finire una nota di colore: oggi al ritorno dal mio primo viaggio ho inserito la spina per ricaricare, ma non c’è stato verso di far partire la ricarica. L’ho tolta, l’ho rimessa, ho acceso e spento la wall box, ho acceso e spento la macchina, ho fatto 2000 prove, ma non c’era verso di far partire la ricarica.

Ci ho messo mezz’ora di orologio per ricordarmi che aveva programmato che la ricarica partisse a mezzanotte… Eppure la Captur ha cercato di dirmelo in due modi: mantenendo fissa la luce blu del led della presa di ricarica, che invece lampeggia quando la ricarica è attiva, e mostrando un’apposita icona sul cruscotto, uno “strano cerchietto con una L dentro”…

Il punto è che non è una L… sono le lancette dell’orologio.

Per non parlare della spia luminosa colorata vicino alla presa di ricarica, che può avere 4 o 5 colori diversi con 2 tipi diversi di lampeggi, per rappresentare 10 messaggi diversi…

Ma un display da 5 euro non ce lo potevano mettere, no….

Vabbè, comunque complessivamente sono molto soddisfatto della macchina, devo solo… domarla un po’.

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Diario elettrico Renault Captur ibrida plugin: 3/11/2020, auto arrivata (quasi)

Posted in diario elettrico plugin, Uncategorized by jumpjack on 3 novembre 2020

L’auto è arrivata…. in concessionario. Adesso inizia la trafila burocratica. Per poterla ritirare servono:

  • Contratto firmato; in sede di pre-acquisto e deposito caparra avevo firmato solo la richiesta di acquisto, ora c’è da firmare un contratto di 30 pagine…. Renault mi ha proposto di firmarlo online per via del COVID-19, ma come mi era già successo in precedenza con altro finanziamento, la gente non ha capito come funziona questa procedura: anche stavolta il concessionario pretendeva di mandarmi semplicemente un OTP (One Time Password) tramite SMS, e io dovevo rimandarglielo indietro per “firmare automaticamente” un contratto che non ho mai visto… Quando ho chiesto chiarimenti, mi hanno detto che avremmo fatto alla vecchia maniera: invio di contratto in PDF, e restituzione di PDF firmato a penna.
  • Ricevuta del bonifico fatto (nel mio caso, saldo dell’anticipo, dopo i 500,00 euro iniziali di caparra).
  • Nuova assicurazione. Con Zurich-Connect bisogna accedere alla propria area riservata, andare nella tab “polizze”, e richiedere la modifica per acquisto di nuova auto: è necessario avere già una copia del libretto, per poter inserire i dati richiesti. Una volta inseriti, verrà richiesto di inviare una autocertificazione provvisoria di “intenzione di rottamazione”, da sostituire entro 30 giorni (pena passaggio automatico a 14ma classe di merito) col vero certificato di rottamazione, che verrà consegnato da Renault. Attenzione a far partire l’orario della polizza da dopo l’orario di ritiro, piuttosto che dalla mezzanotte o dalle 23.59 del giorno del ritiro, per non rimanere con uno dei due mezzi scoperti durante la transizione.
    NOTA: anche se pubblicità e preventivo millantavano una “assicurazione inclusa”, questa assicurazione è solo furto-incendio, non include quella RCA, che è obbligatoria e va quindi stipulata a parte.
  • Certificato di proprietà dell’auto. Questo devo andarlo a cercare tra scartoffie di 16 anni fa….

Con questi documenti si entra nel concessionario Renault con la vecchia macchina e si esce con la nuova. In questo periodo di COVID-19, tra il momento del pagamento e il ritiro viene fatta una sanificazione totale dell’auto.

Nel frattempo mi è arrivata una mail di iscrizione ai servizi Renault.

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Diario elettrico Renault Captur ibrida plugin: il motore

Posted in diario elettrico plugin, Uncategorized by jumpjack on 11 settembre 2020

La Captur ha un “gruppo motopropulsore” (come tanti amano chiamarlo, io lo chiamerei solo “motore”…) molto particolare e complesso, composto da ben 3 motori:

  • Un benzina da 1.6L, 144 Nm (3200 rpm)
  • Un elettrico da 49 kW, 205 Nm
  • Un altro elettrico da 25 kW / 50 Nm, chiamato “HSG” (High voltage Starter/Generator)

Potenza complessiva: 116kW/160CV

Tutto il complesso si chiama “DHT” – Dedicated Hybrid Transmission.

Sembra che le sue origini siano state piuttosto laboriose, e siano partite da un prototipo detto “LocoDiscoBox“, successivamente migliorato aggiungendo il secondo motore elettrico da 25 kW e una quarta marcia per il motore termico. Il tutto può funzionare sia in modo parallelo, che seriale, che misto:

  • parallelo: ibrido “classico”, in cui elettrico e termico lavorano in contemporanea, con l’elettrico che alleggerisce il carico del termico
  • seriale: il termico è staccato dalle ruote, e fa invece girare un alternatore che mantiene carica la batteria mentre questa alimenta il motore elettrico collegato alle ruote

Il motore e-tech ha una gestione così complessa da avere 15 modalità diverse, selezionate automaticamente dall’elettronica di bordo.

Il responsabile dello sviluppo del motore E-Tech è JEAN-MARIE VESPASIEN, che spiega di aver introdotto il secondo motore elettrico per rendere più “morbida” la guida a bassa velocità, senza “strappi”. A Vespasien si aggiunge Ahmed Ketfi-Cherif,  responsabile del controllo E-Tech e già del “LocoDiscoBox”, che spiega che il secondo motore elettrico permette il funzionamento come ibrida seriale alle basse velocità, con bassa richiesta di energia, e quindi funzionane anche con batteria piccola; l’E-tech è infatti anche montato sulla Clio full-hybrid, dotata di una piccola batteria da soli 1.2 kWh, contro i 9.8 della Captur.

La quarta marcia del motore termico fu invece aggiunta al LocoDiscoBox per migliorare l’esperienza di guida all’altro estremo del range di velocità, quelle alte, alle quali il motore elettrico può venire completamente disconnesso; anche se un motore elettrico non ha difficoltà a spingere un’auto a 130 km/h e ben oltre, a queste velocità la quantità di energia consumata raddoppia rispetto alla guida in città, e l’autonomia  di 65 km scenderebbe facilmente a 25-30 km. Alle alte velocità, quindi, il motore elettrico da 49 kW viene meccanicamente scollegato dal sistema, mentre rimane collegato quello piccolo, che invece di avere funzione di trazione funziona da generatore per alimentare l’impianto elettrico dell’auto.

ANTOINE VIGNON è invece il responsabile dello sviluppo del cambio, che è automatico e movimentato da piccoli motori elettrici che assorbono al massimo 100W (contro i 300W e più di altri modelli).

Il motore termico, infine, è un HR16 aspirato da 1.6L, derivato dall’HR15Gen3 e fornito dalla Nissan, ed è usato perlopiù a regime ottimale, cioè a velocità costante e connesso all’alternatore, anzichè a velocità variabile e connesso alle ruote tramite il cambio, cosa che contribuisce alla diminuzione dei consumi.

Fonte: https://www.rmcmotori.com/novita/cs-alle-origini-della-tecnologia-renault-e-tech-4-tutte-le-strade-portano-allibrido/

L’articolo-fonte è in  realtà in 4 puntate, di cui però ho trovato solo la prima e l’ultima; le altre due sono in inglese sul sito Renault:

Presepe meccanico – Puntata 9: il fornaio

Posted in Uncategorized by jumpjack on 18 gennaio 2020

L’ispirazione per questo automa è venuta da questa strana volpe fornaia intenta a preparare la piazza…

https://grabcad.com/library/baker-fox-wooden-toy-1

Anche se ovviamente non adatto così com’è a essere inserito in un presepe, l’automa offre un’idea interessante, e sembra anche facile da realizzare…. ma come al solito SEMBRA soltanto!

Vediamo che ha due soli gradi di libertà: busto/gambe e busto/spalla. E poi c’è “solo una camma”.

Purtroppo però la camma nasconde una “fregatura meccanica”, ma è difficile vederla anche in questo spaccato:

Una camma è un semplice eccentrico, cioè un cerchio o un ellissoide che ruota intorno a un punto che non è il suo centro.

Ma qui non abbiamo una camma semplice: la camma, il cerchio scuro attaccata alla manovella, in realtà ruota all’interno di una cornice ottagonale (più chiara) a cui è attaccato un fil di ferro che muove l’automa.

Purtroppo, un meccanismo del genere causerebbe un enorme attrito lungo tutto il bordo esterno della camma, per non parlare della difficoltà di mantenere il cerchio dentro la grossa asola ottagonale. Meglio quindi sostituire la coppia camma+esagono con una manovella standard, come già usata nell’automa dei polli. Però poi resta il problema del fil di ferro: sto cercando di fare automi riproducibili da chiunque, senza postproduzione eccessiva dopo la stampa, e tagliare e piegare il fil di ferro esattamente nella misura giusta non è lavoro per tutti. Potrei mettere una “chiave inglese” come fatto per i polli, ma sarebbe grossa e brutta, come anche il perno che uscirebbe dal posteriore del fornaio per agganciarsi alla biella a chiave inglese!

Così, ho deciso di rivoluzionare completamente il meccanismo. Ma ho dovuto prima progettarlo a tavolino, e trattandosi di un movimento su un piano, quindi in 2d, ho pensato di usare Algodoo, un programma che sembra uno strano giochino, ma che in realtà permette di realizzare simulazioni di fisica piuttosto complesse, anche se solo in 2d. Un tempo a pagamento mentre la sua contoparte Phun era gratis, è ora diventato anch’esso gratuito, mentre l’engine a pagamento, per usi professionali, si è “trasferito” su Algoryx Momentum, che realizza anche simulazioni 3d.

In Meshmixer, che ho usato per realizzare il “pupazzo animabile universale”, ho preso uno screenshot laterale della bozza di automa in costruzione, dopodichè l’ho importato in Algodoo (bisogna creare un rettangolo delle esatte dimensioni delle immagini, anche se sono espresse in metri invece che in pixel poi cliccare col destro, scegliere APPEARANCE e FIND TEXTURE per caricare l’immagine), e poi ho disegnato i vari pezzi di automa, sovrapponendoli all’immagine:

Ho poi aggiunto i vari  giunti,  mobili o fissi a seconda se devono fungere da perni o da chiodi, poi ho assegnato un “layer di collisione” diverso ai pezzi che NON devono interagire, e uguale a quelli che devono invece manifestare uan reazione vincolare, poi ho avviato l’animazione e…

Ho dovuto ovviamente giocare un po’ con lunghezza della biella, dimensioni degli ingranaggi, posizioni dei perni (motivo per cui ho usato questo simulatore invece di stampare decine di pezzi a caso), finchè ho ottenuto un risultato abbastanza accettabile.

Anche se l’automa è attivato a manovella, gli ingranaggi sono necessari per un’eventuale futura motorizzazione.

Notare come la biella non è incernierata in modo fisso sul perno di rotazione centrale, perchè il mattarello deve muoversi orizzontalmente mentre la biella, ruotando, descrive un arco: se fosse incernierata sul perno centrale, il mattarello si alzerebbe, mentre invece così il peso (seppur poco) del mattarello e dell’automa ad esso appoggiato lo tengono attaccato al tavolo, mentre è la biella ad “assorbire” il movimento longitudinale, scorrendo lungo il perno oltre a ruotare intorno ad esso.

A rendere possibile la roto-traslazione della biella è il perno della ruota, che trasforma il suo movimento circolare in “lineare rispetto alla biella” grazie al binario scavato nella biella stessa; per “seguire” il perno della ruota, la biella è costretta a ruotare intorno al proprio perno.

Il gruppo braccio-polso-mano deve essere un blocco unico, cioè non devono esserci le articolazioni, altrimenti l’automa collassa sul tavolo.

Per realizzare asola e binario nella biella ho usato il “cursore cancellante” di Algodoo, quell con questa strana icona:

Funziona analogamente al “cursore disegnante”, il pulsante alla sua sinistra, ed entrambi causano lo stesso problema di “bloccare” il pezzo, che non risulta non piuù animabile: bisogna sbloccarlo manualmente dal menu “geometry actions”, voce “loosen”.

La versione attuale dell’automa funziona, però l’escursione del mattarello è piuttosto limitata, appena un centimetro, meno di mezzo tavolo, quindi dovrò lavorare ancora un po’ su distanza e lunghezze per avere un movimento più ampio; fare una serie di buchi, anzichè uno solo, sia sulla ruota dentata che sulla parete laterale del tavolo, proprio in prevision di questo problema, non è stato sufficiente: il mezzo-braccio di biella attivato dalla ruota è più corto del mezzo-braccio attaccato al mattarello, quindi l’ampiezza del movimento del perno della ruota viene attenuato, mentre invece dovrei farlo uguale (lunghezze uguali) o amplificarlo (allungando il mezzo-braccio attaccato al mattarello, e/o accorciando l’altro).  Il problema è che, essendo il perno della ruota in movimento lineare dentro alla biella, non riesco a capire bene QUANTO risulta effettivamente lungo questo mezzo-braccio. Inoltre, il lato del tavolo non ha abbastanza spazio, ergo dovrò alzare anche la superficie del tavolo, senza però darla in faccia al povero fornaio… Ci vorranno ancora un po’ di simulazioni e di stampe…

Per adesso, questo è il risultato finale (oltre al video a inizio articolo):

 

 

 

Presepe meccanico – puntata 4 – 20 dicembre 2019: falegname terminato

Posted in 3d, stampa 3d, Uncategorized by jumpjack on 21 dicembre 2019

 

E’ stata necessaria una settimana di prove ed errori, soprattutto per via della mia scarsa esperienza in stampa 3D, però alla fine sono riuscito a creare il mio primo automa funzionante: si tratta di un falegname che pialla una tavola.

L’ho scelto tra i tanti che ho trovato perché inizialmente mi sembrava uno dei più semplici, visto che il meccanismo di attivazione non contiene camme, ingranaggi e cose strane, ma una semplice manovella, una ruota e un fil di ferro.

pialla

In realtà in questo particolare automa la complessità non risiede affatto nel meccanismo attuatore ma nella figura umana nella quale sono nascosti ben 8 gradi di libertà suddivisi nelle due braccia: ogni braccio Ha infatti una spalla incernierata nel corpo, una articolazione della spalla stessa, un gomito e una mano che è incernierata sulla pialla.

https://grabcad.com/library/carpenter-wooden-toy-1

Il progetto originale utilizzava 4 pezzi distinti e separati per ogni braccio e polso. Inizialmente anch’io ho usato questo sistema, ma poi la cosa si è evoluta risultando nella creazione di una articolazione universale che può essere usata sia per la spalla che per il gomito e che permette un movimento angolare di circa 103°, contro i 78° della prima versione,e sto ora verificando la stampabilità di una terza versione che arriva a 137°:

giunti

Il video che segue mostra l’automa in azione:

 

Il video successivo mostra la quantità di pezzi che ho dovuto stampare prima di riuscire ad arrivare al risultato finale…

 

 

 

Nello studiare il meccanismo ho anche scoperto un paio di programmi freeware interessanti che possono essere utilizzati per provare a realizzare automi propri: si chiamano Mechanalyzer e Roboanalyzer; Mechanalizer è in 2d, e consente solo l’esame e lo studio di 10 meccanismi predeterminati: non permette di crearne di nuovi, però permette di modificare le lunghezze di tutti i bracci e di tracciare il movimento di uno dei nodi:

1440423638

Roboanalyzer è invece più orientato al 3d:

 

 

 

Una volta scoperti questi, è scoperte alcune parole chiave (“dynamic analysis of robotic”, “multibody systems”, ” forward dynamics algorithms for simulation”, …), ne ho trovati diversi altri: alcuni funzionano solo su Linux, altri solo appoggiandosi a Matlab (ReDySim), poi ce n’è uno, MBDYN (con plugin per Blender, Blendyn; tutorial per MBDYN), che sembra possa appoggiarsi al CAD gratuito tridimensionale Freecad, ma non per Windows, per il quale invece un buon programma (2d) sembra essere “Linkage“:

Linkage

 

Un’applicazione di MBDyn per Windows è invece Freedyn, 145 MB di download.

Altri programmi:

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Costruzione di un presepe meccanico con automi stampati in 3d – puntata 2 – 15/12/2019 – Meccanismi utili

Posted in Uncategorized by jumpjack on 15 dicembre 2019

Le pagine dell’utente trinityscsp su grabcad sono una vera e propria miniera d’oro in termini di meccanismi utili per la realizzazione di automi:

Per far girare una testa o un braccio a destra e a sinistra:

https://grabcad.com/library/oscillating-motion-1

Per movimenti brevi temporanei

Intermittent pin wheel – Ruota intermittente a braccetti

https://grabcad.com/library/intermittent-mechanism-pin-wheel-1

Variante di Croce di Malta :

https://grabcad.com/library/a-different-geneva-mechanism-1

https://grabcad.com/library/geneva-pins-1

Meccanismo intermittente che supporta alta velocità:

https://grabcad.com/library/high-speed-intermittent-gearing-1

Movimento alternato con velocità asimmetriche, senza molle e senza bisogno della gravità:

https://grabcad.com/library/reciprocating-mechanism-simple-1

Raduno Elettrico Romano – 21 settembre 2019

Posted in Uncategorized by jumpjack on 18 settembre 2019
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Numero Unico di Emergenza (112) e segnalazione automatica della posizione (ALI)

Posted in Uncategorized by jumpjack on 25 agosto 2019

In questi  giorni, a seguito della disavventura dell’escursionista francese che si è perso e, nonostante avesse con sè il telefonino, non è riuscito a comunicare la sua posizione esatta, si parla molto di nuove tecnologie e localizzazione automatica; alcuni siti parlano di Automatic Mobile Locator (AML), altri di una certa normativa del 2009, ancora disattesa, che prevedeva di implementare il sistema nei centralini del 112.

Ecco alcune indicazioni legali e tecniche.

La normativa in questione è il cosiddetto “Decreto Sviluppo 2009”, pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale, n. 59 del 10 marzo 2008 – Serie generale:

Allegato 3
PROGETTO SISTEMA DI GESTIONE UNIFICATA DELLE CHIAMATE DI EMERGENZA – NUMERO UNICO DELLE EMERGENZE

OPERATORI DI TELEFONIA MOBILE PER LA FORNITURA DEI SERVIZI DI LOCALIZZAZIONE DELLE CHIAMATE D’EMERGENZA.

ALLEGATO TECNICO

A.1 Oggetto
Il presente documento illustra i requisiti per la fornitura al “concentratore interforze” del servizio di localizzazione delle chiamate di emergenza originate dalla rete fissa, nell’ambito del Servizio del Numero Unico Europeo di Emergenza (NUE).
[…]
A.2.2 Localizzazione delle chiamate d’emergenza
Il ricevimento in automatico dei dati di identificazione della linea (Automatic Number Identification, ANI) e di localizzazione del chiamante in emergenza (Automatic Location Identification, ALI), da parte dei CO 112/113, e’ uno dei requisiti funzionali del nuovo modello di servizio NUE.

 

Il sistema non si chiama AML ma ALI (Automatic Location Identification).

E’ stato adottato da Google/Android nel 2016; da Apple/iOS solo nel 2018 dopo alcune polemiche per la mancata adozione:

 

Meet Emergency Location Service (ELS) in Android: In one of the biggest news of the industry in the last years, Google announced in July 2016 that all Android phones in the world, from Gingerbread OS version onwards, include AML.

As of Spring 2018iPhones also support AML.

[…]

  • ELS doesn’t require any special hardware, downloads or updates.
  • ELS is activated only when the user contacts Emergency Services.
  • Location is computed on the handset and sent to Emergency Services.
  • Location data is sent via Data SMS (per AML specifications) or HTTPS, which are both open, OS-agnostic protocols.
  • ELS location is often more accurate and reliable than cell tower IDs.

With ELS, when a user contacts a configured emergency number from a handset, the device automatically activates ELS to send location information. This happens via a high accuracy location request that is registered with the Android Fused Location Provider. FLP allows us to derive a more accurate indoor or outdoor location as quickly as possible using a variety of sensors.

Fonte: https://crisisresponse.google/emergencylocationservice/how-it-works/

La funzionalità è automatica: appena si chiama il 112, il cellulare invia la posizione tramite SMS:

This feature, when supported by your network, sends location from your phone to emergency services when you dial an emergency number.

https://crisisresponse.google/emergencylocationservice/

Chiaramente però il centralino che riceve le chiamate del 112 deve essere abilitato a ricevere SMS.


Come segnalare la propria posizione?

Tramite GPS e SMS

A livello tecnico, finchè l’ALI non verrà attivata sul 112, come si può fare a inviare la propria posizione manualmente, anche in assenza di internet?

E’ semplice, e non serve nessuna app aggiuntiva, è più che sufficiente usare GoogleMaps: basta avviarlo, attendere qualche minuto (*) finchè  trova la posizione precisa (il pallino blu):

Premere il dito sul pallino: comparirà una schermata simile a questa

 

Cliccando su CONDIVIDI, compariranno varie opzioni: per essere sicuri, usare quella dei messaggi/SMS, che funziona anche senza internet:

Se il GPS non funziona, o se la batteria è molto scarica e si rischia che il cellulare si spenga in quei pochi minuti necessari a “fare il fix”, si può anche specificare a mano la propria posizione, se si conosce almeno approssimativamente: basta tenere premuto il dito sulla posizione, finchè in basso compare la scritta “segnaposto inserito”; a quel punto basta cliccare su “CONDIVIDI LUOGO” e procedere come detto prima, inviando un SMS:

Gli SMS partono anche se non si è coperti dal proprio operatore, basta che ci sia almeno una tacca di segnale, o addirittura nemmeno una tacca, purchè non ci sia il simbolo di “divieto”, che significa assenza totale di copertura.

Questi sono i simboli che compaiono nella barra di stato in alto:

In ogni caso, una volta che l’SMS è stato composto e “inviato”, anche se non può partire subito per mancanza di rete, potrebbe partire automaticamente più tardi: se il segnale di rete è molto basso, anche solo tenere in mano il cellulare può azzerarlo e impedire la partenza del messaggio; ma basta appoggiare il cellulare da qualche parte, possibilmente in posizione elevata e lontano dal corpo, per permettere l’invio di quei pochissimi caratteri (appena 160 byte, cioè 0,00016 megabyte!) che potrebbero salvarci la vita.

NOTA BENE

Una volta inviata la propria posizione, spegnere subito il GPS, o meglio ancora spegnere del tutto il cellulare, e accenderlo soltanto ogni mezz’ora od ogni ora, per prolungare la durata della batteria. Il GPS acceso consuma moltissima batteria.

Tramite fotografia

Se si ha uno smartphone, oltre al GPS si ha anche una fotocamera, e le foto possono essere inviate coi comuni metodi di condivisione, se è presente copertura internet; pubblicare sui social varie foto prese dalla propria posizione possono aiutare parecchio i soccorritori.

Tramite segnali luminosi e sonori

Se avete la batteria ben carica e sentite i soccorritori ormai vicini, ma siete troppo nascosti tra la vegetazione, attivate la riproduzione di un brano musicale; se è notte, accendete la torcia. Risparmierete le forze per gridare e gesticolare, ma sarete comunque più facilmente individuabili.

Tuttavia quando si va in escursione è buona norma portare con sè un fischietto, che non si scarica mai ed è udibile a grande distanza.

Risparmiare batteria

Anche quando il cellulare non è in uso, ma solo acceso, la batteria può scaricarsi molto rapidamente se sono accese queste opzioni, del tutto inutili se si è in mezzo al bosco in attesa dei soccorsi:

Spegnete tutto per far durare di più la batteria, anche il GPS: il GPS può solo RICEVERE dati, non serve a niente tenerlo acceso DOPO aver inviato la propria posizione.

Attivate il risparmio energetico, se il dispositivo lo prevede.

Come evitare di aver bisogno di essere trovati…

Tutto questo è utile se ci si perde durante un’escursione. Ma… come evitarlo a priori?Esistono delle regole di base, che qualunque escursionista, anche il più dilettante dei dilettanti, dovrebbe conoscere:

  • Non si va mai in escursione da soli: se ci si fa male e non si può camminare, chi va a chiamare aiuto?
  • Non affidarsi mai al cellulare o al navigatore portatile per tornare a casa: non importa se lo hai pagato 100 euro o 1000 euro, se è cinese o di una  marca superaffidabile: qualunque cellulare/GPS può cadere e rompersi, oppure scaricarsi. Portare il GPS in escursione serve solo DOPO, a casa, per vedere sul PC il percorso fatto.
  • Non si abbandona mai il sentiero segnato. Mai dire “vabbè, lo vedo, il sentiero continua là dopo la curva, adesso taglio per di qua”.  Non solo è più faticoso (sennò il sentiero passerebbe “di là”, no?), ma è facile che quello che si vede sia UN ALTRO sentiero, metre il proprio fa una curva e va dalla parte opposta…
  • Ogni tanto, durante il percorso, voltarsi indietro e prendere dei riferimenti visivi, soprattutto ai bivi del sentiero, perchè la strada, percorsa in senso inverso, appare visivamente completamente diversa rispetto all’andata.
  • Mai andare in escursione nel bosco in orari vicini al tramonto: quando cala la notte, nel bosco la visibilità non diventa bassa: diventa nulla. Zero. Tra le foglie non passa nè la luce della Luna nè quella delle stelle. Quando cala la notte, nel bosco è notte sul serio: è impossibile vedere persino una mano a 10 cm dalla faccia. Immaginate quanto è  facile camminare. Ed evitare buche, ostacoli, ed animali. Pianificare sempre l’uscita dal bosco almeno entro un’ora prima del tramonto.
  • Se si è in gruppo… mai abbandonare completamente il gruppo. Anche se si deve andare in bagno, restare sempre abbastanza vicini da sentire le voci del gruppo.
  • Portarsi un fischietto: si sente a centinaia di metri di distanza, non si scarica mai, e soffiarci dentro è molto meno faticoso che urlare.

 

(*) Senza internet il cellulare ci mette molto più tempo a trovare la posizione precisa, cioè a “fare il FIX”, ma in spazi aperti alla fine ci riesce sempre.

Quando c’è rete, infatti, lo smartphone utilizza l’AGPS (Assisted GPS), cioè scarica prima da internet le effemeridi/posizioni di tutti i satelliti GPS, e poi le usa per calcolare la propria; se internet non c’è, deve aspettare che passi qualche satellite, ricevere i dati, elaborarli, determinare “a mano” la loro posizione, e poi da quella determinare la propria posizione.

Protetto: Antichi server monitoraggio remoto Greengo Icaro (Eteria/Etheria)

Posted in Uncategorized by jumpjack on 15 febbraio 2019

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