TCC1224
Gestione motori per auto giocattolo
La necessità
Le auto giocattolo elettriche sono spinte da motori in corrente continua tradizionalmente controllati mediante semplici commutazioni elettromeccaniche dei collegamenti alla batteria d’alimentazione. Questo tipo di soluzione presenta vari elementi di criticità che impattano negativamente sull’esperienza di gioco dei bambini ed anche sulla vita del giocattolo.
La semplice commutazione elettromeccanica dell’alimentazione dei motori produce improvvise partenze, arresti e cambi di direzione/velocità del giocattolo con conseguente forte stress delle sue parti meccaniche (ruote, ingranaggi, fissaggi) oltre al possibile disagio/spavento dei bambini alla guida o trasportati. Sui modelli con motorizzazioni più potenti, in certi casi può anche verificarsi il sollevamento temporaneo del giocattolo.
La gestione della doppia velocità di movimento, quando disponibile, viene tipicamente ottenuta sempre tramite commutazione elettromeccanica del collegamento fra i motori e la batteria d’alimentazione, passando dal collegamento in serie (1° velocità) a quello in parallelo (2a velocità).
In presenza di una differente aderenza fra le due ruote, la connessione in serie dei motori (1° velocità) porta ad un effetto ‘differenziale’ che produce la massima velocità di rotazione della ruota con meno aderenza mentre l’altra resta ferma. Questo comportamento rende poco gradevole l’esperienza di gioco e viene a volte percepita come un difetto di funzionamento del giocattolo.
Le parti di commutazione elettromeccaniche devono inoltre essere dimensionate per sopportare valori elevati di corrente sia in fase d’erogazione che di commutazione, con conseguenti possibili problematiche d’usura ed affidabilità.
Consapevole di tutte le suddette problematiche, una grande azienda internazionale leader nella produzione di prodotti per l’infanzia, ci ha richiesto lo studio di una soluzione alternativa per il controllo trazione e frenata della loro linea di giocattoli a motorizzazione elettrica.
le sfide progettuali
- Controllo progressivo della potenza erogata ai motori in fase d’avvio e di cambio velocità
- Decelerazione progressiva in fase d’arresto o di riduzione velocità
- Gestione controllata dell’inversione di marcia in movimento
- Protezioni auto ripristinanti da sovra corrente, sovra energia (I2T) e sovra temperatura
- Supporto alimentazione da batterie a 12V e 24V
- Alta corrente erogabile ai motori in maniera continua (30A) e di picco (80A)
- Utilizzo senza necessità di dissipazione termica
- Gestione funzionalità accessorie (luci, radio, cruscotto)
- Auto spegnimento per inattività o batteria troppo scarica
- Velocità di marcia configurabili
- Possibilità di controllo remoto wireless
- Conformità alle normative di sicurezza del giocattolo
La realizzazione
Il dispositivo TCC1224 realizzato da iSEMAR è una scheda elettronica che, utilizzando un pilotaggio PWM dei motori, ne gestisce l’erogazione progressiva della potenza nelle fasi di avvio ed accelerazione, e la loro progressiva decelerazione in fase di arresto o riduzione velocità. Il dispositivo TCC1224 è comandato da semplici segnali elettrici a bassa tensione e bassa potenza e non richiede quindi elementi di commutazione elettrica (leva del cambio) ad alta corrente/potenza.
L’hardware ed il firmware del TCC1224 includono delle funzioni per il rilevamento e la protezione da condizioni di sovra corrente, sovra temperatura e sovra energia (mediante calcolo I2T) che potrebbero verificarsi in casi d’uso anomalo del giocattolo. Sono anche presenti le funzioni di auto spegnimento in caso d’inattività o di batteria troppo scarica.
La scheda integra anche tutte le funzionalità accessorie richieste (luci, suoni, cruscotto…) semplificando al massimo i cablaggi e l’assiemaggio del giocattolo.
Il dispositivo TCC1224 ha dimensioni compatte compatibili con un’ampia gamma di modelli di giocattoli elettrici e, grazie all’elevato rendimento nel trasferimento energetico, non richiede elementi di dissipazione termica.
La sicurezza del dispositivo TCC1224 e del giocattolo che lo monta è realizzata da un insieme di soluzioni elettriche, hardware e firmware che garantiscono la piena corrispondenza alle normative richieste e non pongono mai il giocattolo in condizioni di pericolo anche in presenza di possibili situazioni di guasto.
Il dispositivo consente inoltre il completo controllo remoto tramite interconnessione ad un apposito modulo wireless esterno, pur mantenendo la gestione locale di tutte le funzionalità di sicurezza.
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