TRANSMISII AUTOMATIZATE

TRANSMISII AUTOMATIZATE

Transmisiile automate cuprind :

- Cutii de viteze automatizate sau automate ;

- Cutii de distributie automate pentru autovehicule 4X4 sau 6X6 ;

- Punti motoare cu comanda automata.

CUTII DE VITEZE AUTOMATIZATE SI AUTOMATE

Cutiile de viteza automatizate sunt cutii de viteza standard cu schimbarea manuala a treptelor, la care sau adaptat actuatori pentru schimbarea automata dupa program a treptelor de viteza (Fig.1).Segmentul de reglare este reprezentat de ambreiajul 5 si de cutia de viteze 11.Elementul de pozitionare ,adica actuatorii sunt reprezentati de actuatorul ambreiajului 6, actuatorii de schimbarea treptelor 3,actuatorul retarderului 7 si microcontrollerul ABS/ASR si sunt de tipul electrovalva ( pentru actionare hidraulica sau pneumatica de la sursa 12) si electrodinamici .Microcontrollerul 2 primeste marimile de intrare de la selectorul de regim 9 , de la microcontrollerul 1( EDC/ ME) a managementului motorului 4 si microcontrollerului ABS/ASR.Marimea reglata se transmite actuatorilor si display-ului de informare 8. Schimbul de date intre microcontrollere si actuatori se efectuiaza pe magistrala de date CAN.

Fig.1 Schema bloc de schimbare automatizata a treptelor de viteza

Cutiile de viteza automatizate au raspandire in special pe autocamioane ,autobuze si autotrenuri.Ele se caracterizeaza prin :

- Constructie modulara ( monomodular pana la 6 trepte,2 module pana la 9 trepte si gama rapoartelor de

transmitere transmitere 4..9 ; 3 module pana la 16 trepte cu rapoarte de transmitere 13)

- randament ridicat ;

- Costuri mici ;

Technologie identica pentru cutii cu schimbare automata si manuala.

La sistemele de schimbare cele mai simple timoneria este inlocuita cu un sistem de conducere /comanda.Parghia cutiei de viteze genereaza in acest caz numai semnale electrice.Alte executii insotesc aceste semnale cu recumandari pentru schimbarea treptei.

Avantajele sunt :

-Pozitionare simpla pe vehicul (dispare timoneria);

-Usurarea schimbarii treptei ;

- Siguranta la deservire eronata.

In cazul cutiilor de viteze automatizate atat procesul de plecare din loc cat si schimbarile de trepte se efectuiaza automat cu posibilitatea suprapunerii schimbarii manuale.Schimbarile treptelor de viteza au loc cu intreruperea fluxului de putere.Pentru a comanda o cutie de viteze este nevoie de o strategie complexa .Nu este suficienta comanda dupa o schema anumita a schimbarii treptelor.Pentru a corela criteriile de economicitate si dinamica optima este necesara luarea in considerare a rezistentei actuala la mers (Incarcatura si profilul drumului).Aceasta evaluare o preia micrcontrollerul .Pe baza informatiilor de la C EDC sau C EGAS se realizeaza turatia ceruta.Microcontrollerul preia si oeratiile de sincronizare.

CUTII DE VITEZA COMPLECT AUTOMATE

Cutiile de viteza automate pot fi :

-Cutii de viteza in trepte hidrodinamice ;

-Cutii de viteza continue (CVT);

-Cutii de viteza paralele (CVP).

Aceste cutii de viteza preiau plecarea din loc ,selectarea rapoartelor de transmitere si schimbarea treptei in mod autonom sub sarcina ,fara intreruperea fluxului de putere.Ca element de pornire din loc se utilizeaza un convertizor hidraulic (Fig.2) ,ambreiaje polidisc umede dar si ambreiaje uscate in tractiunea hibrida. Conditionat de principiul de functionare ,randamentul transmisiilor automate este mai mic decat cel al cutiilor de viteza comandate manual sau automat datorita alunecarii relative din convertizor. Pentru reducerea acestui dezavantaj s-a instalat ambreiajul 2 de scurtcircuitare a convertizorului 3, comandat in functie de alunecarea relativa dupa pornirea din loc.

Fig.2 Cutia de viteza automata ZF 5 HP24 cu 5 trepte.

1-Arbore cotit; 2-Ambreiaj de scurtcircuitare ; 3-Convertizor ; 4-Transmisie planetara in 5 trepte formata din 3 grupuri planetare cu 3 frane lamelare,3 ambreiaje (cuplaje ) lamelare actionate dinamic si un cuplaj unisens; 5- sistemul de comanda electrohidraulic ; 6- Arborele secundar.

Fig.3 Schema bloc a sistemului de actionare electrohidraulic automat

1-sselector de regim; 2- Selector de program ; 3-Sensor clapeta de acceleratie; 4-Modulator depresiune 5-Kick-down ; 6- Sensor turatie ;7-arbore primar ; 8-regulator de presiune ; 9-Electrovalva frana de parcare; 10-electrovalve "2/2 "de schimbarea treptei ; 11-μC ; 12-lampa semnalizare ; 13-inteerventie la motor.

Sensorii achizitioneaza semnalele turatiei de iesire din cutia de viteze ,starea de sarcina si turatia a motorului pozitia selectorului,tipul de program si comutatorului kick-down. Semnalele de intrare sunt prelucrate in μC dupa un program prestabilit si furnizate actuatorilor cutiei de viteze.Actuatorii (fig.7) si convertizorul constituie interfete electrice/hidraulice.Pentru stabilirea unor presiuni adecvate solicitarii din frane,ambreiaje si convertizoare se utilizeaza regulatoare de presiune analoge sau digitale (fig.6).

Programele de mers rezulta din fig. 4.Pentru programul de economicitate schimbarea treptelor de la mic la mare se stabileste la viteze cat mai mici pentru a lasa motorul in apropierea polului de consum minim.La programul dinamic se utilizeaza la maxim acceleratia mai mare din treptele inferioare astfel ca schimbarea de la mic la mare se produce tarziu. In vederea evitarii unei suprasolicitari a elementelor de cuplare se aplica o histereza intre liniile de schimbare a treptelor mare/mic si mic/mare.Semnalul kick-down permite o schimbare fortata in limita turatiei maxime a motorului de la mare la mic.

Fig.4 Programul de schimbare automata a treptelor de viteza

Confortul de schimbarea treptei ,care se manifesta prin socuri dinamice (fig.5) la schimbarile de trepte datorita variatiei in timp a actiuni elementelor de cuplare a treptelor ,se imbunatateste prin asanumita interventie la motor (IM).IM se realizeaza prin reducerea momentului pe timpul schimbarii treptei.Reducerea momentului se realizeaza prin micsorarea unghiului de avans la aprindere pe durata schimbarii treptei.

Fig.5 Desfasurarea in timp a unei schimbari de viteza de la mic la mare

a.fara interventia la motor b. Cu interventie la motor

Fig. 6 Constructia regulatorului de presiune electro-hidraulic si caracteristica acestuia

Fig.7 Electrovalva 2/2 de schimbarea treptei de viteza

O strategie complexa de schimbare a treptelor de viteza este prezentat schematic in fig.8 unde apar ca marimi de intrare suplimentare acceleratia longitudinala si transversala care permit luarea in considerare a obiceiurilor in conducere a conducatorului auto la imbunatatirea capacitatii de mers (CDM) a autovehiculului.Semnalele de intrare achizitionate se prelucreaza pe trei nivele (fig.8):

I .Adaptarea marimilor masurate la caracteristicile de schimbare a treptelor

II. Influentarea de scurta durata : -Evitarea schimbarilor de treapta de la mic la mare inaintea curbelor;

-Mentinerea treptei de viteza in curba;

-Salt activ in SK 5

-Functii speciale ex.schimbare de la mic la mare pe carosabil cu aderenta

scazuta.

III.Schimbare manuala prin prevederea unui canal de selectare suplimentar .

Fig.8 Planul de desfasurare a strategiei de schimbarea treptelor de viteza la sistemul Tiptronic

Cutii de viteze compuse cu doua ambreiaje asanumite cutiide viteze paralele (CVP engl.DCT germ.PSG).

Aceste cutii de viteza see compun din doua cutii de viteza partiale care actioneaza pe acelas angrenaj de iesire.Fiecare sub-cutie se compune dintr-un ambreiaj si un set de pinioane pentru treptele impare si mersul inapoi respectiv pentru treptele pare.In timp ce este cuplata o treapta se preselecteaza treapta urmatoare pe ramura descarcata de fluxul de putere.Elementele de cuplare ale treptelor si ambreiajele sunt actionate de actuatori electrodinamici.

O categorie aparte il constituie cutiile de viteza paralele pentru tractiune hibrida motor termic/electromotor.

Tractiunea hibrida reprezinta o alternativa constructiva pentru reducerea in continuare a consumului de combustibil si emanarea de CO₂ (Fig.10).

Transmisia hibrida permite facilitati suplimentare ca:

-Optimizarea pornirii la temperaturi joase

-Utilizarea procedeului stop/start in circulatia urbana;

-Recuperarea de energie la incetinire.

In cazul unui autoturism din clasa mijlocie mica (1300 cm³) puterea agregatului electric care asigura cca 90% din potentialul de economisire a consumului de combustibil este de cca 10 kW (fig.9).Agregatul electric este o combinatie dintr-un generator electric asincron si un motor electric asincron E(G/M).Acest agregat poate fi pozitionat in paralel cu cutia de viteze (fig.10) sau pe arborele cotit intre motorul cu ardere interna si cutie de viteza.

Fig.9 Alegerea puterii optime a E(G/M) la transmisii hibride

Structura transmisiei hibride rezulta din schema cinematica fig.10:

1-Actuatorii ambreiajelor 3; 2-Actuatorii elementelor de cuplare a cutiei de viteze; 4-arbore primar I ; 5- Arbore primar II ;6-Agregatul electric E(G/M) ; 7-Electronica de putere; 8-Acumulator de energie 12/36 V; 9-Compresorul instalatiei de climatizare ; 10- Cuplajul mecanic pentru pornirea la temperaturi joase.

Fig.10 Schema cinematica a CVPE

Prin includerea in lantul cinematic al agregatului electric cresc masele de inertie si sincronizarea la schimbarea treptelor 2 si 4 este ingreunata.Modul cum poate fi atras agregatul electric in sprijinul sincronizarii rezulta din fig.11,pentru cazul schimbarii fortate 4-2.

Fig.11 Desfasurarea in timp a schimbarii de treapta 4/2 si pornirea din Stop/start

Pentru a mentine confortul de schimbare a CVPE fata de CVP trebuie restabilita dinamica CVP.Pentru indeplinirea timpilor de cuplare,agregatul electric trebuie sa sustina procesul de sincronizare.Dupa initierea procesului de schimbarea treptei se solicita din partea agregatului un moment motor redus pana la deplasarea mansonului de cuplare din pozitia cuplata 4 in pozitia neutra.La recunoasterea pozitiei neutre se solicita agregatului electric un cuplu marit pana la pana la atingerea turatiei tinta de 3400 rot/min pentru a sprijini sincronizarea mecanica.In aceasta perioada agregatul electric poate fi supraincarcat pentru un interval de timp scurt.Dupa atingerea turatiei intr-o "fereastra" prestabilita momentul agregatului se reduce pentru a nu incetinii sincronizarea mecanica din cauza unui moment contrar.Durata procesului de sincronizare este circa 180 ms.

Dinamica cu care se produce repornirea motorului cu ardere interna este primordiala in acceptarea unui procedeu stop/start.Actuatorii electrici permit o inchidere complecta a ambreiajului A2 si o reglare la cuplul de pornire din loc a ambreiajului A1 inca din faza de stationare.La eliberarea pedalei de frana ,dupa excitarea agregatului electric (cca 70 ms) momentul creste pana la cca 140 Nm pentru accelerarea motorului cu ardere interna.Aproximativ 10 Nm trec prin ambreiajul A1.Dupa 140 ms dela eliberarea pedalei de frana ,jocurile din transmisie sunt anulate si vehiculul se pune in miscare.La cca 290 ms dupa eliberarea pedalei de frana motorul cu ardere interna ajunge la turatia de mers in gol si produce primele aprinderi.Dupa pornire agregatul electric este decuplat si trecut in regim de generator in treapta 2.

Fig.12 Recuperarea de energie si pornirea motorului postrecuperare

Pentru evitarea pierderilor de putere in motorul cu ardere interna ,la franarea cu motorul momentul rezistent dat de motor este inlocuit cu momentul generator al agregatului.Deosebit de importanta este repornirea motorului cu ardere interna dupa recuperarea puterii (fig.12).Etapa I , ridicarea pedalei de acceleratie si incetinirea autovehiculului. Etapa II tranzitorie cuprinde decuplarea motorului cu ardere interna si cuplarea generatorului electric.Etapa III regim de recuperare ; Etapa IV repornirea motorului prin apasarea pedalei de acceleratie.Repornirea are loc dupa doua strategii diferite:

-Repornire prin impuls ,la viteze reduse.

-Repornire directa (fig.12b) la viteze peste 55 km/h.

O imbunatatire a demarajului se poate obtine prin cuplarea in paralel a motorului cu ardere interna si electromotorului cu functie de amplificare (boost).

Fig.13 Performantele obtinute cu transmisia CVPE comparativ cu CVP

In figura 13 se prezinta unele performante obtinute cu CVPE comparativ cu CVP.