Принцип работы электронных систем переключения передач
Перейти к содержимому

Принцип работы электронных систем переключения передач

  • автор:

Система электронного управления автоматической коробкой передач

Система электронного управления автоматической коробкой передач считывает информацию, поставляемую датчиками автомобиля, и преобразовывает эти данные в выходные сигналы. Эти сигналы воздействуют на электромагнитные клапаны, которые управляют синхронизацией переключения передач, характером переключения передач и работой муфты гидротрансформатора. В этом разделе идентифицируются элементы системы электронного управления и описывается, как они работают.

До этого момента мы описали теоретические основы и практические принципы работы гидравлически активизируемых коробок передач. С изменением технологий системы с регулятором и с вакуумным модулятором, используемые на гидравлически активизируемых коробках передач, были заменены электрическими электромагнитными клапанами, переключателями и датчиками.

Преимущества электронно управляемых автоматических коробок передач -следующие:

• Увеличенная экономия топлива и повышенные динамические характеристики
• Улучшенное качество переключения передач
• Уменьшенный уровень шума и вибрации
• Больший контроль со стороны водителя
• Самодиагностика

Теоретические сведения по электронике

Система электронного управления — это специальная компьютерная система, которая принимает входные сигналы от различных датчиков, расположенных в автомобиле. На основе информации, поставляемой этими датчиками, система электронного управления посылает выходные сигналы, которые активизируют различные электромагниты. (Электромагнит — это тип электрического переключателя, который имеет проволочную катушку. Когда прикладывается электрический ток, катушка намагничивается. Электромагнитное поле перемещает якорь, который размыкает и замыкает переключатель.) Эти электромагниты управляют гидравлическими и механическими функциями, которые заставляют работать коробку передач. Система электронного управления определенным образом управляет синхронизацией переключения передач, регулировкой давления в магистрали и работой муфты гидротрансформатора.

Теоретические сведения о модуле управления

«Мозг» системы электронного управления -это модуль, в котором находятся электронные печатные схемы, микропроцессорные чипы и штекерные разъемы для входных и выходных устройств.

Используя информацию, получаемую от входных датчиков, модуль управления определяет нагрузку двигателя, скорость и рабочие условия двигателя и рабочие условия коробки передач. Затем модуль управления управляет выходными электромагнитами, выборочно заземляя или подавая напряжение к некоторым электрическим цепям.

Входные и выходные сигналы

Некоторые входные сигналы исходят из датчиков, относящихся к двигателю, таких как датчик массового расхода воздуха, датчик температуры воздухозабора и датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя. Эти датчики дают модулю управления информацию о текущем рабочем состоянии двигателя.

Другие входные сигналы базируются на запросах водителя. Например, датчик положения дроссельной заслонки сообщает информацию о положении педали акселератора. Другие входные сигналы исходят непосредственно из коробки передач. Например, датчики подают информацию о частоте вращения вторичного вала, температуре трансмиссионной жидкости и выборе диапазона передач.

Используя эти входные сигналы, модуль управления определяет правильное время и условия для переключения передач или активизации муфты гидротрансформатора. Кроме того, модуль управления задает давление в магистрали, необходимое для обеспечения максимальной плавности переключения передач (характера переключения передач).

Для выполнения этих функций модуль управления обычно управляет четырьмя электронными электромагнитными клапанами: двумя для переключения передач, одним для модуляции муфты гидротрансформатора и одним для управления давлением в магистрали.

Входные устройства модуля управления

Имеются два основных типа входных сигналов модуля управления:

• Входные сигналы, связанные с объектами вне коробки передач, такими как охлаждающая жидкость двигателя и муфта компрессора системы кондиционирования воздуха. Эти входные устройства включают в себя датчики, которые определяют запросы водителя и двигателя.
• Входные сигналы, относящиеся непосредственно к коробке передач, такие как частота вращения вторичного вала и температура трансмиссионной жидкости.

Эти входные сигналы описываются на следующих страницах. Описание рассчитано на то, что вы знакомы с терминами, относящимися к автомобильным электрическим системам.

Датчик диапазона коробки передач (TR) располагается на картере коробки передач в месте расположения рычага выбора передач. Этот датчик включает в себя ряд понижающих резисторов, которые действуют как делители напряжения. Модуль управления постоянно контролирует показания напряжения в датчике TR, что позволяет определять положение рычага выбора передач (например, Р, R, N, D или 1).

Датчик частоты вращения вторичного вала (OSS) и датчик частоты вращения первичного вала (ISS)

Датчик частоты вращения вторичного вала (OSS) и датчик частоты вращения первичного вала (ISS) — это магнитные датчики. Датчик OSS посылает модулю управления сигнал напряжения, пропорциональный частоте вращения коронной шестерни вторичного вала. Датчик ISS посылает модулю управления сигнал напряжения, пропорциональный частоте вращения первичного вала. Модуль управления использует эту информацию для определения порядка переключения передач, регулировки давления в магистрали и управления муфтой гидротрансформатора.

Датчик скорости автомобиля (VSS)

Датчик скорости автомобиля (VSS) — это магнитный датчик, установленный около задней части коробки передач. Датчик VSS, приводимый в движение маленькой шестерней, посылает модулю управления сигнал напряжения, пропорциональный частоте вращения вторичного вала. Модуль управления использует этот сигнал в качестве дополнительного входного сигнала только для изменения порядка переключения передач на более высокую передачу. (Датчик OSS дает модулю управления первичную информацию о скорости автомобиля.)

В некоторых автомобилях используется сигнал скорости автомобиля, поступающий от другой системы, такой как система ABS.

Широтно-импульсный модулированный (PWM) электромагнитный клапан управляет активизацией и отпусканием муфты гидротрансформатора. Будучи активизированной, это муфта блокирует турбину и крышку гидротрансформатора вместе, образуя механическую связь между двигателем и первичным валом коробки передач.

Модуль управления дает сигнал этому электромагнитному клапану, разрешая соответствующему количеству жидкости пройти в клапан управления муфтой гидротрансформатора. Количество жидкости, находящейся под давлением, управляет перемещением поршня муфты. Этот электромагнитный клапан также называется электромагнитным клапаном управления муфтой гидротрансформатора (ТСС).

Выходные устройства системы управления

Используя входные сигналы от различных датчиков автомобиля, выходы модуля управления дают сигналы электромагнитным клапанам, которые управляют работой коробки передач.

Типы электромагнитных клапанов

В качестве выходных устройств используются электромагнитные клапаны трех различных типов:

• Широтно-импульсный модулированный электромагнитный клапан — управляет муфтой гидротрансформатора
• Электромагнитный клапан включения/выключения — включает или выключает поток трансмиссионной жидкости к клапанам переключения передач
• Электромагнитный клапан с регулируемым усилием — регулирует характер переключения передач, управляя давлением в магистрали

Датчик температуры трансмиссионной жидкости (TFT) — это терморезистор, расположенный на блоке клапанов управления коробкой передач. Его сопротивление изменяется с изменением температуры трансмиссионной жидкости. Модуль управления измеряет напряжение датчика TFT, чтобы определить температуру трансмиссионной жидкости.

Модуль управления использует сигнал датчика TFT, чтобы определить, действительно ли требуется порядок переключения передач для «запуска из холодного состояния» или нет. Когда трансмиссионная жидкость холодная, модуль управления изменяет нормальный порядок переключения передач и предотвращает активизацию (включение) муфты гидротрансформатора.

Модуль управления использует сигнал датчика TFT также для блокировки гидротрансформатора, чтобы уменьшить температуру масла.

Два или три простых электромагнитных клапана включения/ выключения, установленных в одном корпусе, управляют потоком жидкости к клапанам переключения передач. Электромагнитные клапаны могут называться электромагнитным клапаном переключения передач 1 (SS1) и электромагнитным клапаном переключения передач 2 (SS2) или электромагнитными клапанами переключения передач А, В и С. Эти электромагнитные клапаны не регулируют количество жидкости в каналах, они просто включают или выключают прохождение потока.

Электромагнитный клапан с регулируемым усилием (VFS) управляет характером переключения передач посредством регулировки давления в магистрали, что позволяет обеспечить соответствие состояний двигателя и коробки передач, а также учесть запросы водителя. За счет регулировки давления в магистрали, чтобы обеспечить соответствие состояний, система электронного управления обеспечивает плавность переключения передач. VFS, который управляет давлением в магистрали, называется электромагнитным клапаном электронного управления давлением (ЕРС).

Работа электромагнитных клапанов

Электромагнитный клапан управления муфтой гидротрансформатора (ТСС) подает к муфте полное давление, не подает никакое давление или подает изменяющееся давление. Когда шаровой клапан закрывается, никакой поток жидкости под давлением не идет к клапану управления муфтой, и муфта отпускается. Когда шаровой клапан полностью открыт, к муфте подается полное давление, и она активизируется.

Электромагнитный клапан ТСС также может подавать частичный поток к муфте для блокировки проскальзывания. При блокировке проскальзывания модуль управления быстро включает и выключает электромагнитный клапан в течение переменных промежутков времени. Шаровой клапан открывается и закрывается, посылая жидкость короткими импульсами к клапану управления муфтой. Таким образом, электромагнитный клапан ТСС модулирует давление, подаваемое к муфте, которое увеличивает плавность работы коробки передач и экономию топлива.

Модуль управления управляет моментами автоматического переключения передач, посылая сигналы к электромагнитным клапанам включения/ выключения управления переключением передач.

Электромагнитные клапаны могут включаться или выключаться в различных комбинациях. Эти комбинации определяют, какие клапаны переключения передач работают. Например, SS1 включен, a SS2 выключен на ручной первой передаче. На второй передаче включен только SS2.

Электромагнитные клапаны управления переключением передач обычно выключены, если они электрически не активизированы модулем управления. Когда электромагнитный клапан выключается, шаровой клапан открывается, и жидкость течет назад в масляный картер. Когда электромагнитный клапан включается, шаровой клапан закрывается, и жидкость идет к клапанам переключения передач. В отличие от электромагнитного клапана ТСС электромагнитные клапаны электронного управления переключением передач имеют только два состояния, открытое или закрытое. Они не могут обеспечивать частичный поток.

Электромагнитный клапан электронного управления давлением (ЕРС) — это электромагнитный клапан с регулируемым усилием, содержащий золотниковый клапан. Чтобы управлять давлением в магистрали, модуль управления посылает изменяющееся количество тока к электромагнитному клапану ЕРС. Когда никакой ток не подается, золотниковый клапан в электромагнитном клапане ЕРС открывается полностью и из клапана исходит максимальное давление в магистрали. Когда модуль управления увеличивает подачу тока к электромагнитному клапану ЕРС, золотниковый клапан пропорционально закрывается, уменьшая давление в магистрали.

Электронная система управления коробкой передач

Наибольшее распространение получают механизмы управления, которые основаны на сочетании элементов электроники и гидравлики. Как преимущества этих сочетаний мы можем выделить конкретные плюсы тех и иных видов механизмов. Электронные элементы позволяют устанавливать несколько программ переключения передач, что может легко упростить задачу, добиться плавности в переключениях передач, легко приспосабливается к разным типам автомобилей. Также устанавливаются специальные измерители, которые с легкостью определяют частоту вращения коленчатого вала двигателя и ведомого вала коробки передач.

Специальный блок управления КП учитывает все получившие данные в соответствии с программой установленной в системе и подает сигналы на механизм управления коробкой передач. Электродинамические преобразователи дают взаимосвязь между электронными и гидравлическими цепями, а соленоидные клапаны приводят в работу фрикционы.

Блок управления КПП

Автоматическая коробка передач с заземлителем ( в основном применяется на грузовых автомобилях, автобусах).

1 – гидротрансформатор с муфтой блокировки

2 – гидро замедлитель

3 – пяти ступенчатая планетарная передача

5 – система управления КП

При выборе передачи учитывается частота вращения коленчатого вала двигателя, ведомого вала коробки передач. А водитель с своей стороны имеет право выбора в зависимости от условий эксплуатации автомобиля. Среди возможных программ можно выбрать езду с повышенной топливной экономичностью или максимальной скоростью.

Новые технологии внедрили в движение автомобиля интеллектуальные программы, которые оптимизируют управление автомобилем, создавая ряд дополнительных параметров, которые весьма важны в нашем случае. Среди них можно выделить продольное ускорение, поперечное ускорение, скорость движения, скорость перемещения педали тормоза, подачу топлива. Данная разработка дает возможность оптимизировать движения автомобиля как для езды в необходимых дорожных условиях, так и для езды в своем стиле.

Электронные системы управления коробкой передач

Электронные системы управления коробкой передач, в которых применяются только гидравлика, вытесняются системами, в которых сочетаются элементы электроники и гидравлики (гидравлический привод сохраняется только применительно к фрикционам). При этом очевидны следующие преимущества; появляется возможность устанавливать несколько различных программ переключения передач, повышаются плавность включения передачи, гибкость и приспосабливаемое^ к различным типам автомобилей, появляется возможность применения упрощенных гидравлических цепей управления и механизмов свободного хода.
Измерительные преобразователи системы определяют нагрузку, положение рычага переключения передач, положение переключателя программ и режима, а также частоту вращения коленчатого вала двигателя и ведомого (вторичного) вала в коробке передач. Блок управления обрабатывает эти данные в соответствии с установленной программой и вырабатывает сигналы управления коробкой передач. Электродинамические преобразователи образуют связь между электронными и гидравлическими цепями, в то время как соленоидные клапаны приводят в действие фрикционные. Используются аналоговые и цифровые регуляторы давления.

Электронное управление коробкой передач включает в себя следующие элементы:

• рычаг переключения передач с позиционным переключением;
• переключатель программ;
• устройство принудительного включения пониженной передачи;
• датчик угла поворота дроссельной заслонки;
• датчик крутящего момента коленчатого вала двигателя;
• датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя;
• датчик частоты вращения ведомого вала коробки передач;
• регулятор давления;
• соленоидные клапаны;
• электронный блок управления;
• индикатор отказов;
• датчик уменьшения крутящего момента коленчатого вала двигателя регулированием зажигания;
• блок диагностики.

Как работает роботизированная коробка передач

Скоро привычную ( — в русской версии) переключения передач заменит селектор с таким вот пазом в виде буквы «зю». И тренировать левую ногу в автомобиле будет уже нечем.

Чтобы ответить на этот вопрос, придётся вспомнить устройство обычной механической коробки передач. Основу классической «механики» составляют два вала — первичный (ведущий) и вторичный (ведомый). На первичный вал через механизм сцепления передаётся крутящий момент от двигателя. Со вторичного вала преобразованный момент идёт на ведущие колёса. И на первичный, и на вторичный валы посажены шестерни, попарно находящиеся в зацеплении. Но на первичном шестерни закреплены жёстко, а на вторичном — свободно вращаются. В положении «нейтраль» все вторичные шестерни прокручиваются на валу свободно, то есть крутящий момент на колёса не поступает.

Перед включением передачи водитель выжимает сцепление, отсоединяя первичный вал от двигателя. Затем рычагом КПП через систему тяг на вторичном валу перемещаются специальные устройства — синхронизаторы. При подведении муфта синхронизатора жёстко блокирует на валу вторичную шестерню нужной передачи. После включения сцепления крутящий момент с заданным коэффициентом начинает передаваться на вторичный вал, а от него — на главную передачу и колёса. Для сокращения общей длины коробки вторичный вал часто делят на два, распределяя ведомые шестерни между ними.

Упрощённая схема работы механической коробки передач.

Принцип действия роботизированных коробок передач абсолютно тот же. Единственное отличие в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы — актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Но встречаются и гидравлические актуаторы.

Роботизированная КПП SensoDrive применяется на автомобилях марки Citroen.

Управляет актуаторами электронный блок. По команде на переключение первый сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Таким образом, педаль сцепления в салоне больше не нужна — при поступлении команды электроника всё сделает сама. В автоматическом режиме команда на смену передачи поступает от компьютера, учитывающего скорость движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других систем. А в ручном — приказ на переключение отдаёт водитель при помощи селектора КПП или подрулевых лепестков.

Фирма Ricardo на примере «робота» Easytronic от модели Opel Corsa предложила заменить раздельные актуаторы для сцепления и выбора передачи одиночным электромагнитным актуатором. Благодаря этому уменьшились размеры и масса агрегата. И самое главное — механизм выбора передачи стал работать в восемь раз быстрее, а общий период разрыва потока мощности сократился до 0,35 с. Вверху — серийный Easytronic, внизу — рисунок разработки Ricardo.

Проблема «робота» — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует момент смыкания дисков и может переключить скорость быстро и плавно. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колёсам во время переключения. Получаются дискомфортные провалы на разгоне. Единственный способ достичь комфорта при переключениях — сократить их время. А это, увы, означает рост цены всей конструкции.

Пионером массового использования преселективных коробок стал концерн Volkswagen, использующий DSG ( у Audi) как на переднеприводных, так и на полноприводных моделях с продольно и поперечно установленными двигателями. Аббревиатура DSG (Direct Shift Gearbox — коробка прямого включения) стала нарицательным для коробок с двумя сцеплениями — хотя на самом деле это просто товарный знак.

Революционным решением стала появившаяся в начале трансмиссия с двумя сцеплениями DCT (dual clutch transmission). Рассмотрим её работу на примере коробки DSG концерна Volkswagen. У коробки два вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как у шестиступенчатой «механики» Гольфа. Фокус в том, что первичных валов тоже два: они вставлены друг в друга по принципу матрёшки. Каждый из валов соединяется с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни второй, четвёртой и шестой передач, на внутреннем — первой, третьей, пятой и заднего хода. Допустим, автомобиль начинает разгон с места. Включается первая передача (муфта блокирует ведомую шестерню первой передачи). Замыкается первое сцепление, и крутящий момент через внутренний первичный вал передаётся на колёса. Поехали! Но одновременно с включением первой передачи умная электроника прогнозирует последующее включение второй — и блокирует её вторичную шестерню. Именно поэтому такие коробки ещё называют преселективными. Таким образом, включены две передачи сразу, но заклинивания не происходит, — ведущая шестерня второй передачи находится на внешнем валу, сцепление которого пока разомкнуто.

Состояние DSG при движении на первой передаче. Муфтами блокированы шестерни и передач.

Когда машина достаточно разгонится и компьютер решит повысить передачу, размыкается первое сцепление и одновременно замыкается второе. Крутящий момент теперь идёт через внешний первичный вал и пару второй передачи. На внутреннем валу уже выбрана третья. При замедлении те же операции происходят в обратном порядке. Переход происходит практически без разрыва потока мощности и с фантастической скоростью. Серийная коробка Гольфа переключается за восемь миллисекунд. Сравните со 150 мс на Ferrari Enzo!

Состояние DSG после переключения на передачу. передача ожидает своей очереди.

Коробки с двойным сцеплением экономичнее и быстрее традиционных механических, а также более комфортны, чем «автоматы». Главный их недостаток — высокая цена. Вторую проблему — неспособность передавать большой крутящий момент — решили с появлением DSG фирмы Ricardo на купе Bugatti Veyron. Но пока удел большинства суперкаров — «роботы». Хотя, например, коробка Ferrari 599 GTB Fiorano — не чета опелевскому Изитронику: время переключения у суперробота исчисляется десятками миллисекунд.

Роботизированная коробка AMG Speedshift, устанавливаемая на новейший SL 63 AMG, представляет собой модифицированный мерседесовский «автомат» . Только крутящий момент вместо тяжёлого и инертного гидротрансформатора передаёт одинарное многодисковое «мокрое» сцепление. Благодаря применению сложных электрогидравлических актуаторов время переключения составляет 0,1 с.

Сегодня коробки DCT есть не только у Фольксвагена, но и у компаний BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Преселективные коробки признали даже инженеры Porsche, которые используют в своих машинах только проверенные технологии. Аналитики прогнозируют, что в будущем наиболее распространёнными трансмиссиями станут DCT и вариаторы. А дни третьей педали, похоже, сочтены — скоро она исчезнет даже из самых драйверских спорткаров. Человечество выбирает то, что удобнее.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *