Бесступенчатая автоматическая коробка передач

Бесступенчатая автоматическая коробка передач

 

В отличие от традиционных автоматических ко­робок передач в бесступенчатой автоматической коробке передач (CVT — Continuously Variable Transmission) (рис. 1) не предусмотрена гра­дация на ступени, а используется одно бессту­пенчатое изменяемое передаточное отношение по всему диапазону скорости. Крутящий момент коленчатого вала двигателя передается непо­средственно на коробку передач. Гидротрансфор­матор крутящего момента отсутствует, однако не­которые производители используют порошковую электромагнитную муфту с электронным управ­лением между двигателем и коробкой передач. Крутящий момент передается от первичного вала через планетарную передачу на ведущий кони­ческий шкив, с него, посредством пластинчатой цепи или клинового ремня, на ведомый кониче­ский шкив, соединенный с вторичным валом, а оттуда непосредственно на главную передачу.

Пластинчатая цепь представляет собой мно­жество соединенных шарнирно штампованных металлических звеньев. При этом каждое звено, зажатое шкивами вариатора между соседними звеньями, передает усилие на следующее звено, как бы «толкая» его.

 

 

Изменение передаточного отношения

 

Половины ведущего и ведомого конических шки­вов могут перемещаться в осевом направлении под воздействием гидравлического давления. Если, к примеру, гидравлическое давление на­гнетается и перемещает одну половину ведуще­го конического шкива в осевом направлении, то увеличивается эффективный диаметр шкива, по которому проходит траектории вращения пластинчатой цепи или клинового ремня. При этом уменьшается гидравлическое давление на половину ведомого конического шкива и, как следствие, его эффективный диаметр. Взаимное изменение диаметров конических шкивов на­ходится в обратной зависимости друг у другу и, тем самым, обеспечивает бесступенчатое пере­даточное отношение. В момент трогания авто­мобиля с места ведущий конический шкив имеет минимальный диаметр, а ведомый конический шкив — максимальный, что обеспечивает мак­симальное передаточное отношение. При мак­симальной скорости движения ситуация прямо противоположная, и бесступенчатая передача обе­спечивает минимальное передаточное отношение.

 

Управление бесступенчатым передаточным отношением с помощью гидравлики осуществля­ется на основе следующих входных параметров:

  • Положение рычага селектора переключения передач;
  • Положение педали акселератора (положение дроссельной заслонки);
  • Скорость движения автомобиля;
  • Частота вращения коленчатого вала двигателя;
  • Текущее передаточное отношение;
  • Сопротивление движению автомобиля.

 

Кроме этого, коробка передач содержит две дисковые муфты — одну муфту переднего хода и одну муфту заднего хода. В положениях «D» и «l» рычага селектора муфта переднего хода соеди­няется, планетарная передача блокируется и вра­щается вместе с первичным валом в виде единого узла. При необходимости движения задним ходом муфта переднего хода разъединяется, и соеди­няется муфта заднего хода. В результате этого коронная шестерня планетарной передачи оста­навливается. Планетарные шестерни, движимые водилом планетарной передачи, со своей стороны приводят в движение солнечную шестерню и, тем самым, ведущий конический шкив, который начи­нает вращаться в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала.

 

 

Бесступенчатая автоматическая коробка передач «Multitronic»

 

Кроме основного принципа, «Multitronic» не имеет ничего общего с популярным в 50-е годы прошлого века бесступенчатым вариатором, пла­стиковый ремень которого не обладал необходимой прочностью. Торговое название «Multitronic» закреплено за бесступенчатой коробкой передач производства Audi. Среди преимуществ этой си­стемы, помимо запатентованного гидромехани­ческого датчика крутящего момента и сложной электронной системы управления (с поддержа­нием частоты вращения, компенсирующей «эф­фект резиновой ленты»), можно также назвать пластинчатую цепь нового типа (см. рис. 4 «Пластинчатая цепь«).

 

Пластинчатая цепь

 

В отличие от старых вариантов новая цепь обе­спечивает передачу более высокого крутящего момента и — благодаря точной регулировке уси­лия прижима — более высокий КПД автоматиче­ской коробки передач. Небольшая конструктив­ная высота цепи позволила улучшить ее гибкость и, соответственно, уменьшить минимальный диаметр шкивов, на которых вращается цепь. Это помогло значительно увеличить диапазон регули­ровки передаточных отношений между шкивами вариатора. В результате был получен очень боль­шой разброс между самым коротким и самым длинным передаточным отношениями. Разброс передаточных отношений — это число, получае­мое путем деления передаточного отношения при трогании с места на конечное передаточное отношение. Коробка передач может передавать крутящий момент до 300 Н м (рис. 2 «Система «Multitronic», схематическое изображение«).

 

Система «Multitronic», схематическое изображение

 

Автоматическая коробка передач «Multitronic» обеспечивает следующие преимущества:

  • Более низкий расход топлива;
  • Отсутствие перерасхода топлива по сравнению с механическими коробками передач;
  • Улучшенные динамические показатели;
  • Пониженный уровень шума;
  • Меньшую частоту вращения деталей;
  • Уменьшенную массу;
  • Ускорение без прерывания тягового усилия;
  • Отсутствие «эффекта резиновой ленты»;
  • Функцию «Tiptronic» с шестью характеристи­ками переключения передач и шестью ступе­нями;
  • Шестую повышающую передачу.

 

В отличие от ступенчатых автоматических ко­робок передач, в конструкции «Multitronic» кру­тящий момент коленчатого вала двигателя пере­дается на ведущие колеса через две «мокрые» дисковые муфты переднего и заднего хода в коробке передач. Такой принцип обеспечивает более высокий КПД, чем гидротрансформатор крутящего момента, используемый в автомати­ческих коробках передач. Управление муфтами осуществляется с помощью гидравлики. При этом рабочее давление в системе управления рассчитывается электронным блоком на основе различных параметров и модулируется в редук­ционном клапане с помощью управляющего тока. Во избежание перегрева муфты периодически охлаждаются с помощью масла, подающегося к ним отдельным струйным насосом, который предусмотрен для снижения дополнительной на­грузки на гидронасос коробки передач.

 

Результатом целенаправленной регулировки давления является, в частности, передаточное от­ношение, обеспечивающее движение автомобиля на «ползучей» передаче. Автомобиль ведет себя так, словно оснащен автоматической коробкой передач с гидротрансформатором крутящего момента. Режим движения на «ползучей» пере­даче позволяет водителю маневрировать без на­жатия педали акселератора,  что способствует повышению удобства управления. Особенностью режима движения на «ползучей» передаче явля­ется уменьшение усилия «ползания» на стоящем автомобиле с нажатой педалью тормоза, когда от двигателя требуется более низкий крутящий момент (сцепление разъединено). Коррекция передаточного отношения в бессту¬пенчатой автоматической коробке передачЭто положи­тельно сказывается на расходе топлива и уровне комфорта, так как сопровождается улучшением акустической обстановки (снижен шум транс­миссии на стоящем автомобиле) и значительным уменьшением усилия на педали тормоза, необхо­димого для удержания автомобиля на месте. Если при стоянке на уклоне со слегка нажатой педалью тормоза автомобиль начинает откатываться на­зад, рабочее давление повышается и автомобиль удерживается на месте. Кроме этого, за счет определенного проскальзывания пластинчатой цепи в коробке передач обеспечивается демпфи­рование крутильных колебаний коленчатого вала двигателя, а за счет адаптивной компенсации из­носа — неизменно стабильное функционирование сцепления. Сцепление передает крутящий момент от ко­ленчатого вала двигателя через планетарную передачу и промежуточную ступень далее на вариатор. Задача планетарной передачи состоит исключительно в обеспечении изменения направ­ления вращения вала при подключении передачи заднего хода. Планетарная передача не участвует в распределении крутящего момента. Промежуточная ступень выполняет две функ­ции: во-первых, в целях экономии места она обе­спечивает условия для оптимального размеще­ния вариатора, во-вторых, благодаря различным передаточным отношениям она позволяет ис­пользовать одну коробку передач в сочетании с различными двигателями.

Пластинчатая цепь собрана из множества стальных пластин, которые бесконечно соедине­ны друг с другом с помощью штифтов. Высту­пающие по бокам цепи упорные элементы зажи­маются между половинами конических шкивов вариатора, при этом половины шкивов сжимают­ся в направлении друг к другу. Крутящий момент передается цепью только за счет силы трения между торцевой поверхностью упорных элемен­тов и контактными поверхностями конических шкивов (рис. 4).

Каждый шкив состоит из двух конических по­ловин, одна из которых с помощью гидравлики может перемещаться в осевом направлении.

Именно она обеспечивает плавную смену диа­метра обхвата шкивов пластинчатой цепью и, тем самым, изменение передаточного отношения (рис. 3 «Коррекция передаточного отношения в бессту­пенчатой автоматической коробке передач«).

 

Изменение ширины обоих шкивов должно производиться одновременно таким образом, чтобы цепь всегда была натянута и обеспечива­лось усилие прижима шкивов, необходимое для передачи крутящего момента.

Регулировка ширины конических шкивов про­изводится с помощью регулировочного и при­жимного гидроцилиндров. Регулировочный ги­дроцилиндр обеспечивает ширину конического шкива в зависимости от требуемого передаточно­го отношения. Величина давления в регулировоч­ном цилиндре изменяется в соответствии со зна­чением, задаваемым электронным процессором гидравлического блока управления.

Прижимной гидроцилиндр обеспечивает по­стоянное давление прижима пластинчатой цепи половинками шкива, необходимое для опти­мального натяжения цепи при любой нагрузке, а также для того, чтобы, с одной стороны, цепь не проскальзывала при передаче высокого крутяще­го момента, а с другой стороны — не возникали слишком большие потери на трение при передаче низкого крутящего момента. Управление давле­нием прижима осуществляется автоматически с помощью датчика крутящего момента в блоке ведущих шкивов. Датчик крутящего момента со­стоит из двух полусфер, в углублениях которых находятся шарики. Когда полусферы вращаются, они смещаются в осевом направлении относи­тельно друг друга. Возникающее при этом осевое усилие передается на прижимной гидроцилиндр, который, в свою очередь, увеличивает или умень­шает давление прижима (рис. 5 «Конструкция и принцип действия датчика крутящего момента«).

 

Конструкция и принцип действия датчика крутящего момента

 

 

При пиках крутящего момента резкое осевое смещение полусфер датчика крутящего момента используется для быстрого нагнетания давления в прижимном гидроцилиндре (эффект насоса), что позволяет предотвратить проскальзывание пластинчатой цепи по шкивам в этих критических режимах работы.

Таким образом, гидравлика играет роль свя­зующего звена между электроникой и механикой. Давление в системе создается с помощью специ­ального насоса с серповидной вставкой, который приводится в движение первичным валом короб­ки передач. Чтобы избежать лишних дополни­тельных соединений, он встроен непосредствен­но в гидравлический блок управления.

На управление вариатором влияет также по­ложение рычага селектора. Так, при выбранной передаче заднего хода вариатор использует пере­даточное отношение для трогания с места незави­симо от частоты вращения коленчатого вала дви­гателя и скорости движения (которая, впрочем, в этом режим ограничивается электронным блоком управления). Механическая связь между рычагом селектора и управляющими элементами коробки передач обеспечивается с помощью троса. Для охлаждения трансмиссионного масла использу­ется специальный охладитель масла, встроенный в радиатор двигателя. В процессе теплообмена участвует также охлаждающая жидкость из кон­тура охлаждения двигателя.

 

Последний узел и одновременно «мозг» систе­мы «Multitronic» — это электронный блок управ­ления. Он встроен в коробку передач и прифлан­цован непосредственно к гидравлическому блоку управления. Для активизации коробки передач нужны всего три выходных сигнала: ток управ­ления для регулировки проскальзывания сце­пления, сигнал для регулировки передаточного отношения (т.е. изменения давления в регулиро­вочном гидроцилиндре) и сигнал активизации для электромагнитного клапана системы охлаждения сцепления или системы защитного отключения. Данные для расчета этих сигналов передаются на блок управления через встроенные датчики, шину CAN, а также другие способы связи с перифери­ей автомобиля (рис. 6 «Электронный блок управления со встроенными датчиками расположен внутри картера коробки передач«). В блок управления встроены следующие датчики: датчик давления прижима, датчик рабочего давления в сцепле­нии, датчик температуры масла в коробке пере­дач, датчик частоты вращения первичного вала коробки передач, два датчика частоты вращения вторичного вала и многофункциональный переключатель. Для измерения частоты вращения вторичного вала коробки передач используются два датчика, так как благодаря их смещенному расположению одновременно может распозна­ваться направление вращения вторичного вала.

 

Электронный блок управления со встроенными датчиками расположен внутри картера коробки передач

 

 

Многофункциональный переключатель пере­дает на блок управления информацию о положе­нии рычага селектора. Он состоит из четырех дат­чиков Холла, сигналы которых интерпретируются как положения механических переключателей. Из-за того, что датчики встроены в блок управ­ления, проверка их сигналов с помощью тради­ционных средств невозможна. Проверка сигналов датчиков осуществляется исключительно с помо­щью диагностического тестера путем считывания записей в регистраторе неисправностей или ана­лиза блоков измеренных значений.

Данные, передаваемые по шине CAN от дру­гих автомобильных систем, схематически пред­ставлены на рис. 7 «Обмен данными по шине CAN«. В числе прочего может поступать информация о частоте вращения ко­ленчатого вала двигателя, скорости движения автомобиля, подключении функции «Tiptronic» и переключении с ее помощью на более низшую или более высшую передачи. Кроме этого, воз­можно также передавать выходной сигнал для индикации включенной передачи на комбинации приборов, а также осуществлять диагностику и программирование.

 

Обмен данными по шине CAN

 

 

Еще одной особенностью электронного блока управления коробкой передач является возмож­ность обновления программного обеспечения в случае рекламации. Для этого необходимо так называемое флэш-программирование. Речь идет об отдельном модуле памяти, программное обе­спечение которого может обновляться в уста­новленном состоянии с использованием более новой версии и диагностического интерфейса для расчета выходных сигналов. Однако флэш- программирование необходимо только в том слу­чае, если причины рекламации могут быть устра­нены путем внесения изменений в программное обеспечение.

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *