Шестиступенчатая автоматическая коробка передач

Шестиступенчатая автоматическая коробка передач

 

Шестиступенчатая автоматическая коробка пере­дач впервые была использована на автомобилях BMW. Она состоит из планетарного блока Равиньо в сочетании с предвключенным простым планетарным блоком (зубчатая переда­ча Лепелетье) и рассчитана на входной крутящий момент до 600 Нм. Разброс передаточных отно­шений (порядка 6.04) установлен таким образом, чтобы длинное передаточное отношение шестой передачи сочеталось со сравнительно низкой частотой вращения коленчатого вала двигате­ля даже при высокой скорости движения.

 

 

Такая коробка передач имеет шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода при использо­вании всего пяти элементов переключения (рис. 45 «Сравнительный анализ концепций зубчатых передач ZF«) — трех муфт и двух тормозов. Прямая пере­дача не используется. Для сравнения скажем, что коробка передач использует для пере­ключения пяти передач шесть элементов пере­ключения.

 

Сравнительный анализ концепций зубчатых передач ZF

 

Данная шестиступенчатая коробка передач стала первой коробкой со встроенной электрической системой управления переключением пере­дач («shift-by-wire») (рис. 46 «Диаграмма электрической системы управления переключением передач«) для легковых автомобилей и встроенным модулем мехатроники (включающим в себя гидравлическую систему управления, электронный блок, датчики и испол­нительные механизмы). Это означает, что управ­ление базовыми функциями — положениями «Р», «R», «м» и «D» — осуществляется не с помощью тросового или рычажного механизма, а с помо­щью электропривода.

 

Диаграмма электрической системы управления переключением передач

 

Управление муфтой блокировки гидротрансформатора крутящего момента

 

Муфта блокировки гидротрансформатора кру­тящего момента имеет две поверхности трения и предназначена для регулировки проскальзыва­ния с первой по шестую передачу. В результате, при разъединенной муфте блокировки расход то­плива сокращается. На автомобилях BMW седь­мой серии при температуре трансмиссионного масла до 35° муфта блокировки соединена и не оказывает регулирующего воздействия. Управ­ление муфтой блокировки зависит от различных факторов, в том числе:

  • Сигнала требуемой нагрузки;
  • Степени нагрузки двигателя;
  • Скорости движения;
  • Температуры трансмиссионного масла;
  • Выбранной программы переключения.

 

Муфта блокировки оказывает регулирующее воздействие в экономичном режиме («ХЕ») на передачах с первой по шестую при скорости от 30 км/ч, при наличии сигнала требуемой нагрузки макс. 50%. Если требуемая нагрузка более 50%, муфта блокировки разъединена.

На шестиступенчатых автоматических короб­ках передач все переключения передач выпол­няются с перекрыванием (рис. 47 «Схема управления коробкой передач с перекрыванием срабатывания элементов«). Благодаря этому отпадает необходимость в использовании механизмов свободного хода, что позволяет де­лать коробки передач более легкими и компакт­ными. Электронно-гидравлическое управление переключением передач осуществляется с по­мощью различных клапанов в гидрораспределителе. Благодаря им соответствующие муфты и тормоза подключаются и отключаются в требуе­мый момент времени (именуемый «перекрыва­нием»), что обеспечивает плавное переключение передач.

 

Схема управления коробкой передач с перекрыванием срабатывания элементов

 

 

Шесть передач переднего хода и одна переда­ча заднего хода реализуются с помощью одной простой и одной двойной планетарных передач. Именно такая зубчатая передача (изобретение Лепелетье) позволила претворить в жизнь идею о шестой передаче.

Новшеством является функция отключения ги­дротрансформатора крутящего момента на стоя­щем автомобиле. Вместо того, чтобы заставлять двигатель работать против гидротрансформатора, когда водитель держит ногу на педали тормоза, гидротрансформатор отключается от привода, что ведет к значительному уменьшению остаточной нагрузки и сокращению расхода топлива.

Отключение выполняется с помощью дисковой муфты в зависимости от сигналов нагрузки и ча­стоты вращения вторичного вала коробки передач.

 

Автоматическая блокировка коробки передач при парковке

 

Шестиступенчатая автоматическая коробка пе­редач содержит автоматическую систему бло­кировки коробки передач при парковке (рис. В2.48). Эта система состоит из рабочего ци­линдра, электромагнитного клапана и электро­магнита. Включение системы блокировки осу­ществляется с помощью радиоключа или кнопки на рычаге селектора переключения передач. За управление электромагнитным клапаном и электромагнитом отвечает блок управления ко­робкой передач. Электромагнитный клапан рас­положен в гидрораспределителе, а электромаг­нит — на рабочем цилиндре системы блокировки.

 

При включении системы блокировки коробки передач электромагнит освобождает поршень рабочего цилиндра системы блокировки.   Элек­тромагнитный клапан в гидрораспределителе перекрывает подачу масла в рабочий цилиндр.

Пружина оттягивает поршень рабочего цилин­дра в положение парковки, поршень сдвигает в рабочее положение блокировочную скобу, и система блокировки срабатывает (рис. 48 внизу).

При отключении системы блокировки коробки передач срабатывает электромагнитный клапан, и масло под давлением нагнетается через канал «Р» (на рис. 48 вверху) в полость рабочего цилиндра. В результате поршень рабочего цилин­дра отжимается назад и сдвигает блокировочную скобу для разблокировки коробки передач. Вклю­чившийся электромагнит фиксирует поршень рабочего цилиндра в отведенном положении, позволяющем коробке передач нормально функ­ционировать.

 

 

Таким образом, система блокировки автома­тической коробки передач срабатывает даже при неработающем двигателе, когда рычага селек­тора расположен в позиции «N». В случае воз­никновения неисправности (например, при от­сутствии электропитания) систему блокировки автоматической коробки передач можно прину­дительно разблокировать с помощью тросового привода.

 

Ниже даны примеры реализации функции бло­кировки коробки передач при парковке на авто­мобиле BMW седьмой серии.

  • При скорости движения ниже 2 км/ч можно активизировать систему блокировки в ручном режиме путем нажатия кнопки «Р» на рычаге селектора.
  • Система блокировки активизируется автома­тически при полной остановке автомобиля и вынимании ключа зажигания из замка.
  • Система блокировки также активизируется автоматически, если при положении «D», «R» или «1\1» рычага селектора двигатель работает, дверь водителя открыта, однако сиденье води­теля не занято.
  • Система блокировки деактивизируется только при работающем двигателе и нажатой педали тормоза в сочетании с положением «D», «R» или «N» рычага селектора.

 

Кроме этого, автомобили BMW оснащены электромеханическим стояночным тормозом (EMF). В случае возникновения неисправности в системе EMF постоянный обмен информаци­ей о рабочих состояниях между системой EMF и системой блокировки коробки передач при пар­ковке позволяет активизировать систему блоки­ровки при неработающем двигателе. Перед этим система проверяет, что выбрано положение «Р» рычага селектора, автомобиль неподвижен и дви­гатель не работает.

 

Модуль мехатроники

 

Модуль мехатроники (рис. 49 «Соединение гидравлического и электрических модулей«) состоит из ги­дрораспределителя и электронного блока управ­ления коробкой передач. Оба узла размещены в масляном картере автоматической коробки пере­дач. Гидравлическая часть включает в себя все механические узлы системы управления короб­кой передач, в том числе золотниковые клапаны и регуляторы давления, выполняющие функции исполнительных механизмов. Электронный блок управления включает все электронные компоненты системы управления коробкой передач.

 

Соединение гидравлического и электрических модулей

 

 

Помимо точного согласования процессов переключения передач модуль мехатроники обе­спечивает более высокую степень надежности благодаря меньшему количеству электрических контактов и интерфейсов. При выполнении лю­бых работ с модулем мехатроники необходимо принять соответствующие меры предосторожно­сти, в особенности для защиты от ESD.

ESD — электростатический разряд. Человек, являющийся носителем электростатического за­ряда, но не использующий соответствующего заземления, как будто окутан «облаком напряже­ния», что может стать причиной возникновения проблем при работе с приборами, чувствитель­ными к статическому напряжению.

 

При соединении гидравлической и электрон­ной частей необходимо убедиться, что селектор­ный золотник надежно зафиксирован в переклю­чателе положений рычага селектора (рис. 49). На автомобилях BMW седьмой серии механиче­ская связь с коробкой передач отсутствует. Рычаг селектора на рулевой колонке (или клавиши на рулевом колесе) передает номер выбранной во­дителем передачи в коробку передач в виде элек­трического сигнала.

Коробка передач реализует полученный сиг­нал в виде переключения передачи в зависимо­сти от текущих условий эксплуатации. Положение рычага селектора («R», «N», «D») отображается на дисплее комбинации приборов. К примеру, по­ложение «Р» можно включить путем нажатия на клавишу. Для включения положения «R» необхо­димо при нажатой педали тормоза отжать рычаг селектора против часовой стрелки.

Напротив, для включения ходового положения «D» необходимо при нажатой педали тормоза отжать рычаг селектора до упора по часовой стрел­ке. Нейтральное положение можно включить из положения «R» только путем нажатия рычага селектора в направлении по часовой стрелке, а из положения «D» — против часовой стрелки. Для включения положения «N» из положения «Р» можно переместить рычаг в любом направлении.

Положение парковки   включается автоматиче­ски при вынимании ключа из замка зажигания. То же самое происходит, если двигатель выключен, зажигание выключено и ключ оставлен в замке — но только через тридцать минут.

 

Включение специальных программ (например, спортивный режим) осуществляется с помощью дополнительной клавиши на многофункциональ­ном рулевом колесе. С помощью четырех дру­гих клавиш на рулевом колесе водитель может активизировать режим  «Стептроник», при этом нажатие «-» инициирует переключение на более низшую передачу, а «+» — на более высшую пере­дачу. Недопустимые команды на переключение передач блокируются, при этом на дисплее ком­бинации приборов появляется соответствующая индикация.

Блок управления коробкой передач (EGS) в модуле мехатроники анализирует входные сиг­налы. Это означает следующее: на основе вход­ных сигналов и записанных в памяти данных программа управления выбирает       подходящую передачу и состояние муфты блокировки гидротрансформатора крутящего момента (WK), а также оптимальную схему распределения давления для управления передачами и муфтой блокировки. Выбранные параметры преобразу­ются в   управляющие   сигналы, поступающие на специальные выходные модули (силовые выходные каскады, регуляторы тока). С их по­мощью блок управления коробкой передач EGS активизирует электромагнитные клапаны и ре­гуляторы давления и управляет с их помощью гидравлической частью автоматической короб­ки передач.

 

Кроме этого, по шине CAN в систему управле­ния двигателем передается информация о необ­ходимой продолжительности работы двигателя в выбранном режиме.

Схема передачи сигналов между отдельными электронными компонентами по шине CAN пред­ставлена на рис. 46. В целях безопасности передача сигналов между блоком переключате­лей на рулевой колонке и электронным блоком управления коробкой передач осуществляется, кроме шины CAN, также по последовательному проводу.

Данные, необходимые для переключения передач, к примеру, время впрыска топлива, частота вращения коленчатого вала двигателя, угол  открытия дроссельной заслонки, темпера­тура охлаждающей жидкости, передаются от цен­трального межсетевого преобразователя (ZGM) по шине PT-CAN в блок управления коробкой передач.

Активизация электромагнитных клапанов и регуляторов давления осуществляется непосред­ственно модулем мехатроники (рис. 50 «Типовая схема блока мехатроники и схема распределения разъемов«).

 

Типовая схема блока мехатроники и схема распределения разъемов

 

Частота вращения валов коробки передач ре­гистрируется датчиками Холла, показания кото­рых передаются непосредственно в модуль меха­троники.

Коробка передач может программироваться с помощью флэш-кода. Коррекция давления мас­ла выполняется автоматически вовремя движе­ния. В случае ремонта или замены необходимо обнулить рабочие параметры коробки передач с помощью тестера. В ходе завершающей пробной поездки после ремонта необходимо поочередно включить все передачи.

Если температура охлаждающей жидкости двигателя ниже 60 °С, то при запуске двигателя активизируется программа прогрева. При более высокой частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода, которая устанавливается автоматически, катализатор быстрее достигает рабочей температуры. Функция блокировки оши­бочного включения низшей передачи предотвра­щает повреждения двигателя и коробки передач в случае превышения максимальной частоты вра­щения коленчатого вала двигателя.

 

Функция блокировки передачи заднего хода препятствует включению передачи заднего хода при скорости движения ниже 5 км/ч. Если, тем не менее, водитель выбирает передачу заднего хода, коробка передач автоматически переключается на нейтральное положение. При этом на дисплее комбинации приборов высвечивается буква «N».

Электронно-гидравлическая система управ­ления коробкой передач включает в себя также электромагнитные клапаны (MV) и электронные клапаны ограничения давления (EDS). С помо­щью этих клапанов осуществляется управление переключением передач. Электромагнитные кла­паны (MV) выполнены в виде треходовых двухпо­зиционных клапанов, то есть имеют три канала и два положения переключения.

Клапаны, управляемые через блок управле­ния коробкой передач, имеют два положения: «открыт» и «закрыт». Это позволяет выполнять гидравлические переключения. Электронные клапаны ограничения давления (EDS) соотносят определенную силу тока с соразмерным давлени­ем масла. При этом различают регуляторы дав­ления с нарастающей характеристикой (зеленый колпачок) и с убывающей характеристикой (чер­ный колпачок).

 

Адаптивная система управления коробкой передач

 

Ниже дается описание адаптивной системы управления коробкой передач на примере ав­томобилей BMW. Особое внимание уделяется различиям между спортивной и адаптивной про­граммами.

Адаптивная программа обеспечивает плавное и комфортное переключение передач. Для этого используются только характеристика переклю­чения, ориентированная на минимальный расход топлива и характеристика, ориентированная на мощность в сочетании с экономичностью.

 

Спортивная программа основана на спортив­ной характеристике и характеристике, ориенти­рованной на мощность. В ней получили особенно яркое выражение такие функции, как «кик-фаст» (резкое ускорение) и оценка параметров тормо­жения. Определение стиля вождения водителя осуществляется путем оценки параметров не­прерывного движения, прохождения поворотов, торможения, а также использования функции «кик-фаст».

Вывод об использовании функции «кик-фаст» делается на основе скорости нажатия на педаль акселератора. Для этого измеренное значение на педали акселератора сравнивается со значением, заложенным в памяти адаптивной системы. Ре­зультатом может быть выбор одной из следую­щих четырех программ: «ХЕ» (супер экономич­ность), «Е» (экономичность), «S» (спортивность), «XS» (супер спортивность).

Функция оценки параметров прохождения по­воротов реагирует на поперечное ускорение, а также в определенной степени на стиль поведения водителя. Поперечное ускорение рассчитывается на основе угловой скорости всех колес, скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси и скорости движения автомобиля. Функция оцен­ки параметров торможения основана на опреде­лении стилей вождения водителя. Измеренное замедление сравнивается с кривой предельных значений, которая может иметь разную форму в зависимости от выбранного режима.

Оценка параметров непрерывного движения осуществляется при постоянном положении пе­дали акселератора и постоянной скорости дви­жения. Адаптивная программа реагирует на это немедленным переключением на более низшую передачу. В спортивной программе переключение на более низшую передачу происходит с задерж­кой. Зимняя программа подключается и отключа­ется автоматически.

 

Своевременное изменение методики пере­ключения передач обеспечивает высокую ста­бильность и безопасность движения на сколь­ких дорогах. Регулирующее воздействие систем ASC/ASR и DSC/ESP поддерживается стабильны­ми передачами. Команды к переключению на бо­лее низшую передачу, обусловленные высоким тяговым усилием, игнорируются. Причем это касается не только команд, которые подает сам водитель. При активизированной зимней про­грамме блокируются все воздействия, которые могут отрицательно сказаться на стабильности движения.

Функции движения в гору и движения с прице­пом обеспечивают необходимый резерв тягового усилия путем коррекции методики переключения передач. При этом основной акцент делается на снижении тенденции к маятниковым переключе­ниям передач и увеличению комфорта. Датчик контроля сопротивления движению регистрирует отклонение фактического сопротивления дви­жению от сравнительных данных, заложенных в памяти блока управления. При этом входными параметрами являются масса автомобиля, пере­даточное отношение коробки передач и главной передачи, сопротивление качению и сопротивле­ние воздуха.

Функция оценки параметров прохождения по­воротов выполняет две задачи. С одной стороны, она блокирует переключения на более низшую передачу, которые могут вызвать увеличение тя­гового усилия на ведущих колесах. С другой сто­роны, она препятствует переключениям на более высшую передачу, благодаря чему водитель луч­ше «чувствует дорогу».

Методика переключения передач системы «Темпомат» (Tempomat) ориентирована на обе­спечение равномерного движения в режиме поддержания заданной скорости и обеспечивает компромисс между достаточным тяговым усили­ем и отсутствием маятниковых переключений.

В системе поддержания заданной скорости часть функций водителя берет на себя техника. Вмешательство в работу двигателя и тормозной системы происходит в определенных пределах. Задаваемое значение скорости рассчитывает­ся системой на основе текущего передаточного отношения и желаемого ускорения и переда­ется двигателю в виде команды на увеличение крутящего момента. Двигатель реагирует на эту команду виртуальным нажатием на педаль аксе­лератора.

 

Система поддержания заданной скорости может оказывать регулирующее воздействие в различных режимах движения, к примеру, при непрерывном движении, движении в потоке, прохождении поворота, движении под гору, ак­тивизации любой    установленной скорости. При этом регулирующее воздействие системы под­держания заданной скорости должно обеспечи­ваться коробкой передач путем индивидуальной коррекции методики переключения передач. При этом должны учитываться как особенности функционирования системы, так и субъективные желания водителя в отношении переключения передач. Нарушения, возникающие в процессе регулировки, доводятся до сведения водителя в виде текстов и графических символов на дисплее комбинации приборов.

На случай экстренной ситуации предусмо­трены резервные  программы, которые, однако, ограничивают выбор передач и уровень комфор­та. К примеру, могут быть доступны только по­ложения переднего и заднего хода, нейтральное положение и положение парковки. В серьезных ситуациях исполнительные механизмы отключа­ются, задействуя механическое и гидравлическое оборудование в аварийном режиме.

В аварийном режиме электрооборудования, к примеру, в случае отказа шины CAN, при опреде­ленных условиях выбирается пятая или третья передачи. Выбор других положений рычага се­лектора при отказе шины CAN возможен только с помощью отдельного провода. При полном отказе системы управления коробкой передач прерывание передачи крутящего момента через коробку передач во время движения вперед не­возможно.

 

На стоящем автомобиле с выключенным дви­гателем должна быть активизирована система блокировки коробки передач при парковке. Это гарантирует безопасность автомобиля в течение всей парковки, так как в активизированной си­стеме блокировки отсутствует давление масла. Если система блокировки коробки передач при парковке не деактивизируется с помощью ги­дравлики (неисправность аккумуляторной бата­реи, двигателя, электрооборудования двигателя, электрооборудования коробки передач и т.д), ее можно разблокировать механическим способом — с помощью специального рычага, расположенно­го в пространстве для ног водителя.

После этого при необходимости автомобиль можно попробовать подтолкнуть в сторону или отбуксировать. Для выполнения буксировки необходимо даже при нормально функциони­рующей системе управления коробкой передач активизировать функцию аварийной разблоки­ровки коробки передач, так как при некоторых неисправностях функция удержания рычага селектора в нейтральном положении может не работать.

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЕ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *