Гидромеханические коробки передач

Ввиду того, что гидротрансформатор представляет собой бесступенчатую передачу, способную автоматически, в зависимости от частоты вращения, изменять момент, его можно было бы использовать в качестве автоматического бесступенчатой коробки передач автомобиля. Коэффициент трансформации гидротрансформатора, как было указано выше, достигает значения 4, вполне соответствующего требуемому диапазону автомобильной коробки передач, по крайней мере, легкового.

Однако, коэффициент полезного действия гидротрансформатора недостаточно велик, что определяется потерями при его работе. Поэтому приходится использовать гидротрансформатор в наивыгоднейших условиях его работы по максимуму КПД в составе комбинированной гидромеханической коробки передач, представляющей собой сочетание гидротрансформатора со ступенчатой вальной или планетарной коробкой передач. Кроме того, сам гидротрансформатор в настоящее время, как уже было отмечено, строится так, чтобы он работал в трёх режимах: гидротрансформатора, гидромуфты, блокированного сцепления.

В процессе развития гидромеханических коробок передач росло число передач ступенчатой части коробки от трёх ступеней в начале развития до пяти ступеней в настоящее время.

На рис.36 показан поперечный разрез современно автоматической коробки передач легкового автомобиля. Это пятиступенчатая автоматическая коробка фирмы ZF типа 5НР18, устанавливаемая на автомобиле BMW 530i с двигателем рабочего объёма 3 л (V8), выпускавшаяся в 1993-95 гг.

На рис.36 обозначены: 1 – входной вал. 2 – блокировочная муфта, 3 – гидротрансформатор, 4…16 – планетарные ряды, 17 – выходной вал, А – гидротрансформатор с блокировочной муфтой. В – пятиступенчатый планетарный механизм. С – электрогидравлическое управление коробкой передач.

На рис.37 представлена автоматическая коробка передач для грузовых автомобилей, автобусов и специальных транспортных средств, снабжённая замедлителем (ZF Ecomat 5НР500). Здесь: 1 – гидротрансформатор блокировочной муфтой, 2 – гидродинамический замедлитель, 3 – планетарная передача. 4 – гидронасос. 5 – система управления.

За последние годы получили большое распространение электронные системы управления автоматическими коробками передач. Общая структура такой системы показана на рис.38, где 1 – селектор, 2 – переключатель программ. 3 –принудительное включение пониженной передачи (kick-down), 4 – датчик угла поворота дроссельной заслонки, 5 – датчик крутящего момента двигателя, 6 – датчик частоты вращения коленвала. 7 – коробка передач, 8 – датчик частоты вращения ведомого вала, 9 – регулятор давления, 10 – соленоидные клапаны, 11 – электронный блок управления, содержащий три основных элемента: A/D – аналого-цифровой преобразователь, mC – микроконтроллер, > - выходной усилитель, 12 – индикатор отказов, 13 - уменьшение крутящего момента двигателя путём регулирования зажигания, 14 – блок диагностики.

Рис.39 представляет диаграмму процесса переключения передач автоматической коробки передач Tiptronic, широко применяемой в Европе на легковых автомобилях.

За последнее время всё большее число фирм устанавливает на легковых автомобилях разные варианты коробок передач с режимами ручного переключения особого вида: ручка переключения в виде джойстика, установленного вертикально. Переключение передач производится коротким толчком джойстика вперёд (+) или назад (-). Переключение вверх (+) происходит последовательно – 1-я, 2-я, 3-я и т.д, переключение вниз также происходит последовательно (секвентально). Например, если коробка передач пятискоростная, то в порядке 5-я, 4-я, 3-я, 2-я, 1-я. Так выполнены автоматические коробки передач (гидромеханические) новых типов: Tiptronic (Mercedes-Benz, Porsche), Steptronic (BMW), Geartronic (Volvo).

Появились также механические коробки передач последовательного тика (секвентальные). На модели Mercedes-Benz С класса Sports Coupe установлена механическая коробка передач с гидравлической системой управления. Коробка имеет шесть ступеней, переключаемых последовательно с помощью описанного выше джойстика. Подобным же образом, но с другим механизмом переключения действует коробка передач Easytronic на автомобиле Opel Corsa.

Алгоритм действия такого рода коробок передач в ручном режиме управления может быть представлен в виде графа вида – см. рис. 40.

Граф составлен для шестиступенчатой коробки передач. Имеется четыре сигнала:

a - толчок джойстики вперед (+) переключает передачи вверх последовательно 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 передачи. Это показано линиями со стрелками – ветвями графа с надписью a.

b - толчок джойстика назад (-) переключает передачи вниз последовательно 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1 передачи. Это показано линиями со стрелками – ветвями графа с надписью b.

g - перевод джойстика в положение «задний ход» (3Х).

x - перевод джойстика в положение «нейтраль» (Н).

Кружки с надписями – это узлы графа или состояния коробки передач. Таким образом, сигнал a переводит коробку передач из состояния n в состояние n+1, сигнал b наоборот переводит коробку передач из состояния n в состояние n-1.

Особенности алгоритма состоят в том, что сигнал g может быть задан при нахождении коробки передач в любом состоянии, кроме состояния 3Х.

Это отражено на графе: только в том случае, когда коробка передач находится в состоянии Н, сигнал g переводит её в состояние 3Х (верхняя ветвь графа с надписью g). Если же коробка передач находится в состояниях 1,2,3,4,5,6 и задан сигнал g, то состояние не меняется, что показано на графе петлями со стрелками с надписью g.

Сигнал x может быть задан только в том случае, если коробка передач находится в состоянии 3Х. Это показано на графе нижней ветвью с надписью x. Ещё две петли на графе с надписями a и b говорят о том, что если коробка передач находится в состоянии Н и подан сигнал b (толчок джойстика назад), то она остается в этом же состоянии. А если коробка передач находится в состоянии 6 и подан сигнал a (толчок джойстика вперед), то состояние её также не изменится.

Данный алгоритм легко реализуется на микропроцессоре (контроллере). Программа должна быть написана на Ассемблере или на другом языке низкого уровня.

Наглядная демонстрация такой системы управления коробкой передач возможно на компьютере. Программа написана на языке Паскаль. На мониторе появляется изображение джойстика, который перемещается в вырезах вверх (+), вниз (-) и вправо (3Х). Так как джойстик при движении автомобиля находится в центральном положении (вертикально), то необходимо индикация включённой передачи. На мониторе это показывается цифрами и буквами слева вверху от прорези (цифра 1 в кружке на рисунке), по которой ходит джойстик (рис.41).

На рисунке сплошной линией – кружок показано положение джойстика при движении автомобиля вперед или на стоянке. Слева вверху – индикация. Положение джойстика «Задний ход» (3Х) показано также сплошным кружком вправо. Устойчивых положений джойстика два – нейтраль – положение 1 и задний ход – положение 2 на рисунке. При всяком толчке джойстика вперед (+) или назад (-) он автоматически возвращается в исходное нейтральное положение 1.

Такой способ переключения не нов, он всегда применялся и применяется в мотоциклетных коробках передач, переключение которых осуществляется с помощью ножного рычага, имеющего также нейтральное положение и автоматический возврат в это положение.

Программа, демонстрирующая управление коробкой передач, записана на диске С 486-го компьютера кафедры электроснабжения. Директория ТР5 (турбоПаскаль 5) – файл Corola exe. Работа коробки передач имитируется путём нажатия на клавиши в правой части клавиатуры в соответствии с рис.42.

На рис.42 1 – клавиша с надписью 8 – переключение передач вверх (+) в порядке Н-1-2-3-4-5-6; 2 – клавиша с надписью 2 – переключение передач вниз (-) в порядке 6-5-4-3-2-1-Н; 3 – клавиша с надписью 6 – включение заднего хода (3Х); 4 – клавиша с надписью 4 – переводит джойстик в нейтральное положение (Н) из положения задний ход (3Х); клавиша с надписью 5 не используется. При нажатии на клавишу 1 или 2 джойстик «прыгает» вверх или вниз соответственно и возвращается в нейтральное положение.

Планетарные коробки передач нашли широкое применение в составе автоматических гидромеханических коробок передач. Это объясняется тем, что планетарные ряда компактны, имеют несколько степеней свободы, и легко автоматизируется процесс их переключения.

Типичная конструкция автоматической гидромеханической коробки передач состоит из систем Trilok (гидротрансформатор), планетарной коробки передач с рядами Симпсона [8] или Равиньо или их комбинации.

В некоторых случаях вместо гидротрансформатора устанавливается гидромуфта. В качестве примера покажем такую коробку передач фирмы Mercedes-Benz, разрез которой показан на рис.43, а схема – на рис.44, где Т – турбина, Р - Равиньо РР

Насос, В1, В2, В3 – тормоза, К1, К2 К3 – фрикционы, Z₁ - число зубьев сателлита первого планетарного ряда, Z₃ – число зубьев коронного колеса первого планетарного ряда, соответственно Z₄, Z₅, Z₆ - числа зубьев зубчатых колёс второго планетарного ряда.

Управление коробкой (переключение передач) осуществляется путём комбинации воздействий на элементы В₁, В₂, В₃ и К₁, К₂, К₃.

Дата добавления: 2015-10-31