Роботизированная КПП

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………….3

1.Конструкция роботизированной  коробки переключения передач…….4

2.Система управления…………………………………...………………….13

2.1.Селектор выбора режима  движения……………………………..13

2.2. Блок Mechatronik…………………………………………………15

2.3. Датчики…………………………………………………………....23

Вывод…………………………………………………………………………30

Список источников……………………………………………………..........31

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сорок лет назад, в 1969 году старший инженер компании Yaskawa Electric Тецуро Мориа придумал новый термин — «мехатроника». Термин состоит  из двух частей — «меха», от слова  механика, и «троника», от слова электроника. Одно из определений этого термина  следующее: «Мехатроника это новая  область науки и техники, посвященная  созданию и эксплуатации машин и  систем с компьютерным управлением  движением, которая базируется на знаниях  в области механики, электроники  и микропроцессорной техники, информатики  и компьютерного управления движением  машин и агрегатов». В 2010 году нас  окружает огромное количество мехатронных  систем: пылесосы, стиральные машины –  автоматы, компьютеры, роботы, станки и  тормозные системы автомобилей  с АБС… Список можно продолжать долго. Понятие «мехатронная система» постепенно размывается, поскольку  большинство современных машин  управляются электроникой и, следовательно, попадают под определение «мехатронной системы». С другой стороны, любая  мехатронная система состоит  из мехатронных модулей, в которых  воплощаются последние достижения технической мысли.

Мехатроника как синтез  электромеханики и микроэлектроники, объединенных общим управлением, и оптимизированных по общесистемным критериям, естественно начала свое развитие с наиболее простого, с создания функциональных компонентов управляемых систем. Прежде всего, это были сенсоры и датчики, затем приводы.

 

 

1 КОНСТРУКЦИЯ РОБОТИЗИРОВАННОЙ  КПП

 

Особенности конструкции роботизированной коробки передач (рис. 1.1) заключается в том что она имеет модульную конструкцию:

- сцепление;

- блок управления «Mechatronik» ;

- КП.

 

Рисунок 1.1 - Внешний вид роботизированной коробки передач

 

Принцип работы роботизированной коробки передач со сдвоенным сцеплением (рис. 1.2) состоит из двух независимых друг от друга делительных механизмов . Каждый делительный механизм функционирует как механическая КП. Каждому делительному механизму соответствует одно сцепление. Оба сцепления сухие. Блок «Mechatronik» регулирует, размыкает и замыкает диски обоих сцеплений в зависимости от включаемой передачи. Через сцепление 1, соответственно через делительный механизм 1 и вторичный вал 1(рис. 1.2) производится включение 1, 3, 5 и 7 передач. Включение 2, 4, 6 передачи и передача заднего хода осуществляется через сцепление 2 и соответственно через делительный механизм 2 и вторичные валы 2 и 3. В один и тот же момент только один делительный механизм находится в состоянии силового замыкания. В другом делительном механизме уже может быть включена следующая передача, поскольку сцепление этой передачи разомкнуто. Для каждой передачи предусмотрен стандартный для механической КП механизм синхронизации и переключения передач [1].

 

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема роботизированной коробки передач

 

Передача крутящего момента  на сдвоенное сцепление осуществляется двух массовым маховиком, который закреплён на коленчатом валу. Для этого в двух массовом маховике (рис.1.3) предусмотрен внутренний зубчатый венец. Он входит в зацепление с наружным зубчатым венцом на несущем кольце сдвоенного сцепления. Оттуда крутящий момент передаётся в механизм сдвоенного сцепления.

 

Рисунок 1.3 - Схема передачи крутящего момента от двигателя

 

Сдвоенное сцепление (рис.1.4) расположено в картере сцепления. Оно состоит из двух обычных сцеплений, объединённых в сдвоенное сцепление. Сцепление 1 передаёт крутящий момент через шлиц на первичный вал 1. От первичного вала 1 крутящий момент для 1 и 3 передач передаётся на вторичный вал 1, а для 5 и 7 передач — на вторичный вал 2. Сцепление 2 передаёт крутящий момент через шлиц на первичный вал 2. Оттуда крутящий момент для 2 и 4 передач передаётся на вторичный вал 1, а для 6 передачи и передачи заднего хода — на вторичный вал 2. Через промежуточную шестерню передачи заднего хода происходит дальнейшая передача крутящего момента на шестерню передачи заднего хода вторичного вала 3. Все три вторичных вала соединены с зубчатым колесом главной передачи дифференциала.

 

Рисунок 1.4 - Изображение  роботизированной КПП в развернутом  виде

 

Крутящий момент передаётся на ведущий диск сдвоенного сцепления через несущее кольцо. Для этого несущее кольцо и ведущий диск прочно соединены друг с другом. Ведущий диск установлен на первичном валу 2 как свободно вращающееся колесо. При задействовании одного из двух сцеплений крутящий момент передаётся от ведущего диска

на соответствующий диск сцепления и далее на соответствующий первичный вал (рис.1.5).

 

Рисунок 1.5 - Сдвоенное сцепление  роботизированной КПП

 

В сдвоенном сцеплении работают два независимых друг от друга сухих сцепления. Каждое из них передаёт крутящий момент на соответствующий делительный механизм. Существует два возможных положения сцеплений:

- при неработающем двигателе и в режиме холостого хода оба сцепления разомкнуты;

- в режиме движения замкнуты диски только одного из сцеплений.

 

Для приведения сцепления  в действие рычаг выключения сцепления  прижимает выжимной подшипник к диафрагменной пружине. Благодаря наличию нескольких точек опоры усилие прижима преобразуется в силовое перемещение. За счёт этого нажимной диск прижимается к диску сцепления и к ведущему диску. Таким образом осуществляется передача крутящего момента на первичный вал. Рычаг выключения сцепления приводится через клапан расположенный в делительном механизме от гидравлического исполнительного механизма привода сцепления. При приведении в действие рычага выключения сцепления выжимной подшипник перемещается, преодолевая усилие диафрагменной пружины. Поскольку диафрагменная пружина опирается на корпус сцепления, нажимной диск прижимается к ведущему диску и обеспечивает передачу крутящего момента на первичный вал 2. Рычаг выключения сцепления приводится через клапан  в делительном механизме гидравлического исполнительного механизма привода сцепления 2 [4].

 Первичные валы (рис.1.6) расположены в корпусе КП. Каждый первичный вал соединён со сцеплением при помощи шлица. Эти шлицы передают крутящий момент на вторичные валы в соответствии с выбранной передачей.

 

Рисунок 1.6 - Первичные валы

Первичный вал 2 полый. Первичный вал 1 расположен внутри первичного вала 2. На каждом валу имеется шарикоподшипник, на который опираются первичные валы в корпусе КП. Первичный вал 2 (рис.1.7) представляет собой полый вал. Он соединён со сцеплением 2 при помощи шлица. Первичный вал 2 обеспечивает включение 2, 4, 6 передач и передачи заднего хода. Для измерения частоты вращения первичного вала КП на этом валу предусмотрен зубчатый ротор для датчика частоты вращения первичного вала.

Рисунок 1.7 - Первичный вал 2

 

Первичный вал 1 (рис.1.8) соединён со сцеплением 1 при помощи шлица. Оно обеспечивает включение 1, 3, 5 и 7 передач. Для измерения частоты вращения первичного вала КП на этом валу предусмотрен зубчатый ротор для датчика частоты вращения первичного вала.

 

Рисунок 1.8 - Первичный вал 1

 

В корпусе КП расположено 3 вторичных вала которые изображены на рисунках 1.9…1.11. В зависимости от выбранной передачи крутящий момент двигателя передаётся от первичных валов на вторичные валы. На каждом вторичном валу предусмотрено ведомое зубчатое колесо, при помощи которого осуществляется передача крутящего момента на зубчатое колесо главной передачи дифференциала.

 

Рисунок 1.9 - Вторичный вал 1

Рисунок 1.10 - Вторичный вал 2

 

Рисунок 1.11 - Вторичный вал 3

 

 

2 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

 

2.1.Селектор выбора режима  движения

 

Селектор (рис.2.1) работает так же, как и в автомобилях с автоматической КП. Коробка передач со сдвоенным сцеплением позволяет переключать передачи и в режиме Tiptronic.

 

 

Рисунок 2.1 - Селектор выбора режима движения

 

Положения селектора:

P – Парковка. Для вывода селектора из этого положения должно быть включено зажигание и нажата педаль тормоза. Также следует нажать кнопку разблокировки на селекторе;

R - Передача заднего хода. Для включения этой передачи следует нажать кнопку разблокировки;

N - Нейтральное положение. В этом положении КП находится в режиме холостого хода;

D - Движение вперёд (стандартная программа). В этом положении движения (Drive = движение) производится автоматическое переключение передач переднего хода;

S – Спорт. Автоматический выбор передач осуществляется по „спортивной" программе, заложенной в блоке управления.

 

В селектор встроен блок датчиков (рис.2.2) и блок управления электромагнитами механизма блокировки селектора. Положение селектора распознаётся на основании сигналов, поступающих от датчиков Холла. Сигналы о положении селектора поступают в блок Mechatronik и в блок управления комбинации приборов по шине CAN. На основании этих сигналов блок управления распознаёт положение селектора. Блок управления использует эти сигналы для распознавания намерения водителя включить режимы D-R-S и для управления разблокировкой стартера. Если блок управления не может распознать положение селектора, то диски обоих сцеплений размыкаются [5].

 

Рисунок 2.2 - Расположение датчиков холла

2.2. Блок Mechatronik

 

Mechatronik является центральным модулем управления КП (рис. 2.3). Он объединяет в себе электронный и электрогидравлический блок управления. Mechatronik закреплён на КП при помощи фланца и является независимым модулем. Блок имеет отдельный масляный контур, который не зависит от контура механической КП.

 

Рисунок 2.3 - Электрогидравлический блок управления

 

Преимущества этого отдельного компактного модуля:

- все датчики и исполнительные элементы, за исключением одного датчика, расположены в блоке Mechatronik;

- гидравлическая жидкость адаптирована специально под блок Mechatronik.

- благодаря отдельному масляному контуру в блок Mechatronik не попадают продукты износа механической КП.

- хорошие температурные характеристики, поскольку нет необходимости поиска компромиссов между вязкостью масла и требованиями коробки передач.

 

Блок управления Mechatronik — это центральный модуль управления КП (рис.2.4). В нём собираются сигналы всех датчиков и все сигналы других блоков управления, он же осуществляет контроль и проведение всех действий. В блок управления встроены 11 датчиков, лишь датчик частоты вращения первичного вала КП расположен вне блока управления.

 

Рисунок 2.4 - Система управления КП

Блок управления гидравлическим способом осуществляет управление и  регулирование электромагнитных клапанов включения 7-ми передач и привода сцепления [6].

Блок управления проводит адаптацию положения сцеплений, положений элементов механизма  переключения передач при включённой передаче и учитывает значения адаптации  при дальнейшей работе этих деталей. Электрогидравлический блок управления встроен в блок Mechatronik. Он создаёт давление масла, необходимое для переключения передач и привода сцеплений. Давление масла создаёт гидравлический насос, приводимый во вращение двигателем. Смазка блока Mechatronik осуществляется отдельно от смазки механической КП. Масляный насос подаёт масло под необходимым давлением, чтобы обеспечить работу гидравлических компонентов блока Mechatronik. Модуль гидравлического насоса расположен в блоке Mechatronik. Модуль состоит из гидравлического насоса и электродвигателя. Электродвигатель гидравлического насоса представляет собой бесщёточный электродвигатель постоянного тока. Сигналы управления на него поступают от блока управления Mechatronik в зависимости от необходимого давления. Бесщёточный электродвигатель (рис.2.5) постоянного тока состоит из статора и ротора, как и все стандартные электродвигатели постоянного тока малого типоразмера. Ротор состоит из 6 пар постоянных магнитов, а статор — из 6 пар электромагнитов. В стандартном электродвигателе постоянного тока коммутация (переключение направления тока) происходит через скользящие контакты. Коммутацию в бесщёточном электродвигателе проводит блок управления Mechatronik, и поэтому она происходит бесконтактным способом. На катушки статора подаются сигналы управления, под воздействием которых они и создают вращающееся магнитное поле. Ротор следует за изменяющимся магнитным полем и таким образом тоже начинает вращаться. Благодаря бесконтактному методу коммутации подшипники электродвигателя постоянного тока не подвергаются износу при его работе. Электродвигатель приводит гидравлический насос через разъёмную муфту. Гидравлический насос (рис.2.6) работает по принципу шестерёнчатого насоса. Он всасывает гидравлическое масло и подаёт его в масляный контур с давлением около 70 бар. Он создаёт давление масла, необходимое для переключения передач и привода сцеплений. Смазка блока Mechatronik осуществляется отдельно от смазки механической КП. Масляный насос подаёт масло под необходимым давлением, чтобы обеспечить работу гидравлических компонентов блока Mechatronik. Модуль гидравлического насоса расположен в блоке Mechatronik. Модуль состоит из гидравлического насоса и электродвигателя. Электродвигатель гидравлического насоса представляет собой бесщёточный электродвигатель постоянного тока.

 

Рисунок 2.5 - Электродвигатель масленого насоса

 

Гидравлическое масло  проходит по стенкам корпуса насоса и через промежутки между зубьями  со стороны всасывания к стороне нагнетания. Масляный ресивер гарантирует наличие достаточного давления масла для электромагнитных клапанов. Смазка механической КП с валами и шестернями происходит аналогично стандартной механической КП. Гидравлический насос прогоняет гидравлическое масло через фильтр в направлении клапана ограничения давления, аккумулятора давления и датчика давления в гидросистеме.

 

Рисунок 2.6 - Гидравлический насос

 

электромагнитных клапанов. Смазка механической КП с валами и шестернями происходит аналогично стандартной механической КП. Гидравлический насос прогоняет гидравлическое масло через фильтр в направлении клапана ограничения давления, аккумулятора давления и датчика давления в гидросистеме.

Когда давление гидравлического  масла на клапане ограничения  давления и на клапане давления в гидросистеме достигает приблизительно 70 бар, блок управления отключает электродвигатель и соответственно гидравлический насос.

Байпас обеспечивает работу системы при засорении канала фильтра.

Аккумулятор давления выполнен в виде газового ресивера. Он обеспечивает давление масла для гидравлической системы при выключенном гидравлическом насосе. Его объём составляет 0,2 литра.

Электромагнитные клапаны  регулирования давления в делительных механизмах (рис.2.7) осуществляют регулирование давления масла для делительных механизмов. При распознавании неисправности делительного механизма электромагнитный клапан регулирования давления может отключить соответствующий делительный электромагнитный клапан.

 

Рисунок 2.7 - Схема гидравлической системы

 

Электромагнитные клапаны  переключателя передач регулируют объём масла, поступающего к переключателям передач (рис.2.8). Каждый переключатель включает 2 передачи. Если передача не включена, то переключатели передач удерживаются в нейтральном положении давлением масла. Поршни переключателей передач соединены с вилками включения.

 

Рисунок 2.8 - Схема включения 1-й передачи

 

Для переключения передач  блок управления Mechatronik подаёт сигнал управления на соответствующий электромагнитный клапан переключателя передач. На поршень воздействует давление масла, за счёт чего он перемещается. При движении он перемещает вилку включения и скользящую муфту вместе с собой. Скользящая муфта приводит в действие синхронизатор, и передача включается [7].