Принцип работы роботизированной коробки передач
Все давно привыкли к автоматизированным коробкам переключения передач на автомобилях, ведь их аналоги ставились еще на Ford T, но многих до сих пор пугает словосочетание «роботизированная коробка». Попробуем разобраться в ее устройстве.
Автор: Никита Новиков, редактор
Для знакомства с роботизированной КПП необходимо вспомнить основы устройства обычной механической коробки передач. Главной составляющей МКПП являются 2 вала — первичный, на который и передается крутящий момент силовой установки, и вторичный, с которого преобразованный момент перераспределяется на колеса. На оба вала насажены шестерни, попарно находящиеся в зацеплении. Шестерни первичного вала закреплены на нем жестко, а на вторичном они свободно вращаются. В нейтральном положении ручки КПП все вторичные шестерни прокручиваются на валу свободно и крутящий момент на ведущую ось не поступает.
Принцип действия роботизированных коробок передач совпадает с принципом работы «механики». Только действия по смыканию/размыканию сцепления и выборому передач в данном типе коробок выполняют актуаторы. В большинстве случаев это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Управляет актуаторами электронный блок.
В автоматическом режиме команда на переключение передачи поступает от бортового компьютера, учитывающего скорость движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других вспомогательных систем. А в ручном — от водитель при переключении селектора КПП или лепестков, расположеных под рулем.
Основная проблема роботизированных КПП — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует диски смыкаются и может контролировать скорость и плавность переключения. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колесам во время переключения.
Инновацией в автомобилестроение стала появившаяся в начале 1980 годов трансмиссия с 2 сцеплениями DCT — dual clutch transmission. К их числу можно отнести 6-ступенчатую коробку DSG концерна Volkswagen. У немецкого варианта 2 вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как у 6-ступенчатой МКПП, устанавливаемой на Golf. Фокус в том, что первичных валов тоже два и они вставлены додин в другой по принципу матрешки и соединены с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни 2, 4 и 6 передач, на внутреннем — 1, 3, 5 и заднего хода. Электроника автоматически готовит следующую передачу и при необходимости моментально ее включает, одновременно с этим подготавливая следующую передачу на другом валу.
Смена передач происходит с минимальным по времени разрывом потока мощности и с невероятной скоростью. Серийная коробка Volkswagen Golf переключается за 8 мс, а для сравнения, на Ferrari Enzo — 150 мс!
Коробки с двойным сцеплением расходуют меньше топлива и быстрее меняют скорости по сравнению с традиционными механическими, при этом более комфортны, чем АКПП. К основным недостаткам можно отнести высокую цену. Другая проблема — неспособность передавать большой крутящий момент — решили с появлением DSG фирмы Ricardo на 1000-сильном купе Bugatti Veyron. Но пока на большинство суперкаров устанавливаются «роботы».
Сегодня коробки DCT разработаны компаниями BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Данный тип признали даже конструкторы Porsche, которые применяют в своих моделях исключительно проверенные технологии. Эксперты считают, что в скором времени самыми распространенными трансмиссиями будут «роботы» DCT и вариаторы.
Роботизированная коробка передач (РКПП)
Итак, что такое роботизированная коробка передач и какое ее назначение? Роботизированная КПП, как и все предыдущие варианты, имеет следующее предназначение: прием, передача, преобразование крутящего момента с последующей передачей его к ведущим колесам автомобиля. Для человека несведущего, слово «роботизированная» вносит некую неясность, а именно – как робот переключает передачи. Если ответить с юмором, то в коробке не сидит «дядя робот» и не переключает своими железными руками рычаг управления передачами. Вместо «дяди робота» есть «умная» автоматика управления и необходимое количество исполнительных устройств. Но обо всем по порядку…
Условно РКПП (роботизированная коробка передач) состоит из «простой» механической коробки передач, устройств выжима сцепления и переключения передач (актуаторов), микропроцессорной системы управления и внешних датчиков. Можно ли считать РКПП неким вариантом АКПП? Сразу отметим – нет! Принцип построения «робота» ближе к «механике», с автоматическим управлением. Единственное сходство с автоматической коробкой передач это наличие сцепления в корпусе коробки, а не на маховике как в «механике». И в современных коробках находится два сцепления, для чего это нужно расскажем ниже.
Теперь о компонентах и узлах:
- РКПП – узел, собранный по принципу МКПП, но имеющий два ведущих вала, которые находятся друг в друге, т. е. внешний вал имеет внутреннюю полость, в который вставляется внутренний первичный вал. На внешнем валу находятся шестерни привода второй, четвертой и шестой передачи, для шести ступенчатой коробки. Соответственно на внутреннем валу имеются шестерни пары первой, третьей, пятой и задней передачи. Каждый из валов имеет свое сцепление.
- Актуаторы – это электрические или гидравлические сервоприводы, которые предназначены для механического передвижения синхронизаторов коробки передач и включения\выключения сцеплений. Электрический актуатор представляет собой электродвигатель с редуктором, а гидравлический — это простой гидроцилиндр, у которого шток связан с нужным синхронизатором.
- Микропроцессорный блок управления (МБУ) – основной узел «сердцем», которого является довольно мощный процессор. К процессору через буферные порты подключены внешние датчики от двигателя внутреннего сгорания, систем ESP, ABS и др. Обычно блок управления коробкой совмещен с бортовым компьютером.
Для хранения данных о том, что должна выполнять коробка передач при поступлении той или иной информации от датчиков, применяется ПЗУ, в которое и «заливается» алгоритм работы, в народе именуемой «прошивкой».
Рассмотрим принцип работы. В начале движения, как и у МКПП, должно плавно включиться сцепление. За это «отвечает» актуатор сцепления, который по команде МБУ медленно вращает редуктор. Сигнал на начало движения дает водитель, включив рычажок переключателя. Включается первое сцепление внутреннего первичного вала, одновременно актуатор синхронизатора подводит его к шестерне первой передачи, далее идет блокировка шестерни на валу, которая приводит в действие шестерню вторичного вала. Автомобиль тронулся с места, но водитель продолжает нажимать педаль акселератора… Сколько нужно времени, что бы включилась вторая передача, не повредив шестерни, синхронизаторы и прочее? Наверное, продолжительное. Именно первые «роботы» и «страдали» провалами между переключениями, потому, что электронике так же надо подумать, что бы ни сломать себя.
Вот именно для сокращения времени переключения и было введено в конструкцию коробки второе сцепление и второй вал. Весь алгоритм работы сводится к тому, что пока работает первая передача, уже ждет включения вторая и как только МБУ даст команду, включается второе сцепление, внешний первичный вал и вторая передача. Далее по накатанной, – ждет сигнал третья передача и т.д. Время переключения сокращается до минимума, даже водитель не сможет так быстро переключить МКПП.
МБУ выдает сигналы, анализируя поступившие данные с внешних датчиков. При уменьшении скорости движения или увеличении нагрузки, например, подъем в гору, МБУ переключает в обратной последовательности передачи.
А как же быть, если нужна только пониженная передача, например, для преодоления препятствий? Для этого на МБУ водитель подает сигнал к отмене дальнейших передач после первой. Для езды задним ходом, так же в блок управления подается команда, при которой актуатор приводит в действие внутренний первичный вал и шестерню заднего хода.
Современные «коробки-роботы» это концепция, разработанная в 80-х, но с применением новейших разработок улучшающих работу коробки. Каждый производитель старается внести что-то новое и зарегистрировать свой товарный знак.
Например «Ricardo» на свой «Eаsytronic» начала устанавливать один многофункциональный актуатор, что поспособствовало уменьшению габаритных размеров «робота».
Volkswagen начал массово устанавливать на свои автомобили КПП робот под аббревиатурой S-tronic, (коробка прямого включения), что характерно, были разработаны варианты и для заднеприводных авто.
Свои разработки улучшающие работу коробок-роботов имеются во многих компаниях (Ford, Fiat, Mitsubishi, BMW).
Share
Поделиться
|
Лабораторные ресурсы — Детали проекта — Редукторы
Сортировать по: Избранные товарыСамые новые товарыЛучшие продажиОт A до ZZ до ABПо обзоруЦена: по возрастаниюЦена: по убыванию
-
Комплект роботизированной коробки передач для 1 колеса
Соберите коробку передач для роботов или там, где требуется редуктор или переключение передач. Соединяется с одним колесом для транспортных средств SUMO Wrestler. Идеально подходит для случаев, когда требуется много изменений направления. В коробке есть ось с винтом и гайкой, которая…
-
Комплект роботизированной коробки передач для 2 колес
Соберите коробку передач для роботов или там, где требуется редуктор или переключение передач. Оси соединяются с 2 колесами для перетягивания каната. Он включает в себя длинную ось с резьбой для крепления к колесам (не входит в комплект). В сборе поддается вперед…
-
Экономичная коробка передач и двигатель
Экономичный мотор-редуктор с встроенным двигателем и монтажными отверстиями. Соотношение 1:120, 100 об/мин. Размер вала (овальный): 13/64 х 9/64 дюйма 3 В постоянного тока (максимум 6 В постоянного тока).
-
Коробка передач и двигатель
1:48. Двойная ось. 3-6 В постоянного тока. Работает с набором колес для роботов (391458).
-
Универсальная коробка передач
Идеально подходит для конструкторских технологий, этот редуктор можно расширить за счет добавления шестерен до 6 передаточных чисел. Имеет боковую металлическую пластину. Выходной вал 4 мм. Набор.
-
Щелчок коробки передач
Этот редуктор легко собирается и разбирается. Включает в себя держатель двигателя и шестерни. Идеально подходит для транспортных проектов. Технические характеристики: 1–6 В пост. тока, 0,1–1,0 А (в зависимости от нагрузки). 2 мм диам. вал.
-
Большая коробка передач
Большие шестерни легче размять. Используйте с солнечными батареями или аккумуляторными моделями автомобилей. 6-12 В постоянного тока. 3 мм диам. вал.
-
Мощный редуктор и двигатель, 15:1
Подходит для роботизированных операций с передаточным числом 15:1. 6-12В. Число оборотов без нагрузки 300. Номинальный ток ≥125 мА. Крутящий момент 0,4 кг-см Макс.
-
Мощный редуктор и двигатель, 100:1
Характеристики Передаточное число 100:1. Использование для роботизированной деятельности. 6-12 В постоянного тока. Вал диаметром 0,15 дюйма. x 3/8 дюйма L. ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: модель может меняться в зависимости от наличия на складе.
-
Комплект коробки передач и двигателя
Восемь различных передаточных чисел от 5:1 до 1125:1. Включает двигатель RC20 (работает от 1,5–4,5 В постоянного тока) и инструкции. Выходной вал имеет диаметр 3 мм.
-
Коробка передач и комплект колес
Специальное крепление для прямоугольного конца и винт для крепления колеса к двигателю. Включает: алюминиевый кронштейн, винты, редуктор, [2] полуколеса, трубку, проушину, защелку, акриловую ступицу и резиновую ленту.
-
Универсальная коробка передач и моторный комплект Tamiya
Чрезвычайно полезное устройство, которое может приводить в действие вал в горизонтальном или вертикальном положении относительно двигателя. Различное расположение шестерен с 24 и 26 зубьями обеспечивает передаточные числа 101: 1, 269: 1, 719: 1.
-
Комплект коробки передач Tamiya Twin Motor
Этот готовый к сборке редуктор использует два электродвигателя для независимого управления каждым выходным валом. Можно выбрать два передаточных числа: 207:1 или 58:1. Используется для SUMO Car» и других робототехнических проектов.
-
Комплект планетарной коробки передач Tamiya
Очень универсальная система для преобразования высокоскоростных электродвигателей в малооборотные приложения с высоким крутящим моментом. Комбинируйте коробки передач различными способами для 8 различных передаточных чисел (4:1, 5:1, 16:1, 20:1, 25:1, 80:1, 100:1, 400:1).