BRPI0616777A2

BRPI0616777A2 - caixa de cámbio de veìculo automóvel automatizada e processo para controle de cámbio de uma caixa de cámbio de veìculo automóvel automatizada

Info

Publication number: BRPI0616777A2
Application number: BRPI0616777-2A
Authority: BR
Inventors: Karl-Fritz Heinzelmann
Original assignee: Zahnradfabrik Friedrichshafen
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2011-06-28
Also published as: EP1929174B1; EP1929174A1; CN101278142B; DE502006003481D1; WO2007039021A1; RU2008116577A; CN101278142A; US20080254932A1; DE102005046894A1; KR20080057320A; ATE428874T1; JP2009510341A; US8197380B2

Abstract

CAIXA DE CáMBIO DE VEICULO AUTOMóVEL AUTOMATIZADA E PROCESSO PARA CONTROLE DE CáMBIO DE UMA CAIXA DE CáMBIO DE VEìCULO AUTOMóVEL AUTOMATIZADA. A presente invenção refere-se a uma caixa de câmbio de automóvel automatizada (1), com um eixo de entrada, um eixo de saída e várias marchas engatáveis seletivam ente, sendo que o eixo de entrada (W1) está em ligação com um motor de acionamento (M) através de uma embreagem (K) engrenável e desengrenável. Para evitar uma interrupção da força de tração durante uma operação de câmbio está prevista uma embreagem de fricção controlável como embreagem de câmbio de carga (K5) para, se necessário, união direta do eixo de entrada (W1) com o eixo de saída (W3, W4). A invenção refere-se, ainda, a um processo para o controle de câmbio de uma caixa de câmbio de veículo automóvel automatizada, que apresenta um eixo de entrada, um eixo de saída e várias marchas seletivamente engatáveis, e em que o eixo de entrada está em ligação com um motor de acionamento através de uma embreagem engrenável e desengrenável, sendo que quando de uma operação de câmbio entre uma marcha de carga engatada e uma marcha-alvo a ser engatada a embreagem permanece fechada durante a troca de marcha. Para evitar uma interrupção de força de tração é previsto que quando de uma operação de câmbio entre duas marchas (i <sym>= 1) contendo no máximo uma marcha direta antes do desengate da marcha de carga uma embreagem de câmbio de carga (K5) disposta entre o eixo de entrada (W1) e o eixo de saída (W3, W4), executada como embreagem de fricção controlável, para o recebimento do torque é ao menos parcialmente fechada, depois a marcha de carga é desengatada, em seguida a marcha-alvo é sincronizada e engatada, e sendo que, finalmente, a embreagem de câmbio de carga (K5) é novamente completamente aberta.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CAIXA DECÂMBIO DE VEÍCULO AUTOMÓVEL AUTOMATIZADA E PROCESSOPARA CONTROLE DE CÂMBIO DE UMA CAIXA DE CÂMBIO DE VEÍCULOAUTOMÓVEL AUTOMATIZADA".

A presente invenção refere-se a uma caixa de câmbio de auto-móvel automatizada, com um eixo de entrada, um eixo de saída e váriasmarchas engatáveis seletivamente, sendo que o eixo de entrada está emligação com um motor de acionamento através de uma embreagem engatá-vel e desengatável.

A invenção refere-se, ainda, a um processo para o controle decâmbio de uma caixa de câmbio de veículo automóvel automatizada, queapresenta um eixo de entrada, um eixo de saída e várias marchas seletiva-mente engatáveis, e em que o eixo de entrada está em ligação com um mo-tor de acionamento através de uma embreagem engrenável e desengrená-vel, sendo que quando de uma operação de câmbio entre uma marcha decarga engatada e uma marcha-alvo a ser engatada a embreagem permane-ce fechada durante a troca de marcha.

Caixas de câmbio automatizadas são cada vez mais emprega-das em veículos automotores tanto no setor de automóveis de passageiroscomo também no setor de veículos utilitários, pois com peso relativamentebaixo, dimensões compactas e um alto grau de eficácia de transmissão de-vido às operações de câmbio decorrendo automatizadamente apresentamelevado conforto de manejo bem como possibilitam pequeno consumo decombustível dos veículos automóveis em questão.

Mas a desvantagem em caixas de câmbio automatizadas é ainterrupção do fluxo de força, condicionada pelo tipo de construção, entre omotor de acionamento e o acionamento axial unido com o eixo de saída docâmbio durante uma troca de marcha, que resulta do fato de que o acopla-mento de motor está provisoriamente aberto e a caixa de câmbio se encon-tra temporariamente em sua posição neutra. Com isso, quando de um câm-bio para cima, especialmente com um câmbio para marcha superior de tra-ção durante a passagem por um trecho de subida, ocorre um indesejadoretardamento do veículo automóvel bem como, quando de um câmbio parauma marcha inferior, especialmente quando de uma redução de empuxodurante a passagem por um trecho de descida, ocorre uma indesejada ace-leração do veículo automóvel. Isso leva, em geral, a um retardamento e aum decurso desconfortável da operação de câmbio.

Por isso, especialmente em veículos utilitários, é sabido, no casode operações de câmbio, para redução da interrupção de força acelerar asincronização da marcha respectivamente engatada quando de um câmbiopara uma marcha superior por um freio de transmissão e suportá-la, comacoplamento de motor fechado, por um engate no controle de motor pormeio de um freio motor, que no entanto está vinculado a um maior dispêndiopara as instalações adicionais.

A presente invenção refere-se, portanto, tanto a caixas de câm-bio automatizadas simples, que são empregadas predominantemente emautomóveis de passageiros e transportadores leves, como também a assimchamados câmbios de grupo, que consistem em vários câmbios parciais a-coplados em série e vêm a ser empregados predominantemente em veículosutilitários pesados. Assim, por exemplo na DE 100 51 354 A1, é descrito umcâmbio de grupo de faixa, que consiste em um câmbio principal simples emmodalidade de construção intermediária e um grupo de faixa pós-conectadoàquele, que é executado como trem planetário.

Diante disso tem a presente invenção por objetivo executar detal maneira uma caixa de câmbio automatizada do tipo mencionado no iníciode modo simples e econômico em espaço que, quando de uma operação decâmbio, a interrupção da força de tração possa ser evitada.

Ademais, deve ser indicado um processo para controle de câm-bio dessa caixa de câmbio automatizada.

O objetivo referente à caixa de câmbio é alcançado segundo ascaracterísticas do preâmbulo da reivindicação 1 pelo fato de que é previstauma embreagem de fricção controlável como embreagem de câmbio de car-ga para união direta, se necessária, do eixo de entrada com o eixo de saída.

Pelo fechamento ao menos parcial da embreagem de câmbio decarga, quando de uma operação de câmbio entre duas marchas, que inclu-am no máximo uma marcha direta (transmissão i = 1), com acoplamento demotor fechado é absorvido na maior parte o torque transmitido pelo motor deacionamento através do acoplamento de motor ao eixo de entrada. Com is-so, a embreagem de câmbio da marcha de carga é aliviada e para o desen-gate da marcha de carga assim amplamente aberta sem carga. Assim, i-gualmente, a marcha alvo a ser engatada pode ser amplamente sincroniza-da sem carga e, em seguida, engatada. Por meio de estrutura de câmbio deacordo com a invenção, as operações de câmbio, na medida em que nãoincluam uma marcha "overdrive" (i< 1), podem ser realizadas portanto seminterrupção do fluxo de força como câmbio de carga parcial. É assim reduzi-do um indesejado retardamento ou aceleração do veículo automóvel, demodo que a operação de câmbio pode decorrer no total mais rapidamente emais confortavelmente.

Graças à tensão de carga mantida na linha de transmissão, sãoainda evitados impactos de carga e vibrações, o que está associada a menordesgaste em componentes críticos da linha de transmissão e seu maior con-forto de marcha no total. Demais dispositivos previstos para operações decâmbio para redução do número de rotações de entrada da caixa de câmbio,como um freio de transmissão ou um freio de motor, podem ser dispensadosou economizados.

Outras configurações e execuções vantajosas da caixa de câm-bio de acordo com a invenção estão indicadas nas sub-reivindicações 2 a 6.

A embreagem de câmbio de carga é executada, de preferência,como uma embreagem de Iamelas controlada a pressão, pois esse tipo deconstrução possibilita dimensões compactas e, especialmente no que concerneao torque transmissível, é controlável de modo especialmente preciso e exato.

Na forma de execução da caixa de câmbio amplamente difundi-da como transmissão intermediária, em que o eixo de entrada e o eixo desaída estão dispostos colineares, portanto axialmente um atrás do outro so-bre um eixo geométrico comum, a embreagem de câmbio de carga está dis-posta vantajosamente na extremidade do lado de saída do eixo de saída.Isso requer alterações construtivas relativamente pequenas em uma caixade câmbio serial já existente e pode ser concretizado na medida em que oeixo de saída é executado como eixo oco e o eixo de entrada está prolonga-do em disposição coaxial dentro do eixo de saída até à extremidade do ladode saída do eixo de saída.

Se, pelo contrário, a caixa de câmbio é executada com um grupo defaixa pós conectado a um câmbio principal, a embreagem de câmbio de cargapode então convenientemente ser até mesmo disposta dentro da caixa do grupode faixa. Com isso, as alterações construtivas se referem essencialmente aogrupo de faixa, ao passo que no câmbio principal devem ser modificados apenaso eixo de entrada e o eixo de saída, como anteriormente descrito.

Na execução usual do grupo de faixa como um trem planetáriosimples com uma roda central unida com o eixo de saída do câmbio principale um suporte planetário unido com o eixo de saída do grupo de faixa, que écomutável entre um estágio de marcha lenta L inferior e um estágio de marcharápida S direto, a embreagem de câmbio de carga pode estar disposta entre oeixo de entrada do câmbio principal e a roda central do grupo de faixa. Nessecaso, as mudanças de marcha do câmbio principal podem ser realizadas damaneira anteriormente descrita sem interrupção da transmissão de força.

Uma assim chamada mudança de faixa, em que se comuta nogrupo de faixa entre o estágio de marcha lenta Leo estágio de marcha rápi-da S, está então, todavia, vinculada a uma interrupção de força de tração ou deempuxo. Para evitar isso, a embreagem de câmbio de carga com um grupo defaixa desse tipo pode também vantajosamente estar disposta entre o eixo deentrada do câmbio principal e o suporte planetário do grupo de faixa.

O atingimento do objetivo com relação ao processo para o con-trole de câmbio reside, em combinação com as características do preâmbuloda reivindicação 7, em que quando de uma operação de câmbio entre duasmarchas (i > = 1) contendo no máximo uma marcha direta antes do desen-gate da marcha de carga uma embreagem de câmbio de carga disposta en-tre o eixo de entrada e o eixo de saída, executada como embreagem de fric-ção controlável, para o recebimento do torque é ao menos parcialmente fe-chada, depois a marcha de carga é desengatada, em seguida a marcha-alvoé sincronizada e engatada e, finalmente, a embreagem de câmbio de cargaé novamente completamente aberta.

A embreagem de câmbio de carga, devido à transmissão emgeral mais direta em comparação com a transmissão efetiva da marca decarga, quase sempre é controlada no estado de patinagem. Uma exceção éapenas uma operação de câmbio da marcha direta (1 = 1) para uma marchamenor (i > 1), em que a embreagem de câmbio de carga pode ser comple-tamente fechada para transmissão do torque.

Depois do desengate da marcha de carga, a sincronização damarcha-alvo é realizada ou ao menos auxiliada por uma alteração do torquetransmitido da embreagem de câmbio de carga, na medida em que a em-breagem de câmbio de carga é ainda fechada quando de uma operação decâmbio de subida para sincronização da marcha-alvo e ainda aberta quandode uma operação de câmbio de retorno. Pelo ulterior fechamento da embre-agem de câmbio de carga é aumentada a carga do motor de acionamento e,com isso, retardada a linha de acionamento do lado de entrada. Pela ulteriorabertura da embreagem de câmbio de carga o motor de acionamento é alivi-ado e, com isso, a linha de acionamento do lado de entrada é acelerada pormeio do motor de acionamento com maior número de rotações. Devido a umsuporte desse tipo da sincronização, meios de sincronização usuais, comopor exemplo dispositivos de sincronização de anel de fricção associados àsembreagens de câmbio, devido à menor carga, podem ser dimensionadosmais compactos ou eventualmente totalmente economizados.

Para ilustração da invenção, à descrição estão anexados doisdesenhos com exemplos de execução. Neles mostram:

Figura 1 - uma primeira forma de execução da caixa de câmbioautomatizada segundo a invenção em uma representação esquemática e

Figura 2 - uma segunda forma de execução de uma caixa decâmbio automatizada de acordo com a invenção em uma representação esquemática.

Uma caixa de câmbio automatizada 1 segundo a figura 1 é exe-cutada como um câmbio de grupo com um câmbio principal HG e um grupode faixa BNG pós-conectado àquele. O câmbio principal HG1 que apresentaquatro marchas à frente e uma marcha à ré, é provido de um eixo de entradaW1, um eixo intermediário W2 disposto paralelo àquele, e um eixo de saídaW3 disposto colinearmente ou coaxialmente ao eixo de entrada W1. O eixode saída W3 é executado como eixo oco e o eixo de entrada W1 é prolonga-do centralmente dentro do eixo de saída W3 até à extremidade do lado desaída do eixo de saída W3 ou do câmbio principal HG.

O eixo de entrada W1 do câmbio principal HG está em comuni-cação no lado de entrada através de uma embreagem de motor K desengre-nável e engrenável com um motor de acionamento M executado como motorde combustão interna. Internamente ao câmbio, o eixo de entrada W1 atra-vés de uma primeira embreagem de câmbio K1 é acoplável de um lado naposição de câmbio S1 com a roda solta 2a de um primeiro par de rodas den-tadas 2a, 2b, com o que em virtude da união fixa da roda fixa 2b com o eixointermediário W2 pode ser produzida uma união propulsora entre o eixo deentrada W1 e o eixo intermediário W2.

Alternativamente, o eixo de entrada W1, por meio da primeira em-breagem de câmbio K1, pode também, de um lado, na posição de câmbio S2,ser acoplada com a roda solda 3a de um segunda par de rodas dentadas 3a, 3b.

Pela comutação de uma segunda embreagem de câmbio K2 naposição de câmbio S3, a roda solta 3a pode ser acoplada com o eixo de saí-da W3, de modo que nesse caso (com primeira embreagem de câmbio K1na posição de câmbio S2) é produzida uma união direta do eixo de entradaW1 com o eixo de saída W3 e, com isso, a quarta marcha à frente concebidacomo marcha direita (i = 1) é engatada.

A terceira marcha à frente, imediatamente menor, é engatadapela comutação da primeira embreagem de câmbio K1 para a posição decâmbio Sl e a comutação da segunda embreagem de câmbio K2 para a posi-ção de câmbio S3, sendo que o fluxo de força se dá do eixo de entrada W1 a -través dos pares de rodas dentadas 2a, 2b e 3a, 3b para o eixo de saída W3.

De maneira semelhante, as demais marchas decorrem na ordemde seqüência segunda marcha à frente, primeira marcha à frente e marcha àré com primeira embreagem de câmbio K1 na posição de câmbio S1 medi-ante comutação da segunda embreagem de câmbio K2 para a posição decambio S4, pela comutação da terceira embreagem de câmbio K3 para aposição de câmbio K5 ou pela comutação da terceira embreagem de câmbioK3 para a posição de câmbio S6, sendo que a requerida inversão de direçãode rotação na marcha à ré é produzida pela roda intermediária 6c dispostaentre a roda solta 6a associada e a roda fixa 6b em questão.

O grupo de faixa BNG pós-conectado ao câmbio principal HG nolado de saída é executado como um como um trem planetário simples comuma roda central 7, várias rodas planetárias 9 montadas giratórias sobre umsuporte planetário 8 e em engate de endentação com a roda central 7, bemcomo com uma roda oca 10 em engate de endentação com as rodas plane-tárias 9.

A roda central 7 serve como elemento de entrada do grupo defaixa BNG e está portanto disposta à prova de rotação sobre o eixo de saídaW3 do câmbio principal HG. O suporte planetário 8 serve como elemento desaída do grupo de faixa BNG e, portanto, está unido rigidamente com o eixode saída W4 do grupo de faixa BNG. A roda oca 10 está em união com ocesto de embreagem de uma quarta embreagem de câmbio K4, que podeser unida seletivamente para comutação de um estágio de marcha lenta Lcom o alojamento 11 e para comutação de um estágio de marcha rápida Sdireto com o suporte planetário 8. No estágio de marcha lenta L rolam asrodas planetárias 9 com correspondente desmultiplicação do número de ro-das do suporte planetário 8 entre a roda central 7 girando e a roda oca 10 blo-queada. No estágio de marcha rápida S circulam todos os componentes da en-grenagem planetária devido ao acoplamento da roda central 10 com o suporteplanetário 8 rigidamente com o número de rotações da roda central 7.

De acordo com a invenção, nesse câmbio 1 então está previstauma embreagem de câmbio de carga K5 entre o eixo de entrada W1 e o eixode saída W3 do câmbio principal HG, que é executado de preferência comocâmbio de Iamelas e, na execução segundo a figura 1, está disposto, comeconomia de espaço, dentro do grupo de faixa BNG entre o eixo de entradaW1, para tanto prolongado, do câmbio principal HG e a roda central 7.

Assim podem ser executadas operações de câmbio dentro docâmbio principal HG com embreagem de motor K fechada como câmbio decarga parcial, portanto sem interrupção de força de tração ou empuxo, namedida em que, com uma operação de câmbio entre uma marcha de cargaengatada e uma marcha alvo a ser engatada inicialmente a embreagem decâmbio de carga K5 na operação de patinagem é em tal medida fechada queo torque transmitido pela embreagem do motor é transmitido em sua maiorparte diretamente pela embreagem de câmbio de carga K5 do eixo de entra-da W1 para o eixo de saída W3. Depois, a marcha de carga pode ser am-plamente desengatada isenta de carga e em seguida a marcha alvo é sin-cronizada bem como engatada. A sincronização pode então ser ao menosauxiliada por um correspondente ajuste da embreagem de câmbio de cargaK5, portanto por ulterior fechamento quando de um câmbio de subida e me-diante ulterior abertura quando de câmbio de retorno.

Depois do engate da marcha alvo, a embreagem de câmbio decarga K5 é de novo completamente aberta. Apesar de todas as vantagens,na disposição segundo a figura 1 todavia é desvantajoso que um câmbio defaixa dentro do grupo de faixa BNG1 portanto, uma comutação entre o está-gio de marcha lenta Leo estágio de marcha rápida S, continue vinculado auma interrupção do fluxo de força.

Para evitar essa desvantagem, na segunda forma de execuçãoda caixa de câmbio automatizada 1 segundo a figura 2 com execução e dis-posição ademais iguais do câmbio principal HG e do grupo de faixa BNG aembreagem de câmbio de carga K5 fica disposta dentro do grupo de faixaBNG em termos de técnica de acionamento agora entre o eixo de entradaW1 do câmbio principal HG e o suporte planetário W4 bem como assim como eixo de saída W4 do grupo de faixa BNG único com o suporte planetário 8.Assim, agora também as operações de câmbio, que encerram um câmbio defaixa, podem ser realizadas por meio da embreagem de câmbio de carga K5inteiramente como câmbios de carga parcial.LISTAGEM DE REFERÊNCIAS

I caixa de câmbio automatizada

2a roda solta

2b roda fixa

3a roda solta

3b roda fixa

4a roda solta

4b roda fixa

5a roda solta

5b roda fixa

6a roda solta

6b roda fixa

6c roda intermediária

7 roda central

8 suporte planetário

8 roda planetária

10 roda oca

11 alojamento

BNG grupo de faixa

HG câmbio principal

i relação de multiplicação

K embreagem de motor

Kl (primeira) embreagem de câmbio

K2 (segunda) embreagem de câmbio

K3 (terceira) embreagem de câmbio

K4 (quarta) embreagem de câmbio

K5 embreagem de câmbio de carga

L posição de câmbio (de K4), estágio de marcha lenta (de BNG)

M motor de acionamento

S posição de câmbio (de K4), estágio de marcha rápida (de BNG)

S1 posição de câmbio (de K1)

S2 posição de câmbio (de K1)53 posição de câmbio (de K2)

54 posição de câmbio (de K2)

55 posição de câmbio (de K3)

56 posição de câmbio (de K3)

W1 eixo de entrada (de HG)

W2 eixo intermediário (de HG)

W3 eixo de saída (de HG)

W4 eixo de saída (de BNG)

Claims

1. Caixa de câmbio de automóvel automatizada, com um eixo deentrada, um eixo de saída e várias marchas engatáveis seletivamente, sen-do que o eixo de entrada está em ligação com um motor de acionamentoatravés de uma embreagem engrenável e desengrenável, caracterizada pelofato de que está prevista uma embreagem de fricção controlável como em-breagem de câmbio de carga (K5) para, se necessário, união direta do eixode entrada (W1) com o eixo de saída (W3, W4).

2. Caixa de câmbio de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que a embreagem de câmbio de carga (K5) é executadacomo embreagem de Iamelas controlada a pressão.

3. Caixa de câmbio de acordo com reivindicação 1 ou 2, caracte-rizada pelo fato de que a embreagem de câmbio de carga (K5) com umadisposição colinear do eixo de entrada (W1) e do eixo de saída (W3) estádisposta na extremidade do lado de saída do eixo de saída (W3), sendo quepara tanto o eixo de saída (W3) é executado como eixo oco, e sendo que oeixo de entrada (W1) está prolongado em disposição coaxial dentro do eixode saída (W3) até à extremidade do lado de saída do eixo de saída (W3).

4. Caixa de câmbio de acordo com a reivindicação 3, caracteri-zada pelo fato de que a embreagem de câmbio de carga (K5), com um grupode faixa (BNG) pós-conectado a um câmbio principal (HG) dentro da caixa(11) do grupo de faixa (BNG).

5. Caixa de câmbio de acordo com a reivindicação 4, caracteri-zada pelo fato de que a embreagem de câmbio de carga (K5), com um tremplanetário simples com uma roda central (7) unida com o eixo de saída (W3)do câmbio principal (HG) e um suporte planetário (8) unido com o eixo desaída (W4) do grupo de faixa (BNG), está disposta entre o eixo de entrada(W1) do câmbio principal (HG) e a roda central (7) do grupo de faixa (BNG).

6. Caixa de câmbio de acordo com a reivindicação 4, caracteri-zada pelo fato de que a embreagem de câmbio de carga (K5), com um tremplanetário simples com uma roda central (7) unida com o eixo de saída (W3)do câmbio principal (HG) e um suporte planetário (8) unido com o eixo desaída (W4) do grupo de faixa (BNG), está disposta entre o eixo de entrada(W1) do câmbio principal (HG) e o suporte planetário (8) do grupo de faixa(BNG).

7. Processo para o controle de câmbio de uma caixa de câmbiode veículo automóvel automatizada, que apresenta um eixo de entrada, umeixo de saída e várias marchas seletivamente engatáveis, e ém que o eixode entrada está em ligação com um motor de acionamento através de umaembreagem engrenável e desengrenável, sendo que quando de uma opera-ção de câmbio entre uma marcha de carga engatada e uma marcha-alvo aser engatada a embreagem permanece fechada durante a troca de marcha.Para evitar uma interrupção de força de tração é previsto que quando deuma operação de câmbio entre duas marchas (i >= 1) contendo no máximouma marcha direta antes do desengate da marcha de carga uma embrea-gem de câmbio de carga (K5) disposta entre o eixo de entrada (W1) e o eixode saída (W3, W4), executada como embreagem de fricção controlável, parao recebimento do torque é ao menos parcialmente fechada, depois a marchade carga é desengatada, em seguida a marcha-alvo é sincronizada e enga-tada, e sendo que, finalmente, a embreagem de câmbio de carga (K5) é no-vamente completamente aberta, caracterizado pelo fato de que a sincroniza-ção da marcha-alvo é auxiliada ao menos por uma alteração do torquetransmitido da embreagem de câmbio de carga (K5).

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que a embreagem de câmbio de carga (K5) é ainda fechada quandode uma operação de câmbio de subida para sincronização da marcha-alvo.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a embreagem de câmbio de carga (K5) é ainda aberta quandode uma operação de câmbio de retorno para sincronização da marcha-alvo.

10. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a embreagem de câmbio de carga (K5) é ainda abertaquando de uma operação de marcha de retorno para sincronização da mar-cha alvo.