IT201800007500A1

IT201800007500A1 - Cambio Seamless

Info

Publication number: IT201800007500A1
Application number: IT102018000007500A
Authority: IT
Inventors: Pierluigi Zampieri; Dario Carghini; Christian Antoniutti; Tim Gee; Jonathan Philip Hodgson
Original assignee: Ducati Motor Holding Spa
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-25
Also published as: EP3827181B1; CN112955677A; US11746854B2; EP3827181A1; US20210164542A1; JP2021533308A; EP3827181C0; WO2020020664A1

Description

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce a un sistema di cambio di velocità funzionante senza interruzione di coppia (in seguito anche solo seamless), in particolare per motociclette.

RETROSPETTIVA

I tradizionali cambi di velocità per motociclette effettuano il cambio delle marce in modo tale che il cambio si trovi in posizione di “folle” tra una marcia e l’altra, causando un’interruzione della coppia (forza di trazione nulla) per il tempo in cui il cambio si trova nella sua posizione di folle; questo comporta una mancanza di accelerazione e una discontinuità della forza che agisce sul veicolo (destabilizzazione).

Per evitare questo problema, sono stati fatti diversi tentativi di creare un cambio seamless. Nel campo specifico delle motociclette, le limitazioni causate dalle dimensioni del motore (che deve stare entro uno spazio relativamente piccolo rispetto a quello di un’automobile) hanno reso più difficile la realizzazione della soluzione. Il cambio seamless funziona in modo tale che non sia necessaria la posizione folle tra le marce, di conseguenza non si verifica nessuna interruzione della coppia durante il cambio di marcia (sia inserendo la marcia più alta sia scalandola); la stabilità del veicolo risulta migliorata e nelle gare motociclistiche questo ha un effetto positivo nel tempo sul giro.

Recenti soluzioni note si basano sul meccanismo di trasmissione a doppia frizione (DCT) che prevede due diverse frizioni e due alberi separati, uno per le marce dispari (e.g. 1<a>, 3<a>, 5<a>) e uno per quelle pari (e.g. 2<a>, 4<a>, 6<a>). Esso potrebbe essere descritto come due meccanismi di trasmissione (uno per le marce dispari e uno per le marce pari) con le rispettive frizioni e alberi, contenuti entro lo stesso alloggiamento e funzionanti come una singola unità. Essi vengono controllati da Centraline Elettroniche. Una gestione perfetta delle due frizioni mediante le centraline elettroniche è estremamente importante per evitare “conflitti” tra i due alberi primari . Inoltre, il meccanismo di azionamento delle trasmissioni DCT di solito è costituito da un sistema elettro-idraulico che comprende pompe a pressione, valvole di controllo e serbatoi di olio. Questo porta ad avere un’apparecchiatura molto complessa, cosa che aumenta sensibilmente il peso e il costo globale e la complessità di produzione e manutenzione della motocicletta. Tutti i citati svantaggi non sono accettabili in una motocicletta di elevate prestazioni, rendendo non adatto l’uso di una trasmissione DCT inquesti casi.

Altre recenti soluzioni note per sistemi di cambio seamless funzionano senza l’uso di alcun controllo elettronico, essendo basati su una combinazione molto complessa e precisa di sistemi meccanici. Tale complessità e precisione richiedono costi di produzione molto alti e una manutenzione frequente, eseguita da operatori altamente qualificati. Per queste ragioni tali soluzioni non vengono attualmente usate in motociclette prodotte in serie, e il loro uso viene limitato alle applicazioni nelle gare motociclistiche.

Scopo della presente invenzione è quello di attenuare almeno alcuni degli svantaggi del sistema dell'arte nota attualmente disponibile.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

In accordo con la presente invenzione, viene fornito un sistema di cambio senza interruzione di coppia, o seamless, per motocicletta, atto a selezionare le marce, che comprende: un primo albero primario 101 per le marce dispari associato con una prima pluralità di ruote dentate ; un secondo albero primario 103 per le marce pari, parallelo al primo albero primario, essendo il secondo albero associato con una seconda pluralità di ruote dentate; un albero secondario 117 provvisto di una pluralità di ruote dentate, ciascuna delle quali corrispondente a una delle ruote dentate sul primo albero primario oppure sul secondo albero primario; un sistema di gestione della coppia atto a trasmettere la coppia alternativamente ed esclusivamente a uno solo dei due alberi primari.

In una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, il sistema di gestione della coppia comprende un primo cuscinetto a rulli bloccabile 105, un secondo cuscinetto a rulli bloccabile 107 e un mozzo di ingresso (in seguito anche “input hub”) 109. Il sistema di gestione della coppia riceve la coppia da una frizione principale attraverso l’“input hub” 109, e trasmette la coppia esclusivamente e selettivamente a uno solo tra i due alberi primari 101 e 103. Il primo albero primario 101 per le marce dispari riceve la coppia dal primo cuscinetto a rulli bloccabile 105, quando quest'ultimo è bloccato; e il secondo albero primario 103 per le marce pari riceve la coppia dal secondo cuscinetto a rulli bloccabile 107, quando esso è bloccato; i cuscinetti a rulli primo e secondo essendo bloccati selettivamente ed esclusivamente secondo la relativa velocità di rotazione dei due alberi primari. In una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, gli alberi primari primo e secondo sono disposti coassiali, in cui il primo albero primario 101 è preferibilmente situato internamente rispetto al secondo albero primario 103. In una possibile forma di realizzazione della presente invenzione, il primo albero primario 101 può innestare una 1<a >marcia del cambio 111, una 3<a >marcia del cambio 113 e una 5<a >marcia del cambio 115, mentre il secondo albero primario 103 può innestare una 2<a >marcia del cambio 112, una 4a marcia del cambio 114 e una 6<a >marcia del cambio, con ciascuna ruota dentata negli alberi primari primo e secondo essendo associata con una ruota dentata corrispondente nell’albero secondario 117: 111b per la 1<a >marcia, 113b per la 3<a>, 115b per la 5<a>, 112b per la 2<a>, 114b per la 4<a>, 116b per la 6<a>.

Nel sistema di cambio per motociclette secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, la selezione delle marce è controllata meccanicamente, e.g. mediante un tamburo selettore e una pluralità di forchette selezionatrici. Più in particolare, la selezione delle marce viene comandata di preferenza meccanicamente, mediante un sistema di leve e ingranaggi a innesti frontali. In accordo con un ulteriore aspetto della presente invenzione, viene fornita una motocicletta che comprende un sistema di cambio seamless come descritto in precedenza.

La presente invenzione permette di realizzare un meccanismo di cambio seamless integrato in un cambio tradizionale, idoneo sia per la produzione in serie sia per le motociclette da competizione. Il sistema in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione è completamente meccanico (non richiede alcun controllo elettronico) e si basa su un sistema di pre-selezione: la marcia “successiva” viene innestata mentre la marcia “precedente” è ancora innestata e mentre la coppia viene ancora trasmessa dalla marcia “precedente”. Quando l’albero primario della marcia “successiva” raggiunge la velocità di rotazione coerente a quella dell’albero motore e della marcia “successiva”, il sistema di gestione della coppia sposta il trasferimento di coppia dalla marcia “precedente” alla marcia “successiva” e la marcia “precedente” viene disinserita. Il sistema in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione funziona su tutti i cambi di marcia, sia inserendo la marcia più alta sia scalando.

La configurazione del sistema in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione corrisponde per lo più a quella di un cambio per motociclette tradizionale, che comprende una singola frizione in ingresso, albero secondario e pignone per catena, tamburo selettore e forchette selezionatrici per cambio di marcia. La particolarità sta nel fatto che l'albero primario è suddiviso in due elementi, ciascuno dei quali è collegato alla marcia “successiva” o “precedente”, le quali sono collegate tramite il sistema di gestione della coppia con la frizione. Il sistema in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione permette, tramite una funzionalità solamente meccanica, di selezionare tra i due elementi soltanto quello appropriato per trasmettere la coppia, in base alla velocità relativa tra i due elementi, ed evitando di avere la trasmissione di coppia simultanea a entrambi gli elementi nello stesso tempo.

Uno dei vantaggi della soluzione fornita dalla presente invenzione deriva dal fatto che il meccanismo di cambio di marcia rimane concettualmente invariato rispetto alla motocicletta tradizionale, pertanto il cambio di marcia viene azionato mediante un meccanismo meccanico attivato dal piede del pilota e il cambio di marcia sequenziale viene ottenuto con un accoppiamento tra innesti frontali.

Sebbene la presente descrizione si riferisca alle motociclette, i tecnici del settore comprenderanno facilmente che la stessa invenzione potrebbe essere applicata alla trasmissione di qualsiasi altro tipo di veicolo a motore. BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Questi e altri vantaggi, scopi e caratteristiche della presente invenzione saranno meglio intesi dagli esperti del settore dalla seguente descrizione e con l’ausilio dei disegni allegati, i quali illustrano esempi di forme di realizzazione, le quali non devono essere interpretate come un limite dell’ambito della descrizione della presente invenzione che verrà definito dalla serie di rivendicazioni allegate.

In breve, i disegni mostrano:

- la Figura 1 rappresenta il complesso di cambio in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, che mostra i due alberi primari e l’albero secondario

- la Figura 2 rappresenta il complesso di cambio in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, come illustrato nella Figura 1 con l’aggiunta del gruppo frizione principale che trasmette la coppia agli alberi primari attraverso il sistema di gestione della coppia;

- la Figura 3 è una rappresentazione tridimensionale del complesso di cambio come illustrato nella Figura 2 con l’aggiunta del tamburo del cambio e il meccanismo ad arpionismo

- la Figura 4 rappresenta una versione del complesso di cambio come illustrato nella Figura 3;

- le Figure 5 e 6 mostrano alcuni dei componenti del complesso di cambio come mostrato nella Figura 4, separati l’uno dall’altro;

- la Figura 7 è una rappresentazione schematica dei due cuscinetti a rulli bloccabili che trasmettono la coppia solamente e selettivamente a uno degli alberi primario, in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione;

- la Figura 8 è una rappresentazione schematica di una sezione dei due cuscinetti a rulli bloccabili, la quale mostra i componenti dei cuscinetti a rulli bloccabili e come essi funzionano durante le fasi di trazione e di marcia per inerzia (o rilascio);

- le Figure 9-12 mostrano come funziona il cambio in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, durante il cambio di marcia nella fase di trazione; in particolare, è stato rappresentato schematicamente il cambio dalla 5<a >alla 6<a >marcia.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME PREFERITE DI REALIZZAZIONE

La Figura 1 mostra una forma preferita di realizzazione della presente invenzione. La coppia viene trasmessa dal motore al sistema di cambio 100 rappresentato attraverso l’ingranaggio primario (non rappresentato) e la frizione principale (non rappresentata). Il sistema di cambio comprende due alberi primari, uno per le marce dispari 101 e l’altro per le marce pari 103. Nella presente forma di realizzazione, l’albero dispari 101 è collocato coassiale e interno all’albero pari, tuttavia sono possibili diverse configurazioni (e.g. con l’albero pari collocato all’interno oppure con i due alberi disposti non coassiali). Ciascun albero è associato con un cuscinetto a rulli bloccabile dedicato: nella presente forma di realizzazione, l’albero dispari 101 è associato con il cuscinetto a rulli bloccabile 105, mentre l’albero pari 103 è associato con il cuscinetto a rulli bloccabile 107. Il sistema di gestione della coppia riceve la coppia da una frizione principale attraverso l’”input hub” 109 e trasmette la coppia esclusivamente e selettivamente soltanto a uno dei due alberi primari 101 e 103. Il primo albero primario 101 per le marce dispari riceve la coppia dal primo cuscinetto a rulli bloccabile 105, quando è bloccato; e il secondo albero primario 103 per le marce pari riceve la coppia dal secondo cuscinetto a rulli bloccabile 107, quando è bloccato, i cuscinetti a rulli primo e secondo essendo bloccati selettivamente ed esclusivamente secondo la relativa velocità di rotazione dei due alberi primari. In una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, gli alberi primari primo e secondo sono disposti coassiali, con il primo albero primario 101 preferibilmente situato internamente rispetto al secondo albero primario 103. Sebbene nella presente spiegazione sia descritto il flusso della coppia di trazione (cioè trasmesso dal motore alla ruota), i tecnici del settore comprenderanno facilmente che nella marcia in rilascio o in scalata la coppia viene trasmessa nella direzione opposta. In una forma preferita di realizzazione, l’albero primario 101 può innestare la ruota dentata della 1<a >marcia 111,la ruota dentata della 3<a >marcia 113 e la ruota dentata della 5<a >marcia 115, mentre l’albero primario pari 103 può innestare la ruota dentata della 2<a >marcia 112, la ruota dentata della 4a marcia 114 e la ruota dentata della 6<a >marcia 116. Ciascuna ruota dentata negli alberi primari è associata con una corrispondente ruota dentata nell’albero secondario 117: 111b per la 1<a >marcia, 113b per la 3<a>, 115b per la 5<a>, 112b per la 2<a>, 114b per la 4<a>, 116b per la 6<a>. Nella presente invenzione, si fa riferimento al caso di un cambio a 6 velocità, tuttavia sono possibili altre configurazioni: gli esperti del settore comprenderanno che saranno necessarie opportune modifiche del sistema di cambio.

La selezione delle marce è controllata meccanicamente dal tamburo selettore (non rappresentato nella figura 1) e dalle forchette selezionatrici (non rappresentate), come in un cambio per motociclette tradizionale. In un cambio tradizionale, non più di una coppia di ruote dentate (e.g.111 e 111b) possono essere innestate sul relativo albero in un dato momento, mentre nel sistema descritto in accordo con la presente invenzione, possono essere innestate allo stesso tempo due coppie di ruote dentate (e.g.111 e 111b più 112 e 112b). In particolare, una marcia associata con l’albero primario dispari e una associata con l’albero primario pari saranno innestate nello stesso tempo durante le operazioni di cambio di marcia: in una forma preferita di realizzazione, le due coppie di ruote dentate innestate nello stesso tempo corrispondono a due marce consecutive (e.g.1<a >e 2<a>, 2<a >e 3<a >e così via). Lo stesso innesto doppio si verifica sia nelle operazioni di inserimento di una marcia più alta sia di una più bassa.

La Figura 2 mostra il sistema di cambio 100, con l’aggiunta della frizione principale (corrispondente sostanzialmente a una frizione tradizionale per motocicletta e comprendente la campana esterna 201, i dischi 203, il tamburo interno 205) collegato alla ruota dentata dell’ingranaggio primario 207 (innestato con l'albero a gomiti del motore, non rappresentato) e all’“input hub” 109.

La Figura 3 rappresenta una vista in prospettiva di un sistema di cambio in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, che mostra il cilindro selettore 301, le forchette selezionatrici 303 e il meccanismo ad arpionismo 305. In un cambio di motocicletta tradizionale a 6 marce vi sono normalmente 3 forchette selezionatrici che azionano diversi pignoni del cambio, mentre in una forma preferita di realizzazione della presente invenzione è richiesta una forchetta selezionatrice aggiuntiva, perché i pignoni delle marce 3<a >e 4<a >sono associati con due diversi alberi primari.

La Figura 4 mostra una versione del complesso di cambio descritto in precedenza (sono stati usati gli stessi numeri di riferimento per indicare i componenti). Le Figure 5 e 6 mostrano una versione con alcuni dei componenti del complesso di cambio come mostrato nella Figura 4, separati l’uno dall’altro.

La Figura 7 mostra il sistema del cuscinetto a rulli bloccabile doppio della forma preferita di realizzazione, dove il cuscinetto a rulli bloccabile 107 è accoppiato con l’albero primario pari 103 e il cuscinetto a rulli bloccabile 105 è accoppiato con l’albero primario dispari 101. Ciascun cuscinetto a rulli bloccabile 107 e 105 è costituito da diversi rulli 701 tenuti in posizione da una gabbia dei rulli, rispettivamente 707 e 705. Le due gabbie dei rulli 707 e 705 sono accoppiate insieme con un sistema ad innesti frontali che permette un gioco angolare definito. Nella forma preferita di realizzazione della presente invenzione, il gioco angolare è compreso tra 10° e 25°.

La Figura 8 mostra una sezione dei due cuscinetti a rulli bloccabili con la direzione della coppia quando viene trasmessa dal motore alla ruota attraverso l’”input hub” 109, i rulli 701 e l’albero pari 103 oppure l’albero dispari 101.

Nel seguito viene illustrato un esempio di come funziona il complesso di cambio in accordo con una forma preferita di realizzazione della presente invenzione. In particolare, viene mostrato il sistema di cambio che inizia dalla 5<a >marcia inserita in modalità guida, poi passato alla 6<a >marcia. Le operazioni di passaggio a una marcia inferiore funzionano nella direzione opposta.

Nelle Figure 9a-9b, la 5<a >marcia è inserita e il motore sta trascinando la ruota tramite l'albero primario 101, il quale riceve la coppia dal cuscinetto a rulli bloccabile (in questo caso il cuscinetto a rulli bloccabile dispari 105) e trasmette la coppia all’albero secondario 117, con la coppia di ruote dentate (ruota dentata primaria 115 e ruota dentata secondaria 115b) accoppiate l’una con l’altra, come illustrato nella Figura 9a. La Figura 9b mostra il comportamento dei due cuscinetti a rulli bloccabili 105 e 107 con i rulli del cuscinetto a rulli bloccabile dispari 105 che sono a contatto con le rampe dell’”input hub” 109 e trasmettono la coppia, mentre l’albero pari 107 è in folle.

Nelle Figure 10a-10b, la marcia viene spostata dalla 5<a >alla 6<a>. Nei disegni, ω rappresenta la velocità angolare, mentre T sta per il rapporto di trasmissione: ωin, ωout, ωodd, ωeven rappresentano rispettivamente la velocità di rotazione dell’”input hub”, dell’albero secondario, degli alberi primari pari e dispari. La Figura 10a mostra come la trasmissione della coppia viene trasferita dalla coppia di ruote dentate corrispondenti alla 5<a >marcia (115a e 115b) alla coppia di ruote dentate corrispondenti alla 6<a >marcia. La Figura 10b mostra il comportamento dei due cuscinetti a rulli bloccabili 105 e 107: l’albero pari è più lento, pertanto la coppia viene trasferita ai rulli pari e l’albero motore viene rallentato fino alla velocità dell’albero pari (6<o >rapporto di trasmissione). Come illustrato nella Figura 11a, l’albero dispari ruota ad una velocità più alta del pari, e trascina la gabbia e il rullo. La gabbia pari viene bloccata in posizione dai rulli e impedisce alla gabbia dispari di ruotare fino alla rampa opposta. La Figura 11b mostra l’allineamento delle gabbie nel passaggio dalla 5<a >alla 6<a >marcia.

In un modo simile a quanto illustrato per la 5<a >marcia inserita e in condizione di guida (Figure 9a e 9b), la Figura 12a mostra la trasmissione della coppia dall'albero primario (in questo caso, l’albero primario pari 103) all’albero secondario 117 mediante l’ingranamento della coppia di ruote dentate corrispondenti alla 6<a >marcia (116a sull'albero primario e 116b sull’albero secondario). La Figura 12b mostra il comportamento dei cuscinetti a rulli bloccabili 105 e 107, quando i rulli si trovano in contatto sull’albero pari e trasmettono la coppia, mentre l’albero dispari è in folle e rallenterà fino alla velocità dell’albero pari.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di cambio velocità per motocicletta seamless per selezionare le marce senza interruzione della coppia, comprendente: - un primo albero primario (101) per le marce dispari associato con una prima pluralità di ruote dentate; - un secondo albero primario (103) per le marce pari, parallelo al primo albero primario, il secondo albero essendo associato con una seconda pluralità di ruote dentate; - un albero secondario (117) provvisto di una pluralità di ruote dentate secondarie, ciascuno della pluralità di ruote dentate secondarie essendo corrispondente a una delle ruote dentate sul primo albero primario oppure sul secondo albero primario; - un sistema di gestione della coppia atto a trasmettere la coppia in modo alternativo ed esclusivo ad uno solo tra i due alberi primari.
2. Sistema di cambio per motocicletta secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema di gestione della coppia comprende un primo cuscinetto a rulli bloccabile (105), un secondo cuscinetto a rulli bloccabile (107) e un “input hub” (109), in cui il primo albero primario (101) per le marce dispari riceve la coppia dal primo cuscinetto a rulli bloccabile (105), quando è bloccato e il secondo albero primario (103) per le marce pari riceve la coppia dal secondo cuscinetto a rulli bloccabile (107), quando è bloccato, i cuscinetti a rulli primo e secondo essendo bloccati selettivamente e alternativamente secondo la relativa velocità di rotazione dei due alberi primari.
3. Sistema di cambio per motocicletta secondo la rivendicazione 1 e 2, in cui il sistema di gestione della coppia riceve la coppia da una frizione principale tramite l’ “input hub” (109).
4. Sistema di cambio per motocicletta secondo la rivendicazione 1, in cui gli alberi primari primo e secondo sono disposti coassialmente.
5. Sistema di cambio per motocicletta secondo la rivendicazione 4, in cui il primo albero primario (101) è collocato all'interno del secondo albero primario (103).
6. Sistema di cambio per motocicletta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo albero primario (101) può innestare ruote dentate del cambio dispari, mentre il secondo albero primario (103) può innestare ruote dentate del cambio pari, essendo ciascuna ruota dentata negli alberi primari primo e secondo associato con una ruota dentata corrispondente in un albero secondario.
7. Sistema di cambio per motocicletta secondo la rivendicazione 6, in cui il primo albero primario (101) può ingranare con una ruota dentata della 1<a >marcia (111), una ruota dentata della 3<a >marcia (113) e una ruota dentata della 5<a >marcia (115), mentre il secondo albero primario (103) può ingranare con una ruota dentata della 2<a >marcia (112), una ruota dentata della 4<a >marcia (114) e una ruota dentata della 6<a >marcia (116), essendo ciascuna ruota dentata degli alberi primari primo e secondo associato con una ruota dentata corrispondente su un albero secondario (117): (111b) per la 1<a >marcia, (113b) per la 3<a>, (115b) per la 5<a>, (112b) per la 2<a>, (114b) per la 4<a>, (116b) per la 6<a>.
8. Sistema di cambio per motocicletta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la selezione delle marce viene comandata meccanicamente mediante un cilindro selettore e una pluralità di forchette selezionatrici.
9. Sistema di cambio per motocicletta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la selezione delle marce viene comandata meccanicamente mediante un sistema di leve e innesti frontali.
10. Motocicletta comprendente il sistema di cambio per motocicletta secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.