WO2014167164A1 - Sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna - Google Patents

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WO2014167164A1
WO2014167164A1 PCT/ES2014/070300 ES2014070300W WO2014167164A1 WO 2014167164 A1 WO2014167164 A1 WO 2014167164A1 ES 2014070300 W ES2014070300 W ES 2014070300W WO 2014167164 A1 WO2014167164 A1 WO 2014167164A1
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gear
vehicle
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transmission
control unit
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PCT/ES2014/070300
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Sergio AGUIRRE PÉREZ
Jaime FERNÁNDEZ HERNÁNDEZ
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Product & Process Development, S. L.
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    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/26—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms
    • F16H61/28—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement of the final actuating mechanism being caused by a non-mechanical force, e.g. power-assisted
    • F16H61/32—Electric motors actuators or related electrical control means therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
    • B60W10/11—Stepped gearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62M25/02—Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles with mechanical transmitting systems, e.g. cables, levers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/36—Inputs being a function of speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/08—Multiple final output mechanisms being moved by a single common final actuating mechanism
    • F16H63/16—Multiple final output mechanisms being moved by a single common final actuating mechanism the final output mechanisms being successively actuated by progressive movement of the final actuating mechanism
    • F16H63/18—Multiple final output mechanisms being moved by a single common final actuating mechanism the final output mechanisms being successively actuated by progressive movement of the final actuating mechanism the final actuating mechanism comprising cams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
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    • B62M25/00—Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles
    • B62M25/08—Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles with electrical or fluid transmitting systems

Definitions

  • the present invention relates to an automatic gear shift system for internal combustion vehicles.
  • the system of the present invention can be applied in vehicles with manual gear shift already existing in a simple way and without major modifications, or in series vehicles in manufacture.
  • Gearshift lever is located in the lower left part of the motorcycle and is operated with the user's left foot, which rotates said lever to change gears or introduce the neutral. Therefore, by turning the lever in one direction or another it is possible to raise or lower the gear.
  • the automation of the change could also allow the incorporation of manual change engines to vehicles in which it is currently not feasible because the change is inaccessible to the user, such as in fairings or in those whose distribution places the change away from the position of driving.
  • the objective of the automatic gearshift system for internal combustion vehicles of the present invention is to solve the inconveniences of vehicles with manual gearshift known in the art, providing a system that It allows to carry out the automatic change of the gears in an efficient way and that is applicable in an existing vehicle in a simple way and without major modifications, or in series vehicles in manufacture.
  • the automatic gearshift system for internal combustion vehicles of the type in which the vehicle includes a manual gearbox equipped with a rotary selector drum, an electric battery, and a shift lever manually operable, it is characterized in that said system comprises a gear shift actuator device that includes a gearmotor whose output shaft is coupled to the rotation axis of the gear selector drum or to the rotation axis of the gear lever by transmission means, and an electronic control unit capable of capturing a series of data collected at different points of the vehicle regarding speed and revolutions per minute, and optionally the position of the throttle pedal or pedal and the brake status, process said information through appropriate software and select the optimum gear at each moment, and send a signal to the device to ctuador to execute the gear change, controlling said execution in closed loop.
  • a gear shift actuator device that includes a gearmotor whose output shaft is coupled to the rotation axis of the gear selector drum or to the rotation axis of the gear lever by transmission means, and an electronic control unit capable of capturing a series of data collected at different points of the
  • the control unit compares the vehicle speed with the engine revolutions per minute, and thereby chooses the optimum gear, this choice being dependent on the condition of the acceleration pedal or pedal if applicable, sending a signal to the gearmotor that rotates it in one way or another, that is, going up or down.
  • the control unit uses the speed and revolutions per minute input data, and optionally the status of the acceleration pedal or pedal, with the brake signal option for safety checks.
  • the system also includes a wiring provided for the power supply of the system through the electric battery of the vehicle itself, the transmission of information and the transmission of power, both within the system and between said system and the vehicle.
  • the electronic control unit consists of an integrated card with connectors for data input and power, and for the power of the gearmotor.
  • the data to be processed is collected by means of a specific speed reader for the system, a gear reader already existing in the vehicle although modified for its proper accommodation in the system, and an engine speed reader already existing in the vehicle, and optionally a specific fist position pedal or accelerator pedal and a brake reader already existing in the vehicle.
  • the gear shift actuator device comprises a frame intended to fix, guide and protect the geared motor inside.
  • the gearmotor includes an electric motor and a reduction unit whose drive shaft is engaged perpendicularly to the output shaft of the gearmotor by means of bevel gears.
  • the actuator device is powered by the electric battery of the vehicle itself through the electronic control unit.
  • the actuator device is reversible, that is, it serves to raise and lower the gears, and this is possible since the electronic control unit selects the appropriate polarity.
  • the electronic control unit is capable of controlling the crankshaft revolutions of the vehicle engine, both in engines with carburetion and injection systems.
  • the transmission means comprise two connection pieces that can be coupled together, one part being fixed to the end of the output shaft of the gearmotor and the other part fixed to the end of the rotation axis of the gear selector drum or of the axis of rotation of the gear lever, both connecting parts including battlements that can be mutually fitted to transmit the rotary movement of the gearmotor to the selector drum or to the gear lever.
  • the battlements of both connecting pieces are distributed so as to allow a fit with a certain clearance or free travel at an angle.
  • Said transmission by battlements absorbs the eccentric clearance that may exist in the selector drum and allows the star spring of the selector drum itself to position said drum at the exact angle corresponding to the chosen gear. In this way, less demanding requirements of the gearshift actuator device are achieved.
  • Figure 1 is a schematic side view of the engine frame and gearbox of a conventional motorcycle provided with a manual gear lever;
  • Fig. 2 is a schematic view of the star position device of the selector drum known in the state of the art
  • Figure 3 is a schematic and exploded view of the system of the invention mounted on the conventional motorcycle of Figure 1;
  • Figure 4 is a perspective view of the gear shift actuator device of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view of the actuator device showing the gearmotor disposed therein;
  • Figure 6 is a side view of the gearmotor showing the battlement means by battlements
  • Figure 7 is a perspective view of one of the crenellated pieces
  • Figure 8 is a perspective view of the two crenellated pieces fitted together;
  • Figure 9 is a schematic cross-sectional view of the area of fit with clearance between both crenellated pieces;
  • Figure 10 is a block diagram of the electronic control unit. Description of a preferred embodiment
  • Known gearboxes comprise a primary axle that receives the movement of the engine clutch and a secondary axle that sends the rotational movement to the rear wheel. Both primary and secondary axes respectively include as many two-to-two gears as the number of existing gears, excluding the neutral gear.
  • the sprockets are mounted so that they turn crazy on the respective axes when there is no gear selected or in neutral.
  • synchronizing pinions are used, coupled in a integral manner in rotation to the respective primary or secondary axis, capable of being axially displaced to their lateral coupling with one of the pinions associated to a gear, making it rotate integral to the respective axis, whereby the speed of rotation of the chosen gear is transmitted to the secondary output shaft 3.
  • select forks associated each with a synchronizing pinion are used, mounted with axial displacement capacity on a fixed axis.
  • the displacement of the respective forks is carried out by means of a gear selector drum 4 (see figure 3) provided with grooves with specific cam-like paths.
  • the opposite ends of the forks are coupled in two grooves of the selector drum 4, so that turning the selector drum 4 produces the linear movement of the forks when guided through said grooves, allowing the movement of a certain synchronizing pinion, achieving thus engage the chosen gear.
  • the selector drum 4 is operated by a position device known in the state of the art as can be seen in Figure 2, which in turn is actuated by the shifter 2.
  • This position device includes a part known as "position star” 5 coupled integral with the rotation axis 6 of the selector drum 4, and provided with radial grooves each associated with a respective gear.
  • Said positioning device further comprises a pivoting cam 7 driven by the axis of said shift lever 2, which includes at its free end a press-fit roller 8 in one of the grooves of the star 5 thanks to the action of a spring of torque 9 associated with cam 7.
  • gear lever 2 when the gear lever 2 is operated by the user's foot to introduce a certain gear, said lever 2 drives the cam 7 causing the star 5 to rotate in a sequential manner until the roller 8 is fitted in a certain indentation of the star 5, fixing it in a position associated with the chosen gear.
  • the movement of the star 5 rotates the selector drum 4 a certain angle causing the linear displacement of the respective forks, which in turn displace the respective selector sprockets allowing the corresponding sprockets of the selected gear to be engaged, and thus transmit the speed of secondary shaft rotation 3.
  • Said secondary axis 3 is coupled in a integral manner to a pinion 10 that transmits the turning movement to a pinion of the rear wheel (not shown) by means of a belt or chain 1 1.
  • the known gear change includes a gear reader 12 associated with the star 5 and a clamping element 13 of said gear reader 12.
  • the automatic gearshift system of the present invention can be applied on existing motorcycles that include a manual gearbox equipped with a rotary selector drum 4 as explained, a conventional 12V electric battery, and a lever 2 changes operable by a user foot, or it can be applied on motorcycles of series in manufacture.
  • Figure 3 shows the system of the invention mounted, according to an exploded view, on a motorcycle known in the art in which minimal modifications have been made, as will be explained hereafter.
  • the system of the invention comprises a gear change actuator device 14 that includes a gearmotor 15 whose output shaft 16 is coupled to the rotation axis 6 of the gear selector drum 4 by means of means of transmission It should be noted that said transmission means may optionally be coupled to the axis of rotation of the shift lever 2 according to another embodiment not shown.
  • Said geared motor 15 includes an electric motor 15a and a reduction unit 15b whose drive shaft 17 is engaged perpendicularly to the output shaft 16 of the geared motor 15 by means of bevel gears.
  • the gear shift actuator device 14 comprises a frame 18 intended to fix, guide and protect the geared motor 15 inside.
  • the transmission means comprise two connection pieces that can be coupled together, one piece 19 being fixed to the end of the output shaft 16 of the geared motor 15 and the other part 20 fixed to the end of the rotation shaft 6 of the gear selector drum 4, both connecting parts 19,20 including battlements 19a, 20a capable of engaging each other to transmit the rotary motion of the gearmotor 15 to the selector drum 4.
  • the selector drum 4 is not very well adjusted to the frame 1 of the engine, and has both axial and radial clearance. This radial clearance implies that the axis 6 of the selector drum 4 and the output shaft 16 of the geared motor 15 can never be perfectly aligned no matter how good the assembly is.
  • connection pieces 19,20 are distributed so as to allow a fit with a certain clearance or free travel at an angle, as can be seen in Figure 9. Said transmission by battlements it absorbs the eccentric clearance that may exist in the selector drum 4 and allows the spring 9 of the star 5 of the selector drum 4 to position said drum 4 at the exact angle corresponding to the chosen gear. In this way, less demanding requirements of the gear shift actuator device 14 are achieved.
  • the actuator device 14 is coupled to the frame 1 of the gearbox by means of screw elements in threaded holes 1 to existing ones (see figure 1).
  • the system of the invention further comprises an electronic control unit (ECU) 23, which is capable of capturing a series of data collected at different points of the motorcycle regarding speed, revolutions per minute (RPM), and optionally the position of the throttle grip and the state of the brake, process this information by means of appropriate software and select the optimum gear at each moment, and send a signal to the actuator device 14 to execute the gear change , controlling said execution in closed loop.
  • ECU electronice control unit
  • the data to be processed is collected by means of a speed reader 22 specific to the system since in this case the speed is not read from the tachometer of the control panel, a gear reader 21 already existing in the motorcycle although modified for its proper accommodation in the system, and a speed reader 24 of the engine 25 already existing in the motorcycle, and optionally a specific throttle grip position reader 26 and a brake reader 27 already existing in the motorcycle.
  • the electronic control unit 23 compares the motorcycle speed with the revolutions per minute of the engine 25 and thereby chooses the optimum gear, this choice being dependent on the state of the acceleration fist if applicable, sending a signal to the gearmotor 15 that makes it turn in one direction or another, that is, going up or down. In this case, the electronic control unit 23 uses the speed and speed input data per minute, and optionally the state of the acceleration fist with the brake signal for safety checks.
  • the electronic control unit 23 consists of an integrated card with connectors for data input and power, and for the power of the gearmotor 15.
  • the electronics and data processing are "current status" and therefore robust to unforeseen events such as power outages.
  • the system of the invention also comprises a wiring that performs the basic functions of powering the system through the electric battery 28 of the motorcycle itself, as well as the transmission of information and the transmission of power, both within the system and between said system. and the motorcycle
  • the actuator device 14 is powered by the electric battery 28 of the motorcycle itself through the electronic control unit 23.
  • the actuator device 14 is reversible, that is, it serves to raise and lower the gears, and this is already possible that the electronic control unit 23 selects the appropriate polarity.
  • the electronic control unit 23 is capable of controlling the crankshaft revolutions by cutting the ignition, in the case of a carburetion vehicle, or by managing the injection, in the case of an electronic injection vehicle. This capability can be used in order to synchronize the revolutions of the primary and secondary axes during the gear change operation, facilitating it and avoiding a feeling of roughness.

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Abstract

Sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna, del tipo en el que el vehículo incluye una caja de cambios de marcha manual provista de un tambor selector rotativo (4), una batería eléctrica (28), y una palanca de cambios (2) accionable manualmente. Dicho sistema comprende un dispositivo actuador (14) del cambio de marcha que incluye un motorreductor (15) cuyo eje de salida (16) está acoplado al eje de giro (6) del tambor selector (4) de marchas o al eje de giro de la palanca de cambios (2) mediante unos medios de transmisión (19,20), y una unidad de control electrónica (23) capaz de captar una serie de datos recogidos en diferentes puntos del vehículo procesar dicha información mediante un software adecuado y seleccionar la marcha óptima en cada momento, y enviar una señal al dispositivo actuador (14) para ejecutar el cambio de marcha, controlando dicha ejecución en lazo cerrado.

Description

SISTEMA DE CAMBIO DE MARCHA AUTOMÁTICO PARA VEHÍCULOS DE
COMBUSTIÓN INTERNA
La presente invención se refiere a un sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna.
El sistema de la presente invención puede ser aplicado en vehículos con cambio de marcha manual ya existentes de una manera sencilla y sin grandes modificaciones, o bien en vehículos de serie en fabricación.
Antecedentes de la invención
Son conocidas motocicletas con cambio de marcha manual en las que el cambio de marchas se realiza accionando una palanca de cambios. Dicha palanca de cambios se encuentra en la parte inferior izquierda de la motocicleta y se acciona con el pie izquierdo del usuario, el cual hace girar dicha palanca para cambiar de marcha o introducir el punto muerto. Por tanto, girando la palanca en un sentido o en otro es posible subir o bajar la marcha.
Este tipo de motocicletas con palanca de cambios manual con tambor selector rotativo se utiliza de manera habitual en algunos países, como por ejemplo China. No obstante, se ha comprobado que en muchas ocasiones este tipo de motocicletas se usa como medio de carga, lo cual imposibilita el cambio de marchas de forma manual debido a que es imposible acceder con el pie a la palanca de cambio. En este caso, sería adecuado que la motocicleta dispusiera de cambio automático.
La automatización del cambio podría permitir asimismo la incorporación de motores de cambio manual a vehículos en los que actualmente no es viable porque el cambio queda inaccesible al usuario, como por ejemplo en vehículos carenados o en aquellos cuya distribución coloque el cambio alejado de la posición de conducción.
Descripción de la invención
El objetivo del sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan los vehículos con cambio de marcha manual conocidos en la técnica, proporcionando un sistema que permite efectuar el cambio automático de las marchas de manera eficaz y que es aplicable en un vehículo ya existente de una manera sencilla y sin grandes modificaciones, o bien en vehículos de serie en fabricación.
El sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna, objeto de la presente invención, del tipo en el que el vehículo incluye una caja de cambios de marcha manual provista de un tambor selector rotativo, una batería eléctrica, y una palanca de cambios accionable manualmente, se caracteriza por el hecho de que dicho sistema comprende un dispositivo actuador del cambio de marcha que incluye un motorreductor cuyo eje de salida está acoplado al eje de giro del tambor selector de marchas o al eje de giro de la palanca de cambios mediante unos medios de transmisión, y una unidad de control electrónica capaz de captar una serie de datos recogidos en diferentes puntos del vehículo referentes a la velocidad y revoluciones por minuto, y opcionalmente la posición del puño o pedal del acelerador y el estado del freno, procesar dicha información mediante un software adecuado y seleccionar la marcha óptima en cada momento, y enviar una señal al dispositivo actuador para ejecutar el cambio de marcha, controlando dicha ejecución en lazo cerrado.
De este modo, es posible efectuar los cambios de marcha de una manera automatizada sin que el usuario deba accionar con el pie la palanca de cambios convencional, obteniendo en todo momento la marcha óptima, gracias al montaje del sistema de la invención en un vehículo ya existente con unas mínimas modificaciones, o bien en un vehículo de serie en fabricación.
Cabe destacar que existen dos posibilidades a la hora de actuar sobre la caja de cambios del vehículo, ya sea actuando sobre el tambor selector de marchas, o bien sobre el eje de la palanca de cambios. La elección de una u otra opción dependerá de las fuerzas necesarias para actuar sobre uno de dichos ejes.
La unidad de control compara la velocidad del vehículo con las revoluciones por minuto del motor, y con ello elige la marcha óptima, siendo esta elección dependiente del estado del puño o pedal de aceleración si procede, enviando una señal al motorreductor que le haga girar en un sentido o en otro, es decir, subiendo o bajando la marcha. En este caso, la unidad de control utiliza los datos de entrada de velocidad y revoluciones por minuto, y opcionalmente el estado del puño o pedal de aceleración, con la opción de señal de freno para chequeos de seguridad. Ventajosamente, el sistema además comprende un cableado previsto para la alimentación del sistema a través de la batería eléctrica del propio vehículo, la transmisión de información y la transmisión de potencia, tanto dentro del sistema como entre dicho sistema y el vehículo.
Preferentemente, la unidad de control electrónica está constituida por una tarjeta integrada con unos conectores para la entrada de datos y alimentación, y para la potencia del motorreductor.
Según una realización de la invención, los datos a procesar son recogidos mediante un lector de velocidad especifico para el sistema, un lector de marcha ya existente en el vehículo aunque modificado para su adecuado alojamiento en el sistema, y un lector de revoluciones del motor ya existente en el vehículo, y opcionalmente un lector de posición del puño o pedal del acelerador específico y un lector de freno ya existentes en el vehículo.
Preferentemente, el dispositivo actuador del cambio de marcha comprende un bastidor destinado a fijar, guiar y proteger en su interior el motorreductor.
Ventajosamente, el motorreductor incluye un motor eléctrico y una unidad reductora cuyo eje motriz está engranado perpendicularmente al eje de salida del motorreductor mediante sendos engranajes cónicos.
Preferentemente, el dispositivo actuador está alimentado por la batería eléctrica del propio vehículo a través de la unidad de control electrónica. El dispositivo actuador es reversible, es decir, sirve para subir y bajar las marchas, y esto es posible ya que la unidad de control electrónica selecciona la polaridad adecuada.
Ventajosamente, la unidad de control electrónica es capaz de controlar las revoluciones del cigüeñal del motor del vehículo, tanto en motores con sistema de carburación como de inyección.
Preferiblemente, se prevé dicho control sobre el cigüeñal para sincronizar los ejes primario y secundario de la transmisión de cambio en el caso en el que estén desacoplados. De acuerdo con una realización de la invención, los medios de transmisión comprenden dos piezas de conexión acoplables entre sí, estando una pieza fijada al extremo del eje de salida del motorreductor y la otra pieza fijada al extremo del eje de giro del tambor selector de marchas o del eje de giro de la palanca de cambios, incluyendo ambas piezas de conexión unas almenas susceptibles de encajar mutuamente para transmitir el movimiento rotatorio del motorreductor al tambor selector o a la palanca de cambios.
Ventajosamente, las almenas de ambas piezas de conexión están distribuidas de manera que permiten un encaje con una cierta holgura o recorrido libre en ángulo.
Dicha transmisión por almenas absorbe la holgura excéntrica que pueda existir en el tambor selector y permite que el propio muelle de la estrella del tambor selector posicione dicho tambor en el ángulo exacto correspondiente a la marcha elegida. De este modo, se consiguen requerimientos menos exigentes del dispositivo actuador del cambio de marchas.
Breve descripción de los dibujos
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización del sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna de la invención, en los cuales: la figura 1 es una vista lateral esquemática del bastidor del motor y caja de cambios de una motocicleta convencional provista de palanca de cambios manual;
la figura 2 es una vista esquemática del dispositivo de posición de la estrella del tambor selector conocido en el estado de la técnica;
la figura 3 es una vista esquemática y en explosión del sistema de la invención montado en la motocicleta convencional de la figura 1 ;
la figura 4 es una vista en perspectiva del dispositivo actuador del cambio de marchas de la presente invención;
la figura 5 es una vista en perspectiva del dispositivo actuador mostrando el motorreductor dispuesto en su interior;
la figura 6 es una vista lateral del motorreductor mostrando los medios de transmisión por almenas;
la figura 7 es una vista en perspectiva de una de las piezas almenadas;
la figura 8 es una vista en perspectiva de las dos piezas almenadas encajadas mutuamente; la figura 9 es una vista transversal esquemática de la zona de encaje con holgura entre ambas piezas almenadas; y
la figura 10 es un diagrama de bloques de la unidad de control electrónica. Descripción de una realización preferida
En la figura 1 se puede apreciar el bastidor 1 del motor y la caja de cambios de una motocicleta con cambio de marcha manual conocida en el estado de la técnica, en la que el cambio de marchas se realiza accionando una palanca de cambios 2. Dicha palanca de cambios 2 se encuentra en la parte inferior izquierda de la motocicleta y se acciona con el pie izquierdo del usuario, el cual hace girar dicha palanca 2 para cambiar de marcha o introducir el punto muerto. La flecha ilustrada en la figura 1 indica el sentido de avance de la motocicleta.
Las cajas de cambio conocidas comprenden un eje primario que recibe el movimiento del embrague del motor y un eje secundario que envía el movimiento de giro a la rueda trasera. Ambos ejes primario y secundario incluyen respectivamente tantos piñones engranados dos a dos como número de marchas existentes, excluyendo la marcha neutra. Los piñones están montados de modo que giran locos sobre los respectivos ejes cuando no hay ninguna marcha seleccionada o en marcha neutra. Asimismo, para engranar una marcha se utilizan unos piñones sincronizadores acoplados de manera solidaria en giro al respectivo eje primario o secundario, capaces de ser desplazados axialmente hasta su acoplamiento lateral con uno de los piñones asociado a una marcha, haciéndolo girar solidario al respectivo eje, por lo que la velocidad de giro de la marcha elegida es transmitida al eje secundario 3 de salida.
Para llevar a cabo el desplazamiento de dichos piñones sincronizadores se utilizan unas horquillas selectoras asociadas cada una a un piñón sincronizador, montadas con capacidad de desplazamiento axial sobre un eje fijo. El desplazamiento de las respectivas horquillas se realiza mediante un tambor selector 4 de marchas (ver figura 3) provisto de unas ranuras con unas trayectorias especificas a modo de leva. Los extremos opuestos de las horquillas están acoplados en sendas ranuras del tambor selector 4, de modo que al girar el tambor selector 4 se produce el movimiento lineal de las horquillas al ser guiadas mediante dichas ranuras, permitiendo el desplazamiento de un determinado piñón sincronizador, consiguiendo así engranar la marcha escogida. El tambor selector 4 es accionado mediante un dispositivo de posición conocido en el estado de la técnica como se puede apreciar en la figura 2, el cual a su vez es accionado por la palanca de cambios 2. Dicho dispositivo de posición incluye una pieza conocida como "estrella de posición" 5 acoplada solidaria al eje de giro 6 del tambor selector 4, y provista de unas hendiduras radiales asociadas cada una a una respectiva marcha. Dicho dispositivo de posición comprende además una leva pivotante 7 accionada por el eje de dicha palanca de cambios 2, que incluye en su extremo libre una roldana 8 encajable a presión en una de las hendiduras de la estrella 5 gracias a la acción de un muelle de torsión 9 asociado a la leva 7.
De este modo, cuando se acciona la palanca de cambios 2 mediante el pie del usuario para introducir una determinada marcha, dicha palanca 2 acciona la leva 7 provocando el giro de la estrella 5 de una manera secuencial hasta que la roldana 8 queda encajada en una determinada hendidura de la estrella 5, fijándola en una posición asociada a la marcha escogida. El movimiento de la estrella 5 hace girar el tambor selector 4 un determinado ángulo provocando el desplazamiento lineal de las respectivas horquillas, las cuales a su vez desplazan los respectivos piñones selectores permitiendo engranar los correspondientes piñones de la marcha seleccionada, y transmitir así la velocidad de giro al eje del secundario 3.
Dicho eje del secundario 3 está acoplado de manera solidaria a un piñón 10 que transmite el movimiento de giro a un piñón de la rueda trasera (no representada) mediante una correa o cadena 1 1.
Por otra parte, el cambio de marchas conocido incluye un lector de marcha 12 asociado a la estrella 5 y un elemento de sujeción 13 de dicho lector de marcha 12.
El sistema de cambio de marcha automático de la presente invención puede ser aplicado en motocicletas ya existentes que incluyan una caja de cambios de marcha manual provista de un tambor selector rotativo 4 como se ha explicado, una batería eléctrica convencional de 12V, y una palanca de cambios 2 accionable mediante un pie del usuario, o bien puede ser aplicado en motocicletas de serie en fabricación.
En la figura 3 se puede apreciar el sistema de la invención montado, según una vista en explosión, en una motocicleta conocida en la técnica en la cual se han realizado unas modificaciones mínimas, como se explicará en adelante. Tal como puede apreciarse en las figuras 4 a 6, el sistema de la invención comprende un dispositivo actuador 14 del cambio de marcha que incluye un motorreductor 15 cuyo eje de salida 16 está acoplado al eje de giro 6 del tambor selector 4 de marchas mediante unos medios de transmisión. Cabe destacar que dichos medios de transmisión opcionalmente puede estar acoplados al eje de giro de la palanca de cambios 2 según otra realización no mostrada.
Dicho motorreductor 15 incluye un motor eléctrico 15a y una unidad reductora 15b cuyo eje motriz 17 está engranado perpendicularmente al eje de salida 16 del motorreductor 15 mediante sendos engranajes cónicos.
El dispositivo actuador 14 del cambio de marcha comprende un bastidor 18 destinado a fijar, guiar y proteger en su interior el motorreductor 15.
Haciendo referencia a las figuras 6 a 9, los medios de transmisión comprenden dos piezas de conexión acoplables entre sí, estando una pieza 19 fijada al extremo del eje de salida 16 del motorreductor 15 y la otra pieza 20 fijada al extremo del eje de giro 6 del tambor selector 4 de marchas, incluyendo ambas piezas de conexión 19,20 unas almenas 19a, 20a susceptibles de encajar mutuamente para transmitir el movimiento rotatorio del motorreductor 15 al tambor selector 4.
Cabe destacar que el tambor selector 4 no está muy bien ajustado al bastidor 1 del motor, y presenta una holgura tanto axial como radial. Esta holgura radial implica que el eje 6 del tambor selector 4 y el eje de salida 16 del motorreductor 15 nunca pueden estar perfectamente alineados por bueno que sea el montaje.
Para solucionar este problema, las almenas 19a, 20a de ambas piezas de conexión 19,20 están distribuidas de manera que permiten un encaje con una cierta holgura o recorrido libre en ángulo, tal como se puede apreciar en la figura 9. Dicha transmisión por almenas absorbe la holgura excéntrica que pueda existir en el tambor selector 4 y permite que el propio muelle 9 de la estrella 5 del tambor selector 4 posicione dicho tambor 4 en el ángulo exacto correspondiente a la marcha elegida. De este modo, se consiguen requerimientos menos exigentes del dispositivo actuador 14 del cambio de marchas.
Para llevar a cabo el montaje del sistema de la invención en una motocicleta ya existente como la descrita en las figuras 1 y 2, es preciso realizar unas modificaciones mínimas. Concretamente, tal como se puede apreciar en la figura 3, se ha eliminado la palanca de cambios 2 y se ha substituido por dicho dispositivo actuador 14 que acciona directamente el eje 6 del tambor selector 4 de la misma manera como se realizaría de forma manual. Asimismo, se ha eliminado el lector de marcha 12 convencional asociado a la estrella 5, y su elemento de sujeción 13, y se han substituido por un nuevo lector de marcha 21 adaptado a la geometría que requiere una pared 14a de acoplamiento del dispositivo actuador 14. Por otra parte, se ha introducido un lector de la velocidad 22 del eje secundario 3 y opcionalmente un lector de posición del puño del acelerador 26.
El dispositivo actuador 14 está acoplado al bastidor 1 de la caja de cambios mediante elementos de tornillería en unos agujeros roscados 1 a ya existentes (ver figura 1).
Haciendo referencia al diagrama de bloques de la figura 10, el sistema de la invención además comprende una unidad de control electrónica (ECU) 23, que es capaz de captar una serie de datos recogidos en diferentes puntos de la motocicleta referentes a la velocidad, revoluciones por minuto (RPM), y opcionalmente la posición del puño del acelerador y el estado del freno, procesar dicha información mediante un software adecuado y seleccionar la marcha óptima en cada momento, y enviar una señal al dispositivo actuador 14 para ejecutar el cambio de marcha, controlando dicha ejecución en lazo cerrado.
Los datos a procesar son recogidos mediante un lector de velocidad 22 especifico para el sistema ya que en este caso la velocidad no se lee del tacómetro del cuadro de mandos, un lector de marcha 21 ya existente en la motocicleta aunque modificado para su adecuado alojamiento en el sistema, y un lector de revoluciones 24 del motor 25 ya existente en la motocicleta, y opcionalmente un lector de posición del puño del acelerador 26 específico y un lector de freno 27 ya existentes en la motocicleta.
La unidad de control electrónica 23 compara la velocidad de la motocicleta con las revoluciones por minuto del motor 25 y con ello elige la marcha óptima, siendo esta elección dependiente del estado del puño de aceleración si procede, enviando una señal al motorreductor 15 que le haga girar en un sentido o en otro, es decir, subiendo o bajando la marcha. En este caso, la unidad de control electrónica 23 utiliza los datos de entrada de velocidad y revoluciones por minuto, y opcionalmente el estado del puño de aceleración con la señal de freno para chequeos de seguridad. La unidad de control electrónica 23 está constituida por una tarjeta integrada con unos conectores para la entrada de datos y alimentación, y para la potencia del motorreductor 15.
La electrónica y el tratamiento de datos son de "estado actual" y por lo tanto robusto a imprevistos como cortes de alimentación.
El sistema de la invención además comprende un cableado que realiza las funciones básicas de alimentación del sistema a través de la batería eléctrica 28 de la propia motocicleta, así como la transmisión de información y la transmisión de potencia, tanto dentro del sistema como entre dicho sistema y la motocicleta.
Asimismo, el dispositivo actuador 14 está alimentado por la batería eléctrica 28 de la propia motocicleta a través de la unidad de control electrónica 23. El dispositivo actuador 14 es reversible, es decir, sirve para subir y bajar las marchas, y esto es posible ya que la unidad de control electrónica 23 selecciona la polaridad adecuada.
La unidad de control electrónica 23 es capaz de controlar las revoluciones del cigüeñal mediante el corte del encendido, en el caso de un vehículo de carburación, o gestionando la inyección, en el caso de un vehículo de inyección electrónica. Esta capacidad puede utilizarse con el objeto de sincronizar las revoluciones de los ejes primario y secundario durante la operación de cambio de marcha, facilitándolo y evitando sensación de brusquedad.
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema de cambio de marcha automático para vehículos de combustión interna, del tipo en el que el vehículo incluye una caja de cambios de marcha manual provista de un tambor selector rotativo (4), una batería eléctrica (28), y una palanca de cambios (2) accionable manualmente, caracterizado por el hecho de que dicho sistema comprende un dispositivo actuador (14) del cambio de marcha que incluye un motorreductor (15) cuyo eje de salida (16) está acoplado al eje de giro (6) del tambor selector (4) de marchas o al eje de giro de la palanca de cambios (2) mediante unos medios de transmisión (19,20), y una unidad de control electrónica (23) capaz de captar una serie de datos recogidos en diferentes puntos del vehículo referentes a la velocidad y revoluciones por minuto, y opcionalmente la posición del puño o pedal del acelerador y el estado del freno, procesar dicha información mediante un software adecuado y seleccionar la marcha óptima en cada momento, y enviar una señal al dispositivo actuador (14) para ejecutar el cambio de marcha, controlando dicha ejecución en lazo cerrado.
2. Sistema, según la reivindicación 1 , que además comprende un cableado previsto para la alimentación del sistema a través de la batería eléctrica (27) del propio vehículo, la transmisión de información y la transmisión de potencia, tanto dentro del sistema como entre dicho sistema y el vehículo.
3. Sistema, según la reivindicación 1 , en el que la unidad de control electrónica (23) está constituida por una tarjeta integrada con unos conectores para la entrada de datos y alimentación, y para la potencia del motorreductor (15).
4. Sistema, según la reivindicación 1 , en el que los datos a procesar son recogidos mediante un lector de velocidad (22) especifico para el sistema, un lector de marcha (21) ya existente en el vehículo aunque modificado para su adecuado alojamiento en el sistema, y un lector de revoluciones (24) del motor (25) ya existente en el vehículo, y opcionalmente un lector de posición del puño o pedal del acelerador (26) específico y un lector de freno (27) ya existentes en el vehículo.
5. Sistema, según la reivindicación 1 , en el que el dispositivo actuador (14) del cambio de marcha comprende un bastidor (18) destinado a fijar, guiar y proteger en su interior el motorreductor (15).
6. Sistema, según la reivindicación 1 , en el que el motorreductor (15) incluye un motor eléctrico (15a) y una unidad reductora (15b) cuyo eje motriz (17) está engranado perpendicularmente al eje de salida (16) del motorreductor (15) mediante sendos engranajes cónicos.
7. Sistema, según la reivindicación 1 , en el que el dispositivo actuador (14) está alimentado directamente a través de la batería eléctrica (28) del propio vehículo a través de la unidad de control electrónico.
8. Sistema, según la reivindicación 1 , en el que la unidad de control electrónica es capaz de controlar las revoluciones del cigüeñal del motor del vehículo, tanto en motores con sistema de carburación como de inyección.
9. Sistema, según la reivindicación 8, en el que se prevé dicho control sobre el cigüeñal para sincronizar los ejes primario y secundario de la transmisión de cambio en el caso en el que estén desacoplados.
10. Sistema, según la reivindicación 1 , en el que los medios de transmisión comprenden dos piezas de conexión acoplables entre sí, estando una pieza (19) fijada al extremo del eje de salida (16) del motorreductor (15) y la otra pieza (20) fijada al extremo del eje de giro (6) del tambor selector (4) de marchas o del eje de giro de la palanca de cambios (2), incluyendo ambas piezas de conexión (19,20) unas almenas (19a, 20a) susceptibles de encajar mutuamente para transmitir el movimiento rotatorio del motorreductor (15) al tambor selector (4) o a la palanca de cambios (2).
1 1. Sistema, según la reivindicaciónl O, en el que las almenas (19a, 20a) de ambas piezas de conexión (19,20) están distribuidas de manera que permiten un encaje con una cierta holgura o recorrido libre en ángulo.
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