Электрогидравлическая трансмиссия что это

Что такое гидравлическая трансмиссия

Гидравлическая трансмиссия — совокупность гидравлических устройств, позволяющих соединить источник механической энергии (двигатель) с исполнительными механизмами машины (колесами автомобиля, шпинделем станка и т.д.)

Гидротранмиссию также называют гидравлической передачей. Как правило в гидравлической трансмиссии происходит передача энергии посредством жидкости от насоса к гидромотору (турбине).

В зависимости от типа насоса и мотора (турбины) различают гидростатическую и гидродинамическую трансмиссии.

Гидростатическая трансмиссия

Гидростатическая трансмиссия представляет собой объемный гидропривод.

В представленном ролике в качестве выходного звена использован гидродвигатель поступательного движения. В гидростатической трансмиссии используется гидродвигатель вращательного движения, но принцип работы, по-прежнему остается основанным на законе гидравлического рычага. В гидростатическом приводе вращательного действия рабочая жидкость подается от насоса к мотору.

В зависимости от рабочих объемов гидромашин могут изменяться момент и частота вращения валов. Гидравлическая трансмиссия обладает всеми достоинствами гидравлического привода: высокой передаваемой мощностью, возможностью реализации больших передаточных чисел, осуществления бесступенчатого регулирования, возможностью передачи мощности на подвижные, перемещающиеся элементы машины.

Способы регулирования в гидростатической трансмиссии

Регулирование скорости выходного вала в гидравлической трансмиссии может осуществлять путем изменения объема рабочего насоса (объемное регулирование), или с помощью установки дросселя либо регулятора расхода (параллельное и последовательное дроссельное регулирование). На рисунке показана гидротрансмиссия с объемным регулированием с замкнутым контуром.

Гидротрансмиссия с замкнутым контуром

Гидравлическая трансмиссия может быть реализована по замкнутому типу (закрытый контур), в этом случае в гидросистеме отсутствует гидравлический бак, соединенный с атмосферой.

В гидравлических системах замкнутого типа регулирование скорости вращения вала гидромотора может осуществляться путем изменения рабочего объема насоса. В качестве насос-моторов в гидростатической трансмиссии чаще всего используют аксиально-поршневые машины.

Гидротрансмиссия с открытым контуром

Открытой называют гидравлическую систему соединенную с баком, который сообщается с атмосферой, т.е. давление над свободной поверхностью рабочей жидкости в баке равно атмосферному. В гидротрасмиссиях отрытого типа возможно реализовать объемное, параллельное и последовательное дроссельное регулирование. На следующем рисунке показана гидростатическая трансмиссия с отрытым контуром.

Где используют гидростатические трансмиссии?

Гидростатические трансмиссии используют в машинах и механизмах где необходимо реализовать передачу больших мощностей, создать высокий момент на выходном валу, осуществлять бесступенчатое регулирование скорости.

Гидростатические трансмиссии широко применяются в мобильной, дорожно-строительной технике, экскаваторах бульдозерах, на железнодорожном транспорте — в тепловозах и путевых машинах.

Гидродинамическая трансмиссия

В гидродинамических трансмиссиях для передачи мощности используются динамические насосы и турбины. Рабочая жидкость в гидравлических трансмиссиях подается от динамического насоса к турбине. Чаще всего в гидродинамической трансмиссии используются лопастные насосное и турбинное колесо, расположенные непосредственно друг напротив друга, таким образом, что жидкость поступает от насосного колеса сразу к турбинному минуя трубопроводы. Такие устройства объединяющие насосное и турбинное колесо называются гидромуфтами и гидротрансформаторами, которые не смотря на некоторые похожие элементы в конструкции имеют ряд отличий.

Гидромуфта

Гидродинамическую передачу, состоящую из насосного и турбинного колеса, установленных в общем картере называют гидромуфтой. Момент на выходном валу гидравлической муфты равен моменту на входном валу, то есть гидромуфта не позволяет изменить вращающий момент. В гидравлической трансмиссии передача мощности может осуществляться через гидравлическую муфту, которая обеспечит плавность хода, плавное нарастание крутящего момента, снижение ударных нагрузок.

Гидротрансформатор

Гидродинамическая передача, в состав которой входят насосное, турбинное и реакторное колеса, размещенные в едином корпусе называется гидротрансформатором. Благодаря реактору, гидротрасформатор позволяет изменить вращающий момент на выходном валу.

Гидродинамическая передача в автоматической коробке передач

Самым известным примером применения гидравлической передачи является автоматическая коробка передач автомобиля, в которой может быть установлены гидромуфта или гидротрансформатор. По причине более высоко КПД гидротрансформатора (по сравнению с гидромуфтой), он устанавливается на большинство современных автомобилей с автоматической коробкой передач.

Источник

Электрогидравлическая система управления коробкой передач

• электрогидравлического модуля
• электронного блока управления
• многофункционального датчика
• селектора

Муфты и тормоза (механизмы переключения передач) приводятся в действие гидроцилиндрами, управляемыми посредством золотников-распределителей и электромагнитных клапанов, размещенных в распределительном модуле. Электромагнитные клапаны включаются блоком управления коробкой передач и управляют механизмами переключения передач и муфтой блокировки гидротрансформатора. Они также регулируют давление рабочей жидкости (в главной магистрали, в контурах управления, в гидротрансформаторе и в системе смазки коробки передач).

Рис. Электрогидравлическая система управления автоматической коробкой передач:
1 – электромагнитные клапаны регулирующие давление; 2 ­- электромагнитные клапаны переключения передач; 3 – электронный блок управления автоматической коробкой передач; 4 – многофункциональный датчик; 5 – селектор; 6 – валик переключения передач; 7 – место подключения датчика рабочей жидкости; 8 – золотник-распределитель выбора диапазонов

В системе управления применяются электромагнитные клапаны двух типов:

• клапаны управления переключением передач, которые могут находиться только в двух состояниях (открыт или закрыт)
• регулирующие давление клапаны (с широтно-импульсной модуляцией электропитания)

Электромагнитные клапаны переключения передач относятся к двухпозиционным устройствам управления, которые могут быть только открытыми или только закрытыми. Через них жидкость ATF поступает под давлением к золотникам-распределителям, которые открывают или закрывают каналы подвода рабочей жидкости к исполнительным устройствам механизмов переключения передач. Регулирующие клапаны открываются в соответствии с проходящим через их обмотки током, изменяя давление рабочей жидкости в магистрали.

Многофункциональный датчик соединен с рычагом селектора посредством троса. Он вырабатывает электрические сигналы в соответствии с перемещениями рычага селектора и передает их на блок управления автоматической коробкой передач.

В датчике имеются шесть скользящих контактов, а именно:

• четыре контакта для определения позиции рычага селектора
• один контакт для разрешения пуска двигателя при положениях рычага селектора в позициях «P» и «N»
• один контакт для активизации выключателя ламп заднего хода

Для управления автоматическими коробками передач используются различные датчики. Основными из них являются:

• датчик частоты вращения на входе коробки передач
• датчик частоты вращения на выходе коробки передач
• датчик температуры рабочей жидкости
• датчик перехода на режим «Кикдаун». Посредством данного датчика производится временное повыше­ние давления в управляющем контуре соответствующего клапа­на переключения передач, что при­водит к увеличению значения скорости переключения на повыша­ющую очередную передачу. Активация функци­онирования данного датчика происходит только при полностью выжатой пе­дали газа
• датчик или микровыключатель системы Tiptronic

Система Tiptronic

Система Tiptronic служит для переключения передач от руки с помощью специальных лепестков, расположенных на рулевом колесе.

Рис. Расположение переключателей системы Tiptronic на рулевом колесе:
1 – переключение на низшую передачу; 2 – переключение на высшую передачу

Переключение на высшую передачу осуществляется нажатием лепестка (Tip + ) и переключение на низшую передачу нажатием лепестка (Tip – ). При воздействии на какой-либо из этих переключателей в процессе работы коробки передач в автоматическом режиме производится перевод ее в режим ручного управления Tiptronic. Вырабатываемые переключателями сигналы непосредственно направляются в блок управления автоматической коробкой передач. Эти переключатели действуют параллельно с рычагом селектора, находящимся в кулисе Tiptronic.

По истечении отсчитываемого таймером определенного промежутка времени после последнего использования переключателей коробка передач вновь переходит на режим автоматического переключения передач.

При управлении автоматической коробкой передач имеется несколько позиций рычага переключения.

В правом секторе рычаг может занимать четыре позиции:

• Р – режим парковки
• R – задний ход
• N – нейтральная передача
• D – движение в режиме автоматического переключения передач
• S – спортивный режим

При положении рычага в позиции D программа обеспечивает различные алгоритмы пе­реключения в соответствии с сопротивлением движения, нагрузкой, положением педали акселератора, дорожной ситуацией. Алгоритмы управления соответствуют движению в различных условиях:

• движение с постоянной высокой скоростью
• городской режим движения
• горный режим движения
• режим буксировки
• движение на поворотах

При положении рычага получении сигнала в позиции S блок управления сдвигает режимы переключения всех передач в сторону большей частоты вращения коленчатого вала. В результате этого увеличивается интенсивность разгона автомобиля.

В автоматической коробке передач предусматриваются также режимы «кик даун», «фаст-офф» и «кик-фаст». При работе в режиме «кик даун» резко нажимают на педаль подачи топлива до упора, затем резко отпускают. При этом включается низшая переда­ча, и при дальнейшем нажатии на педаль авто­мобиль разгоняется с максимальным ускорени­ем. Когда будет достигнута нужная скорость опять включается высшая передача, например, четвертая после третьей. Режим «фаст-офф» при резком отпускании пе­дали не дает коробке включить высшую передачу, а оставляет ту, на которой осущес­твлялся разгон, что позволяет интенсивно тор­мозить двигателем и легко держать дистанцию при движении с переменной скоростью. Режим «кик-фаст» определяет, нужно ли вклю­чать понижающую передачу, и дает соответству­ющую команду задолго до того, как будет до­стигнуто положение «кик-даун».

При перемещении рычага влево водитель переводит коробку передач в режим ручного пе­реключения. Движением рычага вперед-назад – включение повышающей-понижающей пе­редачи. Такое переключение передач принято называть секвентальным (последовательным). Электронный блок управления является адаптивным, он запоминает манеру вождения водителя и корректирует алгоритмы автоматического переключения передач. Благодаря расширенному обмену данными между системой управления KП и другими системами автомобиля, например, системой управления двигателем и системой стабилизации ESP, используются данные, которые позволяют определить моментальное состояние движения и характер вождения с большей точностью.

Функциональная структура программы переключения АКП

Функциональная структура программы переключения автоматической коробки передач подразделяется на три группы:

• определение характера вождения
• выбор программы переключения в зависимости от состояния движения
• выбор передач

Рис. Функциональная структура программы переключения автоматической коробки передач

Источник

Устройство и принцип работы гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач (ГМП) — это трансмиссия высокой проходимости с автоматическим управлением. ГМП поддерживает необходимую скорость автомобиля в разных режимах движения, упрощая процесс вождения. Подобные коробки используют в легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, в тяжёлой технике мощностью до 1000 л. с. Гидромеханические коробки передач производят компании ZF, Borg Warner, Aisin, Mercedes-Benz, Voith, Honda, Allison, Caterpillar, Komatsu, БелАЗ и др.

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Что будет, если двигатель соединить напрямую с колёсами: машина лениво начнёт движение и поедет с максимальной скоростью 20 км/ч. По законам физики сила, которую должны преодолеть колёса равна F=ma+F_тр , где m — масса автомобиля, F_тр — сила трения с поверхностью земли. Двигатель достигнет максимальной мощности при оборотах 5000 — 6000 об/мин, но в таком режиме работы ресурс агрегата быстро иссякнет.

Чтобы мгновенно стартовать после нажатия педали газа, и защитить двигатель от перегрузки, в машине установлена трансмиссия. Она также способна изменять крутящий момент, ускоряя или замедляя автомобиль. Этот узел трансмиссии называется коробка переключения передач — КПП.

По типу переключения скоростей различают механические и автоматические КПП:

• механикой полностью управляет водитель, выжимая педаль сцепления и переводя рычаг для изменения скорости;
• в автоматах работает гидромеханическая передача с минимальным участием водителя.

Гидромеханическое управление облегчает и упрощает работу водителя, снимая часть «обязанностей». Плавность и бесшумность АКПП повышает комфорт вождения при трогании и разгоне. Также ГМП защищает двигатель и коробку от динамических нагрузок, которые может создать водитель, постоянно «выжимая» газ.

Основные элементы гидромеханической коробки передач:

• гидротрансформатор;
• масляный насос;
• коробка передач;
• система управления.

Функции гидротрансформатора

Гидромеханическая коробка передач работает за счёт движения жидкости, которую качает масляный насос. Главный «потребитель» масла — гидротрансформатор (ГДТ). ГДТ преобразует и передаёт крутящий момент от коленчатого вала в трансмиссию через работу жидкости.

Конструктивно ГДТ представляет собой набор лопастных колёс, «запертых» в герметичной камере в форме бублика:

• насосное колесо приварено к чаше корпуса и соединено с коленвалом;
• турбина через ступицу насажена на вал трансмиссии, и механически не связана с насосным колесом;
• реакторное колесо установлено между турбиной и насосом. Предназначено для усиления крутящего момента.

Гидромеханическая коробка передач начинает работать с запуском двигателя: включается масляный насос и насосное колесо. На лопасти колеса попадает жидкость и раскручивается вокруг оси ГДТ. Под действием центробежной силы масло отбрасывается на лопасти турбины, проходит через реактор и возвращается к насосному колесу. Под давлением потока лопатки турбины начинают вращаться, передавая крутящий момент по валу в коробку передач.

Чем выше обороты двигателя, тем быстрее вращаются колёса ГДТ, а крутящий момент снижается. Без реактора «бублик» работал бы только в режиме гидромуфты, передавая вращение без трансформирования. В момент, когда скорости насоса и турбины выравниваются, реактор начинает свободно вращаться, усиливая давление жидкости, попадающей на лопасти насоса.

Большая часть энергии двигателя уходит на перемещение и нагрев масла в ГДТ. В результате снижается общий КПД, и растёт расход топлива. Для устранения этого недостатка в «бублик» устанавливают муфту блокировки с фрикционной накладкой. При включении муфты двигатель и трансмиссия жёстко сцепляются, и передача момента происходит без потерь.

Передаточное число гидротрансформатора достигает максимально 2,5 — 3, что не достаточно для устойчивой работы двигателя в разных режимах движения машины. Нет возможности включить задний ход, поскольку колёса ГДТ вращаются только в одном направлении. Для компенсации этих недостатков гидромеханическая коробка передач оснащена дополнительным узлом.

Конструкция гидромеханики

В ГМП применяют простые ступенчатые или планетарные механизмы с электронным управлением. Принцип работы гидромеханической коробки передач в обоих вариантах заключается в изменении скорости вращения выходного вала за счёт различных передаточных чисел зубчатых передач.

Как работает вальная кпп

Устройство гидромеханической коробки передач вального типа похоже на механическую КПП. Преобразование крутящего момента происходит ступенчато через включение и отключение зубчатых передач, расположенных на параллельных валах. Количество и размер шестерённых пар соответствует определённому передаточному числу.

Первичный, входной вал, получает крутящий момент от гидротрансформатора. Через пару постоянно сцепленных шестерней мощность передаётся на вторичный вал, а затем на колёса. Для получения прямой передачи, в конструкцию добавляют промежуточный вал, а первичный и вторичный валы располагают на одной оси.

Для расширения диапазона скоростей применяются многовальные конструкции с 4 и более валами. Работа коробки при этом усложняется, увеличиваются габариты и масса. Подобные ГМП встречаются на грузовиках-тягачах.

Зубчатыми передачами управляют фрикционные многодисковые муфты. Муфта становится тормозом, когда соединяется с корпусом ГМП. Для включения блокировки масляный насос подает гидравлическое давление на фрикционы. Благодаря фрикционам скорость переключается плавно, а использование гидропривода ускоряет торможение.

Гидромеханические коробки передач вального типа плохо справляются с растущей тягой от повышения грузоподъёмности транспорта, с ужесточением требований по топливной экономичности. Рост параметров значительно увеличивает массу и габариты конструкции. По этим причинам вальные КПП заменяют на планетарные передачи.

Как работает планетарная кпп

Инженеры предпочитают устанавливать в гидромеханическую КПП планетарный механизм вместо ступенчатой конструкции по следующим причинам:

• компактные размеры;
• плавная и быстра работа;
• нет разрыва в передаче мощности при переключении передач;
• большое количество передаточных чисел за счёт использования многорядных конструкций.

Простая планетарная передача состоит из центральных шестерней: с внутренними зубьями — короны, с внешними зубьями — солнца. Между ними обкатываются зубчатые колёса сателлиты, оси которых закреплены на раме-водиле. В зависимости от конструкции водило соединено с выходным валом или коронной шестерней.

Устройство планетарной коробки определяет её принцип действия. Чтобы изменить крутящий момент гидротрансформатора, один из элементов планетарной передачи вращают, а другой элемент затормаживают. Третий элемент становится ведомым, а его скорость определяется числом зубьев всех шестерней.

Для получения прямой передачи водило и солнечную шестерню жёстко соединяют. Корона не может проворачиваться относительно закреплённой системы, поэтому механизм вращается как единый узел. Передаточное число в этом случае равно 1.

Чтобы получить задний ход, центральные шестерни вращают в одну сторону. Для этого останавливают сателлиты, блокируя водило.

В качестве тормозов планетарной коробки передач используют тормозные ленты или фрикционные диски. Блокировочные элементы работают в автоматическом режиме по сигналу электроники.

Электронная часть гидромеханической акпп

В гидромеханическом автомате отсутствует сцепление, поэтому каждая ступень коробки снабжена элементом переключения. Работу элементов контролирует электронный блок ЭБУ, связанный с блоком управления двигателем. Во время переключения передач автоматически регулируется частота вращения мотора, что помогает достичь оптимальных рабочих характеристик агрегата.

Система электронного управления гидромеханической коробки передач разбита на подсистемы:

• измерительную — для сбора параметров с датчиков давления, температуры и т.д.;
• функциональную — для управления маслонасосом, регуляторами давления и т.д.;
• управляющую — для выдачи сигнальных импульсов.

Для автоматизации управления помимо ЭБУ в систему входят электроклапаны, датчики, усилители, регуляторы, корректирующие элементы и т.д. Электроклапаны — соленоиды, расположены в гидроблоке, и по сигналу ЭБУ открывают канал гидроплиты для прохода жидкости к фрикционам, гидротрансформатору и другим узлам.

В зависимости от положения селектора ЭБУ действует по программному алгоритму, заложенному в память:

• при плавном разгоне дроссельная заслонка двигателя открывается медленно. Компьютер отслеживает степень открытия заслонки и посылает импульсы узлам гидромеханической коробки передач для увеличения скорости. При достижении первой передачи (20 км/ч), коробка переходит на вторую скорость. Такой режим движения называется «экономичным»;
• при агрессивном разгоне ЭБУ работает в «спортивном» режиме. Каждая последующая передача включаются после того, как двигатель максимально раскрутится. Если водитель отпустит педаль газа, обороты упадут не сразу. В этом режиме мотор развивает максимальную мощность, увеличивается расход топлива и снижается ресурс АКПП.

«Умное» управление проводит самодиагностику для корректирования работы ГМП. Например, если масло в коробке грязное, то в системе падает давление. Для защиты узлов ЭБУ может блокировать переключение передач, перераспределять нагрузку между электроклапанами, запретить включение гидротрансформатора. Неисправности и сбои в коробке компьютер записывает в виде кодов.

Компьютер умеет адаптироваться, выбирая подходящий режим под стиль вождения, динамику разгона и манеру торможения. Адаптация снижает износ коробки за счёт снижения числа переключений. При этом повышается комфорт водителя и безопасность движения.

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка передач привлекает водителей простым управлением, плавностью переключения, низкой ценой по сравнению с вариаторами или DSG. И это ещё не все достоинства.

Гидромеханическая коробка передач будет работать безотказно долгие годы при регулярном техобслуживании и соблюдении условий эксплуатации.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач постоянно совершенствуется:

• растёт число ступеней: ZF поставляет 9-ступенчатую ZF9НР для легковых автомобилей, Caterpillar устанавливает в спецтехнику 7-ступенчатые ГМП;
• меняются кинематические схемы;
• отрабатываются новые алгоритмы электронного управления;
• снижается расход топлива и выбросов;
• повышается скорость и плавность работы.

Большую перспективу имеет гидромеханическая коробка передач с планетарным механизмом. Трансмиссия подходит для маломощных и сверхмощных двигателей за счёт добавления новых планетарных рядов и варьирования передаточными числами. Новые технические решения повышают экономичность автомобиля. Добавление ступеней устраняет «провалы» в переключении скоростей, достигая максимальной плавности.

Производители выпускают ГМП разных типоразмеров для мощности двигателя от 50 до 1500 кВт. С ростом грузоподъёмности спецтехники увеличивается КПД и тяговые характеристики трансмиссии.

Развитие интеллектуальных автоматизированных систем управления и диагностики направлено на повышение эффективности автомобиля и обеспечения безопасности водителя. Гидромеханическая коробка передач приспособлена к автоматизации, что открывает большие возможности для расширения функциональности механизмов и систем.

Заключение

Гидромеханическая трансмиссия в автомобилях используется с 1940-х годов, а переход на электронное управление начался в 1980-х. С тех пор АКПП стала более функциональной, плавной, надёжной. Удачная конструкция позволяет совершенствовать систему управления и повышать технические характеристики, а значит расширять сферу применения гидромеханических коробок передач.

Источник