Обґрунтування конструктивних параметрів мехатронної системи подвійного зчеплення

Abstract

В автомобілях, оснащених двигунами внутрішнього згоряння, на час перемикання передач зчеплення розриває кінематичний зв’язок двигуна з трансмісією. У цей період припиняється розгін автомобіля, а двигун працює на холостому ходу. У 1939 році французьким винахідником Адольфом Кегрессом було запропоновано перший варіант так званого подвійного зчеплення, яке дозволяє усунути зазначений недолік. Одне зчеплення встановлюється в кінематичному ланцюзі попереднього ступеня передач, а друге – наступного ступеня в ряді передавальних відношень (вищого або нижчого). Процеси розмикання ланцюга попереднього ступеня передач і замикання наступного накладаються в часі. У результаті суттєво скорочується тривалість процесу перемикання передач, економиться паливо та знижується рівень викидів в атмосферу вуглекислого газу. За видом тертя подвійні зчеплення поділяють на сухі (працюють у повітряному середовищі) та мокрі (занурені в масляну ванну). Обидва типи подвійних зчеплень нині набули широкого поширення. Дана дисертаційна робота присвячена дослідженню лише мехатронних систем сухих фрикційних подвійних зчеплень (далі для стислості – просто подвійних зчеплень). Подвійне зчеплення є мехатронною системою, що складається з механізму зчеплення (об’єкта керування), приводу (електричного, гідравлічного або комбінованого типу) та блока автоматичного керування. Подвійне зчеплення, своєю чергою, входить до складу роботизованої коробки перемикання передач (КПП). Механізм подвійного зчеплення складається з двох незалежних кінематичних ланцюгів, що ведуть до диференціала моста автомобіля. Під час руху автомобіля колінчастий вал двигуна I обертає фрикційну коробку подвійного зчеплення II. При замиканні першого зчеплення через ведучий вал IV вмикаються перша, третя, п’ята або сьома передачі. Друга, четверта, шоста та задня передачі вмикаються при замиканні другого зчеплення та подачі моменту на ведучий порожнистий вал III. Відповідно до ввімкненої передачі обидва ведучі вали передають момент до ведених валів V, VI та VIII відповідно. Усі три ведені вали КПП з’єднані з головною передачею диференціала X. Системи автоматичного керування зчепленням та автомобілем у цілому (САК) обробляють сигнали, що надходять від датчиків (Д1–Д8). Порівнюючи частоти обертання ведучих і ведених валів, вони визначають відповідні різниці частот обертання елементів подвійного зчеплення. Датчик положення педалі акселератора повідомляє про наміри водія (розгін/гальмування). Із селектора передач надходить інформація про заданий режим руху («Winter», «Sport» тощо). На основі отриманих даних САК приймає рішення про необхідність перемикання передачі, надсилає сигнал на привід, який відкриває одне зчеплення і через адаптивно регульований інтервал часу закриває інше. Момент почергово передається через перше та друге зчеплення. Часткове суміщення в часі процесів відкриття та закриття зчеплень забезпечує практично безперервну передачу крутного моменту, що є головною перевагою роботизованих КПП із механізмами подвійних зчеплень. Розроблення та аналіз мехатронних систем подвійного зчеплення ускладнюються змагальними процесами перемикання передач. В один і той самий момент часу одна з муфт частково розімкнена, а інша частково замкнена. У цей момент через різницю передавальних відношень паралельних гілок кінематичних ланцюгів відбувається пробуксовування зчеплень. Передаваний момент і швидкість є функціями поточного стану та параметрів одночасно двох механізмів зчеплення й суміжних ступенів передач. Для мехатронних пристроїв даного типу гостро стоїть проблема зниження зношування та тепловиділення за рахунок оптимального налаштування засобів автоматичного керування, а також вибору раціональних схемних рішень і оптимізації їх конструктивних параметрів. У відкритих джерелах публікації з теорії мехатронних систем подвійних зчеплень досі є великою рідкістю та не мають системного характеру. Проте не можна не відзначити, що розв’язанням різних задач, пов’язаних із питаннями автоматичного керування автомобільними трансмісіями, оснащеними класичними однодисковими фрикційними зчепленнями, займалися вчені: Jinsung K., Bataus M.V., Chunsheng N., Seibum B.C. та інші. Провідними виробниками мехатронних систем подвійних зчеплень на сьогодні є компанії BorgWarner, Getrag, LuK та інші, для яких інновації в цій галузі є одним із пріоритетних напрямів комерційної діяльності.