Сцепление автомобиля. СР1 (Controlled Piston). Драйв-Матик. Порошковое сцепление. MRF

Механические коробки передач пока еще не потеряли своей актуальности. Однако управление такой коробкой требует как достаточного опыта, так и определенных усилий. Поэтому ряд фирм предлагают различные способы автоматизации управления сцеплением для стандартных коробок передач.

СР1 (Controlled Piston)

Фирма FTE Automotive разработала универсальный электрогидравлический актюатор (исполни­тельный механизм) сцепления СР1 (Controlled Piston) – управляе­мый поршень.

Исполнительный механизм содер­жит главный цилиндр 9, поршень с винтовым штоком 4 и бесщеточный электродвигатель 6 посто­янного тока. Механизм управляется электронным блоком управления 13, в который поступает информация от датчиков о положении педали сцепления 2, положении поршня 11, давлении в рабочем цилиндре 12. Блок управления обрабатывает полученные сигналы, включает электродвигатель и изменяет силу тока в нем. Ротор электродвигателя в виде гайки, вращаясь, передвигает шток с резьбой. Шток толкает поршень главного цилиндра и под действием давления жидкости срабатывает рабочий цилиндр, поршень которого выключает сцепление. Усилие на педали при этом минимально. Чтобы уменьшить трение, гайка заполнена внутри шариками, обкатывающими «резьбу» на штоке.

Рис. Универсальный электрогидравлический исполни­тельный механизм выключения сцепления:
а – управление по сигналу датчика педали; б – управление по датчику давления;
1 – педаль сцепления; 2 – датчик педали сцепления; 3 – пружина; 4 – поршень с винтовым штоком; 5 – ротор электродвигателя; 6 – электродвигатель; 7 – питательный бачок; 8 – дополнительный главный цилиндр; 9 – главный цилиндр; 10 – рабочий цилиндр; 11 – датчик положения поршня; 12 – датчик давления; 13 – электронный блок управления

Более совершенной является конструкция исполнительного механизма повышенной надежности, позволяющего выключать сцепление при отказе основной системы. В таком механизме с педалью выключения сцепления соединен дополнитель­ный гидравлический цилиндр, жидкость из ко­торого поступает за поршень главного цилин­дра. Датчик давления определяет давление жидкости за поршнем главного цилиндра, а датчик положения поршня положение поршня в данный конкретный момент. В зависимости от полученных сигналов блок управления, изменяется сила тока в роторе, поворачивая его. При этом поршень главного цилиндра передвигается на необходимую величину.

Предлагаемый узел СР1 универсален и его можно использовать для авто­матического управления роботизированной коробкой передач без педали выключения сцепления.

Драйв-Матик

Другой системой автоматического выключения сцепления является система, реагирующая на положе­ние педали подачи топлива, является система фирмы «Драйв-Матик», выпускаемая в Германии в качестве оборудования ав­томобилей, предназначенных для ин­валидов.

Исполнительное устройство этой системы представляет собой вакуум­ную сервокамеру 1, между корпусом которой и диафрагмой 3 располагает­ся полость 2 разряжения регулирующая режимы включения и выключения сцепления.

Рис. Система автоматического управления сцеплением «Драйв-Матик»:
1 – вакуумная сервокамера; 2 – полость разрежения; 3 – диафрагма; 4 – шток вакуумной камеры; 5 – рычаг; 6 – тяга; 7 – педаль сцепления; 8 – педаль подачи топлива; 9 – трос; 10 – рукоятка переключения передач; 11 – рычаг рукоятки переключения передач; 12 – датчик; 13 – ЭБУ; 14 – потенциометр; 15 – стравливающее отверстие; 16, 26 – обмотки электромагнитов; 17, 21 – каналы сервокамеры; 18 – корпус золотника; 19 – золотник; 20 – поворотный элемент; 22, 23 – каналы золотника; 24, 25 – соответственно воздушный и вакуумный клапаны; 27 – вакуум-ресивер; 28 – клапан; 29 – коллектор; 30 – трубопровод; МВх – контакты микровыклю­чателя; ВП, ВС – электроконтакты; К – клемма ЭБУ

При установке рычага 11 переклю­чения передач в нейтральное положе­ние и отпущенной педали подачи топ­лива 8 расположенные в его рукоятке и под рычагом электроконтакты ВС и ВП разомкнуты. Поэтому обмотки электромагнитов 16 и 26 оказываются отключенными от источника электро­питания. Вакуумный клапан 25 при этом закрыт, и полость 2 сервокамеры соединена не с вакуум-ресивером 27, а с атмосферой (через открытый воз­душный клапан 24). Сцепление нахо­дится во включенном состоянии. Как только водитель при неподвижном автомобиле включает какую-либо пе­редачу, на обмотки электромагнитов 16 и 26 через замкнувшиеся контакты выключателя ВП и замкнутую выход­ную цепь электронного блока управления (ЭБУ) 13 подается электропита­ние. В результате электромагниты сра­батывают и воздушный клапан 24 от­соединяет полость 2 сервокамеры от атмосферы, а клапан 25 подключает ее к вакуум-ресиверу 27. Сцепление выключается (позиция II).

Чтобы автомобиль начал движе­ние, водитель нажимает на педаль 8 подачи топлива. При этом контакты микровыключателя МВх размыкают­ся, и цепь питания обмотки электро­магнита 26 размыкается. Поэтому кла­пан 25 закрывается, отсекая полость 2 сервокамеры от ресивера. Но посколь­ку обмотка электромагнита 16 остает­ся под напряжением, воздушный кла­пан 24 оказывается также закрытым, и разрежение в полости 2 вакуумной ка­меры определяется только положением золотника 19. Дело в том, что корпус 18 золотника установлен по отноше­нию к его поворотному элементу 20 таким образом, что при отпущенной педали 8 подачи топлива и расположе­нии штока 4 вакуумной камеры в крайнем левом (по схеме) положении (полностью выключенное сцепление) каналы 22 и 23 золотника соединены между собой. Одновременно и полость 2 сервокамеры через каналы 17 и 21 соединяется с атмосферой, что приво­дит к постепенному уменьшению в ней разрежения и, как следствие, к переме­щению штока 4 слева направо.

Движение штока будет продол­жаться до тех пор, пока элемент 20, поворачиваемый этим штоком, не ра­зобщит каналы 22 и 23. Как только это произойдет, шток 4 прекратит дви­жение, поскольку связь полости 2 сер­вокамеры с атмосферой прерывается.

При дальнейшем перемещении пе­дали 8 подачи топлива трос 9 повора­чивает элемент 20, соединяя каналы 22 и 23. Это влечет за собой соединение полости 2 сервокамеры с атмосферой и дальнейшее перемещение штока в направлении включения сцепления. Перемещение прекратится, когда шток 4 опять установится в положение, со­ответствующее разобщению каналов 22 и 23. Очевидно, что чем на боль­ший угол была открыта дроссельная заслонка, тем дальше в направлении включения сцепления должен переме­щаться шток 4 — до положения, при котором произойдет разобщение кана­лов 22 и 23. Угол открытия дроссель­ной заслонки изменяется от минималь­ного в позиции III на рис. до мак­симального при полностью открытом дросселе в позиции I.

После того как автомобиль разго­нится до скорости срабатывания дат­чика 12, сигнал от этого датчика по­ступает на электронный блок 13. Пос­ледний отключает от «массы» свою клемму К, разрывая тем самым цепь питания обмотки электромагнита 16. В результате воздушный клапан 24 от­крывается, полость 2 сервокамеры со­единяется с атмосферой независимо от того, в каком положении находятся элементы золотника. Сцепление бло­кируется. Чтобы оно при этом вклю­чалось плавно, диаметр стравливаю­щего отверстия 15 выбран таким, что­бы скорость поступления воздуха че­рез него не зависела от скорости от­крытия воздушного клапана.

Принудительное выключение сцеп­ления в процессе переключения пере­дач при всех частотах вращения ко­ленчатого вала двигателя и скорости движения автомобиля обеспечивается замыканием контактов выключателя ВС, встроенного в рукоятку 10 пере­ключателя передач. В этом случае включается электромагнит 26, бла­годаря чему полость 2 сервокамеры через открывшийся вакуумный клапан соединяется с вакуум-ресивером. Сцеп­ление полностью выключается.

Система «Драйв-Матик» обеспечивает плавное увеличение кру­тящего момента, передаваемого сцеп­лением, только по мере увеличения угла открывания дроссельной заслон­ки. Если водитель уменьшает угол, то этот момент не уменьшается. Чтобы не произошло остановки двигателя или «рывков» автомобиля, водитель должен сначала полностью отпустить педаль подачи топлива (замкнуть кон­такты микровыключателя МВх и со­единить тем самым полость 2 сервока­меры с ресивером), а затем перевести эту педаль в требуемое условиями дви­жения положение.

Данная особенность с точки зрения уменьшения опасности работы сцепле­ния с длительной пробуксовкой – яв­ление положительное. Однако она ус­ложняет маневрирование на автомоби­ле при низких скоростях движения, а также ухудшает возможности трогания автомобиля с места на больших подъемах.

Порошковое сцепление

На автомобилях малого класса отдельных производителей автомобилей может применяться порошковое сцепление.

Рис. Электромагнитное порошковое сцепление:
А, Б, В – зазоры; 1 – маховик; 2 – неподвижный корпус; 3 – обмотка возбуждения; 4 – ведомый диск

Ведущим элементом сцепления является маховик 1 с закрепленными на нем магнитопроводами с обмотками возбуждения 3. Ведомый диск 4 закреплен на ведущем валу коробки передачи. Меж­ду магнитопроводами и ведомым диском имеется воздушный зазор А, в который вво­дится специальный фрикционный поро­шок, обладающий высокими магнитными свойствами. При отсутствии тока в обмот­ках возбуждения между ведущими и ведо­мыми элементами сцепления силовой связи нет – сцепление выключено. Если к обмоткам возбуждения подводится электрический ток, то за счет образова­ния магнитного поля, частицы порошка выстраиваются по силовым линиям маг­нитного поля, и создается силовое взаи­модействие между ведущими и ведомыми элементами сцепления. Силовая связь зависит от силы тока, поступающего в об­мотку возбуждения. Основное достоинст­во такой конструкции заключается в том, что управление сцеплением можно пере­нести с педали сцепления на ручной, кно­почный вариант управления, что актуально для водителей с ограниченными физическими возможностями.

Сцепление на основе магнитореологической жидкости (MRF)

Специалисты фирмы Magna Powertrain создали сцепление на основе магнитореологической жидкости (MRF). Особые свойства магнитореологической жидкости уже используются в амортизаторах с пе­рестраиваемыми характеристиками. MRF представляет собой взвесь сферических микрочастиц карбонильного железа размером 1…10 мкм в растворителе. В отсутствие магнитного поля частицы практически не ощущаются и жидкость ведет себя подобно воде. Однако при включении расположенного рядом соленоида, частицы выстраиваются в бо­лее или менее прочные цепочки и жидкость с малой вязкостью превраща­ется в густой либо в очень густую либо в подобие твердого тела.

Если заполнить пространство между ведомыми и ведущими дис­ками магнитореологической жидкостью и создать в ней достаточно сильное магнитное поле, диски будут соединены между собой. Регулируя ток в управляющих соленоидах, можно обеспечить плавное включе­ние, пробуксовку, причем без присущих традици­онному сцеплению крутильных колебаний.

Вместо обычных дисков для сцепления предпочтитель­нее конструкция на основе вложенных друг в друга стаканов 1 и 2. Дело в том, что вал двигателя может вращать­ся с большой скоростью. С ростом частоты вращения коленчатого вала растет центробежная сила, увлекающая частицы же­леза к внешней части дисков, что ведет к увеличе­нию передаваемого сцеплением крутящего момента вне зависимости от желания водителя, то есть по­ложения педали, или команды электроники (в слу­чае АКП). В цилиндрической конструкции это явление выражено намного слабее.

Рис. Принципиальная схема сцепления на основе магнитореологической жидкости:
1 – ведущие стаканы; 2 – ведомые стаканы; 3 – магнитореологическая жидкость

Более широкое распространение в трансмиссии легковых автомобилей нашли одно и многодисковые фрикционные сцепления, которые будут рассмотрены ниже.