La un automobil cu transmisie/cutie de viteze manuală, conducătorul auto are controlul absolut asupra deciziei şi a procesului de schimbare a treptelor de viteză.
Acest lucru poate fi considerat un avantaj sau dezavantaj asupra plăcerii de a conduce şi a economiei de combustibil, în funcţie de tipul şi experienţa conducătorului auto. Pe o piaţa europeană, în care domină automobilele cu transmisii manuale (MT), ambuteiajele din traficul urban pot transforma plăcerea de a conduce într-un proces stresant şi obositor. De asemenea, la autovehiculele de transport uşoare, care parcurg un număr semnificativ de km/zi, economia de combustibil este un factor cu impact major asupra cheltuielilor.
Cota de piaţă a automobilelor în Europa, în funcţie de tipul transmisiei
CVT (Continiously Variable Transmission) – transmisie cu variaţie continuă
Electric – transmisie pentru automobile electrice
AMT (Automated Manual Transmission) – transmisie manuală automatizată
DCT (Double Clutch Transmission) – transmisie cu dublu ambreiaj
AT (Automatic Transmission) – transmisie automată
MT (Manual Transmission) – transmisie manuală
Din considerente de comfort şi de reducere a consumului de combustibil mai mulţi producători auto şi-au echipat automobilele cu transmisii manuale automatizate.
Cota de piaţă a automobilelor la nivel global, în funcţie de tipul transmisiei
La nivel mondial ponderea transmisiilor manuale automatizate este foarte mică, de aproximativ 1%. Se estimează că, la nivel global, cota de piaţă a trasmisiilor AMT s-a menţinut la nivel relativ constant între 2012 şi 2107. În Europa situaţia transmisiilor manuale automatizate este un pic diferită. În anul 2012 cota de piaţă era de aproximativ 3.5 %, iar în 2015 s-a redus până la aproximativ 3%. Cu toate că la nivel global producţia de AMT-uri a crescut anual, de la aprox. 0.55 mil. în 2010 la 1.33 mil. In 2015, cota de piaţă s-a menţinut aproximativ aceeaşi.
Producţia transmisiilor manuale automatizate la nivel global
În literatura de specialitate sau în articolele auto se utilizează termenul de cutie de viteze automatizată sau transmisie automatizată. Ambele variante sunt corecte în cazul în care transmisia conţine în aceeaşi carcasă cutia de viteze şi diferenţialul. De exemplu, o transmisie manuală pentru un automobil cu tracţiune faţă, conţine cutia de viteze manuală şi diferenţialul în aceeaşi carcasă. Din acest motiv putem utiliza atât termenul de transmisie manuală automatizată cât și termenul de cutie de viteze manuală automatizată.
Automatizarea se referă la cutia de viteze, dar fiind un sistem integrat, transmisia devine deasemenea automatizată. La un automobil cu transmisie manuală, controlul cuplării/decuplării motorului de transmisie şi schimabarea treptelor de viteză este realizată de conducătorul auto, prin intermediul pedalei de ambreiaj şi a levierului schimbător de viteze.
Legătura dintre ambreiaj şi pedala de ambreiaj poate fi mecanică (cablu) sau hidraulică. De asemenea între levierul schimbător de viteze şi transmisie putem avea un sistem mecanic pe bază de tije sau de cabluri metalice. Termenul de „timonerie” se referă de obicei la mecanismele de legătură dintre levierul schimbător de viteze şi transmisie.
Componenele transmisiei manuale şi a mecanismului de acţionare:
- volantă
- disc de ambreiaj
- placă de presiune
- arc diafragmă
- rulment de presiune
- conductă hidraulică
- cilindru hidraulic
- pedală de ambreiaj
- abore principal (de intrare în cutia de viteze)
- sincronizator
- arbore secundar (de ieşire din cutia de viteze)
- mecanism de selecţie şi cuplare a treptelor de viteză
- tije sau cabluri metalice
- levier schimbător de viteze
Automatizarea unei cutii de viteze manuale presupune:
- înlocuirea mecanismului de cuplare/decuplare a ambreiajului cu un actuator electromecanic sau hidraulic
- înlocuirea mecanismului de selectare şi cuplare a treptelor de viteză cu un actuator electromecanic sau
hidraulic - adăugarea unui modul electronic de control
- adăugarea de senzori de: turație arbore intrare cutie de viteze, poziție ambreiaj, poziție mecanism selectare
trepte, poziție mecanism cuplare trepte, poziție levier selector de viteze, senzor de presiune (în cazul în care sistemul de acționare este electrohidraulic) - modificarea software-ului motor pentru controlul cuplului
Structura de bază a cutiei de viteze rămâne aceeaşi, doar mecanismele de comandă sunt înlocuite. La bază, o cutie de viteze automatizată este de fapt o cutie de viteze manuală dar care are actuatori electromecanici sau hidraulici, ce permite cuplarea/decuplarea ambreiajului şi selectare/cuplarea treptelor de viteză în mod automat, fără intervenţia conducătorului auto.
Automatizarea unei cutii de viteze manule se poate face din stadiul de proiectare (soluţie adoptată de producătorii auto) dar şi ulterior, prin adăugarea sistemelor de acţionare automate. Soluţia „after-market” nu este recomandată deoarece, în mod normal, motorul (EMS) şi alte sisteme ale automobilului (ABS, BCM, etc.) sunt calibrate pentru un anumit tip de cutie de viteze, manuală sau automatizată.
Automatizarea transmisiei manuale
În exemplul de mai sus transmisia manuală este automatizată prin adăugarea unui actuator electromecanic pentru acţionarea ambreiajului şi a doi actuatori electromecanici pentru cuplarea-decuplarea treptelor de viteză. Procesul de shimbare a unei trepte, în cazul unei transmisii manuale, poate fi împărţit în două faze, dacă ne referim la acţionarea levierului schimbător de viteze:
-selecţia planului corespunzător treptei dorite
-cuplarea treptei dorite
Selecţia planului presupune deplasarea levierului în partea stângă sau dreaptă în raport cu poziţia neutră. Cuplarea treptei presupune deplasarea înainte sau înapoi a levierului după selecţia planului.
De exemplu, la o transmisie manuală cu 5 trepte de mers înainte şi 1 de mers înapoi, cu dispunerea treptelor descrisă în figura de mai sus, pentru cuplarea treptei 1, din poziţia Neutru, se face „Selecţia” planului prin deplasarea levierului în stânga şi „Cuplarea” treptei prin deplasarea înainte.
Datorită acestui proces combinat, de selecţie şi cuplare, de obicei este necesară utilizarea a doi actuatori electromecanici pentru schimbarea treptelor de viteză.
Producătorii de automobile utilizează diferite denumiri comerciale pentru a descrie automobilele echipate cu
transmisii manuale automatizate, de exemplu:
- Easytronic (Opel)
- Quickshift (Renault)
- Sensodrive (Citroen)
- Selespeed (Alfa Romeo)
Indiferent de numele comercial, principiul de funcţionare este similar, diferenţele semnificative fiind date de tipul actuatorilor: electromecanici sau electrohidraulici.
Transmisia manuală automatizată Easytronic (Opel)
Sistemul Easytronic conţine un actuator combinat electromecanic şi hidraulic pentru acţionarea ambreiajului şi doi actuatori electromecanici pentru acţionarea treptelor de viteză.
Pe lângă adăugarea actuatorilor, o transmisie manuală automatizată necesită echiparea sistemului cu următorii senzori:
- senzor de turaţie arbore principal (de intrare în cutia de viteze)
- senzor de poziţie actuator ambreiaj
- senzor de poziţie actuator treaptă de viteză (x2)
- senzor de poziţie levier schimbător de viteze
- senzor de presiune ulei (doar pentru actuatorii electrohidraulici)
O particularitatea a transmisiei Easytronic este aceea că utilizează un ambreiaj cu ajustare mecanică automată a cursei libere.
Datorită uzurii, în poziţia complet decuplat, distanţa dintre discul de ambreiaj şi placa de presiune este mai mare la un disc uzat comparativ cu un disc nou. Dacă această distanţă nu este ajustată mecanic sau electronic/software („kisspoint learning”) procesul de cuplare/decuplare a ambreiajului se înrăutăţeşte pe durata de viaţă a automobilului.
Ambreiajele cu ajustare mecanică a cursei libere se numesc SAC (Self Adjusting Clutch) şi sunt produse de compania Schaeffler (LuK).
Transmisia manuală automatizată Easytronic – componente principale
- ambreiaj SAC
- rulment de presiune cu acţionare hidraulică
- motor electric de curent continuu
- cilindru cu piston
- motoare electrice
- mecanism de acţionare
Actuatorul pentru ambreiaj conţine în aceeaşi carcasă, pe lângă sistemul de acţionare, modulul electronic de control al transmisiei (TCU – Transmission Control Unit).
Modulul de acţionare pentru ambreiaj este dezvoltat de LuK împreună cu Bosch.
Motorul electric şi o parte a software-ului de control sunt furnizate de Bosch.
Actuatorul conţine o parte electrică, una mecanică şi una hidraulică. Partea electrică conţine motorul electric de curent continuu, partea mecanică conţine un angrenaj melc-roată melcată şi o bielă iar partea hidraulică conţine un cilindru şi un piston. Fluidul de lucru al circuitului hidraulic este lichid de frână.
Modulul de acţionare a ambreiajului – componente
- carcasă (conţine modulul electronic de control, TCU)
- melc
- roată melcată
- motor electric de curent continuu (cu perii)
- piston
- orificiu de refulare către cilindrul rulmentului de presiune
- conductă de alimentare cu lichid hidraulic de acţionare
- bielă
Principiul de acţionare al ambreiajului este simplu. Când se doreşte decuplarea ambreiajului, motorul electric (4) este alimentat cu curent electric de modului electronic de control (1). Rotorul antrenează melcul (2) care antrenează roata melcată (3). Roata melcată antrenează biela (8) care apasă asupra pistonului (5) şi creşte presiunea lichidului din cilindru. Prin orificiul (6) lichidul sub presiune comunică cu un alt cilindrul şi pistonul ce acţionează rulmentul de presiune. Roata melcată (3) şi biela (8) au rol de bielămanivelă şi transformă mişcarea de rotaţie a rotorului (4) în mişcare de translaţie a pistonului (5).
Circuitul hidraulic este compus dintr-un cilindru în modulul de acţionare care este conectat prin intermediul unei conducte cu un alt cilindru din rulmentul de presiune.
Prin creşterea presiunii se creează o forţa în pistonul din cilindrul rulmentului de presiune, care apasă pe arcul diafragmă şi decuplează ambreiajul.
Controlul poziţiei ambreiajului se face prin controlul presiunii, care la rândul ei variază în funcție de poziţia motorului electric.
După cum s-a precizat la începutul articolului, l-a ambreiajele la care compensarea jocului, datorat uzurii, nu se face mecanic, modulul electronic de control are algoritmi de învăţare a poziţiei de contract („kisspoint”). Acestă poziţie se modifică în timp şi reprezintă poziţia de la care ambreiajul începe să
transmită cuplu. În modulul electronic de control se memorează o valoare minimă a curentului electric aplicat motorului de la care ambreiajul începe să cupleze (transfere cuplu).
Procesul de schimbare a treptei de viteză presupune controlul asupra 3 parametrii:
- cuplul motor
- cuplul transmis de ambreiaj
- poziţia levierului selector de viteze
La un automobil cu cutie de viteze manuală, înainte să se schimbe treapta de viteză, conducătorul auto eliberează pedala de acceleraţie şi apasă pe pedala de ambreiaj. Astfel, se reduce cuplul motor şi se întrerupe transmiterea cuplului la roţi. După selecţia şi cuplarea treptei de viteză dorite, se recuplează ambreiajul şi apoi se apasă pedala de acceleraţie.
La o cutie de viteze automatizată nu mai avem pedală de ambreiaj. În plus, conducătorul auto nu ştie exact când modulul electronic de control va decide schimbarea treptei.
Din acest motiv, în timpul schimbării treptei de viteză, cuplul motor trebuie controlat de modulul electronic de control (TCU).
La o transmisie manuală automatizată controlul cuplului motor, în timpul schimbării treptelor de viteză, are un impact semnificativ asupra comfortului. Din acest motiv există un schimb de informaţii continuu între modulul electronic de control al transmisiei (TCU) şi calculatorul de injecție (EMS).
Schimbul de informaţii la o transmisie manuală automatizată:
- motor termic
- ambreiaj
- cutie de viteze
- actuator trepte de viteză
- actuator ambreiaj
- informaţie viteză automobil
- informaţie turaţie arbore primar (de intrare) cutie de viteze
- poziţie cheie contact
- poziţie pedală de acceleraţie
- poziţie levier schimbător de viteze
- martor diagnoză
- dispozitiv diagnoză
- sisteme adiţionale (ex. BCU)
Decizia schimbării treptei de viteză este luată de modulul electronic de control (TCU) în principal pe baza informaţiei de viteză automobil şi poziţie pedală de acceleraţie. În timpul procesului de schimbare a treptei de viteză, pe magistrala CAN, se transmite de la TCU la EMS valoarea cuplului motor.
Calculatorul de injecţie (EMS) reglează avansul la scânteie (benzină) sau momentul şi durata injecţiei (diesel) precum şi debitul de aer admis în motor, pentru a regla cuplul motor la valoarea cerută de TCU. Controlul cuplului trebuie să se facă precis şi rapid pentru a avea o schimbare de treaptă fără şocuri.
Pentru a funcţiona normal, modulul electronic de control al transmisiei manuale automatizate (TCU) trebuie să schimbe informaţii în mod continuu cu calculatorul de injecţie (EMS) şi cu calculatorul sistemului de frânare (ABS). Dacă magistrala CAN nu funcţionează corect, iar informaţiile de cuplu motor şi viteză automobil sunt eronate, transmisie manuală automatizată intră în mod de avarie. Acest mod poate
presupune limitarea treptelor care pot fi cuplate sau chiar blocarea pornirii motorului termic.
Transmisiile manuale automatizate păstrează randamentul mecanic ridicat al transmisiilor manuale. În acelaşi timp, comfortul conducătorului auto este îmbunătăţit deoarece schimbarea treptelor se face automat.
În ceea ce priveşte costul, o transmisie manuală automatizată (AMT) este mai ieftină decât o transmisie automată (AT) sau cu dublu ambreiaj (DCT).
