ES2299451T3 - Dispositivo de accionamiento para el arbol de embrague de una caja de cambios automatica en un vehiculo motorizado. - Google Patents
Dispositivo de accionamiento para el arbol de embrague de una caja de cambios automatica en un vehiculo motorizado. Download PDFInfo
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Abstract
Un dispositivo de accionamiento para el árbol de embrague (12) de una caja de cambios automática en un vehículo motorizado, que comprende lo siguiente: - una cubierta (10); - un árbol de accionamiento (14) alojado de forma giratoria en la cubierta (10); - un motor eléctrico (22, 26); - una caja de cambios de desmultiplicación reversible con bajas pérdidas por la que el rotor (26) del motor eléctrico (22, 26) se acopla directamente al árbol de accionamiento (14); - un acumulador de energía (54) por el que se puede accionar el árbol de accionamiento (14) independientemente del motor eléctrico (22, 26); - una unidad de control electrónica que controla el motor eléctrico (22, 26) dependiendo de señales de control; - un dispositivo de acoplamiento (16) para el acoplamiento del árbol de accionamiento (14) al árbol de embrague (12), donde el giro del árbol de accionamiento (14) se transforma por el dispositivo de acoplamiento (16) en los ángulos de giro correspondientes a señales de control del árbol de embrague (12), caracterizado porque las posiciones de giro del árbol de accionamiento (14) se fijan por un cierre (50) que engrana de forma automática en el estado de reposo, que se puede mover por un electroimán (52) hasta una posición de liberación y porque el acumulador de energía (54) somete de forma permanente el árbol de accionamiento (14) hasta una posición de conmutación que se corresponde a la posición de estacionamiento de la caja de cambios automática del vehículo motorizado.
Description
Dispositivo de accionamiento para el árbol de
embrague de una caja de cambios automática en un vehículo
motorizado.
La invención se refiere a un dispositivo de
accionamiento para el árbol de embrague de una caja de cambios
automática en un vehículo motorizado.
En vehículos motorizados con cajas de cambios
automáticas se conmuta entre las diferentes posiciones de
conducción, incluyendo la posición de estacionamiento, mediante una
palanca de cambio que se dispone habitualmente por encima del túnel
del vehículo. Esta palanca de cambio está acoplada a un árbol de
embrague de la caja de cambios por un cable de accionamiento o un
varillaje.
El documento DE 198 57 714 A1 describe una caja
de cambios con un dispositivo de accionamiento para el cambio y la
selección automatizada de una multiplicación de la transmisión. El
dispositivo de accionamiento comprende un elemento accionador que
comprende un accionamiento, a modo de ejemplo, un motor eléctrico.
Con ayuda del elemento accionador se accionamiento se puede mover
en dirección axial y también girar un árbol de embrague
central.
Por la invención se pone a disposición un
dispositivo de accionamiento para el árbol de embrague de una caja
de cambios automática en un vehículo, que no comprende una palanca
de cambio que se tiene que accionar de forma manual, de manera que
el sitio previsto en vehículos habituales para la palanca de cambio
se puede utilizar con otros propósitos.
El dispositivo de accionamiento de acuerdo con
la invención comprende las características de la reivindicación 1:
una cubierta, un árbol de accionamiento alojado de forma giratoria
en la cubierta, un motor eléctrico, una caja de cambios de
desmultiplicación reversible de poca pérdida por el que el rotor del
motor eléctrico está acoplado directamente al árbol de
accionamiento, un acumulador de energía por el que el árbol de
accionamiento se puede accionar independientemente del motor
eléctrico, una unidad de control electrónica, que controla el motor
eléctrico dependiendo de señales de control, un dispositivo de
acoplamiento para el acoplamiento del árbol de accionamiento al
árbol de embrague, donde el giro del árbol de accionamiento se
transforman por el dispositivo de acoplamiento en el ángulo de giro
correspondiente a las señales de control del árbol de embrague.
El dispositivo de accionamiento está
caracterizado porque las posiciones de giro del árbol de
accionamiento se aseguran por un cierre que engrana de forma
automática en el estado de reposo, que se puede mover por un
electroimán hasta una posición de liberación y porque el acumulador
de energía somete de forma permanente al árbol de accionamiento a
una posición de conmutación que se corresponde a la posición de
estacionamiento de la cala de cambios automática del vehículo
motorizado.
El dispositivo de accionamiento de acuerdo con
la invención es un accionamiento regulador electromecánico que se
puede controlar por señales de control eléctricas. Las señales de
control eléctricas se pueden generar por conmutadores que se pueden
accionar de forma manual, que se pueden disponer en cualquier sitio
en el vehículo, a modo de ejemplo, en el tablero de instrumentos o
en el volante.
Un objetivo de la invención consiste en que
durante la retirada de la llave de contacto y con el vehículo
detenido, la caja de cambios automática conmute hasta la posición de
estacionamiento. Entonces, el conductor no está obligado a conmutar
antes de la retirada de la llave de contacto hasta la posición de
estacionamiento. Para cumplir el requerimiento, la conmutación
hasta la posición de estacionamiento también se tiene que realizar
cuando falla el suministro de corriente al motor eléctrico. Para
este caso se proporciona un acumulador de energía por el que se
puede accionar el árbol de accionamiento independientemente del
motor eléctrico. Por lo tanto, el árbol de accionamiento se acciona
durante el funcionamiento normal mediante el motor eléctrico por la
caja de cambios de desmultiplicación y en el funcionamiento de
emergencia por el acumulador de energía. Sin embargo, para poder
omitir un dispositivo de conmutación mecánico que no se podría
realizar con la fiabilidad requerida, la invención prevé que tanto
el acumulador de energía para el caso de emergencia como el
accionamiento de motor eléctrico para el funcionamiento normal,
estén acoplados de forma permanente al árbol de accionamiento. Es
decir, el motor eléctrico trabaja en contra del acumulador de
energía, a modo de ejemplo, un resorte en espiral tensado, y el
acumulador de energía arrastra en el caso de emergencia el motor
eléctrico por la caja de cambios que ahora se multiplica. Este
concepto presupone por un lado un motor eléctrico particularmente
potente y por otro lado una realización sin pérdidas de la caja de
cambios de desmultiplicación.
De acuerdo con una realización ventajosa de la
invención, como motor eléctrico se proporciona un motor de rotor
externo sin escobillas. Es particularmente adecuado un motor de
rotor externo de cuatro fases con 28 polos. Para posibilitar una
regulación de la posición se usa un sincro que se puede realizar por
dos sensores Hall asignados al rotor. Con tal sincro se puede
determinar el ángulo de giro absoluto del rotor. El control de los
enrollamientos del estator se realiza con conmutadores
semiconductores de potencia de impedancia extremadamente baja del
tipo FET.
Se consigue una caja de cambios
desmultiplicadora particularmente sin pérdidas que es adecuada para
la transmisión de un par grande mediante una realización de dos
etapas. La primera etapa es un accionamiento de correa con una
polea de cable de pequeño diámetro en el rotor del motor eléctrico,
que está acoplada por la correa de transmisión, particularmente la
correa trapezoidal, con una polea de cable de mayor diámetro. La
segunda etapa es un engranaje planetario cuya rueda principal se
une con resistencia al giro a la polea de cable de mayor diámetro y
cuyo soporte planetario se acopla con resistencia al giro al árbol
de accionamiento. La proporción de desmultiplicación de tal caja de
cambios de desmultiplicación de dos etapas comprende, a modo de
ejemplo, aproximadamente 40:1.
Un segundo objetivo consiste en que, sin una
orden de ajuste explicita a la unidad de control, se excluya un
proceso de regulación con absoluta seguridad.
Este objetivo se resuelve con un
perfeccionamiento de la invención porque el árbol de accionamiento
se puede bloquear en sus diferentes posiciones de conmutación
separadas por un cierre activo en el estado de reposo. Para el
desbloqueo se requiere un impulso de corriente en un electroimán que
sujeta el cierre de forma temporal en una posición de liberación.
El electroimán tiene dos enrollamientos excitadores dependientes
entre sí. El primer enrollamiento excitador se controla durante el
funcionamiento normal por la unidad de control cuando se
transforma una orden de ajuste. El otro enrollamiento excitador se
controla por una señal derivada del contacto del vehículo cuando se
retira la llave de contacto y el vehículo se detiene. Para esta
señal se tiene que poner a disposición una reserva de energía
independiente de la tensión a bordo que, sin embargo, puede ser
pequeña y que, a modo de ejemplo, se realiza con un condensador
acumulador que está unido con la red de a bordo por un diodo de
desacoplamiento.
Se obtienen características y ventajas
adicionales de la invención a partir de la siguiente descripción de
una realización preferida y a partir de los dibujos adjuntos, a los
que se hace referencia.
En los dibujos se muestra:
En la Figura 1, una vista en alzado sobre el
lado ancho superior de la cubierta del dispositivo en una primera
posición de conmutación;
En la Figura 2, una vista análoga en una segunda
posición de conmutación;
En la Figura 3, una vista despiezada del
dispositivo;
En la Figura 4, una vista parcial en perspectiva
aumentada del dispositivo; y
En la Figura 5, una vista detallada adicional
del dispositivo en una representación despiezada.
El dispositivo de accionamiento para el árbol de
embrague de una caja de cambios automática en un vehículo
motorizado se construye en una cubierta 10 plana con forma de
paralelepípedo que, en el lado superior del bloque de la caja de
cambios, se puede construir al lado de un árbol de embrague 12 que
sobresale del mismo. El árbol de embrague 12 giratorio puede
adoptar diferentes posiciones de conmutación separadas que se
corresponden a las etapas de conducción de la caja de cambios.
Desde la cubierta 10 sobresale un árbol de accionamiento 14, cuyo
eje es paralelo al eje del árbol de embrague 12. El árbol de
accionamiento 14 está acoplado al árbol de embrague 12 mediante un
varillaje de palancas 16 que se compone de tres elementos 16a, 16b,
16c. El varillaje de palancas 16 está configurado de tal forma que
se puede usar un efecto de palanca articulada, por el que en
determinadas posiciones de conmutación se proporciona un mayor
momento de accionamiento. Tal posición se muestra en la Figura 1.
Se corresponde a la posición de estacionamiento de la caja de
cambios automática, en la que se necesita una mayor fuerza de
ajuste. Como se puede observar a partir de las Figuras 1 y 2, el
intervalo del ángulo de giro \alpha del árbol de accionamiento 14
se transforma para el varillaje de palanca en un intervalo de
ángulo de giro \beta considerablemente menor del árbol de embrague
12.
En la cubierta 10 se construye un accionamiento
regulador electromecánico con una unidad de control electrónica. La
cubierta 10 se cierra herméticamente por una tapa 18 con anillo de
junta 20.
El accionamiento regulador contiene un motor
eléctrico que está configurado como motor con rotor externo sin
escobillas. Comprende un estator 22 que se construye sobre una placa
de circuitos impresos 24 y un rotor externo 26 que está acoplado
por una correa de transmisión 28 con una polea de cable 30. La polea
de cable 30 está alojada sobre un gorrón de un piñón 32 y se une
con el mismo con resistencia al giro. El piñón 32 forma la rueda
principal de un engranaje planetario. El piñón 32 engrana como rueda
principal con tres ruedas planetarias 34 que se alojan sobre una
polea de control 36, que forman el soporte planetario del engranaje
planetario. Las ruedas planetarias 34 giran en una rueda hueca 38
dentada en el interior fijada a la cubierta. Entre las ruedas
planetarias 34 y la polea de cable 30 hay una polea de apoyo
adicional 40 para las ruedas planetarias 34.
La polea de control 36 se configura de una pieza
con el árbol de accionamiento 14. Como se puede observar
particularmente partir de la Figura 4, la polea de control 36 tiene
en su periferia cavidades de retención 42, 44, 46, 48 que se
disponen de forma correspondiente a las diferentes posiciones de
conmutación de la caja de cambios automática. Un cierre 50 sometido
a resorte actúa junto con las cavidades de retención 42 a 48. En el
estado de reposo, la polea de control 36 con el árbol de
accionamiento 14 se bloquea por el cierre 50 en una de las
posiciones de conmutación predeterminadas por las cavidades de
retención. El cierre 50 se acciona por un electroimán 52 con dos
enrollamientos excitadores independientes entre sí. Sobre una
superficie lateral de la polea de control 36 se dispone un resorte
en espiral 54, que forma un acumulador de energía. El extremo
interior del resorte en espiral pretensado 50 se conecta al árbol de
accionamiento 14, y el extremo exterior se engancha en una parte
fija en la cubierta.
Sobre la placa de circuitos impresos 24 al lado
del estator 22 se construye la conmutación de control del motor
eléctrico y la unidad de control electrónica del dispositivo de
accionamiento. Desde la placa de circuitos impresos 24 salen dos
enchufes de conexión 56, 58 de la cubierta 10.
El funcionamiento del dispositivo de
accionamiento es del siguiente modo.
En el estado de reposo normal, el árbol de
accionamiento 14 con la polea de control 36 está bloqueado en la
respectiva posición de conmutación eficaz por el cierre 50. Cuando
una orden de conmutación alcanza la unidad de control electrónica,
a modo de ejemplo, por un bus CAN, se controla el enrollamiento
excitador del electroimán 52 y se mueve el cierre 50 a la posición
de liberación. Al mismo tiempo, el motor eléctrico se activa por la
unidad de control electrónica para conseguir la posición de giro
deseada del árbol de accionamiento 14 con regulación de la
posición. El giro del rotor externo 26 se reduce por el
accionamiento de correa en un factor de, a modo de ejemplo, 6 y se
vuelve a reducir por el engranaje planetario de nuevo en el factor
7. El gran par del motor eléctrico muy potente se multiplica por la
caja de cambios de desmultiplicación hasta un gran momento de
accionamiento que está disponible en el árbol de accionamiento 14.
Por el varillaje de palanca 16 se vuelve a reforzar el momento de
accionamiento disponible, a modo de ejemplo, para extraer el árbol
de embrague 12 desde la posición de estacionamiento bajo carga.
El dispositivo de accionamiento pone a
disposición un gran momento de ajuste, sin embargo, se evita
considerablemente un calentamiento por la realización sin pérdidas
de sus componentes, ya que los procesos de conmutación tienen una
duración muy corta.
El acumulador de energía formado por el resorte
en espiral 54 está acoplado de forma permanente al árbol de
accionamiento 14, al igual que el motor eléctrico. Cuando se retira
la llave de contacto con el vehículo detenido, una señal de control
llega desde el contacto al segundo enrollamiento excitador del
electroimán 52, de forma que el cierre 50 se mueve temporalmente
hasta la posición de liberación. El árbol de accionamiento 14 se
mueve a continuación por el resorte en espiral 54 a la posición de
giro correspondiente a la posición de estacionamiento,
independientemente del accionamiento del motor eléctrico, que se
configura tan carente de pérdidas y reversible, que la caja de
cambios de desmultiplicación que ahora multiplica también hace que
gire el rotor 26.
En este estado, la conmutación de control
desacopla el motor eléctrico, de forma que no se oponen fuerzas
magnéticas inducidas por la corriente eléctrica al giro del
rotor.
En una realización preferida de la invención, la
posición de estacionamiento se adopta de forma automática cuando la
llave de contacto se retira del contacto, independientemente de la
alimentación de corriente eléctrica del vehículo. En esta
realización, el cierre 50 se acciona por un electroimán biestable,
que presenta una primera posición estable que se corresponde al
estado de bloqueo del cierre y que presenta una segunda posición
estable que se corresponde al estado de desbloqueo del cierre. Para
la conmutación entre ambas posiciones estables se controla el
cierre por un impulso de corriente eléctrica. Un condensador con una
capacidad del orden de magnitudes de 20000 \muF con
aproximadamente 10 V suministra, para un electroimán biestable
adecuado disponible en el mercado, una energía suficiente para un
impulso de control, independientemente de la alimentación de
corriente eléctrica del vehículo.
De acuerdo con una realización adicional se
detecta una rotura de la correa de transmisión 28. El motor
eléctrico está equipado internamente con un transformador angular
que detecta el movimiento giratorio incremental del rotor. Se
asigna un transformador adicional a la polea de cable 30. Mientras
que la correa de transmisión 28 se mueva, se tiene que esperar que
los dos transformadores angulares suministren señales de salida
sincrónicas incrementales. El control electrónico detecta cada
desviación de la sincronización entre las señales de salida de los
transformadores angulares y, por tanto, una rotura de la correa de
transmisión.
Claims (25)
1. Un dispositivo de accionamiento para el árbol
de embrague (12) de una caja de cambios automática en un vehículo
motorizado, que comprende lo siguiente:
- una cubierta (10);
- un árbol de accionamiento (14) alojado de
forma giratoria en la cubierta (10);
- un motor eléctrico (22, 26);
- una caja de cambios de desmultiplicación
reversible con bajas pérdidas por la que el rotor (26) del motor
eléctrico (22, 26) se acopla directamente al árbol de accionamiento
(14);
- un acumulador de energía (54) por el que se
puede accionar el árbol de accionamiento (14) independientemente
del motor eléctrico (22, 26);
- una unidad de control electrónica que controla
el motor eléctrico (22, 26) dependiendo de señales de control;
- un dispositivo de acoplamiento (16) para el
acoplamiento del árbol de accionamiento (14) al árbol de embrague
(12), donde el giro del árbol de accionamiento (14) se transforma
por el dispositivo de acoplamiento (16) en los ángulos de giro
correspondientes a señales de control del árbol de embrague (12),
caracterizado porque
las posiciones de giro del árbol de
accionamiento (14) se fijan por un cierre (50) que engrana de forma
automática en el estado de reposo, que se puede mover por un
electroimán (52) hasta una posición de liberación y porque
el acumulador de energía (54) somete de forma
permanente el árbol de accionamiento (14) hasta una posición de
conmutación que se corresponde a la posición de estacionamiento de
la caja de cambios automática del vehículo motorizado.
2. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado porque la caja de
cambios de desmultiplicación se configura con dos etapas.
3. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 2, caracterizado porque una etapa de la
caja de cambios de desmultiplicación está formada por una correa de
transmisión (28) y dos poleas de correa (30).
4. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 2, caracterizado porque una etapa de la
caja de cambios de desmultiplicación está formada por un engranaje
planetario.
5. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el árbol de accionamiento (14) se puede bloquear en
posiciones de giro separadas que se corresponden a las posiciones
de conmutación del árbol de embrague (12).
6. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado porque el acumulador
de energía (54) mueve el árbol de accionamiento (14) a la posición
de conmutación correspondiente a la posición de estacionamiento,
cuando el cierre (50) se encuentra en la posición de liberación,
mientras que el motor eléctrico (22, 26) es arrastrado por la caja
de cambios de desmultiplicación que ahora se multiplica.
7. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 6, caracterizado porque el electroimán
(52, 26) comprende dos enrollamientos excitadores independientes, de
los cuales el primero se controla por la unidad de control
electrónica y el segundo por una señal del contacto del
vehículo.
8. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedente 1, 6 ó 7,
caracterizado porque el árbol de accionamiento (14) se une
con resistencia al giro con una polea de control (36) que comprende
en su periferia elementos de retención (42, 44, 46, 48) que se
disponen de forma correspondiente a las posiciones de conmutación y
junto con los que actúa el cierre (50).
9. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el acumulador de energía (54) está formado por un resorte
tensado que es activo entre la cubierta (10) y el árbol de
accionamiento (14).
10. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque el resorte
tensado (54) es un resorte en espiral dispuesto sobre la polea de
control (36).
11. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el dispositivo de acoplamiento comprende un varillaje de
palanca (16) que transforma un ángulo de giro predeterminado del
árbol de accionamiento (14) en un menor ángulo de giro del árbol de
embrague (12).
12. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado porque el varillaje
de palanca (16) se compone de tres elementos (16a, 16b, 16c) que
realizan un efecto de palanca articulada que proporciona en al
menos una posición de conmutación, que se corresponde
particularmente a la posición de estacionamiento de la caja de
cambios, una mayor fuerza de ajuste.
13. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado porque
los elementos (16a, 16b, 16c) del varillaje de palanca (16) están
acoplados de forma elástica de tal modo que el árbol de embrague
(12) puede encajar en posiciones de conmutación predeterminadas en
el lado del engranaje, cuando el árbol de accionamiento (14) adopta
una posición de giro correspondiente que se sitúa en el interior de
un intervalo de tolerancia admisible.
14. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el motor eléctrico (22, 26) es un motor de rotor externo sin
escobillas con múltiples polos.
15. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 14, caracterizado porque el estator
(22) del motor eléctrico (22, 26) se dispone sobre una placa de
circuitos impresos (24) sobre la que se construye la unidad de
control electrónico.
16. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque la cubierta (10) presenta la forma de un paralelepípedo
plano.
17. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el rotor
(26) del motor eléctrico (22, 26) está acoplado por la correa de
transmisión (28) con una polea de cable (30), que a su vez está
acoplada con la rueda principal del engranaje planetario.
18. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 17, caracterizado porque el árbol de
accionamiento (14) está acoplado con el soporte planetario del
engranaje planetario.
19. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con las reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque las
ruedas planetarias del engranaje planetario giran en una rueda hueca
fija en la cubierta.
20. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 8 y una de las reivindicaciones 17 a 19,
caracterizado porque la polea de control (36) forma al mismo
tiempo el soporte planetario del engranaje planetario.
21. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque la unidad de control comprende una conmutación de control que
mantiene sin corriente el motor eléctrico (22, 26) en el estado de
reposo y, por tanto, permite el giro del rotor (26) por la energía
acumulada en el acumulador de energía (54).
22. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque la unidad de control recibe señales de conmutación por un
sistema bus.
23. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado porque el electroimán
(52) es un electroimán biestable con un primer estado estable que se
corresponde a la posición de bloqueo y una segunda posición estable
que se corresponde a la posición desbloqueada.
24. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 23, caracterizado porque el electroimán
biestable (52) se puede conmutar por un impulso de corriente
proporcionado por un condensador acumulador entre el estado de
bloqueo y el estado de liberación.
25. El dispositivo de accionamiento de acuerdo
con la reivindicación 3 que comprende un primer transformador
angular en el motor eléctrico (22, 26) y un segundo transformador
angular que está asignado a una de las poleas de cable (30), y
medios de detección que detectan una rotura de la correa de
transmisión (28) como respuesta a una falta de sincronicidad entre
señales del primer y del segundo transformador angular.
Applications Claiming Priority (4)
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| DE10040031 | 2000-08-11 |
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