Tema: 6 Controlul electrohidraulic al cutiei de viteze. Senzori și actuatoare
Tema: 6 Controlul electrohidraulic al cutiei de viteze. Senzori și actuatoare
După studierea acestei teme, elevul va fi capabil:
- să identifice componentele principale ale sistemului electrohidraulic al cutiei de viteze, inclusiv senzorii și actuatoarele;
- să înțeleagă amplasarea și poziționarea optimă a senzorilor și actuatoarelor pentru o funcționare eficientă;
- să explice construcția și principiul de funcționare al senzorilor și actuatoarelor în cadrul controlului electrohidraulic al cutiei de viteze;
- să descrie operațiunile de diagnosticare și mentenanță al cutii de viteze complet automate.
6.1 Senzori și actuatoarele controlului electrohidraulic al cutiei de viteze
Controlul electrohidraulic al cutiei de viteze implică înregistrarea unor anumite stări de operare de către senzori. Aceste stări sunt procesate de unitatea electronică de comandă a cutiei (Figura 6.1). Supapele cu solenoizi sunt acționate electric, în funcție de regimul în care se află autovehiculul. Aceste supape, la rândul lor, acționează supape hidraulice care modulează presiunea din diversele elemente acționate hidraulic. Schimbarea treptelor de viteză în cadrul cutiei se realizează în funcție de accelerații și decelerări.
Unitatea electronică de control a cutiei de viteze nu este un sistem autonom. Ea schimbă date cu alte sisteme electronice ale vehiculului, ceea ce reduce numărul de senzori necesari pentru funcționarea acestuia. De asemenea, acest schimb de informații asigură o schimbare mai lină a treptelor de viteză și crește siguranța în timpul deplasării.
De exemplu dacă în cazul unei accelerații bruște este necesar un cuplu maxim, se deconectează cupla electromagnetică a sistemului de climatizare. În acest scop, în momentul schimbării pe o treaptă inferioară, unitatea de control a cutiei de viteze transmite date către unitatea de control a climatizorului.
Figura 6.1. Schema bloc a controlului electrohidraulic al cutiei de viteze
6.1 Construcția și principiul de funcționare al senzorilor și actuatoarelor
Senzori
Senzorul pedala accelerației. Acest senzor este amplasat pe pedala accelerației (Figura 6.2) și transmite unității de control a motorului informații despre poziția și viteza de apăsare a pedalei. În senzor este integrată și funcția de comutator pentru modulul „kickdown”. Semnalele între unitatea de control a motorului și unitatea de control a cutiei de viteze sunt transmise printr-un protocol CAN - BUS. Dacă conducătorul auto apasă pedala de accelerație până la capăt, cutia de viteze schimbă treapta pe o treaptă inferioară pentru a facilita accelerarea. De exemplu dacă la primirea semnalului, cutia de viteze se află deja în treapta a 5-a, aceasta poate schimba două trepte inferioare.
Cutia de viteze rămâne în treptele inferioare pentru o perioadă mai lungă decât de obicei. Dacă pedala de accelerație este menținută în poziția Kick-down, sistemul de aer condiționat se oprește pentru a asigura mai multă putere disponibilă pentru sistemul de antrenare.
Figura 6.2. Pedala de accelerației
Efecte ale întreruperii semnalului: Semnalul Kick-down este înlocuit de semnalul de poziție a clapetei de accelerație. Dacă clapeta este deschisă în proporție de 95%, calculatorul recunoaște această poziție ca fiind Kick-down.
Senzorul pedalelor de accelerație poate funcționa pe principiul potențiometrului sau al tehnologiei Hall. Operațiile de diagnosticare și mentenanță ale acestuia sunt descrise detaliat în modulul „Managementul electronic al motorului”.
Senzorul clapetei de accelerație este conectat la modulul clapetei de accelerație. De la acesta, informațiile privind poziția clapetei de accelerație și poziția pedalei de accelerație sunt transmise continuu către unitatea de control. Datele sunt transmise prin intermediul unității de control a motorului către unitatea de control a cutiei de viteze automate.
Semnalul senzorului: Informațiile de la senzor sunt utilizate pentru: – determinarea momentului de schimbare a treptelor de viteză în funcție de sarcina motorului; – stabilirea presiunii în circuitul de ulei în conformitate cu sarcina motorului și treapta de viteză selectată (Figura 6.3).
În cazul unei defecțiuni, se iau următoarele măsuri: – unitatea de control, la determinarea momentelor de schimbare a treptelor de viteză, folosește valoarea medie a sarcinii motorului; – valoarea presiunii uleiului ATF în circuit este considerată maximă, în conformitate cu treapta de viteză selectată; – unitatea de control oprește executarea programului de schimbare a treptelor de viteză. Senzorul clapetei de accelerație poate funcționa pe principiul potențiometrului sau al tehnologiei Hall. Operațiile de diagnosticare și mentenanță ale acestuia sunt descrise detaliat în modulul „Managementul electronic al motorului”.
Figura 6.3. Zona de amplasare al senzorului clapetei de accelerație
Senzorul de turație al motorului. Unitatea de control a cutiei de viteze utilizează informațiile despre turațiile motorului provenite de la unitatea de control a motorului ca semnal de rezervă pentru a compara turațiile motorului cu viteza de deplasare a vehiculului. Astfel, unitatea de control înregistrează alunecarea cuplajului de blocare pe baza diferenței de turații, iar în cazul în care alunecarea este prea mare, crește presiunea de apăsare, eliminând astfel alunecarea cuplajului de blocare. Senzorul de turație al motorului poate funcționa pe principiul inductiv sau Hall. Operațiile de diagnosticare și mentenanță ale acestuia sunt descrise detaliat în modulul „Managementul electronic al motorului”.
Senzorul de turație a cutiei de viteze. Este un senzor ce măsoară frecvența de rotație a arborelui de la intrare în cutia de viteze și de la ieșire (Figura 6.4).
Semnalul senzorului, care furnizează valoarea exactă a frecvenței de rotație la intrarea în cutia de viteze, este utilizat de sistemul electronic pentru gestionarea proceselor de schimbare a treptelor de viteză, adaptare și control, pentru reglarea și controlul funcționării cuplei de blocare a convertorului de cuplu, precum și pentru diagnosticarea mecanismelor de schimbare a treptelor și verificarea corectitudinii datelor referitoare la frecvențele de rotație ale arborelui cotit și la ieșirea din cutia de viteze.
Consecințele absenței semnalului senzorului sunt următoarele: cupla de blocare a convertorului de cuplu se închide fără întârziere în modul de alunecare. Ca semnal de înlocuire, este utilizat semnalul de la senzorul de frecvență de rotație al arborelui cotit.
Frecvența de rotație la ieșirea din cutia de viteze este un parametru esențial utilizat de sistemul electronic de control pentru efectuarea schimbării treptelor de viteză, fiind direct corelată cu viteza vehiculului și având următoarele funcții: alegerea modurilor de schimbare a treptelor de viteză, operarea programului dinamic de schimbare a vitezelor DSP (de exemplu, evaluarea regimurilor de mișcare ale vehiculului), precum și diagnosticarea mecanismelor de schimbare a treptelor și verificarea corectitudinii datelor privind frecvențele de rotație ale arborelui cotit și ale roții turbinei din convertorul de cuplu.
Figura 6.4. Zona de amplasare al senzorilor de turație a cutiei de viteze
Principiul său de funcționare se bazează sau pe efectul Hall sau pe principiul inductiv. Operațiile de diagnosticare și mentenanță ale acestuia sunt descrise detaliat în modulul „Managementul electronic al motorului”.
Comutatorul multifuncțional
Comutatorul multifuncțional este amplasat în carcasa cutiei de viteze și este conectat la levierul selector prin intermediul unui cablu. Acesta are rolul de a determina poziția levierului selector în modurile P, R, N, D, 3, 2 sau 1 și de a transmite semnalul corespunzător către unitatea de control a cutiei de viteze automate (Figura 6.5).
Figura 6.5. Zona de amplasare al comutatorului multifuncțional
Comutatorulul multifuncțional este un dispozitiv electromecanic cu șase contacte glisante (Figura 6.6), după cum urmează:
- patru contacte pentru determinarea poziției levierului selectorului,
- un contact pentru permiterea pornirii motorului atunci când levierul selectorului se află în pozițiile „P” și „N”, și blocarea levierului selectorului în pozițiile „P” și „N”.
- un contact pentru activarea întrerupătorului luminilor de marș înapoi.
Figura 6.6. Construcția comutatorului multifuncțional
Senzorul multifuncțional trebuie reglat în cazul în care a fost înlocuit, a fost instalată o cutie de viteze nouă sau se afișează date incorecte despre poziția vitezei. În cazul unei defecțiuni a comutatorului multifuncțional, pornirea motorului devine imposibilă, iar releul pentru luminile de mers înapoi nu va mai funcționa.
Senzorul de temperatură a uleiului din cutia de viteze
Senzorul de temperatură a uleiului din cutia de viteze este un termorezistor cu coeficient de temperatură negativ (rezistor NTC). Rezistența rezistorului scade odată cu creșterea temperaturii uleiului.
Senzorii din cutia de viteze sunt utilizați pentru măsurarea temperaturii uleiului în apropierea componentelor sensibile la căldură. Datorită acestora, se pot lua măsuri la timp pentru a reduce temperatura uleiului și a preveni supraîncălzirea. Astfel, pot fi montați:
Senzorul de temperatură montat în unitatea Mechatronikă (Figura 6.7). Pot fi montați doi senzori. Semnalele ambelor senzori sunt utilizate pentru monitorizarea temperaturii modulului de control Mechatronik și a presiunii uleiului în controlul ambreiajului de blocare. În plus, pe baza semnalelor senzorilor, se lansează programul de încălzire a cutiei de viteze. Senzorii sunt verificați prin compararea semnalelor acestora.
La temperaturi ale cutiei de viteze ce depășesc 138°C, modulul de control Mechatronik inițiază reducerea cuplului motorului. La temperaturi mai mari de 145°C, alimentarea cu ulei către ambreiajele de cuplare este oprită, iar acestea se deconectează. În absența semnalelor senzorilor, aceste funcții nu vor fi realizate.
Senzorul de temperatură a uleiului montat în ambreiajul de cuplare este integrat în carcasa senzorului de viteză la intrarea în cutia de viteze. Acesta măsoară temperatura uleiului care iese din carcasa ambreiajelor de cuplare. Datorită eliberării intense de căldură în ambreiaje, temperatura uleiului care iese din acestea este mai mare decât în alte părți ale cutiei de viteze. Construcția senzorului permite o măsurare rapidă și precisă a temperaturii uleiului.
Senzorul poate funcționa într-un interval de temperatură de la –55°C la +180°C.
Pe baza semnalului senzorului de temperatură, blocul de control reglează alimentarea cu ulei de răcire către ambreiajele de cuplare și inițiază alte măsuri pentru protejarea cutiei de viteze.
În absența semnalului senzorului, blocul de control utilizează semnalele de înlocuire ale senzorilor de temperatură montați în unitatea Mechatronikă.
Figura 6.7. Zona de amplasare al senzorilor de temperatură a uleiului din cutia de viteze
Operațiile de diagnosticare și mentenanță ale acestuia sunt descrise detaliat în modulul „Managementul electronic al motorului”.
Senzorul pedalei de frânare
Comutatorul semnalului de frână face parte din construcția unității pedalei de frână. Acesta nu este conectat la bornele 30. Atunci când șoferul apasă pe pedala de frână, informațiile de la comutator sunt transmise către blocul de control al cutiei de viteze automate (Figura 6.8).
Informațiile despre frânare (mișcarea pedalei de frână) sunt necesare pentru deactivarea funcției de blocare a selectorului de viteze. Astfel, atunci când selectorul de viteze este în pozițiile „P” sau „N”, acesta poate fi schimbat în altă poziție doar dacă vehiculul este imobilizat și pedala de frână este apăsată.În cazul unei defecțiuni a semnalului, comutatorul semnalului de frână este considerat funcțional. Blocarea selectorului de viteze este dezactivată și nu se va mai activa.
Figura 6.8. Zona de amplasare al senzorului de frânare
În cazul unei defecțiuni a semnalului, comutatorul semnalului de frână este considerat funcțional. Blocarea selectorului de viteze este dezactivată și nu se va mai activa.
Senzorii de presiune a uleiului
Senzorii se află în modulului de control Mechatronik. Pe baza semnalelor acestor senzori, unitatea electronică din modulul de control Mechatronik determină presiunea uleiului care acționează asupra discurilor ambreiajelor respective.
În cazul în care semnalul senzorului lipsește sau presiunea măsurată nu există, se va dezactiva gama corespunzătoare de viteze. În această situație, vehiculul va putea circula doar în prima și a treia viteză sau doar în a doua viteză.
Principiul de funcționare al senzorului de presiune se bazează pe un element sensibil format din două plăci conductoare plasate paralel, unde placa superioară este fixată pe o membrană ceramică care se deformează sub influența presiunii, iar cealaltă placă este conectată nedezvărabil la substratul ceramic și nu răspunde la modificările de presiune, astfel că deformarea membranei duce la modificarea distanței dintre plăci, iar semnalul de ieșire al senzorului reflectă precis presiunea aplicată în funcție de această distanță (Figura 6.9).
Figura 6.9. Construcția senzorilor de presiune a uleiului
Actuatori
Senzorul electromagnetic pentru blocarea selectorului de viteze
Senzorul electromagnetic face parte din mecanismul selectorului de viteze. Acesta este conectat la terminalul 15, se activează împreună cu aprinderea și blochează mecanic selectorul de viteze într-o poziție care împiedică selectarea oricărei trepte de viteză. De asemenea, senzorul electromagnetic este conectat la unitatea de control a cutiei de viteze automate. Construcția și principiul de funcționare este descrisă în tema 4.
Blocarea poate fi dezactivată doar prin apăsarea pedalei de frână. După acest pas, selectorul de viteze poate fi mutat într-o altă poziție. Când blocarea este activată, aprinde un indicator luminos pe display-ul selectorului de viteze. La apăsarea pedalei de frână, indicatorul se stinge.
În caz de întrerupere a circuitului electric, blocarea selectorului de viteze este dezactivată. În cazul unui scurtcircuit la masă, selectorul de viteze se blochează în poziția „P” sau „N”.
Supapele eletromagnetice
Supapele electromagnetice fac parte din unitatea de supape de control a cutiei de viteze. Unitatea de supape de control este un bloc hidraulic de gestionare a cutiei de viteze automate. Toate supapele electromagnetice sunt conectate direct la unitatea de control a cutiei de viteze automate. Acestea primesc semnalele necesare pentru operarea acționării hidraulice a schimbării treptelor de viteză, în conformitate cu modul de schimbare activat de unitatea de control a cutiei de viteze automate.
Supapele electromagnetice din sistemul de control sunt de două tipuri: supape electromagnetice pentru comutarea treptelor de viteză, care pot fi doar în două stări (deschis sau închis), și supape electromagnetice de reglare a presiunii (asigură schimbarea lină a treptelor de viteză) (Figura 6.10).
Controlul parametrilor se face continuu. Unitatea de control stabilește intensitatea curentului, iar presiunea de acționare a ambreiajelor de fricțiune depinde direct de curentul din circuitul de control.
Figura 6.10. Zona de amplasare al supapelor eletromagnetice
6.1 Operații de diagnosticare și mentenanță al senzorilor și actuatoarelor
Senzorii și actuatoarele sunt componente esențiale în multe sisteme moderne, în special în domeniul automotive, industrial și de automatizare. Senzorii colectează date despre diferite condiții de funcționare, cum ar fi temperatura, presiunea, nivelul de combustibil, viteza, etc., în timp ce actuatoarele folosesc aceste informații pentru a controla acțiuni mecanice, electrice sau hidraulice, cum ar fi deschiderea unei valve, mișcarea unui motor, sau schimbarea unei trepte de viteză.
Diagnosticarea senzorilor și actuatoarelor:
· Utilizarea de echipamente de diagnostic, cum ar fi osciloscoape, multimetre sau scanere auto pentru citirea datelor de la ECU (unitatea de comandă electronică).
· Măsurarea semnalului de ieșire al senzorilor pentru a verifica dacă valorile sunt în limitele specificate.
· Identificarea erorilor de semnal, cum ar fi semnale prea mari sau prea mici, interferențe electrice sau absența semnalului.
Operațiile de diagnosticare a senzorilor și actuatoarelor pot varia semnificativ de la un automobil la altul, în funcție de tipul sistemului de control, complexitatea tehnologică și caracteristicile fiecărui vehicul. Iată un exemplu de diagnosticare, în funcție de configurația vehiculului (Figura 6.11).
Figura 6.11. Configurația cutiei de viteză
Mentenanța senzorilor și actuatoarelor:
a. Curățarea și protecția:
· Curățarea senzorilor de praf, murdărie și alți contaminanți care ar putea afecta precizia acestora. De asemenea, se aplică soluții de protecție pentru a preveni coroziunea sau uzura.
· Asigurarea că toate cablurile și conexiunile sunt bine izolate și protejate de umezeală sau alte condiții adverse.
b. Înlocuirea pieselor uzate:
· Schimbarea senzorilor sau a actuatoarelor care nu mai funcționează corespunzător sau care prezintă semne de deteriorare iremediabilă.
· Înlocuirea pieselor uzate, cum ar fi garniturile, sigiliile sau componentele de mișcare, pentru a menține funcționarea optimă a actuatoarelor.