Transmisiile manuale automatizate / robotizate (AMT)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.

Foto: Cota de piaţă a automobilelor în Europa, în funcţie de tipul transmisieiSursa: statista.com

CVT (Continiously Variable Transmission) – transmisie cu variaţie continuăElectric – transmisie pentru automobile electriceAMT (Automated Manual Transmission) – transmisie manuală automatizatăDCT (Double Clutch Transmission) – transmisie cu dublu ambreiajAT (Automatic Transmission) – transmisie automatăMT (Manual Transmission) – transmisie manualăDin considerente de comfort şi de reducere a consumului de combustibil mai mulţi producători auto şi-au echipat automobilele cu transmisii manuale automatizate. În industria de automobile aceste transmisii se numesc AMT (Automated Manual Transmissions). Se mai utilizează termenul de robotizat în loc deautomatizat, probabil datorită acronimului echivalent din limba franceză (BVR - Boîte de Vitesses Robotisée).

Foto: Cota de piaţă a automobilelor la nivel global, în funcţie de tipul transmisieiSursa: statista.com

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 se va menţine 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. în 2015, cota de piaţă s-a menţinut aproximativ aceeaşi.

Foto: Producţia de  transmisiilor manuale automatizate la nivel globalSursa: statista.com

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.

Foto: Componenele transmisiei manuale şi a mecanismul de acţionareSursa: LuK

1 – volantă 2 – disc de ambreiaj3 – placă de presiune4 – arc diafragmă5 – rulment de presiune6 – conductă hidraulică7 – cilindru hidraulic8 – pedală de ambreiaj9 – abore pricipal (de intrare în cutia de viteze)10 – sincronizator11 – arbore secundar (de ieşire din cutia de viteze)12 – mecanism de selecţie şi cuplare a treptelor de viteză13 – tije sau cabluri metalice14 – levier schimbător de viteze

Automatizarea unei cutii de viteze manuale presupune:

o înlocuirea mecanismului de cuplare/decuplare a ambreiajului cu un actuator electromecanic sau hidraulic

o înlocuirea mecanismului de selectare şi cuplare a treptelor de viteză cu un actuator electromecanic sau hidraulic

o adăugarea unui modul electronic de controlo 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)

o 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 întervenţia conducătorului auto.

Automatizarea unei cutii de viteze manule se poate face din stadiul de proiectare (soluţie adoptată de producătorii auto) dar şi ulterior, prin adaugarea 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.

Foto: Automatizarea transmisiei manualeSursa: LuK

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:

o selecţia planului corespunzător treptei doriteo 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.

Foto: Tipar poziţie trepte de viteză la o transmisie manuală cu 5 trepteSursa: e-automobile.ro

Da 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:

o Easytronic (Opel)o Quickshift (renault)o Sensodrive (Citroen)o 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.

Foto: Transmisia manuală automatizată EasytronicSursa: Opel

Pe lângă adăugarea actuatorilor, o transmisie manuală automatizată necesită echiparea sistemului cu  următorii senzori:

o senzor de turaţie arbore principal (de intrare în cutia de viteze)o senzor de poziţie actuator ambreiajo senzor de poziţie actuator treaptă de viteză (x2)o senzor de poziţie levier schimbător de vitezeo 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 şiplaca de presiune este mai mare la un disc uzat comparativ cu un disc nou. Dacă această distaţă 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).

Foto: Transmisia manuală automatizată Easytronic – componente principaleSursa: Opel

1 – ambreiaj SAC2 – rulment de presiune cu acţionare hidraulică3 – motor electric de curent continuu4 – cilindru cu piston5 – motoare electrice6 – 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.

Foto: Modulul de acţionare a ambreiajuluiSursa: LuK

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.

Foto: Modulul de acţionare a ambreiajului – componenteSursa: LuK

1 – carcasă (conţine modulul electronic de control, TCU)2 – melc3 – roată melcată4 – motor electric de curent continuu (cu perii)5 – piston6 – orificiu de refulare către cilindrul rulmentului de presiune7 – conductă de alimentare cu lichid hidraulic de acţionare8 – 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 bielă-manivelă 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).

Foto: Actuatorul de acţionare a treptelor de vitezăSursa: LuK

Cuplarea şi decuplarea treptelor de viteză se realizează cu ajutorul a două motoare electrice de curent continuu. Fiecare motor este acţionat independent, controlul poziţiei fiind realizată de modulul de electronic de control din carcasa actuatorului de ambreiaj.

Foto: Actuatorul de acţionare a treptelor de viteză – componenteSursa: LuK

1 – conector electric motor cuplare trepte2 – conector electric motor selecţie plan trepte3 – motor electric selecţie plan trepte4 – cremlieră5 – tijă împingătoare6 – roată dinţată

Din poziţia Neutru, dacă se doreşte cuplare unei trepte, se acţionează motorul (3) care deplasează cremaliera (4) în plan vertical (jos-sus). Tija (5), fixată de cremalieră, se va deplasa în sus sau în jos, într-un sens va selecta un anumit plan de trepte (ex. 1-2) iar în sensul opus planul 5-R. Dacă motorul (3) nu este acţionat, tija va fi poziţionată în planul Neutru și va putea cupla treptele 3-4.

După selecţia planului se acţioneză motorul electric de cuplare. Rotorul motorului angrenează cu roata dinţată (6) care va rotii tija (5). Direcţia de rotaţie a tijei dictează treapta ce se va cupla. Fiecare motor este prevăzut cu senzori de poziţie care raportează modulului electronic de control poziţia în care se află.

Procesul de schimbare a treptei de viteză presupune controlul asupra 3 parametrii:

o cuplul motoro cuplul transmis de ambreiajo 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).

Foto: Variaţia acceleraţiei longitudinale a automobilului în timpul schimbării treptei de viteză în sus („upshift”), ex. 1-2

În tabelul de mai jos sunt sintetizate fazele schimbării treptei de viteză pentru fiecare sistem: motor (M), ambreiaj (A) şi cutie de viteză (C).

SistemFază Descriere

Motor

M1 Cuplul motor este redus

M2 Cuplul motor este controlat la o valoare prestabilită

M3

Cuplul motor este incrementat către valoare dorită de conducătorul auto prin poziția pedalei de accelerație

AmbreiajA1 Ambreiajul se decupleazăA2 Ambreiajul se cuplează

Cutie de viteze

C1 Treapta veche se decupleazăC2 Treapta nouă se cuplează

La o transmisie manuală automatizată controlul cuplului motor, în timpul schimbării treptelor de viteză, are un impact semnificativ asupra comfortului. Din acest motiv exită un schimb de informaţii continuu între modulul electronic de control al transmisiei (TCU) şi calculatorul de injecție (EMS).

Foto: Schimbul de informaţii la o transmisie manuală automatizată

1 – motor termic2 – ambreiaj3 – cutie de viteze4 – actuator trepte de viteză5 – actuator ambreiaj6 – informaţie viteză automobil7 – informaţie turaţie arbore primar (de intrare) cutie de viteze8 – poziţie cheie contact9 – poziţie pedală de acceleraţie10 – poziţie levier schimbător de viteze11 – martor diagnoză12 – dispozitiv diagnoză13 – 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.

Transmisia manuală automatizată Quickshift (Renault)

Sistemul Quickshift de la Renault este tot o transmisie manuală automatizată. Diferenţa constă în tipul sistemului de acţionare a ambreiajului şi a treptelor de viteză. Sistemul Quickshift utilizează un sistem electrohidraulic, controlat electronic de către TCU, care regrelază presiunea fluidului de lucru pentru acţionarea ambreiajului şi a treptelor de viteză.

Foto: Transmisia manuală automatizată QuickshiftSursa: Renault

1 – acumulator hidraulic2 – cilindru cu piston acţionare ambreiaj3 – grup electro pompă4 – senzor poziţie ambreiaj5 – tijă de comandă6 – senzor poziţie cuplare treaptă7 – cilindru cu piston cuplare treaptă8 – cilindru cu piston selecţie plan trepte9 – senzor poziţie selecţie plan trepte

Presiune este creată în sistem de către pompa electrică (3). Aceasta ridică presiunea lichiduluipână la aproximativ 30 ... 40 bari. Acumulatorul (1) are rolul de a stoca lichidul sub presiune. După un anumit număr de schimbări de treaptă de viteză, presiune scade (detectată de un senzor de presiune), pompa reporneşte şi reîncarcă acumulatorul.

Pentru cuplarea unei anumite trepte de viteză, modulul electronic de control (TCU) comandă supape electrohidraulice cu solenoid care reglează presiune în cilindrul de selecţie (7) şi cel de angajare (8). Prin controlul presiunii se reglează sensul de deplasare (sus-jos) şi rotire (stânga-dreapta) a tijei (5).

Selecţia planului se realizează prin mişcarea liniară a tijei iar cuplarea treptei prin rotirea tijei.

Foto: Modul de acţionare electrohidraulicSursa: Magneti Marelli

1 – acumulator hidraulic2 – modul electronic de control (TCU)3 – rezervor lichid hidraulic4 – motor electric acţionare pompă

Compania italiană Magneti Marelli furnizează module electrohidraulice de control care pot fi utilizate pentru a converti o transmisie manuală într-una automatizată. De obicei, companiile producătoare de automobile colaborează cu producătorii de module de control încă din faza de proiectare pentru a se asigura compatibilitatea dintre sisteme.

Transmisia manuală automatizată Sensodrive (Citroen)

Citroen a utilizat un sistem similar cu cel Opel (Easytronic) pentru automatizarea transmisiilor manuale. La sistemul Sensodrive, acţionare ambreiajului se realizează cu un actuator electromecanic, iar pentru selecţia şi cuplarea treptelor se utilizează două actuatoare electromecanice.

Foto: Transmisia manuală automatizată SensodriveSursa: Citroen

Un automobil cu transmisie manuală automatizată, din punct de vedere al comenzilor disponibile conducătorului auto, sunt similare cu cele ale unui automobil cu transmisie automată sau cu dublu ambreiaj. Decizia de schimbare a treptei de viteză precum şi acţionarea ambreiajului şi a cutiei de viteze este realizată de modulul electronic de control (TCU) prin intermediul actuatoarelor.Diferenţa majoră constă în faptul că, la o transmisie manuală automatizată, cuplul motor este întrerup în timpul schimbării treptelor de viteză, în timp ce, la o transmisie automată sau cu dublu ambreiaj, schimbarea de treaptă se face fără întreruperea cuplului motor, prin transferul acestuia între două ambreiaje. Din acest motiv transmisiile AT şi DCT poartă denumirea de „powershift transmissions”.

Foto: Transmisia manuală automatizată Sensodrive – sistemSursa: Citroen

Conducătorul are la dispoziţie două pedale (acceleraţie şi frână) şi un levier schimbător de viteze. Unele sisteme oferă şi posibilitatea de a comanda schimabarea treptelor de viteză, în mod Manual, prin intermediul unor comenzi aflate pe volan.

Modurile de funcţionare ale unei transmisii manuale automatizate sunt, care se pot selecta cu levierul schimbător de viteze sunt:A – automatM – manual R – mers înapoi

Modurile de funcţionare sunt de obicei afişate pe bordul automobilului, împreună cu treapta cuplată (ex. A1 – mod automat, treapta 1, M2 – mod manual, treapta 2). În cazul în care transmisia intră în mod de avarie, la unele automobile, este afișat în bord simbolul „F” (din engleză „fault” = defect).

În mod Manual conducătorul auto decide momentul schimbării treptelor dar acţionarea se face în automat. Cu toate acestea, dacă conducătorul auto doreşte să schimbe treptele de viteză la turaţii prea mari sau mici ale motorului termic, modulul electronic de control (TCU) îi ignoră comanda.

Foto: Levier schimbător de viteze (Easytronic)

La sistemele Easytronic şi Quickshift levierul schimbător de viteze are o singură poziţie stabilă. Schimbarea modurilor se face prin impulsuri, după ce levierul este eliberat acesta revine la poziţia inițială (stabilă). Majoritatea transmisiilor manuale automatizate sunt prevăzute şi cu un mod „snow” (zăpadă) care se activează în cazul în care aderenţa căii de rulare este scăzută. În modul „snow” plecarea de pe loc se face cu treapta 2, pentru limitarea forţei de tracţiune la roată şi prevenirea alunecării (derapării).

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).

În Europa precum şi la nivel mondial, trasmisia manuală automatizată are o cotă de piaţă foarte mică. Pe de altă parte, conform studiilor realizate de Magneti Marelli, în India, transmisiile manuale automatizate vor echipa 30% din automobile în anul 2020.