namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2021-3-67-80nami-199Research ArticleОБЗОРЫ, АНАЛИТИКАREVIEWS, ANALYTICSОбеспечение точности реализации требуемого закона управления фрикционами трансмиссии регулированием объёма рабочей жидкости в компенсационной камере гидроцилиндраEnsuring the required law implementation accuracy of the transmission clutches control by regulating the working fluid volume in the hydraulic cylinder compensation chamberТараторкинА. И.TaratorkinA. I.

Тараторкин Александр Игоревич, канд. техн. наук, ведущий конструктор

г. Москва 101000, Российская Федерация

г. Екатеринбург 620049, Российская Федерация

Taratorkin A.I., PhD (Eng), lead design-engineer

Moscow 101000, Russian Federation

Ekaterinburg 620049, Russian Federation

alexandr_tar@mail.ruЖукА. В.ZhukA. V.

Жук Александр Владимирович, инженер-конструктор 2-й категории

г. Москва 101000, Российская Федерация

Zhuk A.V., design-engineer

Moscow 101000, Russian Federation

РудневА. И.RudnevA. I.

Руднев Андрей Игоревич, инженер-конструктор 2-й категории

г. Москва 101000, Российская Федерация

Rudnev A.I., design-engineer

Moscow 101000, Russian Federation

ЧернышевН. В.ChernyshevN. V.

Чернышев Николай Васильевич, канд. техн. наук, главный конструктор

г. Москва 101000, Российская Федерация

Chernyshev N.V., PhD (Eng), chief design-engineer

Moscow 101000, Russian Federation

БутузовД. В.ButuzovD. V.

Бутузов Дмитрий Владимирович, главный специалист отдела «Коробки передач»

г. Москва 125438, Российская Федерация

Butuzov D.V., chief specialist of the Transmissions department

Moscow 125438, Russian Federation

ГолубевМ. В.GolubevM. V.

Голубев Максим Викторович, заведующий отделом математического моделирования систем управления АКП, Центр программного обеспечения 

г. Москва 125438, Российская Федерация

Golubev M.V., head of the Department of Mathematical Modeling of Automatic Transmission Control Systems of the Software Center 

Moscow 125438, Russian Federation

ФоминН. М.FominN. M.

Фомин Никита Михайлович, заведующий отделом калибровочных работ АКП, Центр программного обеспечения

г. Москва 125438, Российская Федерация

Fomin N.M., Head of the Department for Calibration of Automatic Transmissions of the Software Center 

Moscow 125438, Russian Federation

Опытно-промышленное производство компонентов (ПАО КАМАЗ); ИМАШ УрО РАНРоссияPilot Production of components (PJSC KAMAZ); Institute of Engineering Science, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationОпытно-промышленное производство компонентов (ПАО КАМАЗ)РоссияPilot Production of components (PJSC KAMAZ)Russian FederationГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian Federation202105102021036780Copyright © Тараторкин А.И., Жук А.В., Руднев А.И., Чернышев Н.В., Бутузов Д.В., Голубев М.В., Фомин Н.М., 20212021Тараторкин А.И., Жук А.В., Руднев А.И., Чернышев Н.В., Бутузов Д.В., Голубев М.В., Фомин Н.М.Taratorkin A.I., Zhuk A.V., Rudnev A.I., Chernyshev N.V., Butuzov D.V., Golubev M.V., Fomin N.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/199

Введение (постановка задачи и актуальность). При проведении испытаний автоматической трансмиссии автомобиля были выявлены нежелательные динамические явления при переключении передач без разрыва потока мощности, заключающиеся в возникновении «паразитного» центробежного давления в бустерах фрикционов, приводящего к самовключению элемента управления, пережатию фрикционных накладок дисков, осложнению опорожнения гидроцилиндра и отведения поршня от пакета дисков. Следствием этого является снижение комфортабельности автомобиля, а в отдельных случаях – разрушение фрикционных муфт. Установлено, что причиной этого является не учитываемая существующими методиками расчёта и проектирования нестабильность степени заполнения компенсационной и поршневой камер гидроцилиндра фрикциона при различных начальных условиях.

Цель исследования – повышение точности реализации требуемого закона управления фрикционами трансмиссии целенаправленным регулированием объёма рабочей жидкости в компенсационной камере гидроцилиндра управления фрикционом.

Методология и методы

Методология и методы. Предложена методика дорожных испытаний для идентификации и воспроизведения условий проявления данного динамического явления. Разработанная математическая модель хода поршня при включении отдельных передач позволила оценить зависимость качества реализации требуемого закона управления фрикционом от следующих параметров: степени заполнения компенсационной камеры; особенности работы электромагнитных клапанов; жёсткости возвратной пружины; количества пар трения фрикциона.

Результаты и научная новизна. На основе выполненного расчётно-экспериментального исследования и применения научно обоснованных технических решений исключено проявление динамического эффекта возникновения неуравновешенного «паразитного» центробежного давления.

Практическая значимость

Практическая значимость. Разработанные и реализованные технические решения по стабилизации давления в компенсационной камере позволили обеспечить требуемое качество переключения передач при ограничении динамической и тепловой нагруженности фрикционных дисков, что позволило обеспечить требуемый уровень динамических характеристик и комфортабельности изделия при переключении передач.

Introduction (problem statement and relevance). Testing the vehicle automatic transmission and shifting gears without interrupting the power flow undesirable dynamic phenomena were revealed. The occurrence of “parasitic” centrifugal pressure in the clutch boosters was observed which resulted in self-activation of the control element, clamping the discs friction linings, which made the hydraulic cylinder emptying and piston removing from the package disks complicated. As a consequence of it there occurred a comfort decrease in the vehicle, and in some cases, the destruction of friction clutches. It was found that the reason for this occurrence was the filling degree instability of the compensation and piston chambers of the hydraulic cylinder clutch, which was not taken into account by the existing calculation and design methods under various initial conditions.

The purpose of the study was to improve the implementation accuracy of the required control law of the transmission clutches by purposeful regulating the working fluid volume in the compensation chamber of the hydraulic cylinder clutch.

Methodology and research methods. A road test technique was proposed for identifying and reproducing the conditions of the dynamic phenomenon manifestation. The developed mathematical model of the piston stroke made it possible to assess the dependence of the implementation quality of the required clutch control law when individual gears were engaged on the following parameters: the filling degree of the compensation chamber; features of solenoid valves operation; the stiffness of the return spring; the number of clutch friction pairs.

Scientific novelty and results. On the experimental research basis of the worked out design and the use of scientifically grounded technical solutions the dynamic effect manifestation of the unbalanced “parasitic” centrifugal pressure rise was excluded.

Practical significance. The developed and implemented technical solutions for stabilizing the pressure in the compensation chamber made it possible to ensure the required quality of gear shifting when limiting the dynamic and thermal loading of the friction discs, which made it possible to ensure the required level of dynamic characteristics and comfort ability of the product when shifting gears.

автоматическая коробка передачмногодисковые фрикционные муфтыцентробежная неуравновешенностьрежимзакон управлениякомфортабельностьautomatic transmissionmulti-plate friction clutchescentrifugal imbalancemodecontrol lawcomfortReferencesGoetz M. Integrated Powertrain Control for Twin Clutch Transmissions. Ph.D. thesis. – Mechanical Engineering, University of Leeds, 2005. – 310 p.Goetz M. Integrated Powertrain Control for Twin Clutch Transmissions. Ph.D. thesis. Mechanical Engineering, University of Leeds, 2005. 310 p.Naunheimer H., Bertsche B., Ryborz J., Novak W. in collaboration with Fietkau P. Automotive transmissions: Fundamentals, Selection, Design and Application. Second edition. – Springer, 2011. – 717 p.Naunheimer H., Bertsche B., Ryborz J., Novak W. in collaboration with Fietkau P. Automotive transmissions: Fundamentals, Selection, Design and Application. Second edition. Springer, 2011. 717 p.Design Practices. Passenger car automatic transmissions. Fourth edition. – SAE International, 2012. – 768 p.Design Practices. Passenger car automatic transmissions. Fourth edition. SAE International, 2012. 768 p.Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач / Под ред. М.П. Бренча. – Минск: Наука и техника, 1973. – 320 с.Tarasik V.P. [Friction clutches of automobile hydromechanical transmissions. Ed. by Branch M.P.]. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1973. 320 p. (In Russian)Зельцерман И.М., Каминский Д.М., Онопко А.Д. Фрикционные муфты и тормоза гусеничных машин. – М.: Машиностроение, 1965. – 240 с.Zel’tserman I.M., Kaminskiy D.M., Onopko A.D. [Friction clutches and brakes of tracked vehicles]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1965. 240 p. (In Russian)Гапоян Д.Т. Фрикционы автоматических коробок передач. – М.: Машиностроение, 1966. – 167 с.Gapoyan D.T. [Clutches of automatic transmissions]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1966. 167 p. (In Russian)Красневский Л.Г., Белевич А.В. Автоматические трансмиссии: «болевые точки» алгоритмов управления технологии “Clutch-to-Clutch Shifts” // Механика машин, механизмов и материалов. – 2019. – № 4 (49). – С. 20–32.Krasnevskiy L.G., Belevich A.V. [Automatic transmissions: the pain points of the Clutch-to-Clutch Shifts control algorithms]. Mekhanika mashin, mekhanizmov i materialov, 2019, no. 4 (49), pp. 20–32. (In Russian)Красневский Л.Г., Белевич А.В. Автоматические трансмиссии: технология “Clutch-to-Clutch Shifts” – история и современное состояние // Механика машин, механизмов и материалов. – 2018. – № 1 (42). – С. 5–13.Krasnevskiy L.G., Belevich A.V. [Automatic Transmissions: Clutch-to-Clutch Shifts – History and State of the Art]. Mekhanika mashin, mekhanizmov i materialov, 2018, no. 1 (42), pp. 5–13. (In Russian)Белабенко Д.С., Альгин В.Б. Моделирование переходного процесса гидродинамической передачи с блоком взаимодействующих фрикционов // Вестник Белорусско-Российского университета. – 2019. – № 3 (64). – С. 5–14.Belabenko D.S., Al’gin V.B. [Simulation of the shift process in the hydromechanical transmission with interactive clutches]. Vestnik Belorussko-Rossiyskogo universiteta, 2019, no. 3 (64), pp. 5–14. (In Russian)Белабенко Д.С. Оценка и снижение динамической нагруженности трансмиссии с блоком взаимодействующих фрикционов на основе моделирования процессов в её гидромеханической системе: автореф. дисс. …. канд. техн. наук. – Минск, 2020. – 23 с.Belabenko D.S. [Assessment and reduction of dynamic loading of a transmission with a block of interacting clutches based on modeling processes in its hydromechanical system. Cand. eng. sci. diss.]. Minsk, 2020. 23 p. (In Russian)Косов В.П. Проектирование гидромеханических передач транспортных машин. Ч. 1: Структура гидромеханической передачи, гидродинамическая передача. Учеб. пособие. – Курган: Изд-во Курган. гос. ун-та, 1998. – 96 с.: ил.Kosov V.P. [Design of hydromechanical transmissions of transport vehicles. Part 1: Structure of hydromechanical transmission, hydrodynamic transmission]. Kurgan, KGU Publ., 1998. 96 p. (In Russian)Харитонов С.А. Автоматические коробки передач. – М.: ООО Издательство Астрель; ООО «Издательство АСТ», 2003. – 335 с.Kharitonov S.A. [Automatic transmissions]. Moscow, Astrel’ Publ., AST Publ., 2003. 335 p. (In Russian)Нагайцев М.В., Нагайцев М.М., Тараторкин А.И., Харитонов С.А. Гидромеханическая коробка передач: пат. RU 2549343 Рос. Федерация. № 2013133740/11; заявл. 19.07.2013; опубл. 27.04.2015, Бюл. № 12. – 10 с.Nagaytsev M.V., Nagaytsev M.M., Taratorkin A.I., Kharitonov S.A. [Hydromechanic transmission]. Patent RF, no. RU 2549343, 2013. (In Russian)Zongxuan S., Kumar H. Challenges and Opportunities in Automotive Transmission Control / Proc. American Control Conference. – Portland, 2005. – P. 3284–3289.Zongxuan S., Kumar H. Challenges and Opportunities in Automotive Transmission Control. Proc. American Control Conference. Portland, 2005, pp. 3284–3289.Fischer R., Küçükay F., Jürgens G., Najork R., Pollak B. The Automotive Transmission Book. – Springer International Publishing, 2015. – 355 p. ISBN 978-3-319-05262-5, ISBN 978-3-319-05263-2 (eBook). DOI 10.1007/978-3-319-05263-2.Fischer R., Küçükay F., Jürgens G., Najork R., Pollak B. The Automotive Transmission Book. Springer International Publishing, 2015. 355 p. ISBN 978-3-319-05262-5, ISBN 978-3-319-05263-2 (eBook). DOI 10.1007/978-3-319-05263-2.Mishra K.D., Srinivasan K., Cardwell G. Modeling, Control, and Adaption for Shift Quality Control of Automatic Transmissions // SAE Technical Papers. – 2019. – № 2019-01-1129. DOI: 10.4271/2019-01-1129.Mishra K.D., Srinivasan K., Cardwell G. Modeling, Control, and Adaption for Shift Quality Control of Automatic Transmissions. SAE Technical Papers, 2019, no. 2019-01-1129. DOI: 10.4271/2019-01-1129.Sun Z., Zhu G.G. Design and control of automotive propulsion systems. – Taylor and Francis Group LLC. ISBN 978-1-4398-2019-3 (eBook – PDF), (2015Х).Sun Z., Zhu G.G. Design and control of automotive propulsion systems. Taylor and Francis Group LLC. ISBN 978-1-4398-2019-3 (eBook – PDF), (2015Х).Dörr C., Kalczynski H., Rink A., Sommer M. NineSpeed Automatic Transmission 9G-Tronic by MercedesBenz // ATZ worldwide. – 2014. – No. 116. – P. 20–25. DOI 10.1007/s38311-014-0006-5.Dörr C., Kalczynski H., Rink A., Sommer M. Nine-Speed Automatic Transmission 9G-Tronic by Mercedes-Benz. ATZ worldwide, 2014, no. 116, pp. 20–25. DOI 10.1007/s38311-014-0006-5.Львовский К.Я., Черпак Ф.А., Серебряков И.Н., Щельцын Н.А. Трансмиссии тракторов. – М.: Машиностроение, 1976. – 280 с.L’vovskiy K.Ya., Cherpak F.A., Serebryakov I.N., Shchel’tsyn N.A. [Tractor transmissions]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1976. 280 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.