ES2225003T3 - Unidad ppara la operacion servo asistida de una caja de cambios de un vehiculo a motor. - Google Patents
Unidad ppara la operacion servo asistida de una caja de cambios de un vehiculo a motor.Info
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Abstract
Un vehículo a motor que incluye una unidad para la operación servo asistida de una caja de cambios (C) del vehículo a motor dispuesta en el compartimento (V) del motor del vehículo a motor, y provista de un par de miembros operativos mecánicos para la selección y la conexión, respectivamente, del movimiento combinado que da lugar al engranaje de una de las relaciones de transmisión de la caja de cambios (C); comprendiendo la unidad medios actuadores (9a) que pueden controlar el movimiento combinado de los miembros operativos mecánicos en respuesta a la posición de un medio (L) remoto de palanca de cambio, a través de elementos (3, 4) de transmisión mecánica alargados, y una unidad (41) de control electrónico para controlar la actuación de los medios actuadores (9a); estando la unidad caracterizada porque la unidad (41) de control electrónico y los medios actuadores (9a) están dispuestos en un entorno (A) separado del compartimento (V) del motor.
Description
Unidad para la operación
servo-asistida de una caja de cambios de un vehículo
a motor.
La presente invención se refiere, en general, a
unidades operadoras de cajas de cambios para vehículos a motor, de
acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Una "unidad operadora de caja de cambios" se
entiende que define el conjunto de dispositivos que permite que una
relación de transmisión o tren de engranajes para el movimiento del
vehículo, sea engranado en base a una operación manual o a una
regulación motriz dispuesta por el conductor del vehículo.
En las cajas de cambio mecánicas, la relación o
engranaje deseado, se engrana controlando las posiciones de un par
de palancas que se proyectan desde la caja de cambios, y por medio
de las cuales resulta posible alterar la configuración de los
miembros de transmisión dispuestos en la misma. Cada una de las dos
palancas ha sido prevista para verse afectada por uno de los dos
movimientos en los que el movimiento de la palanca de cambios sufra
una avería, los cuales son conocidos como movimientos de selección
y de engrane, y las diversas combinaciones que definen una relación
de transmisión particular de la caja de cambios.
Lo más habitual es que las unidades operadoras de
la caja de cambios sean totalmente mecánicas. En este caso, el
conductor del vehículo puede conectar un engranaje de la caja de
cambios actuando sobre una palanca de cambio que se encuentra
dispuesta en el compartimento de pasajeros del vehículo, y que está
en posición remota respecto a la caja de cambios, y que está
conectada, por medio de un par de elementos mecánicos móviles, a
las palancas que se proyectan desde la carcasa de la caja de
cambios. Estos elementos mecánicos pueden ser rígidos o flexibles.
En el último caso, pueden estar constituidos por cables de vaivén,
es decir, cables del tipo que comprenden un cable operativo montado
de modo que desliza por el interior de una funda. En cualquier
caso, estos elementos mecánicos móviles transmiten el movimiento de
la palanca de cambios a las palancas operativas que se proyectan
desde la carcasa de la caja de cambios.
Sin embargo, las unidades operadoras de cajas de
cambios mecánicas tienen algunas desventajas. Por ejemplo, la
longitud de la palanca de cambios ha de ser tal que permita que se
controle la conexión de los diversos engranajes como resultado de
la aplicación de fuerzas moderadas por parte del conductor del
vehículo, y la palanca de cambios pueda ser por ello realmente
voluminosa. Además, debido a las temperaturas de trabajo y debido a
que los elementos del sistema, es decir, los elementos mecánicos
móviles y los diferentes elementos asociados a los mismos, tales
como los soportes de reacción, los casquillos y los anillos de
sellado, pueden producir elasticidad, los desplazamientos que han
de ser impartidos a la palanca de cambios con el fin de llevar a
cabo relaciones correctas de la conexión de transmisión de la caja
de cambio, son por lo general mayores que los desplazamientos
teóricos, y no son constantes. Además, si los elementos mecánicos
móviles están formados por cables de vaivén, debido a la holgura
entre los cables deslizantes y sus fundas, la palanca de cambios
puede vibrar, generando ruido, en determinadas condiciones
operativas del motor del vehículo.
También se conocen unidades automáticas o servo
asistidas, para operar cajas de cambios mecánicas; en estas
unidades, la palanca de cambio no transmite las fuerzas necesarias
para el engrane de las diversas relaciones de transmisión de manera
directa y mecánicamente, sino que permite controlar las condiciones
operativas de actuadores hidráulicos y/o eléctricos, por ejemplo,
válvulas de solenoide que provocan el movimiento de las palancas
operativas que se proyectan desde la caja de cambios. En este caso,
los dispositivos actuadores están dispuestos normalmente en la
parte superior de la caja de cambios, de modo que estén capacitados
para interactuar con estas palancas operativas directamente. En
particular, los actuadores hidráulicos y/o eléctricos están
controlados por medio de una unidad de control central que está
también dispuesta normalmente de forma adyacente a la unidad
actuadora, y de este modo también en la carcasa de la caja de
cambios.
Las unidades operadoras de caja de cambios
servo-asistidas conocidas proporcionan diversas
formas de movimiento de la palanca de cambio. En particular, es
posible disponer de diseños operativos en los que la palanca de
cambio puede moverse sustancialmente a lo largo de una trayectoria
recta, a lo largo de la cual se han definido una pluralidad de
posiciones, correspondiendo cada posición con un tipo diferente de
control de la caja de cambios. En algunos casos, adicionalmente a
continuación del movimiento rectilíneo usual, la palanca de cambio
puede moverse también de forma transversal en relación con el mismo,
en una posición predeterminada, con el fin de seleccionar lo que se
conoce como modo secuencial de operación, que comprende dos
posiciones que son opuestas con relación a una posición neutra, y
cada una de las cuales corresponde con un aumento o una reducción
de una relación de transmisión de la caja de cambios. Como
alternativa a la sección de operación secuencial, puede existir una
sección operadora que proporcione diversas posiciones dispuestas en
una rejilla que simule las posiciones correspondientes a los
engranajes de un control mecánico convencional.
Además, en algunas unidades operadoras
servo-asistidas, se han previsto botones pulsadores
adicionalmente al control de palanca, y que pueden estar situados,
por ejemplo, en el salpicadero, para seleccionar modos particulares
de control de caja de cambios, o en el volante de dirección, por
ejemplo, en forma de un par de botones pulsadores que permitan al
conductor del vehículo impartir un control secuencial,
correspondiendo un botón pulsador a un aumento de la relación de
transmisión, mientras que el otro corresponde a una disminución de
la relación de transmisión.
Más específicamente, la invención se refiere a
una unidad para la actuación servo-asistida de una
caja de cambios de vehículo a motor, que tiene un par de miembros
operativos mecánicos para su selección y conexión, respectivamente,
cuyo movimiento combinado permite llevar a cabo el engranaje de una
de las relaciones de transmisión de la caja de cambios,
comprendiendo la unidad medios actuadores que pueden controlar el
movimiento combinado de los miembros operativos mecánicos
dependiendo de la posición de los medios remotos de control de la
palanca de cambio. Una unidad genérica de este tipo se conoce a
partir del documento FR-A-2 777
834.
Sin embargo, las cajas de cambios
servo-asistidas del tipo que se mencionan en lo que
antecede tienen la desventaja de que la selección de engranaje, es
decir, la conexión de los trenes de engranaje, está encargada
totalmente, o al menos parcialmente, a una unidad de control
electrónico que por lo general está fuera de que el conductor tenga
la sensación de control directo de la operación de la caja de
engranajes, privándole así del placer de controlar el vehículo
directamente.
Además, en las cajas de cambio servo asistidas
conocidas, el hecho de que los dispositivos actuadores de la caja
de cambios estén dispuestos en el interior del compartimento del
motor, necesita la provisión de espacio en el que alojarlos. Esto
constituye por lo general un problema, puesto que el espacio
disponible en los compartimentos del motor de los vehículos a motor
fabricados en la actualidad, es muy pequeño. Además, el
compartimento motor constituye, en cualquier caso, un ambiente
hostil con relación a la instalación de dispositivos eléctricos y/o
electrónicos, debido a las altas temperaturas que se alcanzan en
este compartimento, debido al hecho de que se encuentran presentes
en el mismo sustancias agresivas tales como líquidos y gases, y
debido a que los dispositivos presentes en este compartimento están
sujetos a esfuerzos mecánicos debidos a la vibración de los
sistemas que contiene el compartimento.
Por estos motivos, se hace necesario proporcionar
protección especial para los dispositivos actuadores de la caja de
cambios cuando los mismos han de estar dispuestos en el
compartimento del motor, lo que también agrava los problemas
mencionados anteriormente resultantes de la pequeña cantidad de
espacio disponible.
Con el fin de superar las desventajas de las
soluciones conocidas, el objeto de la invención consiste en una
unidad operadora del tipo mencionado anteriormente, que tiene las
características especificadas en la parte caracterizadora de la
reivindicación 1.
En virtud de esta solución, es posible producir
una caja de cambios servo asistida cuyos dispositivos actuadores
pueden ser remotos de la carcasa de la caja de cambios y, más
específicamente, por el exterior del compartimento del motor. De
este modo resulta posible fabricar una unidad operadora que sea más
fiable en general, tanto en comparación con las unidades operadoras
convencionales de una caja de cambios mecánica, como en comparación
con las unidades operadoras de caja de cambios servo asistida
conocidas.
Además, la estructura de la unidad de control de
la invención, la cual proporciona el uso de una conexión de tipo
similar a la utilizada en cajas de cambio mecánicas convencionales
para la conexión a las palancas operadoras de caja de cambios
dispuestas sobre la carcasa de la caja de cambios, permite que una
unidad operadora servo asistida sea acoplada en vehículos dotados
originalmente de una caja de cambios puramente mecánica.
De acuerdo con una característica preferida de la
invención, la unidad operadora incluye una unidad de control
electrónico interpuesta operativamente entre medios para controlar
el movimiento de los elementos alargados de transmisión mecánica y
medios sensores que pueden detectar la posición instantánea de los
medios remotos de palanca de cambio, estando la unidad dispuesta
para procesar las señales procedentes de los medios sensores, y para
enviar señales operativas a los medios de control con el fin de
ocasionar el movimiento de los elementos de transmisión alargados de
tal manera que estos elementos ocasionen la conexión de una
relación de transmisión de la caja de cambios que corresponda con
la posición instantánea de los medios de palanca de cambio
remota.
La unidad de control conforme a la invención,
incluye así una porción puramente mecánica, para interconectar con
la caja de cambios, en particular con sus miembros operativos
mecánicos, y una porción que incluye componentes electrónicos y
electromecánicos, y estas porciones pueden estar dispuestas en el
compartimento del motor y en el compartimento de pasajeros del
vehículo, respectivamente.
La porción mecánica de la unidad no ocupa, por lo
tanto, ningún espacio en el compartimento del motor que no sea el
ocupado normalmente por una unidad operadora mecánica convencional,
mientras que la porción que se aloja completamente en el
compartimento de pasajeros, y que está menos sujeta a condiciones
hostiles de trabajo, tiene las ventajas intrínsecas de las unidades
de control servo asistidas. En particular, estas ventajas consisten
en el hecho de que resulta posible proporcionar una palanca de
cambio más corta y más pequeña, la cual ahorra espacio útil en el
interior del compartimento de pasajeros del vehículo, y reduce
riesgos para los pasajeros en caso de impacto. Además, gracias al
hecho de que la palanca de cambio es más compacta, los
desplazamientos necesarios para su movimiento, y las cargas
requeridas para conectar las diversas relaciones de transmisión de
la caja de cambios, se reducen.
Además, debido a que la palanca de cambio no
actúa sobre miembros de transmisión mecánica directamente, tanto los
desplazamientos como las cargas de la palanca son constantes y
repetibles, puesto que la cesión elástica que es típica de las
unidades operadoras mecánicas, y con ello cualquier vibración de
elementos del sistema, están totalmente ausentes.
Merced al uso de una palanca de cambio, cuya
posición está monitorizada por medio de sensores, también es
posible proporcionar posiciones adicionales de la palanca junto con
las previstas normalmente para las unidades operadoras mecánicas,
con funciones adicionales, por ejemplo, en relación con controles
particulares de la caja de cambios durante condiciones operativas
específicas tales como, por ejemplo, cuando el vehículo está
estacionado.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción
detallada que sigue, proporcionada únicamente a título de ejemplo
no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en
los que:
La Figura 1 es una vista general esquemática de
una unidad operadora de acuerdo con la invención;
La Figura 2 es una vista en alzado lateral
esquemática, de un servomecanismo asociado a la unidad de la Figura
1, y
La Figura 3 es una vista en alzado de la porción
indicada mediante la flecha III de la Figura 2.
Haciendo inicialmente referencia a la Figura 1,
una unidad conforme a la invención para la actuación servo asistida
de una caja de cambios C de un vehículo a motor, ha sido indicada
en general con 1. La caja de cambios C comprende una carcasa B
conectada, de manera en sí conocida, a una unidad M de potencia del
vehículo, estando tanto la caja de cambios C como la unidad de
potencia M dispuestas en el compartimento motor V del vehículo.
Un par de miembros operativos mecánicos, por
ejemplo, constituidos por palancas de selección y de engranaje,
respectivamente (no representadas en los dibujos), se proyectan
desde la carcasa B de la caja de cambios, también de manera
conocida, permitiendo su movimiento combinado que las diversas
relaciones de transmisión de la caja de cambios C sean
engranadas.
Un cable 3, 4 de vaivén respectivo, es decir, un
cable que incluye una funda 3b, 4b por el interior de la cual puede
deslizar un cable flexible 3a, 4a, ha sido conectado, con
preferencia, a cada una de estas palancas. La funda 3b, 4b se
extiende, en particular, entre dos elementos de reacción opuestos,
uno de los cuales está formado, por ejemplo, por un elemento 6 de
tope, fijado a la carcasa B, mientras que el otro está constituido
ventajosamente por una separación P a prueba de fuego, que separa
el compartimento motor V y el compartimento A de pasajeros del
vehículo a motor. Los cables 3a, 4a flexibles se extienden a través
de la separación P, y cada uno de ellos se ha conectado al extremo
de un eje 13, 14 respectivo que se extiende desde una caja 9 montada
en el compartimento A, en las proximidades de la separación P.
La caja 9 aloja un par de servomecanismos, cada
uno de los cuales incluye un actuador lineal electromecánico para
controlar el movimiento del cable 3a, 4a respectivo, y solamente
uno de los cuales ha sido representado en la Figura 2, en la que se
ha indicado con 9a.
La elección de dos actuadores distintos para
controlar los miembros operativos mecánicos mencionados
anteriormente, constituye claramente una opción que puede ser
preferible en algunas situaciones de uso, pero que ciertamente no
es esencial para los objetivos de la implementación de la invención.
En particular, la invención puede ser implementada con medios
actuadores que pueden diferir en número y tipo de los que aquí se
describen e ilustran, siempre que los mismos estén capacitados para
controlar los miembros operativos mencionados anteriormente de una
manera equivalente.
El eje 13 (14) deslizante del actuador 9a, se ha
formado ventajosamente de manera integral con un elemento 15 de
tornillo que está dispuesto coaxialmente en el interior de una
carcasa 17 cilíndrica hueca, de modo que su fileteado externo
engrana con un fileteado 19 interno de la carcasa 17. La carcasa 17
dispone de un par de aberturas axiales a través de las cuales se
proyecta el eje 13 por uno de los lados, y se proyecta el eje 13a
por el lado opuesto, siendo los ejes 13 y 13a coaxiales uno con el
otro. Los ejes 13 y 13a tienen, en particular, la función de
elementos de guía para guiar el movimiento rectilíneo del elemento
15 de tornillo adelante y atrás a lo largo de la cavidad interna de
la carcasa 17, como resultado de la rotación de la carcasa 17.
Se ha formado un conjunto de dientes en la
superficie externa de la carcasa 17 para su engrane mediante un
conjunto correspondiente de dientes de un primer engranaje 25 de
una unidad 23 de reducción. La unidad 23 de reducción comprende
también otro engranaje 27 conectado rígidamente al engranaje 25, y
montado coaxialmente con el mismo, de modo que resulta libremente
giratorio en un eje 29 paralelo con el eje de movimiento del
tornillo 15 en relación con el roscado 19 interno, estando los
engranajes 25 y 27 unidos para su rotación conjunta. El engranaje
27 engrana, a su vez, con un piñón 31 enchavetado con un eje motriz
33 de un motor 35 eléctrico, cuyo eje es paralelo con el eje 13. El
motor 35 está soportado por un bastidor 37 que posee un par de
paredes 37a, 37b principales opuestas, conectadas una a la otra por
medio de columnas de fijación, teniendo cada pared 37a, 37b un
orificio pasante 38a, 38b respectivo, a través de los cuales pueden
extenderse los ejes 13 y 13a.
El motor 35 está conectado por medio de un
cableado 40, con una unidad 41 de control electrónico, la cual está
conectada, a su vez, por medio de otro cable 42, con una unidad 44
de soporte de una palanca L de cambio. La palanca L puede ser, en
particular, móvil, de modo que alcanza una pluralidad de posiciones
dispuestas según una configuración en forma de rejilla, por ejemplo,
del tipo correspondiente a la de las palancas de cambio mecánicas
normales.
Dentro de la unidad 44 de soporte existen medios
sensores que no han sido representados en detalle debido que son de
tipo conocido, o están dentro del alcance de un experto en la
materia, y que pueden reconocer el alcance, por parte de la palanca
L, de cada una de sus posiciones correspondientes a la conexión de
un engranaje de la caja de cambios C.
Las señales detectadas por los sensores asociados
a la unidad 44 de soporte son transmitidas, por lo tanto, por medio
del cable 42 hasta la unidad 41 de control electrónico, la cual las
procesa y genera señales correspondientes para operar los
actuadores 9a. Estas señales son transmitidas después a los motores
35 de los respectivos actuadores 9a por medio del cable 40. El
alcance de una de las posiciones para la conexión de una relación
de transmisión por medio de la palanca L, da así como resultado la
conexión de la correspondiente relación de engranaje de la caja de
cambios C por medio de los actuadores de la caja 9.
El sistema descrito anteriormente tiene, en
particular, la considerable ventaja de ser fácilmente
intercambiable con una unidad operadora de caja de cambios mecánica
convencional, incluso después de la fabricación del vehículo
respectivo, merced al hecho de que no requiere ningún cambio en el
espacio disponible, o la adición de sistemas auxiliares en el
interior del compartimento del motor. Además, la unidad 41 de
control electrónico puede operar independientemente de los otros
sistemas del vehículo, de modo que no tiene que estar
necesariamente interconectada con otras unidades de control
electrónico montadas en el vehículo, de modo que la unidad
operativa conforme a la invención tiene la ventaja de estar
capacitada para operar en configuración "aislada", como en el
caso de las unidades operadoras mecánicas convencionales. La unidad
41 de control electrónico puede estar dispuesta, en cualquier caso,
de modo que sea conectada a cualesquiera otros sistemas
electrónicos del vehículo, en cuyo caso la actuación de la unidad
operadora de la caja de cambios puede tener en cuenta la
información procedente de otros sistemas del vehículo, en
funcionamiento, de manera "integrada" con los otros sistemas
del vehículo.
Claims (10)
1. Un vehículo a motor que incluye una unidad
para la operación servo asistida de una caja de cambios (C) del
vehículo a motor dispuesta en el compartimento (V) del motor del
vehículo a motor, y provista de un par de miembros operativos
mecánicos para la selección y la conexión, respectivamente, del
movimiento combinado que da lugar al engranaje de una de las
relaciones de transmisión de la caja de cambios (C); comprendiendo
la unidad medios actuadores (9a) que pueden controlar el movimiento
combinado de los miembros operativos mecánicos en respuesta a la
posición de un medio (L) remoto de palanca de cambio, a través de
elementos (3, 4) de transmisión mecánica alargados, y una unidad
(41) de control electrónico para controlar la actuación de los
medios actuadores (9a); estando la unidad caracterizada
porque la unidad (41) de control electrónico y los medios actuadores
(9a) están dispuestos en un entorno (A) separado del compartimento
(V) del motor.
2. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la
unidad (41) de control electrónico y los medios actuadores (9a)
están dispuestos en el compartimento (A) de pasajeros del vehículo
a motor.
3. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que se
caracteriza porque los elementos de transmisión mecánica
alargados comprenden dos cables (3, 4) de vaivén.
4. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque los elementos (3, 4) de transmisión
mecánica alargados están dispuestos predominantemente en el
compartimento (V) del motor.
5. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, que se
caracteriza porque los elementos (3, 4) de transmisión
mecánica alargados se extienden a través de una separación (P) a
prueba de fuego, intercalada entre el compartimento (V) del motor y
el compartimento (A) de pasajeros, estando los medios actuadores
(9a) dispuestos en las proximidades de la separación (P) a prueba
de fuego.
6. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con las reivindicaciones 3 y 5, que se caracteriza
porque la separación (P) a prueba de fuego constituye un elemento
de reacción para una funda (3b, 4, 4b) para deslizamiento de un
cable (3a, 4a) de un cable (3, 4) respectivo de vaivén.
7. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque incluye además medios sensores que están
conectados operativamente con la unidad (41) de control
electrónico, y que pueden detectar la posición instantánea de una
palanca (L) de cambio de la caja de cambios (C), estando la unidad
(41) de control dispuesta de modo que procesa las señales
procedentes de los medios sensores, y para enviar señales
operativas a los medios actuadores (9a) con el fin de ocasionar el
movimiento de los elementos (3, 4) de transmisión alargados, de tal
manera que estos elementos ocasionan la conexión de una relación de
transmisión de la caja de cambios (C) que corresponde a la posición
instantánea de la palanca de cambios (L).
8. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque los medios actuadores (9a) incluyen, para
cada elemento (3, 4) de transmisión mecánica alargado, un motor
eléctrico (35) que puede hacer girar una carcasa (17) cilíndrica que
posee un roscado (19) interno en relación de engranaje con un
elemento (15) de tornillo conectado a un extremo del elemento (3,
4) respectivo.
9. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con la reivindicación 8, que se caracteriza porque el
motor eléctrico (35) posee un eje motriz (33) en el que se ha
enchavetado un piñón (31), engranando el piñón con un engranaje
(27) conectado en cuanto a rotación con otro engranaje (25) que
engrana con un engranaje de anillo conectado a la superficie externa
de la carcasa (17) cilíndrica.
10. Un vehículo a motor que incluye una unidad de
acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, que se
caracteriza porque el elemento (15) de tornillo incluye un
eje (13, 13a) coaxial e integral, que tiene la función de guía
rectilínea para el movimiento del elemento (15) de tornillo en
relación con el roscado (19) interno de la carcasa (17) cilíndrica,
y estando un extremo (13) del eje coaxial conectado con un extremo
de un elemento (3, 4) de transmisión mecánica alargado
respectivo.
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