ES2225003T3 - Unidad ppara la operacion servo asistida de una caja de cambios de un vehiculo a motor. - Google Patents

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.