TCT: Κιβώτιο διπλού συμπλέκτη της Fiat

Το 2006 η Fiat Power Technologies (FTP) αντιμετώπισε την αναγκαιότητα να αναβαθμίσει την προσφερόμενη γκάμα της στα κιβώτια ταχυτήτων, σε μία τάξη ροπής μεταξύ 200 και 350 Nm. Αυτό προσέφερε μία σημαντική ευκαιρία για εξέλιξη και εν τέλει την παρουσίαση του αυτοματοποιημένου χειροκίνητου κιβωτίου ταχυτήτων με την εμπορική ονομασία TCT (Twin Clutch Transmission), σαν μία επιπλέον τεχνολογική προσθήκη στις επιλογές της φίρμας.

Η τεχνολογία διπλού συμπλέκτη ξηρού τύπου ωστόσο δεν αποτελεί την πιο compact σε διαστάσεις λύση και έτσι χρειάστηκε μία σειρά από ειδικές σχεδιαστικές εφαρμογές για να ολοκληρωθεί η εξέλιξη. Οι κύριοι στόχοι στη φάση εξέλιξης της νέας οικογένειας κιβωτίων ταχυτήτων του Gruppo Fiat ήταν να βρεθούν οι τεχνικές λύσεις ώστε:

• να μειωθεί ο όγκος των συστημάτων μετάδοσης
• τόσο οι χειροκίνητες όσο και οι αυτοματοποιημένες εκδοχές να μοιράζονται μεγάλο μέρος εξαρτημάτων και αρχιτεκτονικής και –προφανώς– την ίδια γραμμή παραγωγής.

Για τον παραπάνω λόγο, η αρχιτεκτονική των νέων κιβωτίων ταχυτήτων, βασίστηκε σε παλαιότερες και δοκιμασμένες εφαρμογές της FPT. Από την μελέτη, εξέλιξη και τεχνική εφαρμογή προέκυψαν δύο σύνολα μετάδοσης, το C635 MT (manual transmission) και το C635 DDCT (dual dry clutch transmission), τα οποία μοιράζονται πολλά κοινά μέρη και μεγάλες δυνατότητες εξέλιξης και διαφοροποίησης ανάλογα με το μοντέλο που θα εξοπλίσουν. Η μονάδα παραγωγής των κιβωτίων C635, με έδρα την πόλη της Verrone (Biella) στα βόρεια της Ιταλίας, έχει ετήσια παραγωγή και τοποθέτηση 400 μονάδων (χειροκίνητα και αυτοματοποιημένα κιβώτια).

 

Αυτοματοποιημένο κιβώτιο C635 DDCT

Η αρχιτεκτονική φιλοσοφία του νέου πλήρως αυτοματοποιημένου κιβωτίου ταχυτήτων, ακολουθεί την λογική των τριών αξόνων, με το σώμα του να αποτελείται από δύο αλουμινένια τμήματα (καβούκια) και τον ενδιάμεσο σύνδεσμο για τα ρουλεμάν των αξόνων. Αυτή η λύση επέτρεψε την τοποθέτηση του διαφορικού πιο κοντά στον κινητήρα, βοηθώντας ακόμη περισσότερο την χρήση του συγκεκριμένου κιβωτίου ταχυτήτων σε μικρότερου μεγέθους αυτοκίνητα (π.χ. σουπερμίνι). Το σύστημα των αξόνων με τα γρανάζια είναι αρκετά πιο συμπαγές ως προς το μέγεθος και το μήκος του δευτερεύοντος άξονα είναι ελαφρώς μικρότερο από τα συνηθισμένα για να επωφεληθεί ακόμη περισσότερο η χωροταξική διάταξη στα μικρότερα μοντέλα (αλλά και η απόδοση ασφαλείας σε μία πρόσκρουση), ενώ η 4η σχέση μοιράζεται τον άξονα με την 6η, όπως επίσης θα μοιράζονται η 5η με την 7η (μελλοντικά). Το πιο καινοτόμο χαρακτηριστικό του νέου κιβωτίου ταχυτήτων είναι η χρήση ενός ομοαξονικού συστήματος άξονα ώσης για την ενεργοποίηση του πρώτου συμπλέκτη (των μονών σχέσεων), την ώρα που ο δεύτερος συμπλέκτης (των ζυγών σχέσεων) ενεργοποιείται από ένα υδραυλικό σύστημα εμβόλου (Concentric Slave Cylinder). Επίσης, όλα τα σετ των συνχρονιζέ μοιράζονται τα ίδια βασικά εξαρτήματα και είναι παρόμοια (ή και ίδια) με αυτά του αντίστοιχου χειροκίνητου κιβωτίου, πράγμα που σημαίνει μία διαφορετική λογιστική - οικονομοτεχνική προσέγγιση σε σχέση με τις κατασκευές άλλων αυτοματοποιημένων συστημάτων μετάδοσης.

Τέλος, οι τέσσερις φουρκέτες επιλογής σχέσης καθοδηγούνται από δύο άξονες. Μία πιο εξειδικευμένη διαμόρφωση επιτρέπει και σε αυτή την περίπτωση τα ίδια εξαρτήματα να χρησιμοποιούνται από το μηχανικό και το αυτοματοποιημένο κιβώτιο ταχυτήτων. Ειδικότερα τα δύο αυτά συστήματα επιλογής των σχέσεων, διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στο σχήμα και στον τρόπο που είναι ενωμένα μεταξύ τους.

 

Βασικά χαρακτηριστικά του αυτοματοποιημένου συστήματος μετάδοσης C635 DDCT

 

 

 

Μονάδα διπλού συμπλέκτη ξηρού τύπου

Στο σύστημα διπλού συμπλέκτη έχει γίνει ειδική μελέτη σε ότι αφορά τον περιορισμό του μεγέθους και του βάρους. Αυτό το χαρακτηριστικό, σε συνδυασμό με τα προαναφερθέντα, αποτελούν τα βασικά προτερήματα και καινοτομίες της νέας γενιάς του αυτοματοποιημένου κιβωτίου C635 DDCT. Ο διπλός συμπλέκτης είναι πολύ κοντά στην φιλοσοφία λειτουργίας με έναν συμβατικό συμπλέκτη χειροκίνητης διάταξης και έχει έναν πολύ ανθεκτικό μηχανισμό. H επιλογή ενός “κλασσικού” συστήματος κεντρικού συμπλέκτη υποδείχθηκε εξ' αρχής για λόγους μείωσης της κατανάλωσης καυσίμου.

Ο πρώτος συμπλέκτης είναι ελεγχόμενος ως προς την θέση του μέσω της ηλεκτρονικής μονάδας και ανά πάσα στιγμή ρυθμίζεται μέσω ενός υδραυλικού εμβόλου, με αποτέλεσμα η απόστασή του από τους κώνους μετάδοσης να μην ξεπερνά ποτέ το ιδανικό. Ο δεύτερος συμπλέκτης είναι κανονικά ανοιχτός και ελέγχεται ως προς την δύναμη (με υδραυλική πίεση). Αυτή η επιλογή προτιμήθηκε επίσης για χωροταξικούς λόγους, αφού η υιοθέτηση ενός επιπλέον δευτερεύοντος κυλίνδρου θα αύξανε την πολυπλοκότητα της κατασκευής και της λειτουργίας του κιβωτίου ταχυτήτων.

Οι δύο συμπλέκτες επενεργούν πάνω σε ένα ενδιάμεσο βολάν, το οποίο μαζί με τα δύο πλατό, έχει σχεδιαστεί και μελετηθεί με βάση την θερμική συμπεριφορά του συστήματος, σε μοντέλο προσομοίωσης των πιο ακραίων συνθηκών. Η κεντρική ηλεκτρονική μονάδα, που ελέγχει την λειτουργία των δύο συμπλεκτών, βρίσκεται στο “καβούκι” που περιβάλει το σύστημα.

Η όλη εφαρμογή του συστήματος διπλού συμπλέκτη ξηρού τύπου έχει πολύ περιορισμένες διαστάσεις και αυτό επιτεύχθηκε χάριν στη υιοθέτηση ενός κοινού “συστήματος ενεργοποίησης”, το οποίο στηρίζεται σε κοινή βάση – ρουλεμάν.

 

Σύστημα ηλεκτροϋδραυλικού ενεργοποιητή

Οι συμπλέκτες καθώς και οι αλλαγές των σχέσεων στο C635 DDCT, λειτουργούν με την βοήθεια ηλεκτροϋδραυλικών αντλιών, μέσα από ένα ειδικά σχεδιασμένο, κλειστό υδραυλικό κύκλωμα. Η συγκεκριμένη λογική κατασκευής επιλέχθηκε βάση της τεχνογνωσίας που έχει η FPT σε παρόμοια συστήματα, σε παλαιότερες ημι-αυτόματες εφαρμογές. Το σύστημα αποτελείται από μία υδραυλική μονάδα, η οποία περιέχει την ηλεκτρική αντλία υψηλής πίεσης, τον συσσωρευτή και το σύστημα του ενεργοποιητή. Ο τελευταίος με την σειρά του περιέχει τον έλεγχο των σωληνοειδών βαλβίδων, την μονάδα αλλαγών των σχέσεων και τους ηλεκτρονικούς αισθητήρες. Το λάδι που υπάρχει στο υδραυλικό κύκλωμα είναι το ίδιο με αυτό που χρησιμοποιείται στις προϋπάρχουσες εφαρμογές των ΑΜΤ κιβωτίων ταχυτήτων της FPT.

Η υδραυλική πίεση που ασκείται στον ενεργοποιητή του συστήματος συμπλεκτών, υπό φυσιολογικές συνθήκες οδήγησης, δεν ξεπερνά τα 20 bar, αλλά η αντλία είναι ικανή να δώσει από 40 με 50 bar. Η λειτουργία της αντλίας σε συνθήκες οδήγησης στην πόλη σπάνια ξεπερνά το 25% των δυνατοτήτων της, μία ακόμη απόδειξη της υψηλής αποδοτικότητας του συστήματος.

Ο συμπλέκτης και το σύστημα του ενεργοποιητή (μαζί ονομάζεται CAM) αποτελείται από τέσσερα ενεργά έμβολα που δίνουν την “ώθηση” για την λειτουργία των φουρκετών που επιλέγουν τις σχέσεις μετάδοσης, ένα στρόφιο που επιλέγει την εκάστοτε φουρκέτα και 5 σωληνοειδείς βαλβίδες, από τις οποίες οι 4 είναι ανάλογες της πίεσης και 1 ανάλογη της ροής. Όλες οι σωληνοειδείς βαλβίδες είναι παρόμοιες με τις ήδη εφαρμοσμένες λύσεις της FPT στα κιβώτια ταχυτήτων AMT της γκάμας της και έχουν αποδείξει την αντοχή τους και την σωστή λειτουργία τους. Το σύστημα ενεργοποίησης από την άλλη, αποτελείται από 5 γραμμικούς αισθητήρες θέσεως, έναν για κάθε έμβολο λειτουργίας και ένα για το σύστημα αλλαγών σχέσης, καθώς και δύο αισθητήρες ταχύτητας, που διαβάζουν την ταχύτητα περιστροφής των δύο συμπλεκτών. Τέλος, ένας αισθητήρας πίεσης χρησιμοποιείται για να ελέγχεται ο δεύτερος συμπλέκτης, ενώ ο αισθητήρας θέσης του πρώτου συμπλέκτη είναι ενσωματωμένος μέσα στο σύστημα του ενεργοποιητή, περίπου προς το πίσω μέρος του συστήματος μετάδοσης.

Όλο το υδραυλικό σύστημα συναρμολογείται, γεμίζεται με λάδι και δοκιμάζεται πρώτα από τους προμηθευτές πριν τοποθετηθεί στο σύνολο της μετάδοσης. Επιπλέον, βάση σχεδιασμού το υδραυλικό κύκλωμα του ενεργοποιητή συμπλεκτών και επιλογής σχέσεων εξασφαλίζει ότι, σε περίπτωση δυσλειτουργίας του στροφίου επιλογής σχέσης, θα επιστρέψει στην θέση της νεκράς, η οποία επιτρέπει να κινηθεί το αυτοκίνητο.

 

Σύστημα ελέγχου μετάδοσης TCU (Transmission Control Unit)

Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου της μετάδοσης του κιβωτίου C635 DDCT έχει σχεδιαστεί σαν μία αυτόνομη μονάδα. Η κεντρική μονάδα του (ΜΜC) είναι ένας 32-bit PowerPC επεξεργαστής με συχνότητα λειτουργίας τα 120 Mhz, ενσωματωμένη μνήμη Flash 1.5 Mbytes και στατική on-chip RAM 64kBytes. Ο μικροεπεξεργαστής ανήκει στην οικογένεια των συστημάτων που έχουν χρησιμοποιηθεί στις Multijet και Multiair εφαρμογές του Gruppo και μοιράζονται το ίδιο chipset και βασικό σύστημα εφαρμογών.

Το σύστημα επίβλεψης της ασφάλειας (SSU) έχει πολύ απλοποιημένη σχεδίαση και περιέχει μερικές αναγκαίες επιλογές για την σωστή και ασφαλή συνέχιση της λειτουργίας του κιβωτίου ταχυτήτων σε περίπτωση δυσλειτουργίας της ηλεκτρονικής μονάδας MMC. Ο οδηγός των σωληνοειδών βαλβίδων (SVD), έχει τρία παράλληλα στάδια οδήγησης των πέντε βαλβίδων. Κάθε ένα από αυτά, βασίζεται σε έναν μηχανισμό ειδικά εξελιγμένο για εφαρμογές κιβωτίων ταχυτήτων που χρησιμοποιείται αρκετά από την FPT στους κινητήρες της, εξυπηρετώντας τις λειτουργίες της έκχυσης καυσίμου και του ελέγχου των ενεργοποιητών στις βαλβίδες. Αυτό το λογικό διάγραμμα ηλεκτρονικής λειτουργίας έχει παράλληλη τροφοδότηση από την κεντρική μονάδα για να μειωθεί ο όγκος των πληροφοριών που περνάνε από τον επεξεργαστή ανά πάσα στιγμή.

 

Στρατηγικές ελέγχου μετάδοσης

Το software του C635 DDCT έχει εξελιχθεί για να “τρέχει” σε ένα multitasking περιβάλλον, συνεργαζόμενο με τις απαιτήσεις και προδιαγραφές της κεντρικής μονάδας MMC, αλλά και των εντολών – προγραμματισμού των ανθρώπων της FPT για την προσαρμογή του κιβωτίου ταχυτήτων στις απαιτήσεις μοντέλων διαφορετικών κατηγοριών. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να γίνει αλλαγή στον τρόπο και την ταχύτητα λειτουργίας των ενεργοποιητών, για περισσότερη άνεση ή πιο άμεσες αλλαγές, μπορεί να γίνει τροποποίηση στον τρόπο μετάδοσης της κίνησης αρχικά, για πιο ομαλό πέρασμα της δύναμης στο οδόστρωμα (σε συνθήκες μειωμένης πρόσφυσης), ή ακόμη μπορεί να συνδυαστεί με ένα σύστημα τετρακίνησης.