Autori: Dejan Matijević & dr Goran Vorotović
Studijski program: Mehatronika
U radu je prikazan pregled savremenih mehatroničkih rešenja automatskih menjačkih prenosnika u automobilskoj industriji sa perspektivama razvoja, prvenstveno baziranih na implementaciji odredjenih grana „soft computing-a“, kao što su fuzzy logika i veštačke neuronske mreže kako bi se kreirao optimalan algoritam upravljanja u cilju postizanja željenih performansi vozila ali i uštede u potrošnji goriva, odnosno smanjenja emisije izduvnih gasova.
Savremena elektronska kontrola automatskih menjačkih prenosnika predstavlja integraciju elektronike, hidraulike, računara i komunikacionih protokola. Osnovne funkcije elektronske kontrole ostvaruju se integracijom odgovarajućih senzora i aktuatora u zatvoren sistem, upravljan kontrolnom jedinicom transmisije (TCU – Transmission Control Unit ). Napredne funkcije upravljanja podrazumevaju umrežavanje kontrolnih jedinica vozila, posredstvom CAN (Control Area Network) protokola, u cilju medjusobne razmene informacija, kao što je prikazano na slici 1.
slika 1 : Komunikacija izmedju elektronskih kontrolnih jedinica pomoću CAN protokola
Umrežavanjem se smanjuju ukupni troškovi i kompleksnost pojedinih sistema vozila, uz istovremeno povećanje funkcionalnosti, pouzdanosti i dijagnostičkih funkcija sistema.
Osnovna podela automatskih menjačkih prenosnika prema prinicipu rada :
- automatizovana manuelna transmisija (AMT)
- hidrodinamičko-mehanička transmisija (HMT)
- kontinualno varijabilna transmisija (CVT)
- transmisija sa dvostrukim kvačilom (DCT)
Automatizovana manuelna transmisija (AMT)
Automatizovana manuelna transmisija koristi prednosti manuelne transmisije nad automatskom, čime se postiže visoka efikasnost sistema prenosa. Pravilnim upravljanjem automatizovanom transmisijom motor se eksplatiše u oblastima niže specifične potrošnje, što rezultuje manjom emisijom CO2 u odnosu na vozilo sa manuelnom transmisijom. Takodje, pri ovoj koncepciji transmisije, komanda glavne frikcione spojnice nije potrebna, što vozaču omogućava veći komfor u vožnji i povećanje bezbednosti.
U okviru ove koncepcije postoje dva tipa upravljanja, zavisno od stepena automatizacije. Kod prve izvedbe, ECM (Electric-motor clutch management), sprezanje odgovarajućih zupčastih parova u menjaču vrši vozač direktno preko mehaničkog prenosnog mehanizma, isto kao kod manuelne transmisije. Jedino se aktiviranje glavne frikcione spojnice, koja ima zadatak da uspostavi i prekine tok snage izmedju motora i menjača, vrši elektronskim putem, aktivacijom električnog motora koji dobija upravljački signal od elektronske kontrolne jedinice na osnovu signala senzora koji se nalazi u sklopu komande birača stepena prenosa. Primeri vozila koja koriste ovo tehničko rešenje su : Mercedes A – Class, Fiat Seicento and Hyundai Atoz.
Druga izvedba automatizovane manuelne transmisije je AST (Automated shift transmission) koja se karakteriše potpuno elektronskom promenom stepena prenosa, pri čemu se u sklopu komande birača stepena prenosa nalazi samo senzor pozicije birača bez mehaničke veze sa menjačem. Ovo tehničko rešenje se primenjuje na vozilima : VW Lupo, MCC Smart and Opel Corsa Easytronic.
Hidrodinamičko-mehanička transmisija (HMT)
Osnovna komponenta hidrodinamičko-mehaničke transmisije je konvertor momenta koji je takodje i ulazni element u menjački prenosnik sa amortizujućom funkcijom umanjenja oscilacija obrtnog momenta, nastalih neravnomernim radom motora SUS. Konvertor momenta se u načelu sastoji od pumpnog, turbinskog i statorskog kola u zatvorenom kućištu, ispunjenom uljem. Karakteristika hidrodinamičkih prenosnika je relativno mali stepen korisnosti usled klizanja i trenja fluida, pa shodno tome konvertor momenta sadrži i jednosmernu spojnicu, čija je funkcija mehaničko prespajanje pumpnog i turbinskog kola, kako bi se eliminisali gubici. Pravilno upravljanje jednosmernom spojnicom predstavlja jednu od osnovnih funkcija kontrole ove koncepcije automatske transmisije. U cilju što manjih gubitaka, odnosno što manje potrošnje, jednosmernu spojnicu je potrebno aktivirati što češće uz optimalan nivo vibracija koje se prenose od motora. Različite kontrole jednosmerne spojnice ostvarene su primenom on/off aktuatora, regulatora pritiska i PWM regulatora.
Veliki broj stepeni prenosa koje hidrodinamičko-mehanička transmisija omogućava ostvaruje se uparivanjem elemenata planetarnih prenosnika, posredstvom spojnica i kočnica, upravljanih hidrauličnim uljem.
Pravci razvoja ovog koncepta transmisije odnose se na usavršavanje adaptivnih funkcija kontrole trenutka promene stepena prenosa, funkcije optimalnog smanjenja obrtnog momenta motora prilikom promene u svrhu što manjih gubitaka i bržeg odziva, kao i na usložnjavanje sigurnosnih i dijagnostičkih funkcija, usavršavanjem kontrolnog algoritma i nadglednjam sve više parametara u svrhu određivanja što adekvatnijeg trenutka promene stepena prenosa, kako bi se kompenzovali nedostaci relativno velikih gubitaka.
Kontinualno varijabilna transmisija (CVT)
Princip rada kontinualno varijabilne transmisije baziran je na beskonačno mnogo prenosnih odnosa, čime se sa teorijskog aspekta postiže veća efikasnost procesa prenosa i transformacije parametara snage u odnosu na ostale tipove transmisija. Medjutim, najčešće se u sklopu CVT menjača koristi frikcioni element, koji ima izraženo klizanje i shodno tome utiče na smanjenje ukupnog stepena korisnosti transmisije. Kako bi gubici bili što manji, neophodno je ostvariti optimalnu zategnutost kaiša, što je proporcionalno snazi koja se prenosi, pa su ove transmisije uglavnom u primeni kod manjih i srednjih segmenata vozila.
Princip rada je baziran na remenicama promenjivog prečnika, što uz konstantnu dužinu kaiša rezultuje promenjivim prenosnim odnosom. Principijalni prikaz CVT transmisije dat je na slici 2.
slika 2 : Principijalni prikaz osnovnih elemenata CVT transmisije
U slučaju relativno većih snaga, koriste se umesto gumenih, metalni kaiševi ili lanci, koji proizvode veću buku i imaju manji koeficijent prianjanja, ali nemaju problem istezanja tokom eksploatacije, kao gumeni kaiševi.
Transmisija sa dvostrukim kvačilom (DCT)
Najveća prednost DCT transmisije je brza promena stepena prenosa bez prekida vučne sile. Ovaj tip transmisije karakterističan je po svojoj konstrukciji, koja se sastoji od dva vratila, jedno za neparne (prvi, treći, peti), a drugo za parne (drugi, četvrti, šesti) stepene prenosa, kao što je prikazano na slici 3.
slika 3 : Konstrukcija DCT transmisije
Čim kompjuter detektuje da je brzina obrtanja ulaznog vratila isuviše visoka u odredjenom stepenu prenosa, priprema naredni stepen prenosa sprezanjem odgovoarajuće sinhro-spojnice sa tim zupčastim parom. Tek onda se vrši prenos toka snage sa jednog vratila na drugo. Zbog izuzetnih performansi DCT transmisija je izuzetno primenjiva u sportskim vozilima.
Kontrolna upravljačka jedinica sadrži adaptivne funkcije učenja optimalne regulacije pozicije kvačila, aktuatora kroz modulaciju pritiska.
Savremeni pravci razvoja
Od 2013. godine inženjeri Rolls – Royca patentirali su novi sistem kontrole automatske transmisije, gde je kontrolna jedinica transmisije povezana sa GPS prijemnikom. Na taj način vrši se predikcija stepena prenosa na osnovu profila puta ispred vozila.
Još složenija kontrola, koja nas očekuje u bliskoj budućnosti u širokim razmerama, uključiće primenu veštačke intaligencije u sisteme upravljanja vozilima, pa shodno tome i u sistem kontrole automatske transmisije. Osnova svega je naravno fuzzy logika, koja pri odlučivanju uzima u obzir stepen prisutnosti odredjenog elementa u sistemu, pre nego egzaktnu definiciju njegove prisutnosti, po modelu, “true or false”. Primena fuzzy logike i veštačkih neuronskih mreža omogućava kalibraciju velikog broja varijabli sistema, kao i takozvano real-rime učenje.
Blok dijagram kontrole automatske transmisije koja uključuje GPS navigaciju i kontroler baziran na fuzzy logici prikazan je na slici 4.
slika 4 : Blok dijagram sofisticirane kontrole sistema upravljanja automatskom transmisijom
Ulazi u kontroler su signali od senzora sistema na vozilu i GPS sistema i na osnovu njih se za specifičnu situaciju, koja se determiniše radnim parametrima, odredjuje odgovarajući stepen prenosa u cilju ostvarivanja željenih performansi ali i što optimalnijih ekoloških karakteristika. Ali postojanjem povratne petlje na osnovu odgovora vozača moguće je promeniti procenat participacije odredjenog elementa u sistemu, što za identičnu specifičnu situaciju u budućnosti može rezultovati drugačijim odzivom sistema. Na ovaj način se sistem prilagodjava afinitetima vozača, uz istovremeno ispunjenje zadatih performansi, kako bi se ostvarila što veća efektivnost sistema koji čine : vozač, vozilo, okolina.
U Visokoj školi elektrotehnike i računarstva u Beogradu, opisana kompleksna problematika izučava se na specijalističkim studijama Mehatronike, na predmetu Automatski menjački prenosnici, gde se studenti kroz predavanja i laboratorijske vežbe upoznaju sa sadašnjim tehničkim rešenjima i konceptima razvoja u budućnosti, za koje već sad postoji deficit stručnog kadra na tržištu.
Više informacija: Visoka škola elektrotehnike i računarstva strukovnih studija, Vojvode Stepe 283, 11000 Beograd/Voždovac, Srbija, tel: 011/2471-099, web: www.viser.edu.rs/asuv
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.
- Inovativna rešenja za optimizaciju potrošnje energije u industriji - 26/06/2025
- magazin Mehatronika: nagradni konkurs #0003 - 25/06/2025
- Danfoss iC2-Micro - 25/06/2025