_{Aceleração: a velha alega que a caixa de câmbio abaixo do padrão "Moskvich"
© M. Zhvanetsky}

Quadragésimo Primeiro

Em 1985, um carro novo, Moskvich-2141, apareceu na URSS.

Foi planejado que este carro do terceiro grupo da classe pequena ocupe um nicho de consumo entre a massa “oito” VAZ-2108 do segundo grupo da classe pequena e o prestigiado Volga GAZ-24-10 da classe média.

Um carro razoavelmente grande, de alta velocidade e confortável (para os padrões soviéticos) com alguns elementos chiques (um rádio VHF na configuração padrão!), Um sonho de uma pessoa soviética.

Além de ... várias razões além do escopo deste artigo, isso foi prejudicado pela falta de um mecanismo suficientemente potente, bem como de uma transmissão automática.

E se o problema com o motor deveria ser resolvido ao longo do tempo, passando do UZAM-331.10 e VAZ-2106 para a nova família de motores AZLK-21414, na qual a construção da nova fábrica começou, tudo ficou mais triste com a transmissão automática. Estritamente falando, nenhum carro soviético maciço poderia ostentar uma transmissão automática, incluindo o limite onírico do 24º Volga da nomenclatura soviética.

No entanto, ainda havia algumas idéias e, para aqueles que estão interessados ​​na história da tecnologia automotiva soviética, sejam bem-vindos


A idéia de fazer uma transmissão automática com base no variador de Moskvich surgiu antes do nascimento oficial do 41º Moskvich, primeiro na forma de um projeto de graduação, feito pelo autor deste artigo (então estudante da MAMI) nos EUA e depois no UKER AZLK por iniciativa do autor (e principalmente com as próprias mãos), primeiro “em seu tempo livre da obra principal” e depois no âmbito de vários “planos para a criação de tecnologia promissora” *.

• Deve-se notar que, além da transmissão continuamente variável desenvolvida para carros em série da família Moskvich-2141 considerada no artigo, outra transmissão continuamente variável interessante baseada em um variador de toro foi desenvolvida na AZLK como parte do projeto Carro do Ano 2000, mas “isso é completamente diferente história ”, exigindo uma grande conversa em separado.

Como essa transmissão deveria ser instalada em um carro em uma produção existente, cujas alterações de design eram praticamente inaceitáveis, foi necessário que sua instalação não envolvesse alterações na carroceria (até os pontos de fixação), bem como alterações em outros componentes e montagens (por exemplo , sistema de escape, passando perto da transmissão, rack de direção, localizado um pouco mais alto etc.). Isso impôs severas restrições às dimensões da estrutura.

Por exemplo, nesta foto do gabinete da TVC, você pode ver o “andaime” (circulado em vermelho), que foi feito para dispersar a lacuna necessária com o túnel do corpo.

CVT

O CVT de “corrente V” com polias suaves da empresa alemã PIV , amplamente utilizado em acionamentos de geradores marítimos, máquinas de papel e outros equipamentos industriais que exigem uma mudança suave na relação de transmissão, foi usado como base para uma transmissão continuamente variável.

A Volkswagen projetou sua transmissão continuamente variável com base no mesmo variador e, um pouco mais tarde, a LuK , que absorveu o PIV, criou a transmissão Multitronic continuamente variável para a AUDI.



Algumas palavras sobre o motivo pelo qual o variador do PIV foi escolhido, e não o Transmatic mais popular na época. Sendo todas as outras coisas iguais, a “correia” (mais precisamente a corrente) do variador PIV tem uma capacidade de carga mais alta que a correia metálica Transmatic e, como observado acima, restrições muito estritas foram impostas às dimensões da transmissão continuamente variável. Em geral, na época, o Transmatic era usado apenas em carros pequenos com um motor com um torque de 80-100 Nm e, neste caso, uma transmissão continuamente variável deveria funcionar com uma nova família de motores AZLK-21414 com um torque de 160-180 Nm.

Outro motivo, não menos importante, foi que a produção de uma transmissão continuamente variável foi planejada para ser dominada nas fábricas existentes de fabricação de máquinas, e a correia metálica Transmatic tinha um design muito específico que exigia a organização de uma produção especial.

Ao mesmo tempo, a correia de corrente PIV é estruturalmente semelhante à corrente de engrenagem usual, bem desenvolvida na produção, amplamente utilizada na indústria. As diferenças são apenas nos eixos, com uma superfície especial das extremidades trabalhando ao longo da superfície cônica lisa das polias. Nesse caso, os eixos são feitos de aço com rolamentos 15 e, do ponto de vista da tecnologia de fabricação, são muito semelhantes às peças dos rolamentos.


Assim, a produção de uma cadeia do tipo PIV poderia ser dominada em uma das plantas de rolamentos da URSS.

Apesar do fato de os protótipos da transmissão continuamente variável serem um produto em peça, o design foi imediatamente projetado para produção em massa. Portanto, toda a documentação foi feita "dentro das tolerâncias" para que a montagem pudesse ser realizada sem a montagem de peças. Os protótipos de Carter, embora lançados no chão de acordo com modelos de madeira, foram projetados para moldagem por injeção. O mesmo pode ser dito de outros detalhes. Portanto, mesmo sendo um protótipo, foi fabricado praticamente sob as condições de produção em massa. Isso o distingue da maioria dos produtos caseiros montados "usando um arquivo".

A maioria das peças foi fabricada na Oficina Experimental do UAER AZLK, assim como em outros fabricantes da fábrica de automóveis, uma parte significativa da usinagem foi realizada "por conversão" para NPO Almaz

Design de transmissão continuamente variável

No diagrama de layout, é possível ver que o variador de transmissão continuamente variável tem uma distância central entre as polias motriz e motriz de 145 mm, as relações de transmissão máxima e mínima são de 2,4 e 0,357 (1 / 2,8), respectivamente, ou seja, a faixa de relações de transmissão é de 6,7 (relações de transmissão são ligeiramente assimétricas) para reduzir a carga na corrente em "marcha baixa"). Uma relação de transmissão máxima relativamente pequena exigia uma relação de transmissão principal bastante grande de 4.875, felizmente uma engrenagem hipóide permite isso.

As polias são pressionadas e a relação de transmissão do variador é alterada usando os cilindros hidráulicos localizados nas polias.

Como, diferentemente da transmissão de engrenagem, a direção de rotação da transmissão e os eixos acionados do variador são os mesmos, para garantir a direção de rotação necessária das rodas do carro, a engrenagem principal acabou por ser "invertida" (a engrenagem de transmissão está localizada no outro lado da tração). Além da direção de rotação desejada, isso possibilitou empurrar os eixos de acionamento e acionado do variador para a distância necessária.

Como resultado, se compararmos o design dessa transmissão continuamente variável, por exemplo, com a transmissão "relacionada" no design Multitronic, ela se mostrou muito mais simples e mais compacta. * O reverso é obtido com a ajuda de uma engrenagem planetária deslocada com a ajuda de embreagens de placas múltiplas "molhadas". Eles também fornecem o movimento do carro, para que o conversor de torque, neste caso, esteja ausente. Em geral, o design das embreagens e o inverso se assemelham ao esquema Transmatic, mas existem algumas diferenças relacionadas aos recursos de layout, ao design do variador e ao sistema de controle hidráulico do variador e das embreagens. *

• Uma pequena "digressão lírica".
  
  Se compararmos o design dessa transmissão continuamente variável com o Multitronic, o olho treinado do designer poderá notar a coincidência de algumas soluções técnicas. Nesse caso, "todas as correspondências são aleatórias". O fato é que as primeiras publicações abertas do design Multitonic apareceram apenas no final dos anos 90, ou seja, cerca de 10 anos após a transmissão contínua variável de Moskvich foi projetada. Obviamente, o Multitronic foi projetado anteriormente, mas a documentação foi naturalmente fechada. Aparentemente, apenas a necessidade de adaptar o design complexo do variador PIV industrial a uma transmissão de carro compacto forçou os projetistas a se moverem na mesma direção.

• Mas o design da Transmatic já tinha algumas informações disponíveis, portanto, existem alguns empréstimos, é claro, levando em consideração os recursos associados às diferenças na construção da correia metálica Transmatic e da cadeia PIV, a posição longitudinal do motor e os recursos do sistema de controle hidráulico de transmissão continuamente variável .

Como resultado, a massa da transmissão continuamente variável de Moskvich totalizou apenas 50 kg (e isso apesar do fato de as cárteres lançadas ao solo serem um pouco mais pesadas do que a moldagem por injeção na produção em massa), que é apenas 8 kg mais pesada que a caixa manual tradicional de Moskvich.

Mais algumas fotos.




O trabalho de criação de uma transmissão continuamente variável começou oficialmente em 1985; em 1987, eles conseguiram acelerar significativamente devido a uma reunião durante a Exposição Internacional em Sokolniki com representantes do PIV que mostraram interesse nesse trabalho, o que resultou na assinatura no início de 1988 do “Protocolo sobre intenções ".
Em 1988, a produção de peças protótipo começou. De acordo com o plano, o trabalho deveria ser concluído em 1992, mas nesta fase o trabalho foi extremamente lento, praticamente parou várias vezes, então o protótipo foi finalmente montado apenas em 1995. Voltaremos a isso um pouco mais baixo.

Sistema de controle de transmissão

Como sistema de controle, inicialmente foi assumido um sistema puramente hidráulico, com "lógica" hidráulica, tubos de pitot, etc.

Mas mesmo um sistema de controle "mais simples" não era característico para a produção de automóveis da época, e surgiram problemas com isso. No entanto, no final dos anos 80, na onda de Perestroika, muitas cooperativas e pequenas empresas, incluindo empresas de pesquisa e produção, que aceitaram com prazer esse trabalho, surgiram com base nas empresas de defesa.

Nesse caso, uma pequena empresa formada com base no TsIAM foi contratada para o design.
Foi proposto um sistema eletro-hidráulico com lógica eletrônica, para o qual foi possível utilizar válvulas seriais e elementos eletrônicos utilizados no sistema de potência e controle de motores de aeronaves.

O sistema de controle era uma placa separada instalada em uma janela na parte inferior da transmissão.


A foto mostra um local para a instalação de uma placa de controle, com canais para controlar a hidráulica de potência do variador e embreagens.

A parte hidráulica do sistema de controle era alimentada por uma bomba de engrenagem acionada por um motor. Foi utilizado um sistema de circulação de óleo de cárter semi-seco; uma segunda bomba (baixa pressão) foi usada para isso, bombeando o óleo da caixa CVT para a caixa principal de transmissão através de filtros grossos e finos.

O trabalho começou em 1988 e, em 1992, um protótipo foi fabricado em uma fábrica de uma pequena empresa da fábrica de aviação - subempreiteiro TsIAM.

Infelizmente, a essa altura, ainda não havia sido feita uma amostra de transmissão; portanto, o “casamento” do sistema de controle de transmissão estava atrasado o tempo todo. No final, a pequena empresa acabou e um sistema de controle de protótipo foi perdido.

Algoritmo de controle

O sistema de controle deve controlar a transmissão de acordo com o algoritmo estabelecido nela.

Uma das principais tarefas de uma transmissão de automóvel é garantir que o motor opere no modo ideal em qualquer condição de condução do veículo, escolhendo a transmissão ideal (no caso de uma transmissão gradual) ou a relação de transmissão continuamente variável (no caso de um variador).

Como resultado, o motor a qualquer carga deve operar com um consumo mínimo de combustível para uma determinada carga. *

• Obviamente, além do consumo específico, outros parâmetros devem ser levados em consideração, por exemplo, toxicidade, desgaste do motor, ruído, resposta do acelerador, etc.

Isso pode ser visualizado na característica multiparâmetros do motor.


Nele, o eixo da abcissa mostra a velocidade de rotação do virabrequim do motor e seu torque das ordenadas * no eixo das ordenadas; além disso, hipérboles de potência constante são exibidas e o consumo específico de combustível por unidade de potência (grama / kW * h) é mostrado da cor do mínimo (verde) para o máximo (vermelho).

• Nesse caso, é adotada uma característica multiparâmetros relativos, na qual a velocidade e o torque do motor são exibidos em relação aos seus valores máximos.

Pode-se observar que o consumo específico mínimo está na zona de cerca de 50% a 80% do torque máximo em uma faixa bastante ampla de potência e velocidade do motor.

Você pode notar que, mesmo com uma baixa potência do motor, é desejável que o torque seja bastante grande e a velocidade seja mínima. À medida que a potência aumenta, a velocidade do motor também deve aumentar, e o torque ideal nesse caso muda muito levemente. Bem, com potência máxima, não há nada a escolher, não há tempo para economia, portanto a carga e a velocidade são máximas.


No caso de uma caixa de câmbio manual, o próprio motorista seleciona a marcha desejada, ajustando a carga com o pedal do acelerador. Por exemplo, com aceleração intensiva ou condução em subida ou fora da estrada, esta pode ser a segunda marcha e, com movimento silencioso na MESMA VELOCIDADE, a quinta marcha já pode ser selecionada.

No caso de uma transmissão automática, o motorista define o modo de operação pelo pedal do acelerador e a própria caixa seleciona a marcha desejada.

Bem, no caso do variador, a relação de marchas muda continuamente, permitindo que o motor funcione no modo ideal para uma determinada carga, dependendo da posição do pedal do acelerador.

À primeira vista, pode parecer que o algoritmo para controlar uma transmissão continuamente variável seja mais simples que uma transmissão automática em etapas, mas isso não é inteiramente verdade.

Quem dirigia um carro dos anos 80 com uma CVT (por exemplo, Ford Fiesta ou Fiat Uno) pode ter notado que, depois de mover um obstáculo (solavanco, solavanco ou lancil), o motor uiva por algum tempo (a velocidade varia visivelmente). O fato é que o obstáculo causa um aumento acentuado da carga, por causa do qual o sistema de controle força o variador a aumentar a relação de marchas, então a carga diminui, a relação de marchas do variador também diminui, como resultado, ocorrem oscilações.

Outra característica desagradável desses carros foi a sensação de uma "embreagem falhada" quando o pedal do acelerador foi pressionado bruscamente, por exemplo, ao ultrapassar. O sistema de controle recebe um sinal sobre a necessidade de um aumento significativo na velocidade do motor e tenta aumentar rapidamente a relação de transmissão do variador para acelerá-lo. Como resultado de uma aceleração tão rápida do motor, todo o seu torque é gasto no desenrolamento de seu próprio volante (aproximadamente o mesmo que quando você pressiona fortemente o pedal do acelerador no ponto morto). É claro que, depois de meio segundo, o motor alcançará o modo desejado e o carro acelerará intensamente, mas durante esse tempo o motorista terá tempo para obter emoções negativas.

Se você simplesmente "embotar" o sistema de controle, diminuir a reação, o carro começará a "pensar" com suavidade com o pedal do acelerador, o que também é indesejável.
Em princípio, esses problemas podem ser evitados se o algoritmo de controle do variador responder não apenas à velocidade de rotação do eixo de manivela, mas também às suas primeiras e, de preferência, segunda, derivadas (aceleração da velocidade de rotação e aceleração de sua aceleração).

Nesse caso, o variador e o motor não reagirão "nervosamente" a mudanças repentinas na carga e na operação intensiva do pedal do acelerador, e ao mesmo tempo será "sensível" monitorar pequenas flutuações de carga e os menores movimentos do pedal do acelerador.

Obviamente, com os atuais sistemas de controle digital, essa é uma tarefa facilmente solucionável, portanto, em carros modernos com CVTs, as desvantagens acima mencionadas são praticamente erradicadas.

No entanto, no final dos anos 80, em transmissões com lógica eletrônica hidráulica e ainda mais avançada, isso era muito difícil de implementar.

Na transmissão em consideração, foi utilizado o doutor em ciências técnicas proposto no final dos anos 50 Algoritmo de controle original de V.A. Petrov sem essa desvantagem.

Além disso, como “sinal de referência” para controlar a relação de transmissão do variador, não foi a velocidade do motor que foi usada, mas o torque medido imediatamente após o volante (neste caso, é uma reserva importante!).

Obviamente, para isso, era necessário ter um sensor de torque, mas, neste caso, foi originalmente estabelecido para regular a pressão nos cilindros hidráulicos das polias, dependendo do mesmo torque.

O torque foi medido pelo ângulo de rotação de um eixo de entrada suficientemente longo da transmissão (veja o diagrama no início do artigo).

Para esse fim, dois sensores Hall foram usados ​​nas rodas de engrenagem próximas às extremidades dianteira e traseira do eixo de entrada, com base na diferença de fase na qual o torque poderia ser calculado. Bem, um desses sensores Hall também serviu para medir a velocidade do motor.

O certificado de direitos autorais da invenção foi emitido para este algoritmo de controle do variador.

Além disso, vários outros certificados de direitos autorais e patentes para invenções também foram obtidos para outras soluções técnicas.

Epílogo (epitáfio)

Infelizmente, o tempo de fabricação do protótipo de transmissão continuamente variável quase coincidiu com o aumento da potência do diretor geral Ruben Astaryan na AZLK, durante o qual a agonia da fábrica começou. Nessas condições, não foi possível realizar testes normais, sem mencionar o desenvolvimento da produção. Bem, depois de alguns anos, a própria fábrica de carros finalmente faliu.

No entanto, "esta é uma história completamente diferente", triste e muito triste ...

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PS: Fotos em alta resolução podem ser visualizadas no meu álbum de fotos

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Transmissão no "Eco de Moscou" no programa de Sergey Aslanyan "Garage" [31/07/2018]