Análise das estratégias de troca de marchas da transmissão automática convencional em ...

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CESAR HENRIQUE FERREIRA AMENDOLA

Análise das estratégias de troca de marchas da transmissão
automática convencional em comparação com a transmissão de
dupla embreagem

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo para
obtenção do título de Mestre em Engenharia
Automotiva.

São Paulo
2005
CESAR HENRIQUE FERREIRA AMENDOLA

Análise das estratégias de troca de marchas da transmissão
automática convencional em comparação com a transmissão de
dupla embreagem

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do
título de Mestre em Engenharia Automotiva.

Área de Concentração: Engenharia Automotiva

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Augusto Leal Alves

São Paulo
2005
FICHA CATALOGRÁFICA

Amendola, Cesar Henrique Ferreira
Análise das estratégias de troca de marchas da transmissão
automática convencional em comparação com a transmissão de
dupla embreagem / Cesar Henrique Ferreira Amendola; orient.
Marcelo Augusto Leal Alves -- São Paulo, 2005.
133 p.

Monografia (Mestrado Profissionalizante) – Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de
Engenharia Mecânica

1. Veículos rodoviários 2. Engenharia automotiva
3. Transmissões automáticas I. Universidade de São Paulo.
Escola Politécnica. Departamento de Engenharia Mecânica II.t
DEDICATÓRIA

A Luciana Imamura Amendola, minha esposa, que vivenciou cada etapa do árduo trabalho
de adquirir conhecimento. Que com paciência soube superar os dias de ausência. Que com
dedicação ímpar fortaleceu-me e incentivou-me na busca contínua do objetivo traçado. E
que no passar do tempo compartilhará comigo da transformação de conhecimento em
sabedoria.
AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Marcelo Augusto Leal Alves, pela atenção e orientação na trajetória para a
obtenção do conhecimento e na elaboração deste trabalho.

Ao Eng. Claudio Castro, por tornar possível a realização deste processo.

Aos meus colegas de trabalho da LuK do Brasil, em especial ao Eng. Alfons Wagner e ao
Eng. Daniel Destro pelas discussões em torno deste trabalho.

Ao colega Alexander Schweizer da LuK Alemanha, pela sugestão do tema e o suporte nas
horas necessárias.

Aos colegas da General Motors do Brasil, em especial aos engenheiros Daniel Gama
Florêncio, Euglen Assis e David Torres, pelas discussões e sugestões e pelos recursos
fornecidos.
“Cada homem tem seu lugar no
mundo e no tempo que lhe é
concedido. Sua tarefa nunca é
maior que sua capacidade para
poder cumpri-la. Ela consiste em
preencher seu lugar, em servir a
verdade e aos homens.”
(João Guimarães Rosa)
SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO...........................................................................................................................17
1.1. Objetivo principal........................................................................................................................17
1.2. Divisão do trabalho.....................................................................................................................17
1.3. Revisão sobre transmissões......................................................................................................18
1.3.1. Breve histórico do desenvolvimento de transmissões............................................................19
2 TIPOS DE TRANSMISSÕES E APLICAÇÕES.........................................................................20
2.1. Tipos de transmissões................................................................................................................20
2.2. Configurações longitudinais e transversais................................................................................21
2.3. Transmissões manuais de 6 velocidades ..................................................................................23
2.4. Automatização de transmissões manuais..................................................................................24
2.5. Transmissões de embreagem dupla..........................................................................................25
2.6. Transmissões automáticas com maior número de marchas......................................................26
2.7. Transmissões continuamente variáveis (TCV)...........................................................................27
2.8. Resumo......................................................................................................................................28
3 PRINCIPAIS COMPONENTES DA TRANSMISSÃO AUTOMÁTICA......................................31
3.1. Conversor de torque...................................................................................................................31
3.1.1. Princípio básico de funcionamento.........................................................................................31
3.1.2. Principais componentes de um conversor de torque..............................................................32
3.1.3. Princípio de funcionamento....................................................................................................33
3.1.4. Características do conversor de torque..................................................................................36
3.1.5. Terminologia de um conversor de torque...............................................................................37
3.1.6. Conversor de torque de vários estágios.................................................................................38
3.1.7. Conversor de torque com embreagem de travamento...........................................................39
3.1.8. Recomendações.....................................................................................................................40
3.2. Fluido da transmissão automática..............................................................................................41
3.3. Embreagens e freios...................................................................................................................41
i
3.3.1. Embreagens............................................................................................................................41
3.3.2. Freios......................................................................................................................................42
3.4. Conjunto de redutores planetários.............................................................................................43
3.5. Embreagem de travamento........................................................................................................46
3.5.1. Descrição da embreagem de travamento...............................................................................46
3.5.2. Controle da embreagem de travamento.................................................................................46
3.6. Embreagens de roda livre..........................................................................................................47
3.7. Controle hidráulico......................................................................................................................48
3.7.1. Unidade de controle hidráulico...............................................................................................48
3.7.2. Unidade de controle eletrônico da transmissão......................................................................48
3.7.3. Programa de controle..............................................................................................................49
3.7.4. Sensores de sinais de entrada da transmissão......................................................................50
3.8. Descrição e função das válvulas eletro-hidráulicas...................................................................50
3.8.1. Válvulas solenóides (eletromagnéticas) VS-1,VS-2 e VS-3...................................................50
3.8.2. Válvulas de controle eletrônico de pressão (VCEP-1, VCEP-2, VCEP-3 e VCEP-4)............51
3.9. Descrição e funcionamento da bomba e das válvulas de controle............................................52
3.9.1. Bomba.....................................................................................................................................52
3.9.2. Válvula seletora de posição (VSP).........................................................................................53
3.9.3. Válvula de pressão principal (VPP)........................................................................................53
3.9.4. Válvula redutora de pressão (VRP-1).....................................................................................53
3.9.5. Válvula redutora de pressão (VRP-2).....................................................................................53
3.9.6. Válvula moduladora de pressão (VMODP).............................................................................53
3.9.7. Válvula de troca de marchas (VTM-1, VTM-2 e VTM-3)........................................................54
3.9.8. Válvula da marcha reversa (VMR)..........................................................................................54
3.9.9. Válvulas de embreagens e freios (VE-A, VE-B, VE-C, VE-D/ VF-E, VF-F e VF-G)...............54
3.9.10. Válvulas de retenção (VR-E e VR-G)..................................................................................54
3.9.11. Válvula de tração / freio (VTF)............................................................................................54
3.9.12. Válvula de tração (VT(4-5)).................................................................................................55
3.9.13. Válvula de tração (VT(5-4)).................................................................................................55
3.9.14. Válvula conversora de pressão (VCP)................................................................................55
ii
3.9.15. Válvula de controle da pressão do conversor (VCPC)........................................................55
3.9.16. Válvula conversora da embreagem de travamento (VCET)...............................................55
3.9.17. Válvula de pressão de lubrificação (VPL)...........................................................................56
3.10. Descrição da operação da unidade de controle eletro-hidráulica..........................................56
3.10.1. Posição neutra ou estacionamento.....................................................................................56
3.10.2. Primeira marcha..................................................................................................................57
3.10.3. Segunda marcha.................................................................................................................57
3.10.4. Terceira marcha..................................................................................................................58
3.10.5. Quarta marcha.....................................................................................................................58
3.10.6. Quinta marcha.....................................................................................................................59
3.10.7. Marcha reversa....................................................................................................................59
4 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA TRANSMISSÃO AUTOMÁTICA...............................61
4.1. Princípio de funcionamento........................................................................................................61
4.1.1. Fluxo de força individual para cada marcha...........................................................................62
4.1.2. Primeira marcha......................................................................................................................62
4.1.3. Segunda marcha.....................................................................................................................63
4.1.4. Terceira marcha......................................................................................................................64
4.1.5. Quarta marcha........................................................................................................................65
4.1.6. Quinta marcha.........................................................................................................................66
4.1.7. Marcha reversa.......................................................................................................................67
5 TROCAS DE MARCHAS NA TRANSMISSÃO AUTOMÁTICA................................................69
5.1. Controle hidráulico......................................................................................................................69
5.2. Controle da embreagem.............................................................................................................69
5.3. Trocas de marcha ascendentes com carga...............................................................................73
5.4. Trocas de marcha descendentes com carga.............................................................................74
5.5. Programas de troca de marcha..................................................................................................75
6 A TRANSMISSÃO DE DUPLA EMBREAGEM.........................................................................79
6.1. Introdução...................................................................................................................................79
6.2. Transmissões de dupla embreagem..........................................................................................80
iii
6.3. Consumo de combustível...........................................................................................................84
6.4. Interação com o motor................................................................................................................86
6.4.1. Informações do motor.............................................................................................................86
6.5. Trocas de marchas.....................................................................................................................88
6.5.1. Intervenção do motor..............................................................................................................88
6.6. Torque requisitado pelo motorista..............................................................................................90
6.7. Proteção da embreagem através da interação com o motor.....................................................92
6.8. Arrancada...................................................................................................................................92
6.9. Manobra de estacionamento......................................................................................................93
7 Estudo comparativo das transmissões nas trocas de marchas.........................................95
7.1. Transmissão automática ............................................................................................................95
7.1.1. Características da transmissão automática............................................................................95
7.1.2. Características do veículo de teste.........................................................................................96
7.1.3. Característica de troca de marcha..........................................................................................97
7.2. Transmissão de dupla embreagem..........................................................................................100
7.2.1. Características da transmissão de dupla embreagem.........................................................100
7.2.2. Características do veículo de teste.......................................................................................101
7.2.3. Característica de troca de marcha........................................................................................101
7.3. Métodos de análise...................................................................................................................105
7.4. Considerações e simplificações...............................................................................................108
7.5. Avaliação dos resultados..........................................................................................................109
7.5.1. Razão de forças....................................................................................................................109
8 CONCLUSÃO...........................................................................................................................116
9 REFERÊNCIAS........................................................................................................................118
10 ANEXOS...................................................................................................................................121
10.1. Anexo 1: Embreagens secas: componentes, construções e diagramas..............................121
10.2. Anexo 2: Código fonte MATLAB...........................................................................................123

iv