Modelagem e simulação do circuito hidráulico de uma transmissão automática convencional para análise de falhas

Abstract

Sabe-se que a aplicação de transmissões automáticas para veículos de passeio tem um grande crescimento a nível mundial desde seu surgimento nos anos 40. Em alguns países como os Estados Unidos, mais de 90% dos veículos produzidos são automáticos. Em outros países, como o Brasil, por exemplo, os números não chegam a estes patamares, contudo o crescimento é muito expressivo e com várias concepções bem consolidadas no mercado. Na transmissão automática convencional, o circuito hidráulico exerce duas de suas principais funções, lubrificação e atuação, e dentro deste último inclui-se controle da pressão do sistema, controle do tempo de resposta, qualidade de engates e, consequentemente, a dirigibilidade, conforto e economia de combustível. Devido a importância do circuito hidráulico, grande quantidade das falhas recorrentes em uma transmissão automática está diretamente ligada à defeitos no sistema hidráulico. Neste trabalho apresenta-se um modelo em Matlab/Simulink® do circuito hidráulico de uma transmissão automática do tipo convencional. O foco do estudo consiste em representar, através de simulação dinâmica, o comportamento do circuito hidráulico, em pressão e deslocamento, da transmissão automática, dos componentes nele inserido e analisar os efeitos decorrentes no sistema devido aos principais defeitos. Os defeitos foram divididos em três grandes grupos: elétricos, circuito hidráulico e associados ao fluido. Alterando-se os parâmetros de viscosidade e ocasionando bloqueio e travamento dos carretéis das válvulas responsáveis pelas trocas de marchas, consegue-se observar diferentes efeitos que fogem da normalidade, como o comportamento da pressão de atuação dos freios e embreagens, por exemplo. Diferentemente da maioria dos outros estudos já realizados nesta área que visam a melhoria do controle da transmissão, principalmente durante as mudanças de marchas, esta abordagem visa, por meio do conhecimento detalhado do comportamento o sistema hidráulico, o desenvolvimento futuro de uma ferramenta para o auxílio no diagnóstico de falhas.

Abstract : It is well known that the application of automatic transmissions in passenger car have a considerable growing in the world since its beginning in mid s 1940. In some countries, as United States of America, more than 90% of the vehicles produced are equipped with automatic transmissions. In Brazil, for instance, the number does not reach this level, however the rise of the production numbers are considerably expressive, besides that, there are already many different concepts of automatic transmissions models at the market. The hydraulic circuit on a conventional automatic transmission plays the major role due to its main functions: lubrication and actuation. The actuation function can include the pressure control, the shift timing control, the shift quality and, consequently, the drivability, passenger and drivers comfort, and fuel save. Due to the relevance of the hydraulic circuit in these systems, a significant part of transmission failures is related to a fault on its components. In this work a Matlab/Simulink modeling of the hydraulic circuit of the conventional automatic transmission is introduced. The objective of this study is to reproduce, with the dynamic modeling, the behavior of the hydraulic system and the component movements inside it, to observe the features of the system working in perfect circumstance and compare with the effects of the model with faults inserted. There are considered three groups of faults that can be related to: electric, hydraulic circuit and faults due to the fluid. Is possible to notice effects that are different from the standard behavior of the transmission changing parameters as viscosity and blocking the spool shifting valves, for instance. Differently from other studies, which objective of modeling the transmission is to improve its control system during the shifting process, this present work aims to develop a tool that helps the fault detection, besides the knowledge about the hydraulic system and its behavior.