Volante con cambios de velocidades y clutch eléctrico

Implementación de un paddle que accione el clutch desde el volante. (eléctricamente)

¿Qué se busca con esta implementación?

La incorporación de un paddle en el volante que acciona el clutch de manera eléctrica es para implementar un sistema de cambio semi-automático, esto se consigue mediante el empleo de actuadores, que sustituirán las acciones que el piloto debería hacer para realizar la subida o la bajada de marcha.

¿Cómo se logra?

Con el motor trabajando en las condiciones de carga y revoluciones adecuadas nos disponemos a realizar el cambio, por ejemplo, una subida de marcha. Este proceso comienza con la acción de embragar, la cual está conectada mediante el cable de embrague (“clutch cable”) a la leva de embrague (“lifter lever”) del motor.

El siguiente paso consiste en efectuar una subida de marcha. Este cambio se realiza con el pie izquierdo que va con el pedal de cambio, la idea es que esté conectado al brazo del cambio del motor “gearshift arm”

Una vez metida la nueva velocidad se desembraga soltando la maneta del embrague y se da por finalizado el cambio.

Automatización de embrague

El primer paso es obtener un orden de magnitud de la fuerza necesaria para comprimir los muelles del embrague, es decir, para embragar. El siguiente paso es hacer un estudio de los diferentes tipos de actuadores que hay en el mercado en función de estas necesidades, una vez seleccionado el actuador se debe de ensamblar, siguiendo las instrucciones del fabricante.

[pic 1]figura 3.1.

En ella se muestra cómo serían ensamblados el adaptador (“adapter” en la figura 3.1), el actuador y el lifer lever (denominado “OEM clutch lever”). Como se observa en la figura el adaptador en su parte superior sigue la forma del eje del actuador mientras que en la parte inferior cuenta en primer lugar un cilindro de menor diámetro que hará de alineador y seguidamente a él el adaptador se vuelve a ensanchar para proporcionar una mayor superficie de contacto para la unión de este con el lifer lever.

Sensor de posición

Una vez concluida la fijación del actuador, solo queda por concretar el sensor de posición, para el cual se empleará un potenciómetro. Como el movimiento es rotativo no tiene sentido plantearse un potenciómetro de carácter lineal, así que directamente se apuesta por uno de giro rotativo. Una vez más, será aprovechado el eje pasante del actuador para situar el potenciómetro de forma que el eje del lifter lever, el del actuador y el del potenciómetro sean el mismo, de este modo no sería necesario el mecanismo para transferir el giro desde el eje hasta la posición donde se colocase el potenciómetro.

Aún no se tiene concretado con Electrónica y Adquisicón de datos, cuál será el potenciómetro que se utilizara, pero de momento estos dos son las opciones; una vez tomada la decisión de que potenciómetro se utilizara, podremos dar paso a diseñar la carcasa del actuador, el cual va montado al motor.

La adhesión del potenciómetro al eje tampoco es trivial debido a que, como su objetivo es medir giro, debe tener una parte fija desde la que se referencie dicho desplazamiento. Esta parte fija será la base del potenciómetro la cual es necesario fijar de forma que su eje gire independiente a esta y solidario con el lifter lever. En base a ese objetivo, se debe de diseñar una carcasa en impresión 3D que realice esta tarea y la de proteger las conexiones eléctricas del agua u otro tipo de fluido, (el diseño de la carcasa sigue sujeto a que potenciómetro utilizaremos).

Lo que procede después de esto, es el proceso de montaje, el cual se propone el siguiente:

∙ Colocar carcasa inferior y pegarla al actuador.

∙ Colocar el potenciómetro en su posición y pegar su eje con el eje del actuador. En esta parte hay que ser especialmente cuidadoso para evitar pegar una parte fija con otra móvil.

∙ Soldar los cables del actuador.

∙ Pegar la base potenciómetro a la carcasa inferior.

∙ Y por último pegar la carcasa superior a la carcasa inferior.

La idea que se tiene en mente es llegar a algo así:

[pic 2]

[pic 3]

Diseño del paddle

El paddle que se diseñará, estará situado en el volante y desde la cual el piloto podrá controlar el embrague. Esta pieza es un elemento vital para conseguir un sistema de clutch-by-wire.

Como ya se ha mencionado antes, el objetivo de este paddel es controlar la posición del embrague, por lo que resulta básico que cuente con sensor de posición de forma que la señal que este proporcione sirva como medida al controlador. La posición del paddel medida a través del sensor de posición será directamente proporcional a la posición del actuador del embrague y por tanto de este.

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