Система автоматического управления трансмиссией транспортного средства

О П И С А Н И Е п 11887286ИЗОБРЕТЕНИЯ Сове Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к ав д-ву 090573/27-11 51) 2) Заявлено 05.07,6 0 К 4118 присоединением зая сударственнын комите(45) Дата опубликования описания 07.12,81 53) УДК 629.113-585..2(088.8) оо делам изобретении и открытий72) Автор изобретения Л. Г. КрасневскийМинский автомобильный зав 71) Заявитель 54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯТРАНСМИССИЕЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Изобретение относится к транспорту и может использоваться для автоматического управления трансмиссиями транспортных средств, имеющими для переключения ступеней фрикционные муфты с гидравличе скими нажимными цилиндрами,Основными элементами гидравлических систем автоматического управления являются золотниковые клапаны, реагирующие на сигналы (давления) датчиков скорости 1 О выходного вала трансмиссии и нагрузки двигателя транспортного средства. Каждый клапан управляет гидроцилиндрами одной пары смежных ступеней и при одном соотношении сигналов включает высшую, а при 15 другом - низшую из них. Число таких клапанов в системе управления зависит от числа автоматизируемых ступеней трансмиссии.Для исключения цикличности переключений при движении транспортного средства на автоматическом режиме соотнош ния управляющих сигналов, соответствующие переключениям вверх и вниз, должны быть различны. Для выполнения этого условия каждый клапан автоматического управления должен иметь релейную характеристику (гистерезис), которую получают с помощью специальных устройств, Наличие гистерезиса способствует также скач кообразному перекл ючению клапана нз одного положения в другое, что необходимо для нормальной работы фрикционных муфт,Известна система автоматического управления, в которой клапан управления имеет элемент для создания гистерезиса путем изменения баланса гидравлических сил, действующих на золотник клапана управления, в начальный период его переключения 1. Золотник выполнен дифференциальным, вследствие чего при его движении изменяется величина гидравлической неуравновешенной осевой силы,Недостатками известной системы являются наличие клапанов с дифференциальными золотниками, сложность и трудоемкость, обусловленные наличием в золотниковой паре нескольких концентричных рабочих поверхностей неодинакового диаметра, Нарушение концентричности в пределах радиального зазора пары, чаще всего возникающее при изготовлении гильзы, приводит к появлению неуравновешенных радиальных сил и частым заклиниваниям золотника.Кроме того, изменение настройки и, в частности, величины гистерезиса возможно только путем изменения размеров золотниковой пары.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система автоматического управления, содержащая клапаны автоматического управления, каждый из которых имеет корпус с цилиндрическим ступенчатым отверстием, в котором размещен дифференциальный золотник, и с камерами управления, одна из которых сообщена с выходом датчика нагрузки, а другая - с выходом датчика скорости, и настроечную пружину, размещенную в первой из них, а также устройство для создания гистерезиса, выполненное в виде дополнительной дифференциальной управляющей камеры, Вход клапана сообщен с источником давления жидкости, а выходы служат для включения гидр оцилиндров фрикционных муфт высшей и низшей ступеней трансмиссии.Однако такая система имеет сложную конструкцию, трудоемка в изготовлении и недостаточно надежна в работе, что обусловлено наличием дифференциального золотника. Эти недостатки особо проявляются в трансмиссиях транспортных средств большой мощности (до 1000 л, с. и более), которые выпускаются мелкими сериями, но с большим числом модификаций. Создание специального инструмента и оборудования, необходимого для изготовления дифференциальных золотников, экономически нецелесообразно, в результате чего использование таких конструкций в тяжелых трансмиссиях затруднительно. Кроме того, неприемлемо также изменение размеров золотниковых пар для получения модификаций с разной настройкой автоматики.Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение трудоемкости и повышение надежности клапана автоматического управления.Поставленная цель достигается тем, что каждый клапан автоматического управления выполнен в виде распределителя, имеющего, по крайней мере, один нормально включенный выход, а устройство для создания гистерезиса выполнено в виде управляющего гидроцилиндра, поршень которого взаимосвязан с настроечной пружиной, при этом рабочая полость управляющего гидроцилиндра сообщена с указанным нормально включенным выходом, а ход поршня гидроцилиндра соответствует следующему соотношению: где Х - ход поршня, м;ЬР - разность между величинами выходных давлений датчика скорости, соответствующих переключениям с низшей ступени трансмиссии на высшую, и с высшей на низшую, Па; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б 0 б 5 Х - жесткость настроечной пружины клапана, Н/м;5 - площадь торца золотника, на которую действует давление датчика скорости, м.На фиг. 1 изображен клапан автоматического управления гидроцилиндрами фрикционных муфт трансмиссии; на фиг. 2 - условное обозначение клапана; на фиг, 3 - упрощенный вариант клапана; на фиг. 4 - принципиальная схема системы автоматического управления гидромеханической трансмиссией с помощью клапанов; на фиг, 5 в включение гидроцилиндров трансмиссии и исполнительных клапанов,Система содержит клапан, который состоит из корпуса 1 (фиг. 1), в цилиндрическом отверстии 2 которого размещены золотник 3 с настроечной пружиной 4, а в камерах 5 и 6 управления, примыкающих к отверстию 2, размещены плунжер 7 и поршень 8, на который опирается пружина 4. Ход поршня 8 ограничен винтом 9. Входом 10 клапана является отверстие, сообщенное с источником давления. Клапан имеет нормально включенный и нормально выключенный выходы 11 и 12.Дренажные отверстия 13, 14 и 15 сообщены с гидробаком, Через отверстие 16 в камеру 6 управления подается давление Р с выхода датчика нагрузки двигателя транспортного средства, а через отверстие 17 в камеру 5 - давление Р, с выхода датчика скорости выходного вала трансмиссии. Выход 11 подключен гидролинией 18 к полости слева от поршня 8, являющейся рабочей полостью гидроцилиндра. Натяжение пружины 4 регулируется шайбами 19. Выходы 11 и 12 подключены к гидроцилиндрам 20 и 21 фрикционных муфт низшей и высшей ступеней трансмиссии соответственно, Величина хода поршня 8 находится в определенном соотношении с давлениями Р, Р, и размерами золотника 3,В упрощенном варианте клапана может отсутствовать плунжер 7, камера 6 выполнена заодно с отверстием 2, и ход поршня 8 вправо ограничен кольцом, зафиксированным с помощью штифта (фиг. 3).Использование клапанов (фиг. 1) для автоматического управления описано применительно к гидромеханической трансмиссии (фиг. 4), состоящей из гидротрансформатора 22 с фрикционной муфтой 23 его блокировки и коробки 24 передач, имеющей четыре ступени переднего и две заднего хода, Коробка 24 передач изображена упрощенно в виде гидроцилиндров 25 - 29 ее фрикционных муфт,Источник 30 давления жидкости с приводом от элементов трансмиссии подает рабочую жидкость из гидробака через фильтр 31 вмагистраль 32 главного давления.Регулятор 33 поддерживает в магистрали 32 постоянное давление. Из этой жерые соответствуют включению в коробке 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 магистрали жидкость через регулятор 34 подается на питание гидротрансформатора 22, откуда через теплообменник 35 возвращается в гидробак, а через регулятор 36 поступает на смазку коробки 24 передач.Устройство ручного управления упрощенно изображено в виде селектора 37 с механическим приводом. Селектор 37 имеет шесть позиций: ЗХ 1, ЗХ 2, Н, 1, 11, А, котопередач задних ходов, нейтрали, 1 и 11 ступеней, а также автоматического режима. Вход селектора гидролинией 38 соединен с магистралью 32 главного давления. Его нормально выключенные выходы 39 - 43 соединены гидролиниями со входом блока 44 автоматического управления и с блоком 45 исполнительных клапанов,Блок 45 исполнительных клапанов 46 - 50 состоит из золотниковых двухпозиционных распределителей, имеющих камеры управления (на фигурах не показаны), в которые подается управляющее давление. Камеры управления клапанов 46 и 48 подключены к выходам 42 и 39 селектора 37, а камеры клапанов 47, 49 и 50 - к выходам клапанов 51 - 55 типа ИЛИ. Входы клапанов 48, 49 и 50 подключены к магистрали 32, вход клапана 46 - к выходу клапана 47, а вход последнего - к выходу клапана 48. Остальные выходы клапанов 46, 47 и 49 подключены соответственно к гидроцилиндрам 29, 27, 28, 25 и 26, а выход клапана 50 - к гидроцилиндру муфты 23 блокировки.Блок 44 содержит четыре одинаковых клапана 56 - 59 автоматического управления, соответствующие клапану, изображенному на фиг. 1, и отличающиеся от него лишь настройкой. Клапан 56 служит для автоматического переключения с П 1 на 1 Ч ступень, а клапан 57 - со 11 на 111 ступень трансмиссии. Клапаны 58 и 59 осуществляют автоматическую блокировку гидро- трансформатора 22 на П 1 и 1 у ступенях коробки 24 передач. Их входы подключены к нормально выключенным выходам клапанов 56 и 57, вход клапана 56 - к выходу 43 селектора 37, а вход клапана 57 - к нормально включенному выходу клапана 56, Нормально выключенные выходы клапанов 56, 58 и 59 подключены ко входам клапанов 51 и 52 типа ИЛИ, а нормально включенный выход клапана 57 - ко входам клапанов 51, 53 и 55.Камеры управления клапанов 56 - :59 подключены к выходам датчика 60 скорости выходного вала трансмиссии и датчика 61 нагрузки двигателя транспортного средства.Клапан автоматического управления работает следующим образом.При нулевом давлении Р соответствующем неподвижному транспортному средству, золотник 3 и плунжер 7 удерживаются в исходном положении (фиг. 1) пружиной 4 и давлением Р, датчика нагрузки. Давление питания Р поступает со входа 10 на нормально включенный выход 11 и далее в гидроцилиндр 20, а также через гидролинию 18 - в полость слева от поршня 8. Поршень 8 перемещается вправо до упора, сжимая пружину 4, Включена низшая ступень.При разгоне транспортного средства возрастает давление Р, и создаваемое им осевое усилие на плунжере 7. Когда оно превысит усилие пружины 4, сжатой поршнем 8, и усилие от давления Рь действующее на золотник 3 слева, плунжер 7 переместит золотник 3 влево. При некотором фиксированном давлении Р, это произойдет после наступления равенстваР 5 з+ Р= РЙ (1) где 5, 57 - площади торцов золотника 3 иплунжера 7;Р - усилие пружины 4 при правомположении поршня 8;Р, - величина давления Р соответствующая переключению с низшей ступени на высшую при Р -- РфьПри движении золотника 3 влево выход 11 и гидролиния 18 соединяются с отверстием 15, а вход 10 - с выходом 12. При этом поршень 8 под действием пружины 4 и давления Р, сместится влево до упора в винт 9, усилие пружины 4 уменьшится и нарушится условие равновесия (1). В результате золотник 3 и плунжер 7 быстро заканчивают движение влево до упора. Включится гидроцилиндр 21 и выключится гидроцилиндр 20, что соответствует высшей ступени.При уменьшении давления Р произойдет обратное переключение, для которого необходимо выполнение равенстваР 1 3+ Р" = Р 257, 1 11) где Р - усилие пружины 4 при левом положении поршня 8;Р" - величина давления Р соответствующая переключению с высшей ступени на низшую при Р=Р,.При движении золотника 3 из крайнего левого положения вправо выход 11 вновь соединяется со входом 1 О, поршень 8 перемещается вправо до упора и сжимает пружину 4, усилие которой возрастает и нарушает условие равновесия 111). Золотник 3 и плунжер 7 быстро заканчивают движение вправо до упора. Включается гидроцилиндр 20, соответствующий низшей ступени.Оба значения Р и Р" усилия пружины 4 соответствуют промежуточному положению золотника 3, при котором происходит переключение выходов 11 Р 1 12,45 50 55 60 65 При этом очевидно, что Р)Р", Учитывая это, можно из равенств (1) и (П) определить разницу между значениями давления Р. и Р 2":Ю Р - Р"Р - Р 2:- Л РИз выражения (П 1) видно, что для данной конструкции при фиксированной настройке прукипы 4 на величины Е и Р" разность ХР есть величина постоянная и не зависит от текущего значения давления РьС другой стороны, из выражений (1) и (П) следует, что при любом фиксированном значении Рф, давления Р переключение клапана с низшей ступени на высшую и обратно произойдет при разных значениях давления Р 2, отличающихся между собой на величину ХР Следовательно, данный клапан имеет релейную характеристику, а величина ЛР, соответствует величине гистерезиса.При работе клапана на транспортном средстве наличие гистерезиса обеспечивает разницу между скоростями движения, соответствующими переключениям с низших ступеней на высшие и обратно, что исключает цикличность. Кроме того, гистерезис обеспечивает неуравновешенность золотника 3 в промежуточных положениях, что повышает его надежность и улучшает процесс переключения ступеней.Поскольку гистерезпс зависит только от разности усилий Р и Р" пружины 4, он определяется лишь ходом поршня 8 и может регулироваться винтом 9. Для конкретной трансмиссии желаемая величина гистерезиса определяется при тягово-динамическом расчете транспортного средства и задается в виде разности скоростей его движсния или эквивалентной ей величины ЬР,. Тогда ход Х поршней 8 однозначно определяется на основании (1 П).Р - Р" = Х 1 =сР, 5откудаХ 1 Р 2 г3где Х - жесткость пружины 4.Таким образом, в описанном клапане автоматического управления возможно, без изменения заранее выбранных размеров, изменение настройки в определенных пределах давлений Р и Р, для различных модификаций трансмиссий за счет регулировки установочного усилия пружины 4, например, посредством шайб 19, и хода поршня 8 посредством винта 9, При этом для обеспечения нормальной работы необходимо следующее соотношение сил на поршне 8:РБ,) Р" + Р, ,ЯрУили Р)Р,+ - ,8 в 1 О 15 20 5 30 35 40 где 58 - площадь поршня 8.При нарушении условия (Ч) давления питания Р будет недостаточно для удержания поршня 8 в правом крайнем полокении, и он нс будет выполнять свои функции.Данный клапан может также успешно работать и прп одном управляющем сигнале Р, что имеет место при управлении фрикционными муфтами только по скорости, например, в гидротрансформаторах. В таких случаях, а также при благоприятных сочетаниях двух управляющих сигналов, клапан может работать и без плункера 7. При больших давлениях питания поршень 8 целесообразно выполнять одинакового диаметра с золотником 3. Устройство клапана с этими упрощениями показано на фиг, 3.Работа клапанов автоматического управления на трансмиссии,При нейтральном полокении селектора 37 все клапаны 4650 и клапаны автоматического управления 56 - 59 находятся в исходном положении, изображенном на фиг, 4. Входной вал трансмиссии вращается двигателем (на фигурах не показан), и источник 30 через фильтр 31 подает жидкость в магистраль 32 главного давления, которое поддерживается на заданном уровне регулятором 33. Давление из магистрали через клапан 49 поступает в гидро- цилиндр 25. Остальные гидроцилиндры через клапаны 46, 47 и 48 соединены со сливом, Трансмиссия находится на нейтрали.Для включения 1 ступени селектор 37 переводят в позицию 1. 5 Кидкость от селектора 37 по гидролиниям 39 и 41 подается к клапанам 48 и 49, при срабатывании которых давление из магистрали 32 подается в гидроцилиндры 26 и 29, Включена 1 ступень (фиг. 5).Для включения вручную П ступени или задних ходов селектор 37 устанавливают в соответствующие им позиции.Работа на автоматическом ре. жиме.При неподвижном транспортном средстве селектор 37 устанавливают в положение А. Давление на выходе датчика 60 скорости равно нулю. Клапаны блока 44 автоматического управления находятся в исходном положении. От селектора 37 давление по гидролиниям 41 и 42 подается к исполнительному клапану 48 и на вход клапана 56, а с его нормально включенного выхода че ез клапан 57 и клапаны 53, 54 и 55 типа ИЛИ - в камеры управления исполнительных клапанов 47 и 49. Клапаны 47, 48 и 49 срабатывают и включают П ступень. После ее включения увеличивают подачу топлива в двигатель, и транспортное средство трогается с места. По мере разгона возрастает давление Р, датчика 60 скорости,При некоторой скорости, зависящей от настройки клапана 57 и величины давления Рь клапан 57 переключается в положение высшей ступени, как описано выше. При этом выключаются клапаны 47, 49, и остается включенным клапан 48, что соответствует 111 ступени. Одновременно с нормально выключенного выхода клапана 57 давление поступает на вход клапана 58 блокировки гидротрансформатора на 111 ступени.При дальнейшем разгоне давление датчика 60 возрастает до величины, соответствующей настройке клапана 58. Последний срабатывает и через клапан 52 подает жидкость в камеру управления исполнительного клапана 50, который, в своюочеречь, подает жидкость из магистрали 32 в гидроцилиндр муфты 23 блокировки гидротрансформатора 22.Затем в процессе разгона срабатывает клапан 56 и включает 1 ч ступень, а гидро- трансформатор 22 разблокируется вследствие того, что жидкость от клапана 58 уже не поступает к клапану 50.Потом срабатывает клапан 59 блокировки гидротрансформатора на 1 ч ступени, котопый питается жидкостью от клапана 56.При замедлении транспортного средства умень.пается давление датчика 60, и клапаны 56 - 59 срабатывают в обратном порядке, возвращаясь в исходные положения, что приводит к разблокировке гидротрансформатора и поочередному включению пивших ступеней вплоть до 11 ступени.В предлагаемой системе автоматизировапы лишь три ступени и блокировка гидро- трансформатора на двух из них. Однако очевидно, что аналогичным образом с помощью предложенных клапанов автоматического управления можно автоматизировать любое число переключений. При этом могут использоваться не все выходы клапанов. а также использоваться в других комбинациях для согласования работы исполнительных клапанов с порядком включения гидроцилиндров конкретной трансмиссии. Схема может быть также построена не по пилотному принципч, а по полно- поточному: выходы клапанов автоматического чправления могчт соединяться непоспедственно с гидроиилиндрамп. Изображенный здесь пилотный вариант схемы соответствчет современным тяжелым трансмиссиям, В вллх, в частности, в качестве чстройства 37 ручного управления могут пчменяться электромагнитные клапаны,Применение данного изобретения позволит значительнопростить систему авто Системаавтоматического управления трансмиссией транспортного средства, содержащая датчики нагрузки и скорости, клапаны автоматического управления, каждый из которых имеет корпус с цилиндрическим отверстием, в котором размещен золотник, и с, по крайней мере, двумя камерами управления, расположенными по обе стороны золотника, одна из которых сообщена с выходом датчика нагрузки и в ней размещена настроечная пружина, а другая - с выходом датчика скорости, причем упомянутый клапан имеет вход, сообщенный с источником давления жидкости, выходы сообщенные с гидроцилиндрами фрикционных муфт смежных высшей и низшей ступеней трансмиссии, и устройство для создания гистерезиса, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции, снижения трудоемкости и повышения надежности, каждый из клапанов автоматического управления выполнен в виде распределителя, имеющего, по крайней мере, один нормально включенный выход, а устройство для создания гистерезиса выполнено в виде управляющего гидроцилиндра, поршень которого взаимосвязан с настроечной пружиной, при этом рабочая полость управляющего гидроцилиндра сообщена с указанным нормально включенным выходом, а ход поршня управляющего гидроцилиндра соответствует следующему соотношению:чР ЯХ 15 где Х - ход поршня, м;ЛР - разность между величинами выходных давлений датчика скорости, соответствующих переключениям с низшей ступенитрансмиссии на высшую, и с высшей на низшую, Па;Х - жесткость настроечной пружиныклапана, Н/м;5 - площадь торца золотника, на которую действует давление датчика скорости, м.Источник информации,принятые во внимание при экспертизе. Айзерман М. А. Автоматика переключения передач. М., Машгиз, 1948, фиг. 40.2. Патент США3146630, кл. 74 - 472,1964 (прототип),20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 матического управления, технологию изготовления элементов данной системы и темсамым повысить надежность ее. Формула изобретения