Система автоматического управления ступенчатой коробкой передач транспортной машины

О П И С А Н И Е р) 56331ИЗОБРЕТЕНИЯ Соизз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено исоединением зая Государственный коцит Совета Министров ССС(088.8) елам изобретении и открытий ликования описания 12.08,7 Дат 2) Авторы изобретения. Кацыгин, М. М. Пинс И. П, Ксеневич, Е. Н. альный научно-сследов ификации сельского хоз и Минский ордена Лнизациины СССР ательскии институт меха яйства Нечерноземной з нина тракторный заод Цент и электр(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СТУПЕНЧАТОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫИзобретение может быть использовано на транспортных и дорожных машинах, преимущественно на тракторах и грузовых автомобилях с дизельным двигателем, оборудованных всережимным регулятором работы топливного насоса и имеющих ступенчатую механическую коробку перемены передач с электрическим командным управлением.Известна система автоматического управления ступенчатой коробкой передач, содержащая тахогенератор, соединенный с выходным валом коробки передач, электромеханические реле, .включенные в цепь тахогенератора последовательно с датчиками положения рычага регулятора и рейки топливного насоса и подающие команду на переключение передач соответствующим электромагнитам исполнительных устройств, и контроллер для ручного управления коробкой передач.С целью повышения точности и надежности работы предлагаемая система автоматического управления снабжена реверсивным коммутатором, к выходам которого подсоединены электромагниты исполнительных устройств и управляющие входы ключей, ко вторым входам этих ключей подключен указанный тахо- генератор, а выходы ключеи через масштабные резисторы подключены к первым входам сравнивающих устройств, вторые входы которых через суммирующие резисторы подсоединены к выходам датчиков положения рычага регулятора и рейки топливного насоса, а выходы сравнивающих устройств подключены к 5 суммирующему и вычитающему входам реверсивного коммутатора через вентили, управляющие входы которых соединены с выходами реверсивного коммутатора, подающими команды на включение высшей и низшей пе редач.С целью учета линейного ускорения машины система может быть снабжена тахогенератором, связанным с ведомым колесом машины и подключенным к входам сравнивающих уст ройств через конденсатор, усилитель, шунтируемый резистором, и суммирующие резисторы.Кроме того, для оповещения водителя о необходимости (ручного) переключения дпапа зона в трансмиссии машины система можетбыть снабжена сигнальными приборами, например неоновыми лампами, подключенными к выходам сравнивающих устройств через повышающий трансформатор,25 На фиг. 1 представлена схема системы автоматического управления; на фиг, 2 - схема установки системы на трактор; на фиг. 3 - принципиальная схема сравнивающего устройства (пример выполнения); на фиг. 4 приве 563311дена схема реверсивного коммутатора; на фиг. 5 - принципиальная схема транзисторного ключа; на фиг. 6 - диаграмма работы системы.Предлагаемая система (см. фиг. 1) содержит реверсивный коммутатор 1, к выходам 2 которого через диоды 3 - 5 подсоединены управляющие входы 6 ключей 7 - 9 и электромагниты исполнительных устройств 10 - 12, включающих соответственно первую, вторую и третью передачи. Ко вторым входам 13 ключей 7 - 9 подключен тахогенератор 14, вал которого жестко связан с выходным валом коробки передач. Выходы 15 ключей через масштабные резисторы 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21 подключены к первым входам 22 сравнивающих устройств 23 и 24, а их вторые входы 25 через суммирующие резисторы 26 и 27 подсоединены к выходам 28 и 29 датчиков 30 и 31 положения соответственно рычага регулятора и рейки топливного насоса 32, Выходы ЗЗ сравнивающих устройств 23 и 24 подключены соответственно к суммирующему 34 и вычитающему 35 входам реверсивного коммутатора 1 через вентили (диоды) 36 и 37, управляющие входы которых соединены через резисторы 38 и 39 с выходами 2 реверсивного коммутатора, подающими команду на включение высшей и низшей передач (соответственно электромагнитным устройствам 12 и 10).Тахогенератор 40, вал которого соединен с ведомым колесом машины, подключен через конденсатор 41, усилитель 42, шунтированный резистором 43, и суммирующие резисторы 44, 45 к входам Сравнивающих устройств.Неоновые лампы 46 и 4, оповещающие о необходимости переключения соответственно на высший или низший диапазон, подключены через повышающие трансформаторы 48 и 49 к выходам сравнивающих устройств 23 и 24.Датчики 30 и 31 соответственно положения рычага регулятора и рейки топливного насоса подсоединены к источнику постоянного стабилизированного напряжения +Ео, а контролер 50, необходимый для ручного управления системой, подключении к источнику постоянного нестабилизированного) напряжения +Е,Выходные сигналы системы, установленной ,на трактор (см. фиг. 2), поступают к исполнительным электромагнитным устройствам 10 - 12 (например, гидравлическим золотникам с электромагнитным управлением), которые при своем включении подают масло к силовым цилиндрам управляемых фрикционных муфт 51 - 53, включающих при своем срабатывании соответственно первую, вторую и третью передачи в коробке 54 передач. На выходном валу 55 коробки передач помещена скользящая шестерня 56, позволяющая переключать вручную диапазоны в трансмиссии машины.Сравнивающее устройство (см. фиг, 3) содержит блокинг-генератор на транзисторе 57, работающий в ждущем режиме, и формирователь импульсов на транзисторах 58 и 59, служащий для улучшения условий работы ре 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 оо 65 4версивного коммутатора 1. Диоды 60 п 61установлены в цепи обмотки обратной связитрансформатора 62; средняя точка обмоткисоединена через резистор 63 с отрицательнымполюсом источника питания. Резисторы 64 и65 соединяют со стабилизированным источником питания (+Ео) базы транзисторов 58 и59. Резистор 66 соединяет эммитер транзистора 59, а через резистор 67 также соединяет ибазу транзистора 58 с отрицательным полюсом источника питания.База транзистора 58 соединена с выходнойобмоткой трансформатора 62 через конденсатор 68,Реверсивный коммутатор (см. фиг. 4) содержит триггер 69 на транзисторах 70 и 71 итриггер 72 на транзисторах 73 и 74 (границыупоминаемых узлов обведены пунктиром). Выходы триггеров 69, 72 через дешифратор 75 надиодах 76 - 81 соединены с развязывающимиэмиттерными повторителями на транзисторах82, 83 и 84, с выхода которых поступает напряжение для включения соответственно первой, второй и третьей передач. Схема 85 параллельного переноса, соединяющая суммирующий 34 и вычитающий 35 входы со входами триггеров, содержит диоды 86 - 95, необходимые для распределения в определенномпорядке суммирующих или вычитающих импульсов по входам триггеров 69 и 72 в зависимости от их состояния. Диоды 36 и 37 установлены соответственно на входах суммирующей и вычитающей цепей, а диод 96 включенв цепь питания триггеров для стабилизациинапряжения смещения. В линии управлениядиодами 36 и 37 включены резисторы 38 и 39,Резисторы 97 - 100 соединяют с положительным полюсом источника питания (+Е) соответственно коллекторы транзисторов 70, 71, 73и 74.Ключ (см. фиг, 5) содержит транзистор101, который включен последовательно междувходом 13 и выходом 15, и транзистор 102, который включен параллельно выходу ключа.Управление транзистором 102 осуществляетсячерез согласующий инвертор,на транзисторе103, Управление транзистором 101 производится с помощью вспомогательного управляемогогенератора на транзисторе 104 и трансформаторе 105, обмотка которого через выпрямляющий диод 106 и сглаживающий конденсатор107 связана с транзистором 101. В цепь транзистора 103 включены резисторы 108 - 110, ав цепь транзистора 104 - резисторы 111, 112и конденсатор 113, В цепи базы транзистора101 установлены резисторы 114 и 115, а в цепи базы транзистора 102 - резисторы 116 и117.На представленной на фиг, 6 диаграмме работы системы автоматического управлениякоробкой передач на вертикальной оси отложена скорость машины У, а на горизонтальной - напряжение У тахогенератора 14 навходах сравнивающих устройств 23 и 24,Линиями АБ и АБ ограничены зоны пере 563311хода соответственно на следующую низшую и высшую передачи, определяемые интервалами напряжений, при которых срабатывают сравнивающие устройства, соответственно 24 и 23.Скорость, при которой происходит переход на смежную передачу в каждой зоне, определяется равенством напряжений на входах сравнивающих устройств, поэтому начало процесса переключения зависит от соотношения величины напряжения тахогенератора 14 на входах 22 сравнивающих устройств с величиной напряжения на входах 25, определяемой положениями рычага регулятора и рейки топливного насоса и величиной линейного ускорения машины.Сравнивающее устройство 23 срабатывает при условии, что напряжение на его входе 22 больше или равно напряжению на входе 25, а сравнивающее устоойство 24 - при условии, что напряжение на входе 22 меньше или равно напряжению на входе 25.Закон переключения передач выбран так, чтобы при неизменном режиме работы машины скорость, при которой произошло переключение на высшую передачу, была больше скорости обратного переклточенття. Это исключает появление циклического переключения передач. Установка величины напряжения тахогенератора, подводимого к входам 22 сравнивающих устройств 23 и 24, осуществляется при помощи оезисторов 16 - 27, 44, 45 в соответствии с выбранным законом переключения передач.Если условно считать, что рычаг регулятора и рейки топливного насоса неподвижны, а ускорение машины постоянно (т. е, машина движется с постоянно возрастающей скоростью), то переключение на следующую низшую передачу будет происходить по линии В, а на высшую передачу - по линии В. Режим работы машины по скорости обозначается на диаграмме точкой.Пусть рычаг контроллера 50 установлен в положение 1 (см. фиг. 1), а машина движется на второй передаче. В этом случае включены электромагнитное устройство 11 и ключ 8. Скорости движения машины соответствует точка Гт, и при увеличении или уменьшении скорости машины точка Г, сместится вправо или влево.Увеличение скорости машины до точки Г. приводит к равенству напряжений на входах сравнивающего устройства 23 и на его выходе 33, соединенном с суммирующим входом реверсивного коммутатора 1; появляется импульс. Под его воздействием реверсивный коммутатор 1 перейдет в следующее устойчивое состояние и подаст напряжение к электромагнитному устройству 12, производящему включение третьей передачи, и ключу 9, выключив электоомагнитное устройство 11 и ключ 8.При выключении ключа 8 и включении ключа 9 изменится мастшаб напряжения тахогецсратора 14, поступатотттсго на вход 22 сравни ю 15 20 25 30 35 4 О 45 50 55 60 от.т 6ваюшего устройства 23, и исчезнет равенство напряжений на входах 22 и 25. Рабочая точка на диаграмме скачком пеоеходцт в новое положение Га, а при дальнейнтем увеличении скорости матцины может оказаться в положении Г.:.Снижение скорости машина до скорости, соответствутощей точке Г 5, приводит к равенству напряжений на входах сравнивающего устоойства 24, которое срабатывает, а его импульс поступает на вычптающий вход коммутатора 1, вызывает его переключение н подачу напряжения к электромагнитному устройству 11 и ключу 8, отключив напряжение от электромагнитного устройства 12 и ключа 9. Рабочая точка на диаграмме скачком перейдет из положения Г 5 в положение Г,Аналогттчньтм образом происходит пеоеключение всех остальных передач.После включения контроллера 50 в положение 1 с места плц в процессе движения с ручным управлением, коммутатор 1 может оказаться в любом цз четырех возможных состояний (одно неиспользуемое), в том числе и в таком, которое не соответствует режиму работы машины. При этом в зависимости от конкретного состояния коммутатора 1 ц режима оаботы машины величина напряжения тахогенератора 14 на входах 22 сравнцватощих устройств 23, 24 вызовет срабатывание одного из них, и максимум тремя цмпульсамц, поступившими ца суммцрутоший ттлтт вычитающий входы коммутатора с выхода сработавшего сравнивающего устройства, он будет переведен в трсоусмос состоянце.3 адсржтта подачтт правпльттот ттоматтдтт ттс превысит 0,03 сск. ц не отразится ца работе механизма управления коробкой передач, быстродействие которого 0,1 - 0,3 сок. Если после вклточенця контроллера 50 в положение 1 коммутатор 1 окажется в четвертом, неиспользуемом, состоянии, то все ключи 7 - 9 в цепи мастшабных резисторов 16 - 21 будут закрыты и сравнивающее устройство 24, подав импульс на вычитаюший вход 35 реверсивного коммутатора 1, переведет его в первое состоячие. В дальнейшем работа системы не будет отличаться от описанной.Конденсатор 41, усилитель 42 и резистор 43 необходимы для измерения и пересчета приращения угловой скорости вечомого колеса, задаваемой тахогенератором 40, в линейное ускорение машины.При движении машины с положительным ускорением усилитель 44 подает пропорциональный ускорению отрицательный сигнал на вход суммирующих резисторов 44 и 45, который уменьшает общую величину положительного сигнала, поступающего на входы 25 сравнивающих устройств 23 и 24. В результате этого сравнивающее устройство 23 сработает, и переключение на высшую передачу произойдет раньше, т. е. при меньшем напряжении, вырабатываемом тахогецератором 14. Прц двцжснцц мттттттттты с отрттттатедт ттт.тм уско-.Э10 15 20 25 Зз 35 о 45 Я 55 60 ( г 7рснисм (т. с, с замедлением) усилитель 42 подает на вход суммирующих резисторов 44 и 45 положительный сигнал, которыйвсличиваст обгцую ве нчин напряжения, поступающего на входы 25 сравниваюнгнх устройств 23 и 24. В результате этого сравниваюп 1 се устройство 24 сработает, и псреключение на чизшую передачу произойдет раньше, т. е. при оольшем напряжении, вырабатываемом тахо- генератором 14,При увеличении скорости движения машины на третьей передаче или уменьшении скорости се движения на первой передаче до порога срабатывания сравнивающих устройств 23 и 24, их импульсы не проходят па входы коммутатора 1, так как вентили (диоды) 36 или 37 закрыты сигналом коммутатора 1 на включение третьей или первой передачи и поступают через повышающие трансформаторы 48 или 49 на псоновые лампы 46 и 47. Свечение лампы 46 или 47 оповещает водителя о нсобходимостп переключения вручную диапазона в трансмиссии машины.Сравнивающее устройство (см. фиг. 3) использовано для подачи сигналов рсверсивному коммутатору 1 при равенстве папрякений управляющих сигналов на его входах 22 и 25.При работе сравнивающего устройства на аноды диодов 60 и 61 поступают сравниваемые положительные напряжения. Если напряжение па входс 25 больше, чем на входе 22, то диод 61 открыт, а диод 60 закрьгг, и в цепь базы транзистора 57 блокипг-генератора поступит сигнал с нижней части витков обратной связи трансформатора 62. В соответствии с принятым на схеме направленном намотки витков (начало обмотки обозначено точкой) этот сигнал будет являп ся сигналом отрицательной обратной связи и поэтому самовозбуждения блокинг-генератора не произойдет. При этом транзистор 58 открыт положительным потенциалом, поступающим на его базу через резистор 64, а транзистор 59 закрыт низким потенциалом, поступающим с коллектора открытого транзистора 58. Напряжение на выходе 33 формирователя импульсов близко к нулю.В случае, когда большим является напряжение на входе 22, открывается диод 60, и в цепь базы транзистора 57 блокинг-генератора поступит сигнал положительной обратной связи. В результате этого блокинг-генератор начнет вырабатывать импульсы, которые через конденсатор 68 поступят на базу транзистора 58 формирователя и, закрывая его, вызовут появление положительных импульсов на его коллекторе, и, как следствие, - и на эмиттере транзистора 59. При этом, благодаря использованию формирователя, параметры выходных импульсов не будут зависеть от соотношения сравниваемых напряжений.Период следования этих импульсов согласован с динамикой всей системы автоматического управления таким образом, что к моменту поя лспня слгдуюгцего импульса на выходе 8сравнивающего устройства 23 или 24 все переключения и связанные с ними переходные процессы в реверсивном коммутаторе 1 и ключах 7- - 9 заканчиваются,Рсвсрсивпый коммутатор (см. фиг, 4) использован для подачи команды на включение слсдующсй передачи: высшей - при поступлении импульса на суммирующий вход, низпей - при поступлении импульса на вычитающий вход, и представляет собой пересчетную схему на двух триггерах 69 и 72.Пусть, например, коммутатор находится во втором устойчивом состоянии. В этом случае открыты транзисторы 70, 74 триггеров 69, 72 и транзистор 83 эмиттерного повторителя дешифратора. Транзисторы 71, 73 триггеров закрыты. Закрыты и транзисторы 82, 84 эмиттерных повторителей дешифратора, так как низкими потенциалами на коллекторах транзисторов 70, 74 открыты диоды 76, 80, 81 дешифратора. Высокие выходные потенциалы триггеров 69, 72 закрывают диоды 86, 90, 94, Диоды 88, 89 и 93, 95, представляющие собой схемы ИЛИ открыты всегда, независимо от состояния коммутатора.Поступив на суммирующий вход, импульс пройдет через открытые диоды 36, 93, 92 и, открыв транзистор 73, переведет триггер 72 во второе устойчивое состояние, благодаря входящим в схему триггера резистивно-емкостным цепям положительной обратной связи. Одновременно импульс проходит через открытые диоды 91, 89, 87 и, открыв, транзистор 71, переводит триггер 69 в новое устойчивос состояние. После переключения триггеров коммутатор персходит в третье устойчивое состояние, когда открыт транзистор 84. Транзисторы 82 и 83 закрыты, так как открь,ты диоды 77, 78, 79. Диоды 76, 80 и 87, 91, 92 закрыты высокими выходными потенциалами триггеров 69, 72. Выходной потенциал транзистора 84 через резистор 38 закрывает диод 36. Это исключает циклические переключения коммутатора в режиме работы машины, требующем включения высшего диапазона в трансмиссии.Импульс, поступивший на вычитающий вход, пройдет через открытые диоды 37, 95, 94 и откроет транзистор 74, а через диоды 37, 90, 88, 86 откроет транзистор 70. В результате этого коммутатор возвратится во второе устойчивое состояние.Следующий импульс, поступивший на вычитающнй вход коммутатора, пройдет через открытые диоды 37, 95, 92 и установит коммутатор в новое, первое, состояние, когда открыты транзисторы 70, 73 триггеров и транзистор 82 эмиттерного повторителя дешифратора, Выходной потенциал транзистора 82 через резистор 39 закрывает диод 37. Это исключает циклические переключения коммутатора в режиме работы машины, требующем включения низшего диапазона в трансмиссии,Ключ (см. фиг. 5) использован для подключения входов 22 сравнивающих устройств563311 10 923 и 24 через масштабные резисторы 16 - 21 различной величины к выходу тахогенератора 14 и изменения масштаба напряжения тахогенератора в соответствии с включенной передачей,Управляющий потенциал на входе 6 через резистор 109 открывает транзистор 103 инвертора. В результате положительное напряжение его коллектора падает, и транзистор 102 закрывается,Одновременно управляющее положительное напряжение на входе 6 (см. фиг. 5) поступает через резистор 111 на базу транзистора 104, открывает его и благодаря существующей в схеме положительной обратной связи через обмотку трансформатора 105 способствует возникновению незатухающих колебаний в цепи коллектора транзистора 104. Переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора 105, выпрямленное диодом 106 и сглаженное конденсатором 107, открывает транзистор 101, т. е. происходит соединение входа 13 с выходом 15,При отсутствии управляющего напряжения на входе 6 ключа транзистор 102 открыт положительным напряжением, поступающим от источника питания +Е, (через резисторы 108 и 116). Транзисторы 101, 103 и 104 закрыты нулевым потенциалом на их базах, создаваемым соответственно, резисторами 115, 110, 112.Таким образом, когда на входе 6 есть управляюший сигнал, ключ открыт, при этом транзистор 101 открыт, а транзистор 102 закрыт. При закрытом ключе, когда на входе 6 цет управлятощего сигнала, транзистор 101 закрыт, а транзистор 102 открыт. Формула изобретения 1. Система автоматического управленияступенчатой коробкой передач транспортной 5 10 15 20 2 д 30 35 40 машины, содержащая тахогенератор, соединенный с выходным валом коробки передач, электромеханические реле. включенные в цепь тахогенератора последовательно с датчиками положения рычага регулятора и рейки топливного насоса и подающие команду на переключение передач соответствующим электромагнитам исполнительных устройств, и контроллер для ручного управления коробкой передач, отлцчаюшаяся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, она снабжена реверсивным коммутатором, к выходам которого подсоединены электромагниты исполнительных устройств и управляющие входы ключей, ко вторым входам этих ключей подключен указанный тахогенератор, а выходы ключей через масштабные резисторы подключены к первым входам сравнивающих устройств, вторые входы которых через суммирующие резисторы подсоединены к выходам датчиков положения рычага регулятора и рейки топливного насоса, а выходы сравнивающих устройств подключены к суммирующему и вычитаюшему входам реверсивного коммутатора через вентили, управляющие входы которых соединены с выходами реверсивного коммутатора, подающими командьт на вклточентте высшей и низшей передач.2. Система по п. 1, отл ича тоща яся тем, что, с целью учета линейного ускорения машины, она снабжена тахогенератором, связанным с ведомым колесом машины и подключенным к входам сравниватотттттх устройств терез тондеттсатор, усилитель, шунтируемый резистором, и сухтмттрутоттттте резисторы,3. Система по п. 1, отлич а юща яся тсм, что, с целью повешения о необходимости перек тто тения диапазона в трансмиссии машины, она снабжена сигнальными приборами, например неоновыми лампами, подклточенньтми к выходам сравнивающих устройств через повышающий трансформатор, 563311563311 Юслю, ряцд 0 д но сдВюАлююм цую нйауюлусту 3 снс пРЮЦДна ГЛЮу 4 ц 4 уюРб/Юаню ЮЮР -УйЦ Составитель В. БялоцкийТекред А, Камышникова Корректоры: Л. Кот и Степан-35, Раушская наб., д. 4/ аказ Типография, пр. Сапунова,Редактор А. Купряко Изд.553 Государствспног по делам изо 3035, Москва, Ж