Способ управления коробкой передач и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 79117 9) В 60 К 17/1 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Иэобрете му машинос системам ком реключенил миссиях,Известе ческой гидро торой перекл(71) Белорусский политехнический институт(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОРОБКОЙПЕРЕДАЧ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование; в системах командногои автоматического переключения передачтранспортных средств с механической ступенчатцй трансмиссией, Сущность изобретения: способ основан на коррекциивеличины и знака момента синхронизации ние относится к транспортно- троению, преимущественно к андного и автоматического пепередач в механических транс. способ управления автоматимеханической передачей, у коюченйе достигается благодаря включаемых элементов коробки передач, автоматически изменяющей величину упреждения включения последующей передачи на основании учета рассогласования угловых скоростей синхронизируемых элементов коробки передач предыдущего одноименного переключения путем введения обратной свлзи по моменту синхронизации, учитывающей реальные эксплуатационные условия и техническое состояние транспортного средства, Устройство состоит иэ трехпозиционного силового элемента, электропневматического двухпозиционного распределителя, системы воздухопроводов и блока управления. На штоке силового цилиндра жестко установлен в осевом направлении двуплечий рычаг, взаимодейст-вующий с поводком вилки переключения передач, закрепленной в осевом направлении на штоке, Вилка имеет возможность ограниченного перемещения относительно штока благодаря наличию в ней сквозного паза, выполненного по дуге окружности. Угловое перемещение ведет к повороту относительно штока двуплечего рычага 6 и осевому перемещению связанного с ним штока. 2 с.п. ф-лы, 4 ил,одновременному или последовательному переключению входлщих в механическую часть первой и второй КП, Способ предполагает наличие программы начала переключенил второй КП после начала переключения первой КП, программы окончания переключения второй КП одновременно с завершением переключения5 10 15 20 25 ЗО 40 50 55 первой КП, а также системы коррекции, принимающей в расчет, по крайней мере, температуру масла в гидросистеме при последующем переключении второй КП на основании результатов существующей схемы переключения передач, Кроме температуры масла в гидросистеме автоматической передачи, в центральном процессоре системы коррекции используются данные, по меньшей мере, одного из параметров: нагрузка двигателя, скорость автомобиля, вид переключения передач.Недостатком такого способа управления передачей является сложность его осуществления, определяемая введением в конструкци 1 о дополнительных датчиков, чтб также отрицательно сказывается на надежности работы,Известен также способ оптимизации параметров алгоритма переключения передач путем их автоматической адаптации к условиям эксплуатации, весовому состоянию транспортного средства, эксплуатационному состоянию и степени износа двигателя и трансмиссии, в котором относительные угловые скорости синхронизируемых элементов коробки передач не являются жестко заданными константами, а представляют собой функцию угловых ускорений инерционных масс двигателя и выходного вала коробки передач, передаточного числа КП на включаемой передаче и быстродействия исполнительных механизмов.В соответствии с предложенным способом реализуется следующая последовательность организации переключения передач (после подачи команды на размыкание сцепленияи выключения предыдущей передачи):считывается и запоминается уровень сигналов датчиков угловой скорости коленчатого вала двигателя и выходного вала КП;производится задержка времени считывания вышеуказанных сигналов на определенный период;повторное считывание и запоминание уровня сигналов датчиков угловой скорости коленчатого вала двигателя и выходноо вала КП после истечения задержки времени;определяется приближенное значение угловых ускорений коленчатого вала двигателя и выходного вала КП;рассчитывается относительная угловая скорость синхронлзируемых элементов КП, при достижении которой следует подавать сигнал на включение последующей передачи,считываются и запоминаются сигналы датчиков угловой скорости коленчатого вала двигателя и выходного вала КП; определяется действительное значение относительной угловой скорости синхронизируемых элементов КП;сравнивается, величина действительной относительной угловой скорости синхронизируемых элементов КП с расчетным значением; если величина действительной угловой скорости превышает расчетную, то производится повторное определение очередного действительного значения относительной угловой скорости синхронизируемых элементов, КП, если же величина действительной угловой скорости равна или меньше расчетной, то подается сигнал на включение последующей передачи в КП.Таким образом, указанный способ оптимизации параметров алгоритма переключения передач основан на последовательном приближении параметров переключения к оптимальным. путем многократньх измерений действительных угловых скоростей синхронизируемых элементов КП и их сравнения с расчетными, значения которыхадаптивны к условиям эксплуатации. Недостатком указанного способа оптимизации параметров алгоритма переключения передач является невозможность учета быстродействия исполнительных механизмов, изменяющегося в зависимости от погодно-климатических условий и степени износа.Известна также автоматическая система управления ступенчатой механической трансмиссией с центральной синхронизацией, в которой включение новой передачи начинается с упреждением при некотором рассогласовании угловых скоростей вводимых в зацепление КП, Величина этого рассогласования определяется временем срабатывания исполнительного механизма КП, мощностными и тормозными характери-стиками двигателя, отношением передаточных чисел соседних передач и дорожнымиусловиями. Регистрируемыми системой параметрами являются угловые ускорения коленчатого вала двигателя и выходного вала КП. замеренные в процессе синхронизации, время срабатывания исполнительного механизма КП, при выключении исходной передачи и отношение передаточных чисел соседнихпередач, определяемое номерами исходнойи включаемой передачи в трансмиссии,Недостатком такой системы управления является отсутствие адаптации к условиям эксплуатации, автоматически меняющей величину упреждения включения последующей передачи в зависимости от угловых ускорений коленчатого вала двигателя и ведомого вала КП в процессе синхронизации,а также времени срабатывания исполни- дач Ьо выбрано таким образом, что в мо-тельногомеханиэма включения передачи,что мент соприкосновения конусов синхрониприводит к увеличению динамических нагру- . затора разность угловых скоростейзок в трансмиссиипри включении передач, соединяемых в процессе переключения пе-.. отрицательно сказывается на ее долговечно редач близка к нулю, то блокировка синхрости,атакженатехнико-экономических пока- низатора отсутствует и момент на вилкезателях.эксплуатации транспортного переключения передач йе изменяется, в. средства, противном случае на вилке переключенияЦелью изобретения является повыше- передач возникает дополнительный (полоние надежности и долговечности трансмис жительный или отрицательный) синхронисии, эирующий момент - . эона 11, значениеДля достижения этой цели при первом которого (дополнительное отклонение вилвключении каждой передачи считывают ин- ки-Ь 1) регистрируется и запоминается блоформацию о значении угловых скоростей комуправления;входного и выходного валов коробки пере после завершения процесса синхронидач, определяют разность между ними и зациисоединяемыхвпроцессепереключесравниваютее с,заданным значением и при ния элементов происходит разблокировкаих равенстве подают команду на включение синхронизатора и дополнительный мопередачи, при этом измеряют синхронизи- мент на вилке переключения передач (до. Рующий момент, по величине и знаку кото полнительное отклонение вилки - Ь 1)рого корректируют разность угловых исчезает и происходитэамыканйе эубчаскоростей переключаемых элементов, исхо- тоймуфты - зона 1 Ч, т.е. включение требудя из минимизации синхронизирующего емой передачи;момента, при последующем включении од- наличие величины и знакадополнительноименной передачи считывают упомяну ного синхронизирующего момента на вилке. тую информацию, определяют разность переключения передач (дополнительногоугловых скоростей переключаемых элемен- отклонения вилки - Ь 1) учитывается притов, сравниваютсоскорректированной раэ- последующем включении этой передачи таностью и при их равенстве подают команду ким образом, что при отсутствии дополнина включение, затем корректируют раз-. 30 тельного синхронизирующего моментаность, значение которой используют при (дополнйтельногоотклонениявилкиЬ)Распоследующем одноименном переключении. четное рассогласование соединяемых вВ соответствий с предложенным спасо- процессе переключения передач элементовбом реализуется следующая последова-коробки передач Ьщне изменяется, в протельность выполнения алгоритма 35 тивномслучаезначениеэтого рассогласовапереключения передач.(см.фиг;1): ния увеличивается или уменьшается ввыключается исходная передача, т.е. ко- зависимости от направления (знака) дополробка передач устанавливается в нейтраль,нительного синхронизирующего моментапосле чего осуществляются операции по (дополнительного отклонениявилки - Ь)досинхронизации соединяемых в процессе 40 значения Ьй и выполняется последовапереключения элементов коробки передач тельность операций, описанная выше);(например, центральная синхРонизаций если при последующем включенииданпри помощи двигателя); ной передачи в момент соприкосновенияпри расчетном рассогласовании угла- конусов синхронизатора коробки передачвых скоростей соединяемых в процессе пе. опять имеется разность угловых скоростей,реключения элементов коробки передач соединяемых в процессе переключения злеЬв, определяемого с учетом некоторогоментов коробки передач, то на вилке вознижестко заданного времени срабатывания кает дополнительный синхронизирующийисполнительного механизма 1 им подается момент(дополнительное отклонение вилкикоманда на включение требуемой передачи) 50 - Ь 1"),- зона 1; последовательно ведется коррекциясчитывается и запоминается значение рассогласования Ао, при котором подаетмомента на вилке переключения передач ся команда на включение данной передачи(положение вилки), возникающего за счет до тех пор, пока дополнительный синхронитрения между вилкой и муфтой синхрониза эирующий момент (дополнительное отклотора коробки передач до его стабилизации нение вилки - Ь 1) не будет устранено, т.е.на некотором уровне 1 - зона 1; до тех пор, пока момент замыкания зубчаесли первоначальное рассогласованиетой муфты не совпадает с моментом выравугловых скоростей, соединяемых в процес- . нивания угловых скоростей соединяемых все переключения элементов коробки пере 1791174процессе переключения элементов коробки передач;дальнейшее включение данной передачи происходит при полученном вышеописанным способом рассогласования угловыхскоростей соединяемых в процессе переключения элементов коробки передач, например Йо",Таким образом, укаэанный способуправления коробкой передач основанна постепенном приближении параметров переключения к оптимальным, путем коррекции констант последующего переключения на основании реальных их значенийодноименного предыдущего переключения, зависящих от условий эксплуатации и технического состояния транспортного средства,Для осуществления этого способа предложено устройствоИзвестен электропнеомэтический привод управления луфтой синхронизатора коробки передач, который предотвращает повреждение шлицео муфты и шестерни при соединении последней с валом, что достигается временным снижением переключающего усилия в пневмоприооде после завершения синхронизации шестерни и вала и последующем плащ ым оводом шлицев в зацепление. При достижении равенства теоретического и действительного соотношения частот вращения первичного и промежуточного валов коробки передач во время завершения синхронизации производится пуск реле времени о блоке управления, что приоодит к включению цаопределенное время электромагнитного клапана, связанного с переключающим пневмоцилиндром. Следовательно, производится выпуск сжатого воздуха иэ пнеомоцилиндра, и переключающее усилие его штока резко снижается, Вслед зэ этим производится плавный овод в зацепление шлицев муфты и шестерни,Недостагком такого привода является -" то,чтбон не уменьшает буксование синхрониэаторов, а только обеспечивает плавный ввод в зацепление шлицев муфты и шестерни после завершения синхронизации переключаемых элементов коробки передач,Известно также устройство дистанционного переключения передач транспортного средства, в котором с целью 102030354050 упрощения конструкции и,повышения надежности работы путем бесступенчатого изменения усилия включения передач оно содержит автоматически управляемыйдроссель, выполненный в виде подпружиненного золотника с пояском, пневмэтически связанный с рабочими полостями силового цилиндра через распределитель и кинеМатически взаимодействующий через двуплечий рычаг, установленный на штоке силового цилиндра, с поводком вилки переключения передач, причем вилка установлена нэ штоке коробки передач с возможностью Относительного углового перемещения,Недостатком такого устройства, определяемым необходимостью введения бесступенчатого изменения усилия включения передач, является устранение не причины возникновения повышенного усилия включения, вызванного жестко заданными точками переклочения передач, а следствия, т.е. сведения к минимуму буксования синхронизаторов коробки передач из-за наличия рассогласования угловых скоростей переключаемых элементов,На фиг,2 показана принципиальная злектропцеолатическая схема устройства перекгночеция передач; на фиг,3 - вариант конструктивного исполнения механизма обратцой связи; на фиг.4 - блок управления,Устройство состоит из исполнительного механизма 1 и распределителей 2, соединенных между собой системой воздухопрооодов 3 и блока управления 4. Исполцительцый механлзм представляет собой трехпозиционный силовой элемент с пневматической нейтралью. Электропцевматический распределитель состоит из электромагнита с толкателем и нормально. открытого золотцикового клапана. На штоке 5 силового элемента жестко установлен о осевом направлении двухплечий рычаг 6, взаимодействующий с поводком вилки 7 переключения передач, закрепленной о осевом направлении с помощью стопорцых колец и шайб на штоке 8, установленном в крышке или картере 9 коробки передач, Вилка 7 имеет возможность ограниченного перемещения относительно штока.8 благодаря наличию о ней сквозного паза 10, выполненного по дуге окружности, В корпусе силового злелента устаноолен датчик положения 12, подвижная часть которого соязанэ со штоком 13, Среднее (нейтральное) положение штока 13 обеспечивается пружиной 14, шайбами 15 и крышкой 16. Шток 13 кицемэтически взаимодействует с двуплечим рычагом 6 через шип 17,Распределители 2 и датчик положения 12 связаны с блоком упрээления 4. Блок управления 4 содержит (фиг.4) центральный процессор ЦП), генератор синхроимпульсоо(Г), системный контроллер (СК), постоянного запоминающего устройства ПЗУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), программируемого таймера Щ, схе 1791174 10мы приоритетных прерываний (СП), схемы ввода-вывОда (СВВ) аналого- цифрового преобразования (АЦП), усилителя (У), элек 1- рически соединенных между собой в соответствии со схемой, приведенной на фиг.4.Устройство работает следующим образом,Исходное положение (нейтраль в коробке передач).Для обеспечения исходного положения воздух под давлением через воздухопроводы 3 (при обесточенных магнитах распределитвля) бесйрепятственно поступает в рабочие полости трехпозиционного силового элемента 1, устанавливая тем самым шток 5, рычаг 6 и связанную с ним вилку 7 со штоком 8 коробки передач в нейтральное положение (в осевом направлении). Трение между концами вилки и вращающейся муфтой синхронизатора отсутствует, благодаря чему с помощью пружины 14 шток 13 устанавливается в среднее (нейтральное) положение относительно датчика 12 и через шип 17 и рычаг 6 устанавливает в среднее (нейтральное) положение (в тангенциальном направлении) вилку 7 относительно штока 8,б. Включение передачи,Первое включение каждой передачи в коробке передач производится при жестко заданном рассогласовании угловых скоростей соединяемых в процессе переключения элементов коробки передач - Ьв,При подаче питания на соответствующий электромагнит срабатывает исполнительный механизм, что приводит к перемещению штока 5, рычага 6 и связанного с ним штока 8 с вилкой 7 коробки передач.Перемещение вилки 7 в осевом направлении вызывает появление момента трения между концами вилки и вращающейся муфтой синхронизатора, что приводит к угловому перемещению вилки 7 относительно штока 8 благодаря наличию в ней сквозного паза 10, а следовательно и к пропорциональному данному моменту трения перемещению штока датчика 12.Направление углового перемещения вилки 7 зависит от соотношения угловых скоростей ведущей и ведомой частей синхронизатора, т,е. от необходимости разгонять или тормозить ведомые элементы коробки передач (см, зонана фиг.1).Угловое перемещение вилки 7 ведет к повороту относительно штока 5 двуплечего рычага 6 и осевому перемещению связанного с ним штока 13. Смещение штока 13 возможно при условии, что момент трения вилки и-муфты синхронизатора больше усилия пружины 14, Перемещение штока 13510 15 35 40 интервалами осуществляется также через 45 50 55 20 25 30 приводит к аналогичному перемещению датчика положения 12.Величина углового перембЩЕнйя вйлкй 7 и связанного с ней штока 13 определяется моментом трения между вилкой и муфтой синхронизатора, велйчИнакОторбго являет- ся переменной по ходу штока включения передачи (см.фиг.1),Наибольшее значение момента на вилке 7 имеет место в момент синхронизации скоростей вращения соединяемых в процессе переключения элементов коробки передач (см. зонана фиг,1).Наиболее оптимальным вариантом является йерехлючение с отсутствием буксования синхронизатора, т.е. отсутствием зонына фиг.1,Предложенный способ и устройство обеспечивают оптимизацию параметров переключения передач путем регистрации и хранения в памяти блока управления 4 величины перемещения штока 13, пропорционального моменту на вилке 7 при настоящем переключении передачи и его уменьшения (или исключения) при последующем одноименном переключении путем коррекции величины рассогласования угловых скоростей ведущих и ведомых частей коробки передач Ьа с учетом реального воздействия (с и,.) исполнительного механизма. Для реализации данного способа в устройстве имеется блок управления 4, Информация от датчика положения 12 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буфер данных (БД), схему ввода-вывода(СВВ) поступает в центральный процессор. Интенсивность поступления сигнала отдатчика положения 12 управляется через таймер (Т). Управление временными таймер (Т).Селектор адреса (СА) позволяет организовать обращение к необходимым устройствам. Системный контроллер (СК) управляет обменом информации между устройствами. Генератор синхроимпульсов (Г) необходим для синхронизации работы всех систем и получения точных временных интервалов, Буфер адреса (БА) служит для усиления адресного сигнала. Буферы данных (БД) служат для усиления сигналов данных и управления направлением их передачи, Схема приоритетных прерываний (СП) служит для организации приема данных с минимальной потерей точности. Усилитель (У) служитдля усиления управляющих сигналов на распределителе 2.Программа, отражающая алгоритм работы устройства по данному способу, находится в постоянном запоминающем10 20 25 30 35 4 О 50 55 устройстве (ПЗУ), а переменные значения в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ).При включении устройства, о начальный момент работы значения разностей угловых скоростей Ьвн(ц и Ьаъ(к) вращения синхронизируемых элементов переписываются из ПЗУ в ОЗУ на соответствующие места. Значение, соответствующее угловой скорости оращения коленчатого вала двигателя вда, угловой скорости вращения выходного вала коробки передач вн и номера включаемой передачи (л формируются в ОЗУ в соответствующих ячейках устройством автоматического управления трансмиссией автомобиля,После получения команды на переключение передачи от устройства автоматического управления трансмиссией, устройство переключения передач начинает работать по следующему алгоритму, хранящемуся в ПЗУ этого устройства,1 - запускается подпрограмма выключения передачи, которая через схему ввода- вывода (СОВ), буфер данных (БД), усилитель (У) выдает управляющие сигналы на распределитель 2, Считывая информацию отдатчика лоложения 12 посредством управления АЦП через СВВ анализируется момент выключения передачи (положение датчика 12 соответствует минимальному ломенту);2 - после оыключения передачи производится считывание иэ ОЗУ в память процессора вде, в, и к;3 - если переключение произоодится на низшие передачи, то проверяется условие вдв - вав(к) - Ьвн(к), если условие не выполняется, то производится считывание из ОЗУ новых значений вд и в 00, при выполнении условия происходит переход к подпрограмме включения передачи;4 - если переключение производится нэ высшие передачи, то проверяется условие вдавнн (к) + Ьвц), если условие не выполняется, то производится считывание из ОЗУ новых значений вд и оъ при выполнении условия происходит переход к подпрограмме включения передачи;5 - подпрограмма включения передачи в зависимости от К подает на распределитель управляющие сигналы, соответстоующие включение )л-ой передачи;6 - вводится значение информации от датчика положения 12 через СВВ и АЦП;7 - запускается подпрограмма, опреде-. ляющая максимальное значение (Ммак) из всех вводимых положений датчика.12;8 - анализируя значение датчика 12 на мин, определяется включилась ли передача; если передача не оключилэсь происходит переход на ввод нового значения положения датчика 12;9 - если передача включилась и выполнялось переключение на низшую передачу, то производится корректировка Ьвн(к),хранящееся в ОЗУ, о зависимости от максимального значения (Ммакс) положения датчика 12;10- если выполнялось переключение на высшую передачу, то производится корректировка Ьвв(к), хранящееся в ОЗУ, в зависимости от Ммакс положения датчика 12;11 - переход в систему автоматического управления трансмиссией автомобиля. Выключение передачи Выключение передачи производитсяобычным порядком (при обесточиоании катушки распределителя), Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение надежности и долговечности трансмиссии путем безударного переключения передач и снижения буксования синхронизаторов, а также повышение производительности, топливной экономичности и комфортабельности эа счет снижения времени разрыва потока мощности при переключении передач с учетом реально изменяющихся эксплуатационных и погодно-климатических условий, технического состояния и степени износа как системы упраоления трансмиссией так и транспортного средства в целом,Формула изобретения 1. Способ управления коробкой передач, при котором периодически считывают о процессе переключения информацию о значении угловых скоростей оходного и оыходного валов коробки передач, определяют разность между ними, сравнивают величину разности с заданными значениями, при которых подается команда на включение передачи, и оключают передачу при некотором рассогласооании угловых скоростей вводимых в зацепление элементов коробки передач, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности трансмиссии, при первом включении каждой передачи считывают информацию о значении угловых скоростей входного и выходного валов коробки передач, определяют их разность и сравнивают ее с заданным значением и при их равенстве подают команду на включение передачи, при этом измеряют синхронизирующий момент, по величине и знаку которого корректируют разность угловых скоростей переключаемых элементов исходя из минимизации синхронизирующего момента, при последующем включении одноименной передачи считывают упомянутую информацию, определяют разность угловых скоростей и переключаемых элементов, сравнивают со скорректированной разностью и при их равенстве подают команду на включение, затем корректируют разность, значение которой используют при последующем одноименном переключении.2. Устройство для управления коробкой передач, содержащее блок управления и трехпозиционный пневмоцилиндр, кинематически связанный со штоком переключения передач, рабочие полости которого через двухпозиционные электропневмораспределители соединены в одной иэ его по эиций с источником рабочей среды поддавлением, а в другой - с атмосферой, двуплечий рычаг, установленный на штоке силового пневмоцилиндра с возможностью 5 взаимодействия первым плечом с поводкомвилки переключения передач, установленной на штоке, причем поводок вилки содержит сквозной фигурный паз, посредством которого он размещен на штоке Вилки пере ключенияпередач,отличающееся тем,что оно снабжено датчиком положения, установленным в корпусе пневмоцилиндра с возможностью взаимодействия с вторым плечом двуплечего рычага и электрически 15 связанным с блоком управления.1791174 оставитель А, Бомбешехред М.Моргентал дактор Л, Павлова Корректор 3. Салк каз 120 ВНИИПИ Госуда роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Тирак венного ком 113035, Мос Подписноета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС