Расширение возможности и устойчивости работы гидромеханической передачи с электронным управлением Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629. 113.

И.Ф. Дьяков

РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Приведена функциональная схема гидромеханической передачи с электронным управлением. Показаны связи между элементами и команды, выполняемые каждым элементом при движении автомобиля. Предлагается возможность использования электронной системы управления в ступенчатой коробке, обеспечивающей устойчивость работы механизма переключения передач.

Датчик скорости, частота вращения вала, преобразователь сигнала, компаратор, блокировка гидротрансформатора, переключение передач

I.F. Dyakov

ENHANCEMENT OF THE CAPACITY AND OPERATION STABILITY OF THE HYDROMECHANICAL TRANSMISSION UNDER ELECTRONIC CONTROL

The functional diagram of the hydromechanical transmission under electronic control is presented. The relations between the elements and the commands performed by each element when the vehicle moves are demonstrated. The possibility of using the electronic control system of the speed gearbox ensuring stability of the shift mechanism is suggested.

Speed sensor, the frequency of rotation of the shaft, signal сonverter, comparator, blocking of the hydraulic torque converter, gear shift

Гидромеханическая передача (ГМП) с электронным управлением широко применяется на автобусах. Использование электронного управления упрощает конструкцию гидравлических и механических элементов передачи, повышает надежность системы в целом [1] и позволяет оптимизировать закон переключения передач, обеспечивая тем самым снижение расхода топлива [2]. Однако в процессе эксплуатации возникают неустойчивые сигналы в системе, сбои в работе и трудности ее диагностирования. Современные автомобильные электрические и электронные системы представляют собой сложные технические объекты, работающие в условиях комплекса дестабилизирующих факторов, которые меняются в широком диапазоне и носят в основном случайный характер. От этих случайных величин зависят устойчивость функционирования электронных систем.

На рис. 1. приведена функциональная схема ГМП. В ее состав входят: ДС - датчик скорости, вырабатывающий сигнал переменного тока, частота которого пропорциональна частоте вращения выходного вала ГМП; ДН - датчик нагрузки двигателя, представляющий собой ступенчатый переключатель на три положения, связанный с топливоподающим органом двигателя.

Первое положение соответствует нагрузке от 0 до 50%, второе - от 50 до 100%, третье - более 100% (так называемый режим пик-дозы); КУ - контроллер управления - ступенчатый переключатель на пять положений; ДГ- контактный датчик включения гидрозамедлителя; БУ ГМП - электронный блок управления; ЭМ1, ЭМ2, ЭМЗ, ЭМ «ЗХ», ЭМ «блокировка «БЛ» гидротрансформатора - исполнительные электромагниты включения первой ЭМ1, второй ЭМ2 и третьей ЭМ З передачи, передачи заднего хода и блокировки гидротрансформатора; КЛ - контрольная лампа индикации аварийного режима.

Рис. 1. Блочная схема электронного управления ГМП

Сигнал с датчика скорости (ДС) поступает в преобразователь частоты в напряжение (ПЧН), где преобразуется в сигнал постоянного тока, напряжение которого пропорционально частоте входного сигнала. Напряжение с выхода ПЧН подается на вход блока компараторов. Этот блок содержит три компаратора, сигнальные входы которых объединены. Опорным сигналом для компараторов является сигнал, формируемый в устройстве сдвига порогов (УСП). Каждый из компараторов настроен таким образом, что при увеличении (или уменьшении) скорости автомобиля происходит поочередное переключение компараторов. При срабатывании первого компаратора формируется команда на включение

второй передачи. Второй и третий компараторы соответственно формируют команды на включение третьей передачи и блокировки гидротрансформатора БЛ.

Отсутствие сигналов на входах компараторов будет свидетельствовать о включении первой передачи. Устройство сдвига порогов изменяет пороги срабатывания компараторов в зависимости от положения датчика нагрузки двигателя. При этом при увеличении нагрузки переключение компараторов будет происходить при больших скоростях движения автобуса.

Команды на переключение передач с выходов блока компараторов поступают на выходы дешифратора. Сюда же подаются командные сигналы с контроллера управления (КУ) и с датчика включения гидрозамедлителя (ДГ). В зависимости от положения контроллера управления дешифратор обеспечивает автоматическое переключение передач по командам блока компараторов, принудительное включение первой передачи, заднего хода или отключение коробки передач «нейтраль». При включении гидрозамедлителя обеспечивается принудительная блокировка гидротрансформатора.

Узел контроля (УК) обеспечивает защиту от аварийных режимов при коротком замыкании или обрыве в цепи датчика скорости и при непредусмотренных комбинациях одновременного включения двух электромагнитов. При возникновении аварийных режимов узел контроля снимает напряжение питания с электромагнитов и включает контрольную лампу (КЛ).

Функциональная схема автоматического переключения передач в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала показана на рис. 2 с применением логических и корректирующих элементов, следящих за ходом рейки топливного насоса дизельных двигателей внутреннего сгорания.

12

А

Р1

Р2

15

-4-

-47-

18

Рис. 2. Блочная схема автоматического переключателя передач

Преобразователи положения рейки состоят из индуктивных датчиков 6 и 8, составными элементами которых являются катушки индуктивности и конденсатор, питающихся от источников переменного тока, мультивибраторов 1 и 2; детекторов амплитудно-модулированных сигналов, выполненных на фильтрах низких частот и диодах. При перемещении рейки внутри катушки изменяется ее индуктивность и, как следствие, индуктивное сопротивление, что приводит к изменению выходных сигналов преобразователя. Преобразователи частоты вращения коленчатого вала двигателя (Д) состоят из индукционных датчиков 3 и 4, дифференцирующих цепей 5 и 7, выпрямителя и фильтра низких частот. При вращении вала стальная пластина, закрепленная на нем, периодически входит в зазор импульсного модулятора, на выходе которого периодически появляется импульсный сигнал, который поступает затем в преобразователь. Устройство для переключения передач содержит электромагнитные клапаны с катушками Р1 и Р2 механизма переключения передач. Катушки через усилители 12 и 13 подключены к выходам соответствующих сумматоров 9 и 11.

К их диодам подключены датчики 6 и 8 положения рейки ТНВД, а индукционные датчики 3 и 4 частоты вращения коленчатого вала через дифференцирующие цепи 5 и 7 подключены: один - к суммирующему входу сумматора, второй - к вычитающему. С выходами усилителей 12 и 13 соединены цепи отключения электромагнитов 15 и 16 и эмиттерные повторители 17 и 18, а выходы цепей отключения электромагнитов - со входами релейных усилителей 12 и 13, поэтому цепь отключения электромагнитов представляет собой обратную отрицательную связь, охватывающую нелинейный элемент устройства для переключения передач. В сумматоре 9, установленном в канале включения высших передач, сигналы преобразователей частоты вращения коленчатого вала и положения рейки топливного насоса складываются, а в сумматоре параллельного канала включения низших передач - вычитаются. Если выходной сигнал сумматора 9 достигает порога срабатывания усилителя 12, запиты-вается катушка Р1 электромагнита высших передач; если выходной сигнал сумматора 11 достигает порога срабатывания усилителя 13, срабатывает катушка Р2 электромагнита низших передач; если 378

выходные сигналы обоих сумматоров не достигают соответствующих порогов срабатывания своих усилителей в оптимальном режиме, значит, электромагниты отключены.

При уменьшении нагрузки двигателя частота вращения коленчатого вала увеличивается, и рейка перемещается в сторону уменьшения подачи топлива. Входные сигналы сумматора 9 канала управления включением высших передач увеличиваются, при этом постоянно формируется сигнал управления. При оптимальной загрузке двигателя в цепи обратной связи ток не протекает. При достижении выходным сигналом сумматора порога срабатывания усилителя электромагнит выключается, изменяя при этом потенциал эмиттерного повторителя 17. По истечении заданной выдержки времени в цепь усилителя 12 подается отрицательный потенциал, электромагнит отключается. Переключение передач при увеличении нагрузки дизеля осуществляется аналогично. Элементы устройства для повышения надежности выполнены бесконтактными. Устройство снижает расход топлива из-за оптимальной работы двигателя независимо от режимов движения.

Основным недостатком существующих конструкций является обеспечение обратной связи в цепи управления. Для ее осуществления применяют различные датчики, электромеханические муфты и другие приспособления. С целью повышения эффективности, упрощения конструкции и автоматизации управления процесса переключения передач в зависимости от режима нагружения двигателя предлагается сигналы от датчиков нагрузки и пороговых элементов передавать в преобразователи типа напряжения - частота, выходные сигналы которых включены в элементы «ИЛИ», выходы которых соединены с блоком управления. Блок управления может быть реализован в виде счетчика-делителя, собранного на триггерах и программируемого запоминающего элемента, один из входов которого через счетчик-делитель связан с выходом элемента «ИЛИ», после преобразования в виде интегрированного сигнала подается на формирователь (анализатор «ход-стоп»), представляющий из себя масштабный операционный усилитель с постоянным порогом смещения, где производится сравнения опорного и поступающего сигналов. Выход запоминающего элемента через усилитель мощности связан с шаговым двигателем, который приводит в действие механизм переключения передач. Конструкция автоматической коробки передач приведена в [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Петров В.М. Электрооборудование, электронные системы и бортовая диагностика автомобилей / В.М. Петров, И.Ф. Дьяков. Ульяновск: УлГТУ, 2005. 133 с.

2. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей / В.Е. Ютт. М.: Транспорт, 2000. 320 с.

3. Дьяков И.Ф. Основы оптимизации в автомобилестроении / И.Ф. Дьяков. М.: Машиностроение, 2012. 380 с.

Дьяков Иван Федорович -

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Основы проектирования машин»

Ульяновского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 03.04.13, принята к опубликованию 30.04.13

Ivan F. Dyakov -

Dr. Sc., Professor,

Head of Department The Fundamentals of the Design of Machines Ulyanovsk State Technical University