СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СТУПЕНЧАТОЙ КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ Российский патент 1994 года по МПК B60K41/06 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано на транспортных машинах, имеющих ступенчатую коробку передач с автоматизированным управлением.

Известен способ переключения передач в автоматизированной ступенчатой коробке передач [1], заключающийся во включении нейтрали за счет разгружения трансмиссии путем размыкания сцепления и прикладывания осевого усилия к муфте шестерни выключаемой передачи, с последующим замыканием сцепления, в выборе передачи путем подготовки механизма переключения передач к включению передачи, в выравнивании угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи за счет торможения двигателя с максимальной интенсивностью, например, путем прекращения подачи топлива, если угловая скорость шестерни включаемой передачи больше угловой скорости вторичного вала, или разгона двигателя с максимальной интенсивностью, например, путем полной подачи топлива, если угловая скорость шестерни включаемой передачи меньше угловой скорости вторичного вала, и последующем перемещении муфты шестерни включаемой передами в позицию включаемой передачи.

Недостатки этого способа - большое время разрыва потока мощности при переключении передачи из-за длительности включения нейтрали вследствии большой инерционности привода управления сцеплением, а также высокие динамические нагрузки (удары) в трансмиссии при включении передач, возникающие из-за того, что передачу начинают включать только после выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала, а так как исполнительный механизм включения передач срабатывает не мгновенно, то к моменту включения передачи разность угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи успевает увеличиться на значительную величину. Так, например, при выравнивании угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала со скоростью 1000 об/мин/с и времени срабатывания исполнительного механизма включения передач 0,2 с, разность угловых скоростей на момент включения передачи составит 1000 х 0,2 = 200 об/мин, что значительно больше величины 30...60 об/мин, допустимой при безударном включении передач.

Известен способ переключения передач в автоматизированной ступенчатой коробке перемены передач [2], заключающийся во включении нейтрали за счет разгружения трансмиссии путем управления двигателем таким образом, чтобы его крутящий момент стал близок к нулю, и последующем прикладывании к муфте шестерни выключаемой передачи осевого усилия, достаточного для выключения передачи, в выборе передачи путем подготовки механизма переключения передач к включению передачи, в выравнивании угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи за счет управления двигателем таким образом, чтобы указанные угловые скорости выровнялись и оставались близкими в процессе включения передачи, и в перемещении муфты шестерни включаемой передачи в позицию включаемой передачи.

Недостаток этого способа заключается в том, что для его реализации требуется датчик крутящего момента двигателя и достаточно сложный исполнительный механизм управления двигателем, позволяющий фиксировать орган управления двигателем в любом произвольном положении. Кроме того, недостатком данного способа является то, что время разрыва потока мощности при переключении передач больше минимально возможного, так как после выравнивания анализируемых угловых скоростей требуется еще время на включение передачи.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ переключения передач в автоматизированной ступенчатой коробке передач [3], заключающийся во включении нейтрали за счет прикладывания к муфте шестерни выключаемой передачи осевого усилия, достаточного для выключения передачи лишь в малонагруженной трансмиссии, и разгружения трансмиссии путем уменьшения крутящего момента двигателя, в выборе передачи путем подготовки механизма переключения передач к включению передачи, в выравнивании угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи за счет торможения двигателя с максимальной интенсивностью, например путем прекращения подачи топлива, если угловая скорость шестерни включаемой передачи выше угловой скорости вторичного вала, или разгона двигателя с максимальной интенсивностью, например путем полной подачи топлива, если угловая скорость шестерни включаемой передачи ниже угловой скорости вторичного вала, и в перемещении муфты шестерни включаемой передачи в позицию включаемой передачи.

Данный способ предполагает, что в момент выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи происходит мгновенное управление двигателем таким образом, что крутящий момент двигателя становится близким к нулю, а следовательно, интенсивность изменения угловой скорости шестерни включаемой передачи резко уменьшается, что обеспечивает примерное равенство анализируемых угловых скоростей на время, достаточное для включения передачи.

Недостатком этого способа заключается в том, что нет стопроцентной гарантии включения нейтрали, если в момент ее включения двигатель находился в тормозном режиме, а также в том, что для реализации этого способа требуется достаточно сложный исполнительный механизм управления двигателем, позволяющий фиксировать орган управления двигателем в любом произвольной положении или иметь два исполнительных механизма управления двигателем, один из которых используется для торможения или разгона двигателя с максимальной интенсивностью, а другой для установки органа управления двигателем в положение, обеспечивающее крутящий момент двигателя, близкий к нулю. Кроме этого, недостатком данного способа является то, что время разрыва потока мощности при переключении передач больше минимально возможного, так как после выравнивания анализируемых угловых скоростей требуется еще время на включение передач.

Цель изобретения - увеличения производительности транспортного средства за счет уменьшения времени разрыва потока мощности при переключении передач, а также повышение надежности включения нейтрали.

Указанная цель, в частности увеличение производительности транспортного средства за счет уменьшения времени разрыва потока мощности при переключении передач, достигается тем, что передачу включают в тот момент синхронизации, когда время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, равно времени срабатывания механизма включения передач, а управление двигателем прекращают в тот момент синхронизации, когда время, оставшееся до выравнивания скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, равно времени срабатывания механизма управления двигателем, а следовательно, к моменту выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи включение передачи уже завершается.

Указанная цель, в частности повышение надежности включения нейтрали, достигается тем, что при включении нейтрали для разгружения трансмиссии увеличивают крутящий момент двигателя, например, путем полной подачи топлива, если нейтраль не включилась при уменьшении крутящего момента двигателя, в другом случае трансмиссию разгружают за счет уменьшения крутящего момента двигателя, если двигатель работает в тяговом режиме или за счет увеличения крутящего момента двигателя, если двигатель работает в тормозном режиме.

На фиг. 1-3 в координатах угловая скорость двигателя - крутящий момент двигателя изображена зона рабочих характеристик двигателя, ограниченная линией 1-2-3-4-1, а также возможные траектории изменения рабочей точки двигателя в процессе включения нейтрали; на фиг. 4 и 5 - графики изменения во времени угловых скоростей валов коробки передач в процессе переключения на высшую (низшую) передачу, реализованного в соответствии с п. 1 формулы изобретения; на фиг. 6-9 - графики изменения во времени угловых скоростей валов коробки передач в процессе переключения на высшую (низшую) передачу.

На фиг. 4 - 9 обозначено:
W_кп - угловая скорость шестерни включаемой передачи, приведенная к промежуточному валу коробки передач;
W_к2^l - угловая скорость вторичного вала коробки передач, приведенная к промежуточному валу с учетом передаточного отношения коробки передач на выключаемой передаче;
W_к2^II - угловая скорость вторичного вала коробки передач, приведенная к промежуточному валу с учетом передаточного отношения коробки передач на включаемой передаче;
Т_н - момент времени начала процесса включения передачи;
Т_с - момент времени начала синхронизации;
Т_п - момент времени включения механизма переключения передач;
Т_д - момент времени отмены управления двигателем;
Тк - момент времени завершения переключения передач.

Данный способ переключения передач в ступенчатой автоматизированной коробке передач реализуется следующим образом.

Сначала включают нейтраль в коробке передач.

Для включения нейтрали в коробке передач к муфте шестерни выключаемой передачи прикладывают осевое усилие, достаточное для выключения передачи лишь в малонагруженной трансмиссии, и кратковременно разгружают трансмиссию путем уменьшения крутящего момента двигателя или последующего его увеличения, если нейтраль не включилась за предыдущий промежуток времени, необходимый для перехода крутящего момента двигателя через ноль. В случае, если двигатель работает в тяговом режиме, то рабочая точка двигателя переместится по линии 10-11-12 (фиг. 1) и при прохождении зоны малонагруженности двигателя 11-12 произойдет выключение передачи. Если же двигатель работает в тормозном режиме, то рабочая точка двигателя переместится по линии 20-21-22-23-24 (фиг. 2), и при прохождении зоны малонагруженности двигателя 23-24 произойдет выключение передачи.

Вышеописанный процесс включения нейтрали может быть реализован в системах управления силовыми агрегатами, не использующих в качестве одного из информационных параметров крутящий момент двигателя.

Если же значение крутящего момента двигателя доступно системе управления, то для включения нейтрали к муфте шестерни выключаемой передачи прикладывают осевое усилие, достаточное для выключения передачи лишь в малонагруженной трансмиссии, и кратковременно разгружают трансмиссию при движении в тяговом режиме путем уменьшения крутящего момента двигателя, а при движении в тормозном режиме путем увеличения крутящего момента двигателя.

При движении в тяговом режиме рабочая точка двигателя переместится по линии 10-11-12 9фиг. 1), и при прохождении зоны малонагруженности двигателя 11-12 произойдет выключение передачи. Если же транспортное средство движется в тормозном режиме, то рабочая точка двигателя переместится по линии 30-31-32 (фиг. 3), и при прохождении зоны малонагруженности двигателя 31-32 произойдет выключение передачи.

Затем выбираем передачу, которая будет включаться. Выбор передачи состоит в подготовке механизма переключения передач к включению передачи и не является предметом данного изобретения.

Далее начинается процесс включения передачи (момент времени Т_н). Этот процесс начинается с того, что определяют время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала по формуле:
dt = -dW/e, (1) где dW - разность угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала, приведенная к промежуточному валу с учетом передаточного отношения коробки передач на включаемой передаче;
е - интенсивность выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала коробки передач, равная et, если W_кп > W_к2 , и равная еr, если W_кп < W_к2;
et - постоянная, заранее определенная величина замедления промежуточного вала коробки передач при торможении двигателя с максимальной интенсивностью, об/мин/с;
еr - постоянная, заранее определенная величина ускорения промежуточного вала коробки передач при разгоне двигателя с максимальной интенсивностью, об/мин/с.

Далее, если время dt больше времени срабатывания механизма переключения передач (см. фиг. 4, 5), то начинают процесс синхронизации (момент времени Т_с).

Если же время dt меньше времени срабатывания механизма переключения передач (см. фиг. 6-9), то перед тем, как начать процесс синхронизации, увеличивают разность угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала за счет разгона двигателя, например, путем полной подачи топлива (см. фиг. 6, 8) или за счет торможения двигателя, например, путем прекращения подачи топлива (см. фиг. 7, 9). В процессе указанного разгона (торможения) двигателя с некоторым шагом по времени указанным выше способом определяют время dt, оставшееся до выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала при последующем их сближении, и прекращают увеличение разности угловых скоростей, если время dt станет больше времени срабатывания механизма переключения передач. В этот момент (момент времени Т_c) начинают процесс синхронизации. Следует отметить, что ситуация, описанная в данном абзаце, возникает достаточно редко, обычно в тех случаях, когда включение нейтрали проходило с какими-либо сбоями.

Процесс синхронизации заключается в сближении угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала коробки передач за счет торможения двигателя с максимальной интенсивностью, например, путем прекращения подачи топлива, если угловая скорость шестерни включаемой передачи превышает угловую скорость вторичного вала (фиг. 4, 6, 8), или разгона двигателя с максимальной интенсивностью, например, путем полной подачи топлива, если угловая скорость шестерни включаемой передачи меньше угловой скорости вторичного вала (фиг. 5, 7, 9). В процессе синхронизации с некоторым шагом по времени определяют время dt, оставшееся до выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала, по формуле (1), причем в качестве величины интенсивности выравнивания угловых скоростей берут либо описанные ранее значения еt или еr, либо определяют ее по формуле:
e = (dWt - dWO)/(tt - t_o), (2) где tt, t_o - текущий момент синхронизации и начальный момент синхронизации соответственно;
dWt, dWO - разность угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала, приведенная к промежуточному валу, в текущий момент синхронизации и в начальный момент синхронизации соответственно.

Когда время dt станет равно времени срабатывания механизма переключения передач (момент времени Т_п), по формуле (2) определяют фактическую интенсивность выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала коробки передач, приведенную к промежуточному валу. Если значение фактической интенсивности выравнивания угловых скоростей отличается от значения еt (при торможении двигателя) или от значения еr (при разгоне) на величину, большую допускаемой, то процесс включения передачи прерывается с тем, чтобы не допустить некачественного включения передачи, а данная ситуация интерпретируется, как ошибочная. При возникновении такой ошибочной ситуации процедура включения передачи повторяется до тех пор, пока процесс включения передачи не пройдет нормально или до тех пор, пока водитель с помощью предоставленных ему средств не заблокирует данную ошибку. Если же значение фактической интенсивности выравнивания угловых скоростей попадает в допускаемый диапазон, то включают механизм переключения передач, а когда время dt станет равно времени срабатывания механизма управления двигателем (момент времени Т_д), выключают механизм управления двигателем. К моменту выравнивания угловой скорости шестерни включаемой передачи и вторичного вала (момент времени Т_к) процесс включения передачи заканчивается.

Описанный способ, как вариант, может быть реализован несколько иначе: отличие состоит в том, что размыкает сцепление, когда время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, меньше времени срабатывания механизма управления сцеплением, и замыкают его, когда передача полностью включилась.

Эффект от использования изобретения состоит в том, что увеличивается производительность транспортного средства за счет уменьшения времени разрыва потока мощности при переключении передач, а также в том, что повышается надежность включения нейтрали.

Уменьшение времени разрыва потока мощности при переключении передач происходит за счет того, что совмещаются по времени три процесса: процесс синхронизации, т.е. выравнивание угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала, процесс перемещения муфты шестерни включаемой передачи в позицию включенной передачи, и процесс выключения механизма управления двигателем, причем, все эти три процесса заканчиваются одновременно, т. е. к моменту времени, когда угловые скорости выравниваются, муфта шестерни перемещается в нужную позицию, а управление двигателем полностью передается от микропроцессорной системы управления водителю, и, таким образом, на этом процесс переключения передач заканчивается.

Надежность включения нейтрали повышается за счет того, что изобретение, обеспечивает гарантированное включение нейтрали при работе двигателя в тормозном режиме.

Кроме того, эффект от использования изобретения состоит в том, что оно требует для своей реализации более простого механизма управления двигателем, простота которого определяется тем, что он необходим лишь для прекращения подачи топлива или для задания полной подачи топлива.

Описанный выше способ может быть реализован с помощью любой автоматизированной системы управления ступенчатой механической коробкой перемены передач транспортного средства, имеющей в своем составе как минимум: микропроцессорный блок управления; задатчик режимов движения либо задатчик номеров включаемых передач; датчик угловой скорости входного вала (первичного или промежуточного) коробки передач; датчик угловой скорости выходного вала (вторичного) коробки передач; датчики включенных передач коробки перемены передач; исполнительный механизм переключения передач; исполнительный механизм управления двигателем, причем достаточно простейшего механизма, позволяющего лишь прекращать подачу топлива и задавать полную подачу топлива; исполнительный механизм управления сцеплением, причем достаточно простейшего механизма, позволяющего лишь включать/выключать сцепление с максимальной интенсивностью. Этот механизм необходим лишь в варианте способа с выключением сцепления перед включением передачи.

Использование: изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано на транспортных машинах, имеющих ступенчатую коробку передач с автоматизированным управлением. Сущность изобретения: способ переключения передач заключается в том, что включают нейтраль за счет прикладывания к муфте шестерни выключаемой передачи осевого усилия, достаточного для выключения передачи лишь в малонагруженной трансмиссии и разгружения трансмиссии путем уменьшения или увеличения крутящего момента двигателя, выбирают передачу путем подготовки механизма переключения передач к включению передачи. Выравнивают угловые скорости вторичного вала и шестерни включаемой передачи за счет торможения двигателя с максимальной интенсивностью, если угловая скорость шестерни включаемой передачи превышает угловую скорость вторичного вала, или в противном случае, разгона двигателя с максимальной интенсивностью, и перемещают муфту шестерни включаемой передачи в позицию включаемой передачи в тот момент синхронизации, когда время, оставшееся до выравнивания скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи равно времени срабатывания механизма включения передачи. Управление двигателем прекращают в тот момент синхронизации, когда время, оставшееся до выравнивания скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи равно времени срабатывания механизма управления двигателем, причем, если разность угловых скоростей в начале синхронизации недостаточна для ее проведения, то необходимую разность создают принудительно путем соответствующего разгона или торможения двигателя. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СТУПЕНЧАТОЙ КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ, заключающийся во включении нейтрали за счет прикладывания к муфте шестерни выключаемой передачи осевого усилия, достаточного для выключения передачи в малонагруженной трансмиссии, и разгружения трансмиссии путем уменьшения крутящего момента двигателя, в выборе передачи путем подготовки механизма переключения передач к включению передачи, в выравнивании угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи путем торможения двигателя с максимальной интенсивностью, например, путем полной подачи топлива, если угловая скорость шестерни включаемой передачи ниже угловой скорости вторичного вала, и в перемещении муфты шестерни включаемой передачи в позицию включаемой передачи, отличающийся тем, что механизм переключения передач включают в тот момент синхронизации, когда время, оставшееся до выравнивая угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, равно времени срабатывания механизма переключения передач, а управление двигателем прекращают в момент синхронизации, когда время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, равно времени срабатывания механизма управления двигателем. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, определяют, исходя из известных и принятых за константы величин замедления либо ускорения шестерни включаемой передачи при торможении либо разгоне соответственно двигателя с максимальной интенсивностью. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, определяют, исходя из фактической интенсивности выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что перед началом синхронизации разность угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи увеличивают, если указанный расчетный момент включения передачи уже прошел, до величины, при которой время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи при последующем их сближении, больше времени срабатывания механизма переключения передач. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что включение передачи не производят, если фактическая интенсивность выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала в конце синхронизации не попадает в допускаемый диапазон, и интерпретируют это как ошибку включения передачи. 6. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что разность угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала перед их сближением увеличивают за счет разгона, либо торможения двигателя, например, путем полной подачи топлива, либо прекращения подачи топлива соответственно. 7. Способ по пп.1 - 6, отличающийся тем, что сцепление размыкают, когда время, оставшееся до выравнивания угловых скоростей вторичного вала и шестерни включаемой передачи, меньше времени срабатывания механизма управления сцеплением, и замыкают сцепление, когда передача полностью включилась. 8. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что фактическая интенсивность выравнивания угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала вычисляется как отношение разности разностей угловых скоростей шестерни включаемой передачи и вторичного вала в текущий момент синхронизации и в начальный момент синхронизации к интервалу времени, прошедшему от начала синхронизации. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что увеличивают крутящий момент двигателя путем полной подачи топлива, если нейтраль не включилась при уменьшении крутящего момента двигателя. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что при включении нейтрали трансмиссию разгружают за счет уменьшения крутящего момента двигателя, если двигатель работает в тяговом режиме, либо за счет увеличения крутящего момента двигателя, например, путем полной подачи топлива, если двигатель работает в тормозном режиме.