СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СКОРОСТЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК B60K31/00 B60T8/00 F02D41/00 

Изобретение касается системы управления для воздействия на скорость транспортного средства.

Как известно, безрельсовые транспортные средства для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ могут быть оснащены двумя системами: тормозом-замедлителем с дополнительной функцией "постоянной скорости" - RKG (регулирование по постоянной скорости с помощью системы управления тормозом-замедлителем), и системой автоматического ограничения скорости - AGB (при превышении заранее установленной максимальной величины происходит снижение цикловой подачи топлива двигателя внутреннего сгорания).

Использование обеих систем осуществляется таким образом, что обе системы работают автономно - RKG для езды на уклоне и AGB в режиме тягового усилия.

Активизация тормоза-замедлителя с функцией "постоянной скорости" при соответствующем задании водителем заданной величины способствует, в частности, на большом уклоне поддержанию необходимой скорости.

Автоматическое ограничение скорости (AGB ) в режиме тягового усилия (= режим работы двигателя), т.е. на равнине, при подъеме или также при незначительном уклоне, при котором двигатель предпочтительно работает на холостом ходу и таким образом имеет незначительное действие торможения двигателем и собственное замедление, способствует поддержанию заранее заданной постоянной или переменной максимальной скорости.

Система автоматического ограничения скорости в режиме тягового усилия содержит регулирующее устройство и исполнительное устройство, которое воздействует на двигатель внутреннего сгорания, а более конкретно на устройство дозирования топлива (дроссельную заслонку или устройство впрыскивания).

Предписанная законом или другая желательная величина скорости, которая не должна перемещаться (допустимая максимальная скорости), может в виде постоянной величины вводиться в память регулирующего устройства или свободно устанавливаться водителем и соответственно вводиться в регулирующее устройство.

Вход регулирующего устройства для ввода действительной величины соединен с измерительным устройством, которое измеряет действительную скорость транспортного средства или число оборотов колес.

Осуществляется постоянное сравнение текущего значения действительной скорости с величиной скорости, которая не должна превышаться (заранее установленная максимальная скорость). Пока текущая действительная скорость меньше заранее установленной максимальной скорости, управляющее воздействие, задаваемое водителем для достижения более высокой скорости, например посредством педали акселератора, преобразуется в управляющий сигнал, подаваемый на устройство дозирования топлива.

Однако если текущая действительная скорость выше, чем заранее установленная максимальная скорость, то включается система регулирования с целью поддержания заранее установленной максимальной скорости. При этом регулирование осуществляется в условиях, когда приоритет имеет управление скоростью посредством педали акселератора.

В этом случае рассогласование между действительной и заранее установленной максимальной скоростью преобразуется в управляющий сигнал исполнительного устройства, которое непосредственно воздействует на устройство дозирования топлива двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания при этом уменьшает число оборотов до тех пор, пока предельное значение заранее установленной максимальной скорости не перестанет превышаться.

В условиях движения на уклоне система автоматического ограничения скорости может эффективно действовать до тех пор, пока не будет исчерпан диапазон регулирования, который, как правило, охватывает рабочую область двигателя внутреннего сгорания.

Необходимыми компонентами, реализующими функцию автоматического ограничения скорости (AGB), являются устройство управления или регулирования и относящиеся к нему исполнительный орган или исполнительное устройство для регулирования устройства дозирования топлива двигателя внутреннего сгорания или вообще органа регулирования мощности двигателя.

При этом орган регулирования выполнен или чисто электромеханическим, например, в виде электрического исполнительного двигателя, или электропневматическим, т. е. в виде электропневматического клапана с соответствующим исполнительным цилиндром.

Система тормоза-замедлителя с функцией "постоянная скорость" может быть приведена в действие только вручную путем вмешательства водителя. Для реализации этой задачи с тормозом-замедлителем сопряжены устройство управления и исполнительное устройство в виде пропорционального клапана.

Однако компоненты устройства управления и исполнительного устройства необходимы также для реализации других задач управления и регулирования, которые реализуются с помощью тормоза-замедлителя и могут использоваться также в оснащенном системой автоматического ограничения скорости (AGB) транспортном средстве. Сюда относятся установка определенного тормозного момента, установка постоянного тормозного момента и постоянного замедления.

Обе системы предназначены для воздействия на скорость движения, однако могут действовать в различных режимах эксплуатации транспортного средства. Наличие двух систем управления или регулирования - одна для регулирования на понижение параметра двигателя при превышении заранее установленной максимальной величины скорости и вторая для управления тормозом-замедлителем - приводит к увеличению числа компонентов систем и соответственно затрат, связанных с их сочленением, и требует достаточного пространства для монтажа.

Увеличивается и вероятность отказа систем в результате выхода из строя отдельных компонентов ввиду большого их числа.

В основе изобретения лежит задача устранения существующих недостатков при наличии обеих систем за счет объединения в транспортном средстве обеих систем таким образом, чтобы сократить общее количество компонентов систем и тем самым исключить источники неисправностей и снизить вероятность отказов системы.

В соответствии с изобретением, эта задача решается тем, что имеющееся в транспортном средстве устройство управления тормозом-замедлителем и соответствующее исполнительное устройство в режиме тягового усилия дополнительно используются для регулирования на понижение параметра двигателя при превышении заранее установленной допустимой максимальной величины скорости.

Благодаря этому достигается то, что вся система становится более компактной; уменьшается требуемое для монтажа систем на транспортном средстве пространство. Вероятность отказов уменьшается вследствие уменьшения количества компонентов систем.

Система управления согласно изобретению содержит устройство управления, исполнительное устройство и переключающее устройство. Устройство управления имеет, по меньшей мере, два входа: первый вход - для сигнала скорости и второй вход - для сигнала от переключателя тормоза-замедлителя.

Кроме того, предусмотрены, по меньшей мере, два выхода: первый выход - для управляющего сигнала и второй выход - для переключающего сигнала. Первый вход присоединен к измерительному устройству, которое измеряет действительную скорость транспортного средства или частоту вращения (число оборотов) колес. Второй вход соединен с переключателем тормоза-замедлителя.

Первый выход соединен с исполнительным устройством, а второй выход - с переключающим устройством. Переключающее устройство имеет, по меньшей мере, два положения переключения: первое положение переключения - для соединения исполнительного устройства с тормозом-замедлителем и второе - положение переключения, в котором исполнительное устройство соединено с органом регулирования мощности двигателя.

Имеются средства, которые сравнивают текущее значение действительной скорости с заранее установленной допустимой максимальной скоростью и которые способствуют тому, что при превышении максимальной скорости и нулевом положении переключателя тормоза-заместителя исполнительное устройство соединяется с двигателем и что в случае превышения максимальной скорости и при наличии сигнала от переключателя тормоза-замедлителя исполнительное устройство соединяется с тормозом- замедлителем.

Входными сигналами от переключателя тормоза-замедлителя могут быть ступени (дискретные значения) торможения (BS), желаемый тормозной момент (M_brems) или заранее устанавливаемая величина постоянно поддерживаемой скорости (V_konst), причем в первом случае устройство управления на первом выходе выдает соответствующий управляющий сигнал для исполнительного устройства, тогда как во втором случае активизируется устройство регулирования, которое подчинено системе управления.

По аналогии с этим на переключателе тормоза-замедлителя могут задаваться также другие функции управления и регулирования, например желаемое постоянное замедление.

Другие предпочтительные возможности усовершенствования описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. В качестве общего исполнительного устройства используется необходимый для управления тормозом-замедлителем пропорциональный клапан.

В этом случае на органе регулирования мощности предусмотрен исполнительный цилиндр, который может нагружаться давлением на выходе пропорционального клапана.

Переключающее устройство, которое обеспечивает соединение между исполнительным устройством и тормозом-замедлителем или двигателем в соответствии с возможными положениями переключения в зависимости от подаваемых на вход устройства управления сигналов, предпочтительно выполнено в виде клапана переключения в форме многоходового клапана.

Согласно другому аспекту изобретения, система управления может быть усовершенствована и выполнена таким образом, что с ее помощью могут выполняться дополнительные функции.

Первая возможность заключается в установлении приоритетов, чтобы не допустить неправильных операций управления со стороны водителя, например одновременно приведение в действие тормоза-замедлителя путем изменения положения переключателя тормоза-замедлителя и приведения в действие ножной педали или ручки тяги ручного управления акселератором, т.е. путем регулирования органа управления мощностью двигателя таким образом, что достигается увеличение скорости.

В этом случае тормоз-замедлитель и двигатель работали бы друг против друга. В соответствии с сигналом от задатчика для тормоза-замедлителя и усилием нажатия на педаль акселератора встречная работа обеих систем приведет к неудовлетворительным результатам.

Поэтому целесообразно устанавливать приоритеты отдельных систем для определения случаев использования. Предпочтительно в указанном случае приоритет отдать тормозу-замедлителю.

При одновременном приведении в действие тормоза-замедлителя и педали акселератора при превышении максимальной скорости в предпочтительном варианте приоритет всегда имеет тормоз-замедлитель. Альтернативно этому имеется также возможность, заключающаяся в том, что в конечном счете реализуется задействуемая водителем функция, т.е. педаль акселератора или переключатель тормоза-замедлителя.

При активации функции постоянной скорости тормоза-замедлителя в соответствии с пунктом 9 формулы изобретения целесообразно регулировать орган управления мощностью двигателя таким образом, чтобы достигалось положение холостого хода. Благодаря этому предотвращается встречная работа двигателя и тормоза-замедлителя. Для реализации этого необходимо предусматривать дополнительный клапан переключения или использовать клапан переключения в форме соответствующего многоходового клапана переключения, который способен решить эту задачу.

Средства, которые определяют или устанавливают все соотношения между входными и выходными величинами устройства управления, могут быть выполнены, например, в виде внутренней переключающей схемной логики. При выполнении устройства управления в виде микропроцессора эти средства могут быть реализованы заранее программируемыми стандартными программами.

В соответствии с этим устройство управления может также выполнять задачи регулятора.

Ниже изобретение поясняется с помощью представленной на чертеже блок-схемы.

На чертеже показано устройство управления 1, предназначенное для реализации задач управления и регулирования с использованием тормоза-замедлителя 2 и двигателя 3, который выполнен, например, в виде двигателя внутреннего сгорания.

Реализация желаемого тормозного момента зависит от изменения коэффициента наполнения тормоза-замедлителя 2. Управление коэффициентом наполнения тормоза-замедлителя осуществляется, как правило, с помощью сжатого воздуха. Необходимое давление подготавливается с помощью исполнительного органа 4, как правило, пропорционального нагнетательного клапана. Величина пневматического давления на выходе пропорционального нагнетательного клапана определяет изменение коэффициента наполнения тормоза-замедлителя.

Двигатель внутреннего сгорания 3 имеет устройство 5 дозирования топлива. При превышении заранее устанавливаемой величины максимально допустимой скорости V_begr на устройство 5 дозирования топлива воздействует исполнительный элемент, в данном случае пневматический исполнительный цилиндр 6.

Исполнительный цилиндр 6 нагружается от исполнительного устройства необходимым давлением с целью достижения соответствующего режима регулирования в устройстве 5 дозирования топлива. В данном случае в качестве исполнительного устройства используется необходимый для управления тормозом-замедлителем пропорциональный клапан 4.

На устройство 5 дозирования топлива, кроме того, воздействует на представленный здесь механизм, который вызывает регулирование устройства 5 дозирования топлива, в соответствии с введенным водителем управляющим воздействием для достижения более высокой скорости или более высокого ускорения.

Этот механизм непосредственного управляющего воздействия на акселератор и устройство 5 дозирования топлива при активизации или превышении заранее установленной величины максимально допустимой скорости V_begr не действует.

Устройство управления имеет, по меньшей мере, два входа: первый и второй входы и, по меньшей мере, два выхода: первый и второй выходы.

После устройства управления включены пропорциональный клапан 4 и переключающее устройство 7 для сопряжения пропорционального клапана 4 с тормозом-замедлителем 2 или двигателем внутреннего сгорания 3, т.е. для соединения исполнительного устройства 4 с тормозом-замедлителем или с устройством дозирования топлива двигателя внутреннего сгорания.

Для этого выход пропорционального клапана посредством линии 8 соединен с переключающим устройством 7 и в соответствии с положением переключения переключающего устройства 7 соединяется с тормозом-замедлителем или устройством дозирования топлива.

Переключающее устройство 7 сконструировано и выполнено таким образом, что оно в соответствии со входными величинами устройства управления и желательной функцией может реализовать, по меньшей мере, два положения переключения.

Первое положение переключения SI предназначено для реализации соединения между исполнительным устройством 4 и тормозом-замедлителем 2. Второе положение переключения SII предназначено для соединения исполнительного устройства 4 с двигателем внутреннего сгорания 3. В случае выполнения исполнительного устройства в виде пропорционального клапана давление на выходе пропорционального клапана в первом положении переключения SI воздействует на тормоз-замедлитель 2, во втором положении SII на исполнительный цилиндр 6 в устройстве дозирования топлива. Каждое из положений переключения устанавливается в соответствии с предусмотренными в устройстве управления режимами.

На первый вход подается задаваемый на переключателе 9 тормоза-замедлителя сигнал желаемого тормозного момента М_brems', дискретное значение величины торможения BS или также по возможности желаемая величина поддерживаемой постоянной скорости V_konst и т.д.

На второй вход направляется сигнал текущего значения скорости V_ist, которая постоянно определяется с помощью не показанного здесь измерительного устройства.

Ha первом выходе выдается управляющий сигнал Y для пропорционального клапана 4. На втором выходе выдается сигнал S для сопряжения давления на выходе пропорционального клапана с тормозом-замедлителем 2 или двигателем внутреннего сгорания 3.

С точки зрения подаваемых на входы сигналов необходимо различать различные случаи:
1) первый вход: тахометрический сигнал для V_ist.

второй вход: переключатель тормоза-замедлителя в нулевом положении V_ist < V_begr'
2) первый вход: тахометрический сигнал для V_ist
второй вход: переключатель тормоза-замедлителя в нулевом положении V_ist > V_begr
3) первый вход: тахометрический сигнал для V_ist
второй вход: сигнал переключателя тормоза-замедлителя для M_brems или V_konst
4) первый вход: тахометрический сигнал для V_ist
второй вход: сигнал переключателя тормоза-замедлителя для M_brems или V_konst
V_ist > V_begr.

При наличии тахометрического сигнала текущей скорости движения V_ist, подаваемого на устройство управления 1, или подчиненное системе управления устройство, осуществляется сравнение с допустимой максимальной скоростью V_begr' которая не должна превышаться.

Эта допустимая максимальная скорость V_begr является или введенной в память устройства в управления 1 постоянной величиной или может задаваться водителем в виде возможной третьей входной величины устройства управления.

Если текущая скорость V_ist меньше допустимой максимальной скорости V_begr' управляющие и переключающие сигналы для исполнительного устройства 4 и переключающего устройства не подаются. Если водитель хочет придать ускорение путем нажатия на педаль акселератора, то в таком случае происходит эквивалентное для желаемого ускорения регулирование устройства дозирования топлива с помощью непосредственного управления между педалью акселератора и устройством дозирования топлива.

Если актуальная действительная скорость равна или больше допустимой максимальной скорости V_begr, активизируется устройство регулирования для поддержания допустимой максимальной скорости V_begr. На втором выходе устройства управления появляется сигнал для соединения исполнительного устройства 4 с устройством дозирования топлива двигателя внутреннего сгорания.

Пропорциональный клапан 4 нагружает исполнительный цилиндр 6 давлением, которое приводит к перемещению поршня исполнительного цилиндра 6, которое вызывает изменение установки на устройстве дозирования топлива. Необходимое для этого давление реализуется на пропорциональном клапане 4 с помощью сигнала на первом выходе.

Постоянное сравнение действительной скорости и допустимой максимальной скорости происходит, например, в регуляторе, объединенном с устройством управления. Регулирование на понижение параметра двигателя внутреннего сгорания осуществляется до тех пор, пока не перестанет превышаться допустимая максимальная скорость V_begr.

Если текущее значение действительной скорости V_ist меньше допустимой максимальной скорости V_begr и на переключателе 9 тормоза-замедлителя был задан сигнал для желаемого тормозного момента M_brems, который подан на второй вход, устройство управления выдает на втором выходе сигнал для соединения пропорционального клапана 4 с тормозом-замедлителем.

На первом выходе появляется управляющий сигнал для пропорционального клапана с целью подготовки соответствующего давления на выходе, которое вызывает изменение коэффициента наполнения.

При движении на уклоне и задании "постоянной скорости" на переключателе 9 тормоза-замедлителя осуществляется сравнение заранее заданной скорости V_konst и текущей действительной скорости. При рассогласовании между V_ist и V_konst устройство управления 1 выдает на втором выходе сигнал для соединения пропорционального клапана 4 с тормозом-замедлителем 2.

На первом выходе появляется управляющий сигнал Y для пропорционального клапана с целью подготовки необходимого для достижения постоянной скорости давления на выходе, которое вызывает изменение коэффициента наполнения тормоза-замедлителя и тем самым выдачу соответствующих тормозных моментов.

Согласно другому аспекту изобретения, система управления может быть усовершенствована и построена таким образом, что могут выполняться дополнительные функции.

К ним относятся: 1) установление приоритетов; 2) установка холостого хода двигателя во время каждой активизации функции постоянной скорости.

Первая задача заключается в том, чтобы не допустить неправильных операций управления со стороны водительского персонала, например одновременной активизации тормоза-замедлителя, например, путем регулирования переключателя 9 тормоза-замедлителя, и нажатия педали акселератора или приведения в действие ручки ручного управления акселератором, т.е. путем регулирования на органе 5 управления мощностью двигателя таким образом, чтобы достигалось увеличение скорости.

В этом случае тормоз-замедлитель 2 и двигатель 3 работали бы друг против друга и их совместное действие не привело бы для каждой отдельной системы к удовлетворительному результату.

В данном случае целесообразно с самого начала принять меры, обеспечивающие приоритет одной из задействуемых систем. В данном случае предпочтение отдается тормозу-замедлителю. Как альтернативный вариант имеется возможность эффективного задействования в конечном счете выбранной водителем функции (педали акселератора или переключателя 9 тормоза-замедлителя).

При одновременной активизации тормоза-замедлителя и одновременном приведении в действие педали акселератора при максимальной скорости приоритет в предпочтительном варианте предоставляется приведению в действие тормоза-замедлителя.

Кроме того, рекомендуется при приведении в действие тормоза-замедлителя или задействовании функции тормоза-замедлителя "постоянная скорость" переводить двигатель в положение холостого хода. Можно использовать для этого соответствующий многоходовой клапан переключения в качестве переключающего клапана.

Другая возможность заключается в том, чтобы предусмотреть дополнительный клапан переключения для управления пневматическим исполнительным цилиндром.

Эти дополнительные функции могут быть точно так же реализованы с помощью устройства управления, однако для этой цели должны быть предусмотрены дополнительные входы и выходы, и в устройстве управления должны быть установлены дополнительные взаимосвязи между входными и выходными величинами.

Соответствующее изобретению выполнение основной системы управления может быть осуществлено в соответствии с условиями использования и расширено за счет дополнительных функций.

Изобретение относится к системам управления скоростью безрельсовых транспортных средств. В предложенной системе имеющиеся на транспортном средстве с тормозом-замедлителем устройство управления и соответствующее исполнительное устройство используются в режиме тягового усилия дополнительно для регулирования на понижение параметра двигателя при превышении заранее устанавливаемой допустимой максимальной величины скорости. Данная система характеризуется компактностью и меньшим требуемым для монтажа пространством. Вследствие уменьшения количества компонентов снижается вероятность отказов системы. 7 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Система управления для воздействия на скорость транспортного средства с тормозом-замедлителем и двигателем, содержащая устройство управления тормозом-замедлителем, орган управления мощностью двигателя и исполнительное устройство, отличающаяся тем, что содержит переключающее устройство с по меньшей мере двумя положениями переключения, при этом в первом положении переключения исполнительное устройство соединено с тормозом-замедлителем, а во втором положении - с органом управления мощностью двигателя, устройство управления тормозом-замедлителем имеет по меньшей мере два входа, из которых первый предназначен для сигнала скорости, а второй - для сигнала от переключателя тормоза-замедлителя, и по меньшей мере два выхода, из которых первый предназначен для управляющего сигнала, а второй - для переключающего сигнала, первый вход устройства управления соединен с устройством для измерения действительной скорости транспортного средства или частоты вращения колес, первый выход - с исполнительным устройством, а второй выход - с переключающим устройством, и, кроме того, имеется средство сравнения текущей действительной скорости с заранее установленной допустимой максимальной скоростью, выполненное с возможностью соединения исполнительного устройства с двигателем при превышении допустимой максимальной скорости и нулевом положении переключателя тормоза-замедлителя, а также соединения исполнительного устройства с тормозом-замедлителем при превышении допустимой максимальной скорости и наличии сигнала от переключателя тормоза-замедлителя. 2. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что исполнительное устройство выполнено в виде пневматического пропорционального клапана, а с органом управления мощностью двигателя сопряжен пневматический исполнительный цилиндр. 3. Система управления по одному из п.1 или 2, отличающаяся тем, что переключающее устройство выполнено в виде многоходового клапана. 4. Система управления по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что переключающее устройство выполнено с возможностью перехода в первое положение переключения при не достижении допустимой максимальной скорости, наличии сигнала от переключателя тормоза-замедлителя и при одновременной активизации второго устройства управления, предназначенного для воздействия на орган управления мощностью двигателя. 5. Система управления по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что в качестве сигнала от переключателя тормоза-замедлителя выбрано поддержание требуемой регулируемой величины скорости и имеется средство сравнения текущей действительной скорости с желаемой постоянной скоростью, выполненное с возможностью выработки сигнала рассогласования для регулирования требуемой величины скорости путем управления тормозом-замедлителем. 6. Система управления по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что средства, определяющие и устанавливающие соотношения между входными и выходными величинами устройства управления, выполнены в виде интегрированной в устройство управления логической переключающей схемы. 7. Система управления по одному из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что устройство управления выполнено в виде микропроцессора, предназначенного для обработки заранее запрограммированных стандартных программ. 8. Система управления по одному из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что орган управления мощностью двигателя выполнен с возможностью первоначального перевода в положение холостого хода при наличии сигнала "постоянная скорость" от переключателя тормоза-замедлителя.