СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДВУХДИАПАЗОННОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B60W10/10 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в системах управления автоматическими двухдиапазонными коробками передач транспортных средств.

Известны системы управления автоматическими двухдиапазонными коробками передач транспортных средств [1, 2]. Двухдиапазонная коробка передач состоит из основного механизма переключения передач и механизма переключения диапазонов. Переключение ступеней в таких коробках передач осуществляют фрикционами, с помощью которых связывают поочередно соответствующие зубчатые колеса с валами и получают необходимое количество ступеней с различными передаточными числами между входным и выходным валами коробки передач. Входной вал связан с двигателем через гидротрансформатор, а выходной - с ведущими колесами транспортного средства через главную передачу и дифференциал. Механизм переключения диапазонов обеспечивает два диапазона передаточных чисел - нижний и верхний - и снабжен для этой цели двумя фрикционами соответственно нижнего и верхнего диапазонов. Нижний диапазон имеет более высокие передаточные числа ступеней и обеспечивает низкие скорости движения транспортного средства, а верхний - более низкие передаточные числа и высокие скорости движения. Переключение ступеней осуществляется посредством системы автоматического управления, которая содержит систему датчиков, исполнительный электрогидравлический механизм управления фрикционами и электронный блок управления (ЭБУ). Анализируя сигналы, доставляемые системой датчиков, ЭБУ формирует команды на переключение передач. Исполнительный механизм управления фрикционами содержит регуляторы-гидрораспределители, управляемые пропорциональными электромагнитами, на обмотки которых поступают из электронного блока управления электрические широтно-импульсные сигналы. Регуляторы-гидрораспределители осуществляют регулирование давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах фрикционов в процессе их включения и выключения и обеспечивают переключение передач без разрыва потока мощности.

Механизм переключения диапазонов позволяет удвоить количество ступеней, формируемых основным механизмом переключения передач, при меньшем количестве необходимых элементов управления (фрикционов), что является преимуществом двухдиапазонной коробки передач по сравнению с обычными коробками передач при условии равенства ступеней передаточных чисел в сравниваемых вариантах. Однако двухдиапазонная коробка передач имеет существенный недостаток, который заключается в том, что при смене диапазона передаточных чисел приходится одновременно управлять четырьмя фрикционами: при этом необходимо выключить фрикцион предыдущей ступени основного механизма переключения передач и включить вместо него фрикцион иной ступени, а в механизме переключения диапазонов также выключить фрикцион предыдущего диапазона и включить фрикцион альтернативного диапазона. Например, в шестиступенчатой двухдиапазонной коробке передач при осуществлении полного цикла переключений «вверх-вниз» такая ситуация возникает 4 раза - при переключениях 2→3, 4→5 и 5→4, 3→2. Так как воспринимаемые нагрузки обоими включаемыми фрикционами различны, что обусловлено их расположением в кинематической схеме коробки передач, то процессы их буксования и последующего замыкания происходят не синхронно, что приводит к тепловой перегрузке одного из них по сравнению со вторым и увеличению динамических нагрузок в трансмиссии, снижая ее надежность и ресурс. Второй недостаток данного технического решения обусловлен расположением механизма переключения диапазонов перед основным механизмом переключения передач. Такое взаимное их расположение создает повышенные нагрузки на детали основного механизма переключения передач при работе на нижнем диапазоне передаточных чисел, что приводит к необходимости увеличения массы и габаритов двухдиапазонной коробки передач.

В техническом решении [3], принятом в качестве прототипа, механизм переключения диапазонов расположен после основного механизма переключения передач, поэтому он не влияет на нагрузки деталей основного механизма переключения передач, что позволяет уменьшить массу и габариты двухдиапазонной коробки передач. Такое решение применяется на карьерном самосвале БелАЗ-7555. Другим преимуществом данного технического решения по сравнению с предыдущими [1, 2] является то, что в полном цикле переключения передач «вверх-вниз» транспортного средства с шестиступенчатой коробкой передач выполняется одновременная смена состояния четырех фрикционов только два раза - при переключениях 3→4 и 4→3. Система автоматического управления двухдиапазонной коробкой передач содержит источник питания рабочей жидкости, аппараты регулирования и поддержания давления источника питания, устройства фильтрации и охлаждения рабочей жидкости, механизм управления фрикционами, систему датчиков для сбора информации о режимах работы двигателя, гидротрансформатора и коробки передач, селектор управления переключением передач (пульт управления) и электронный блок управления. Механизм управления фрикционами соединен гидравлическими линиями связей с источником питания, с гидроцилиндрами фрикционов и со сливной магистралью. Механизм управления фрикционами состоит из пяти золотниковых гидрораспределителей с гидравлическим управлением от электрогидравлических пилотных клапанов, снабженных электромагнитами, обеспечивающими два состояния гидрораспределителей - «включен-выключен». Обмотки электромагнитов соединены электрическими линиями связей с ЭБУ и одновременно с пультом управления. Включение электромагнита осуществляется подачей дискретного электрического управляющего сигнала на его обмотку. В автоматическом режиме управления ЭБУ формирует управляющий сигнал на основе анализа информационных сигналов, получаемых от системы датчиков, а в командном режиме управления управляющие сигналы на обмотку электромагнитов поступают непосредственно из пульта управления. При подаче управляющего сигнала на обмотку электромагнита пилотный клапан формирует дискретный гидравлический сигнал, который перемещает золотник гидрораспределителя в положение «включен», и гидрораспределитель соединяет гидроцилиндр включаемого фрикциона с источником питания, закрывая при этом сливную магистраль данного фрикциона. Для выключения фрикциона обесточивают обмотку электромагнита, в результате выход пилотного клапана соединяется со сливом, золотник гидрораспределителя под действием пружины возвращается в исходное состояние, соединяя гидроцилиндр фрикциона со сливом. Четыре гидрораспределителя управляют включением-выключением фрикционов основного механизма переключения передач, а управление обоими фрикционами переключения диапазонов осуществляют одним гидрораспределителем.

Гидрораспределители управления фрикционами основного механизма переключения передач выполнены таким образом, что исключают возможность одновременного включения двух фрикционов. Для этого в механизме управления фрикционами предусмотрена гидравлическая блокировка золотников гидрораспределителей. Если во включенном положении одновременно находятся два или более золотников гидрораспределителей, то будет замкнут только один фрикцион, а гидроцилиндры всех остальных фрикционов основного механизма переключения передач окажутся соединенными со сливом. Такая конструктивная схема механизма управления фрикционами не позволяет выполнять переключение передач без разрыва потока мощности, так как исключает возможность одновременного регулирования давления в гидроцилиндрах включаемого и выключаемого фрикционов, что является существенным недостатком прототипа. Этот же недостаток характерен и для диапазонных фрикционов, так как их управление осуществляется одним золотником. Алгоритм управления диапазонными фрикционами предусматривает следующий порядок их включения. После пуска двигателя сразу же включается фрикцион верхнего диапазона, так как золотник гидрораспределителя, управляющий переключением диапазонов, находится в исходном положении, что соответствует обесточенной обмотке электромагнита пилотного клапана. Поэтому в нейтральном состоянии коробки передач всегда остается включенным фрикцион верхнего диапазона. Расположение механизма переключения фрикционов после основного механизма переключения передач наряду с отмеченными выше положительными свойствами приводит к существенному увеличению относительных скоростей дисков фрикционов в выключенном их состоянии из-за большого диапазона передаточных чисел механизма переключения диапазонов, чем и объясняется включение фрикциона верхнего диапазона на нейтрали в коробке передач данного прототипа. В результате при трогании транспортного средства с места, при маневрировании «вперед-назад», а также при включении передачи движущегося автомобиля на нейтрали в коробке передач приходится всегда включать одновременно два фрикциона - один из фрикционов основного механизма переключения передач и фрикцион нижнего диапазона, выключая при этом фрикцион верхнего диапазона. Одновременное включение двух фрикционов, как отмечалось выше, приводит к увеличению динамических нагрузок в трансмиссии и повышению теплонапряженности дисков диапазонного фрикциона.

Задачей настоящего изобретения является снижение динамической нагруженности трансмиссии и повышение долговечности фрикционов автоматической двухдиапазонной коробки передач путем рационального управления включением и выключением фрикционов и за счет этого достижение высоких технико-экономических показателей транспортного средства, повышение надежности коробки передач и улучшение комфортности работы оператора.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления автоматической двухдиапазонной коробкой передач, содержащем операции измерения и обработки сигналов, характеризующих режимы работы двигателя, гидротрансформатора, двухдиапазонной коробки передач и фиксирующих положение селектора управления переключением передач, а также операции выработки электронным блоком управления управляющих сигналов и их реализации посредством электрогидравлических клапанов, осуществляющих в автоматическом или командном режиме включение и выключение фрикционов двухдиапазонной коробки передач, состоящей из последовательно расположенных основного механизма переключения передач и механизма переключения диапазонов, причем механизм переключения диапазонов обеспечивает получение двух диапазонов передаточных чисел - нижнего и верхнего - путем удвоения количества ступеней передаточных чисел, формируемого основным механизмом переключения передач, механизм переключения диапазонов снабжен двумя фрикционами для включения соответственно нижнего и верхнего диапазонов, а каждую ступень нижнего или верхнего ряда передаточных чисел получают одновременным замыканием одного из фрикционов основного механизма переключения передач и фрикциона нижнего или верхнего диапазона механизма переключения диапазонов, согласно изобретению после пуска двигателя по сигналу электронного блока управления включают фрикцион нижнего диапазона и оставляют его постоянно включенным на нейтрали коробки передач при неподвижном транспортном средстве, при его трогании с места и маневрировании «вперед-назад», а также при движении с переключением всех ступеней нижнего ряда передач «вверх-вниз» без разрыва потока мощности посредством включения-выключения фрикционов основного механизма переключения передач по программе алгоритма, реализуемого электронным блоком управления; после завершения разгона на высшей ступени нижнего ряда передаточных чисел выключают фрикцион высшей ступени основного механизма переключения передач и фрикцион нижнего диапазона и одновременно включают фрикцион низшей ступени основного механизма переключения передач и фрикцион верхнего диапазона; фрикцион верхнего диапазона остается постоянно включенным при последующем движении транспортного средства с переключением всех ступеней верхнего ряда «вверх-вниз» без разрыва потока мощности посредством включения-выключения фрикционов основного механизма переключения передач; при перемещении селектора управления переключением передач в нейтральное положение при движении транспортного средства на передачах верхнего ряда передаточных чисел электронный блок управления по сигналу селектора выдает управляющий сигнал на выключение фрикциона основного механизма переключения передач, переводя коробку передач в нейтральное состояние, а фрикцион верхнего диапазона остается включенным, пока скорость транспортного средства находится выше предельного значения, заранее установленного для верхнего ряда передаточных чисел; после снижения скорости транспортного средства ниже установленного предельного значения электронный блок управления выдает сигнал на выключение фрикциона верхнего диапазона и включение фрикциона нижнего диапазона, обеспечивая этим готовность основного механизма переключения передач к включению соответствующего фрикциона для движения транспортного средства на передачах нижнего диапазона по сигналу селектора управления переключением передач, установленного водителем в положение «автомат» или в положение одной из передач командного режима; при разгоне транспортного средства на крутом спуске при нейтральном положении селектора управления переключением передач после превышения заранее установленного предельного значения скорости для нижнего диапазона передач электронный блок управления выдает сигнал на выключение фрикциона нижнего диапазона и включение фрикциона верхнего диапазона. Переключение ступеней внутри нижнего и верхнего диапазонов передаточных чисел без разрыва потока мощности посредством фрикционов основного механизма переключения передач в соответствии с заданной последовательностью операций программы алгоритма в момент выдачи электронным блоком управления сигнала на переключение передачи осуществляют, соединяя гидроцилиндр фрикциона включаемой ступени с напорной магистралью для его заполнения, а давление в гидроцилиндре фрикциона выключаемой ступени снижают до уровня, минимально необходимого для предотвращения его проскальзывания; в момент получения сигнала о начале замедления турбины гидротрансформатора, вызванного нарастанием момента трения включаемого фрикциона, гидроцилиндр выключаемого фрикциона соединяют со сливной магистралью и запускают программу выполнения адаптивного управления давлением в гидроцилиндре включаемого фрикциона посредством подачи на пропорциональный электромагнит его пропорционального клапана управляющего сигнала, формируемого электронным блоком управления с помощью ПИД-регулятора с обратной связью по параметру управления - отклонению относительной скорости скольжения фрикционных дисков включаемого фрикциона от заданной эталонной характеристики. При торможении транспортного средства электронный блок управления по сигналу датчика положения педали тормоза осуществляет запрет на автоматическое переключение передач на весь период времени нажатого состояния педали тормоза, а после прекращения торможения формирует и выдает управляющий сигнал на включение передачи, соответствующей скорости движения транспортного средства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для осуществления способа управления автоматической двухдиапазонной коробкой передач, содержащем источник питания рабочей жидкости, аппараты регулирования и поддержания давления источника питания, устройства фильтрации и охлаждения рабочей жидкости, исполнительный механизм управления фрикционами двухдиапазонной коробки передач для подачи рабочей жидкости в гидроцилиндры фрикционов при их включении, а также систему датчиков для сбора информации о режимах работы двигателя, гидротрансформатора и двухдиапазонной коробки передач, селектор управления переключением передач и электронный блок управления, согласно изобретению каждый фрикцион двухдиапазонной коробки передач снабжен индивидуальным исполнительным механизмом управления процессами его включения-выключения, выполненным в виде двухкаскадного гидрораспределителя с пропорциональным управлением, первый каскад которого содержит электрогидравлический пропорциональный клапан, состоящий из пропорционального электромагнита и гидрораспределителя с обратной связью по давлению, а второй каскад содержит регулятор-распределитель, выполненный с возможностью усиления гидравлического управляющего сигнала, формируемого электрогидравлическим пропорциональным клапаном, и регулирования давления жидкости в гидроцилиндре фрикциона в процессе его включения и выключения в соответствии с управляющими сигналами электронного блока управления, соединенного электрическими линиями связи с датчиками сбора информации о режимах работы механизмов транспортного средства, с селектором управления переключением передач и через CAN-интерфейс с системой управления двигателем и дисплеем для вывода и отображения информации о результатах оперативного диагностирования механизмов системы автоматического управления, режимах движения транспортного средства и переключаемых передачах; электронный блок управления содержит многоканальный микропроцессорный модуль, каждый канал которого выполнен с возможностью формирования широтно-импульсного сигнала, а выход канала связан электрической связью с пропорциональным электромагнитом исполнительного механизма управления соответствующим фрикционом; электронный блок управления снабжен базой данных и программным обеспечением, содержащим процедуры реализации алгоритма предложенного способа управления двухдиапазонной коробкой передач транспортного средства.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема предложенной системы автоматического управления двухдиапазонной коробкой передач; на фиг.2 - принципиальная схема механизма управления фрикционами коробки передач; на фиг.3 - основные процедуры, выполняемые ЭБУ в процессе управления; на фиг.4 - схема программы алгоритма управления коробкой передач; на фиг.5 - комбинации включенных фрикционов на передачах; на фиг.6-10 изображены циклограммы изменения параметров системы управления в процессе переключения передач.

В состав системы автоматического управления коробкой передач входят следующие элементы (фиг.1): двигатель 1, гидротрансформатор 2, двухдиапазонная коробка передач 3 с основным механизмом переключения передач 4 и механизмом переключения диапазонов 5, главная передача с дифференциалом 6, ведущие колеса транспортного средства 7, источник питания рабочей жидкости (гидронасос) 8, регулятор давления источника питания 9, механизм управления фрикционами 10, гидроцилиндры 11, 12, 13, 14 соответственно фрикционов Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф_R основного механизма переключения передач 4 (Ф₁ - первой передачи; Ф₂ - второй передачи; Ф₃ - третьей передачи; Ф_R - фрикцион реверса); гидроцилиндры 15 и 16 фрикционов нижнего Ф_н и верхнего Ф_в диапазонов механизма переключения диапазонов 5; система датчиков для сбора информации (датчик акселератора 17; датчик положения педали тормоза 18; датчики частоты вращения вала двигателя 19, турбины гидротрансформатора 20, выходного вала коробки передач 21, диапазонного вала коробки передач 22; датчик загрузки транспортного средства 23); селектор управления переключением передач (пульт управления) 24; электронный блок управления (ЭБУ) 25; дисплей 26. Гидротрансформатор 2 снабжен фрикционом блокировки Ф_БЛ с гидроцилиндром 27 его включения.

Все фрикционы коробки передач (включая и фрикцион блокировки гидротрансформатора) снабжены индивидуальными механизмами управления 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, одинаковыми по конструкции и входящими в блок механизмов управления 10. Механизм управления фрикционом выполнен в виде двухкаскадного гидрораспределителя с пропорциональным управлением 32 на фиг.2 показана схема механизма управления фрикционом первой передачи Ф₁ основного механизма переключения передач 4) и состоит из электрогидравлического пропорционального клапана (ЭГПК) 35, образующего первый каскад, и регулятора-распределителя 36, образующего второй каскад. В состав ЭГПК входят пропорциональный электромагнит 37 и гидрораспределитель 38 с обратной связью по давлению. Гидрораспределитель 38 и регулятор-распределитель 36 связаны со сливной гидролинией 40 и с напорной линией 39, давление рабочей жидкости в которой поддерживается гидронасосом 8, снабженным регулятором давления 9. Между собой гидрораспределитель 38 и регулятор-распределитель 36 соединены управляющей гидролинией 41. Выход гидрораспределителя с пропорциональным управлением 32 связан с гидроцилиндром 11 фрикциона Ф₁ гидролинией 42.

При отсутствии тока в обмотке электромагнита 37 управляющие элементы гидрораспределителя 38 и регулятора-распределителя 36 находятся в первой позиции (как показано на фиг.2) под действием пружин соответственно 43 и 44. В управляющей гидролинии 41 давление отсутствует, и гидроцилиндр 11 фрикциона Ф₁ посредством управляющего элемента регулятора-распределителя 36 сообщен со сливной гидролинией 40.

Пружинная полость гидрораспределителя 38 ЭГПК 35 соединена гидролинией обратной связи 45 с управляющей гидролинией 41. В линии обратной связи 45 установлен дроссель 46. Аналогично регулятор-распределитель 36 снабжен гидролинией обратной связи 47 с дросселем 48.

Назначение ЭГПК 35 заключается в формировании управляющего гидравлического сигнала в гидролинии 41, необходимого для управления регулятором-распределителем 36. Управление ЭГПК осуществляется посредством ЭБУ 25, многоканальный микропроцессорный модуль которого формирует широтно-импульсный электрический сигнал, подаваемый на обмотку электромагнита 37 по электрической линии связи 49. Управляющий элемент гидрораспределителя 38 с одной стороны находится под воздействием усилия, развиваемого якорем электромагнита 37 при подаче в его обмотку широтно-импульсного сигнала управления, а с другой стороны на него действуют сила давления жидкости в управляющей гидролинии 41 и усилие пружины 43. В результате давление в управляющей гидролинии 41 оказывается пропорциональным величине силы тока в обмотке электромагнита 37.

Регулятор-распределитель 36 усиливает управляющий гидравлический сигнал ЭГПК, формируемый в гидролинии 41, и обеспечивает регулирование давления потока жидкости, поступающей от него через гидролинию 42 в гидроцилиндр 11 фрикциона Ф₁. При этом давление рабочей жидкости в гидроцилиндре также пропорционально силе тока в обмотке электромагнита 37. В результате двухкаскадный гидрораспределитель с пропорциональным управлением 32 позволяет формировать необходимые характеристики нарастания давления в гидроцилиндре 11 фрикциона Ф₁ при его включении и выключении. Количество двухкаскадных гидрораспределителей с пропорциональным управлением в механизме управления фрикционами 10 (фиг.1) соответствует количеству управляемых фрикционов коробки передач.

Система автоматического управления двухдиапазонной коробкой передач работает по программе, схемы алгоритмов которой представлены на фиг.3 и 4. После пуска двигателя ЭБУ осуществляет инициализацию электронной системы управления (блок 1 на фиг.3), загружает базу данных (блок 2), проверяет исправность элементов системы (блок 3), формирует электрический управляющий сигнал на включение фрикциона нижнего диапазона коробки передач (блок 4), по которому гидрораспределитель с пропорциональным управлением 31 механизма управления фрикционами 10 (фиг.1) формирует гидравлический управляющий сигнал и передает его в гидроцилиндр 15, осуществляющий включение фрикциона нижнего диапазона Ф_н. Фрикцион Ф_н после этого остается постоянно во включенном состоянии, пока не возникнет необходимость смены диапазона передаточных чисел коробки передач.

При включенном фрикционе Ф_н выполняются следующие операции управления: трогание транспортного средства с места; маневрирование путем смены направления движения «вперед-назад»; движение с переключением всех ступеней нижнего ряда передач «вверх-вниз» в автоматическом и командном режимах управления; включение любой ступени нижнего диапазона передаточных чисел с нейтрали в командном режиме управления. Переключение ступеней при этом осуществляют посредством фрикционов Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф_R основного механизма переключения передач 4 (фиг.1). Формирование команд на управление осуществляет ЭБУ, выполняя при этом следующие процедуры (фиг.3): опрос датчиков и формирование комплекса информационных переменных (блок 5); диагностирование состояния элементов системы (блок 6); выполнение программы алгоритма управления коробкой передач (блок 7). Информация о результатах управления, положении органов управления транспортного средства, режимах движения и обнаруженных неисправностях отображается на дисплее (блок 8).

В автоматическом режиме управления коробкой передач (блок 9, фиг.4) при движении транспортного средства с выключенными тормозами (блок 10) ЭБУ осуществляет анализ информации, поступающей от системы датчиков, и в соответствии с программой алгоритма управления формирует команды на автоматическое управление переключением передач (блок 11). Если сформирована команда на переключение передач (блок 12), тогда в блоке 13 начинает осуществляться выполнение программы алгоритма управления включением и выключением соответствующих фрикционов коробки передач. Например, сформирована команда на переключение с первой на вторую ступень нижнего диапазона передаточных чисел. Следовательно, необходимо выключить фрикцион первой передачи Ф₁ и включить фрикцион второй передачи Ф₂ при остающемся во включенном состоянии фрикционе нижнего диапазона Ф_н (фиг.1). В этом случае многоканальный микропроцессорный модуль ЭБУ 25 формирует электрические широтно-импульсные сигналы, осуществляя выполнение программы управления давлениями рабочей жидкости в гидроцилиндрах фрикционов Ф₁ и Ф₂. Эти сигналы из ЭБУ поступают на обмотки пропорциональных электромагнитов гидрораспределителей с пропорциональным управлением 32 и 30, на выходах которых возникают гидравлические сигналы давления рабочей жидкости, передаваемые по гидравлическим магистралям к гидроцилиндрам 11 и 12 управляемых фрикционов Ф₁ и Ф₂. Величина давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах 11 и 12 пропорциональна силе тока в обмотках электромагнитов гидрораспределителей с пропорциональным управлением 32 и 30.

Пропорциональное управление давлением в гидроцилиндрах фрикционов позволяет обеспечить высококачественный процесс переключения ступеней без разрыва потока мощности. Программа управления процессами включения и выключения фрикционов при переключении передач отображена циклограммами (фиг.6-10). На циклограммах выделены два основных этапа управления: этап заполнения гидроцилиндра включаемого фрикциона Ф₂, соответствующий интервалу времени t₀-t₂, и этап регулирования давления в его гидроцилиндре в процессе буксования фрикциона на интервале времени t₃-t₄. В момент времени t₀ ЭБУ запускает программу формирования электрических широтно-импульсных сигналов управления процессами включения фрикциона Ф₂ и выключения фрикциона Ф₁, которые подаются на электромагниты пропорциональных клапанов этих фрикционов.

На интервале времени t₀-t₁ задается максимальное значение силы тока в обмотке электромагнита включаемого фрикциона Ф₂, в результате его пропорциональный клапан формирует высокий уровень давления р_пк2 (фиг.7). Поэтому давление р_ц2 в гидроцилиндре включаемого фрикциона Ф₂ быстро возрастает (фиг.8), и его поршень перемещается с высокой скоростью. В момент времени t₁ значение силы тока снижают, давление р_пк2 падает, скорость перемещения поршня на интервале времени t₁-t₂ снижается, что предотвращает возникновение резкого всплеска давления в гидроцилиндре после завершения заполнения его рабочей полости и остановки поршня.

Одновременно, начиная с момента времени t₀, в гидроцилиндре выключаемого фрикциона Ф₁ снижают давление р_ц1 (фиг.6) до уровня, минимально необходимого для предотвращения его проскальзывания на интервале времени t₀-t₂. Для этого уменьшают величину тока в обмотке электромагнита пропорционального клапана этого фрикциона.

С момента времени t₂ начинает нарастать момент трения включаемого фрикциона Ф₂, что приводит к торможению турбины гидротрансформатора, и частота ее вращения n_T начинает падать (фиг.9). ЭБУ вычисляет значение производной dn_T/dt и при отрицательном ее значении, т.е. при возникновении замедления турбины, в момент времени t₃ обесточивает обмотку электромагнита пропорционального клапана выключаемого фрикциона Ф₁. В результате гидрораспределитель 32 соединяет гидроцилиндр 11 выключаемого гидроцилиндра со сливом (фиг.1), давление р_ц1 падает до нуля (фиг.6) и фрикцион выключается.

Одновременно в тот же момент времени t₃ ЭБУ запускает программу адаптивного управления давлением р_ц2 (фиг.8) в гидроцилиндре включаемого фрикциона Ф₂ посредством подачи на электромагнит его пропорционального клапана управляющего сигнала, формируемого ЭБУ с помощью ПИД-регулятора с обратной связью по параметру управления. В качестве параметра управления использовано отклонение относительной скорости скольжения фрикционных дисков включаемого фрикциона от заданной эталонной характеристики. Пропорциональный клапан включаемого фрикциона при этом формирует гидравлический управляющий сигнал р_пк2, который усиливается регулятором-распределителем, и давление р_ц2 в гидроцилиндре изменяется на интервале времени t₃-t₄, как показано на фиг.8.

На фиг.10 показан график изменения относительной скорости скольжения n_ф фрикционных дисков и график эталонной характеристики n_э. График эталонной характеристики может иметь вид не только отрезка прямой, как показано на фиг.10, но и любой другой вид, например состоять из двух или более отрезков прямых или быть криволинейным. Параметры эталонной характеристики выбирают по критериям минимальности удельной работы трения фрикциона и динамических нагрузок на валах трансмиссии.

В момент времени t₄ включаемый фрикцион Ф₂ замыкается, относительная скорость скольжения его дисков n_ф, контролируемая ЭБУ, равна нулю, ЭБУ выдает команду на повышение силы тока в обмотке электромагнита пропорционального клапана до максимального значения и в гидроцилиндре устанавливается номинальное значение давления р_ц2. На этом процесс переключения передачи завершается.

Аналогично осуществляется переключение ступеней основного механизма переключения передач после перехода на верхний диапазон передаточных чисел. Фрикцион верхнего диапазона при этих переключениях остается постоянно включенным, а смена ступеней передаточных чисел осуществляется только посредством фрикционов Ф₁, Ф₂, Ф₃ основного механизма переключения передач 4 (фиг.1).

Смена же диапазонов передаточных чисел происходит путем одновременного управления четырьмя фрикционами. Например, при переключении с третьей на четвертую ступень выключают фрикционы Ф₃ и Ф_н и включают фрикционы Ф₁ и Ф_в. При обратном переключении ступени выключают фрикционы Ф₁ и Ф_в и включают фрикционы Ф₃ и Ф_н. В этом заключается органический недостаток любой двухдиапазонной коробки передач. Однако частота проявления этого недостатка для коробки передач по данному изобретению за время осуществления полного цикла переключения ступеней в два раза меньше, чем для двухдиапазонной коробки передач с передним расположением механизма переключения диапазонов.

При автоматическом управлении коробкой передач в движении транспортного средства всегда включена передача, соответствующая условиям движения, контролируемым ЭБУ на основе информации, доставляемой системой датчиков. При этом фрикцион нижнего диапазона Ф_н включен в диапазоне низких скоростей движения, а фрикцион верхнего диапазона Ф_в - в диапазоне высоких скоростей.

При командном режиме управления коробкой передач водитель всегда имеет возможность включить нейтраль в коробке передач, например, при движении на спуске. В этом случае также необходимо обеспечить готовность коробки передач к включению передачи посредством только одного из фрикционов Ф₁, Ф₂, Ф₃ основного механизма переключения передач 4 (фиг.1). Для этого в коробке передач один из диапазонных фрикционов Ф_н или Ф_в должен находиться во включенном состоянии. В предлагаемом изобретении это достигается следующим образом.

При нейтрали в коробке передач в командном режиме управления (блок 14, фиг.4) скорость движения транспортного средства ν сравнивается с заранее установленным предельным минимальным значением скорости ν_{в min} для верхнего ряда передаточных чисел (блок 15). Скорость транспортного средства ν вычисляет ЭБУ на основе информации о частоте вращения выходного вала коробки передач, доставляемой датчиком 21 (фиг.1), и сравнивает ее со значением ν_{в min}, хранящимся в базе данных. Если ν<ν_{в min}, тогда ЭБУ выполняет проверку состояния фрикциона верхнего диапазона Ф_в (блок 16, фиг.4). Если Ф_в включен, то необходимо его выключить и вместо него включить фрикцион нижнего диапазона Ф_н. Для этого в блоке 17 осуществляется формирование сигнала на включение фрикциона Ф_н и выключение фрикциона Ф_в, а информация об этом передается в блок 13, в котором осуществляется предусмотренная для данного случая программа алгоритма управления фрикционами. При невыполнении условия блока 16 осуществляется выход из него на конец цикла программы.

Если ν≥ν_{в min}, то условие блока 15 не выполняется. Тогда в блоке 18 осуществляется проверка выполнения условия ν>ν_{н max}, где ν_{н max} - предельное максимальное значение скорости для нижнего ряда передаточных чисел коробки передач. При выполнении условия блока 18 в блоке 19 осуществляется проверка состояния фрикциона нижнего диапазона Ф_н. Если Ф_н включен, тогда в блоке 20 формируется сигнал на включение фрикциона Ф_в и выключение фрикциона Ф_н, который затем поступает в блок 13, и ЭБУ осуществляет выполнение предусмотренной для данного случая программы алгоритма управления. При отрицательном результате проверки условия блока 19 программа выходит на конец цикла.

Комбинации включенных фрикционов на передачах, а также при движении транспортного средства на нейтрали в коробке передач показаны в таблице на фиг.5.

Если после движения на нейтрали водитель примет решение об использовании командного режима управления коробкой передач и переместит селектор управления в положение выбранной передачи, то после блока 14 будет выполнен переход к блоку 21, который зафиксирует выбранное водителем положение селектора управления и сформирует команду на осуществление переключения, проверку наличия которой выполняет блок 22. Управление фрикционом включаемой передачи будет выполнено по предусмотренной для данного случая программе (блок 13).

Своевременная смена состояний диапазонных фрикционов при нейтральном положении селектора управления переключением передач позволяет обеспечить постоянную готовность коробки передач к включению выбранной водителем передачи и осуществить переключение посредством только одного из фрикционов основного механизма переключения передач. Необходимость переключения при этом диапазонных фрикционов Ф_н и Ф_в исключена. Если бы при движении транспортного средства на нейтрали в коробке передач со скоростью, превышающей значение ν_{н max}, во включенном состоянии оказался фрикцион нижнего диапазона Ф_н, то это привело бы к недопустимо высоким значениям относительных скоростей дисков выключенных фрикционов Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф_R и Ф_в. Это обусловлено большой разницей между передаточными числами зубчатых передач механизма переключения диапазонов, что характерно для двухдиапазонной коробки передач, у которой механизм переключения диапазонов расположен на выходе.

Если водитель включит тормоза при движении на автоматическом режиме управления коробкой передач транспортного средства, то ЭБУ будет осуществлять запрет на автоматическое переключение передач на весь период нажатия водителем педали тормоза. Сигнал об осуществлении торможения выдает датчик положения педали тормоза 18 (фиг.1). При наличии этого сигнала условие блока 10 (фиг.4) не выполняется, поэтому программа выходит на конец цикла. После прекращения торможения сигнал датчика 18 нулевой, поэтому после блока 10 выполняются последовательно процедуры, предусмотренные блоками 11, 12 и 13, что позволяет продолжить выполнение программы алгоритма автоматического переключения передач. При этом ЭБУ обеспечит включение передачи, соответствующей скорости движения транспортного средства после прекращения торможения.

Таким образом, предлагаемый способ управления автоматической двухдиапазонной коробкой передач и устройство для его осуществления решают поставленные задачи изобретения: обеспечивают переключение передач без разрыва потока мощности и постоянную готовность коробки передач к включению выбранной водителем передачи посредством управления только одним из фрикционов основного механизма переключения передач, предотвращают возникновение чрезмерно больших значений относительных скоростей дисков выключенных фрикционов при движении на нейтрали с высокой скоростью (например, на спуске). В результате снижаются теплонапряженность работы фрикционов и динамические нагрузки в трансмиссии, что повышает надежность и срок службы коробки передач. При этом сохраняются существенные преимущества принятой кинематической схемы коробки передач, обусловленные рациональным взаимным расположением основного механизма переключения передач и механизма переключения диапазонов, позволяющим снизить массу и габариты двухдиапазонной коробки передач.

Источники информации

1. Патент США 5038286, МПК⁵ D60K 41/02; опубл. 06.08.1991 г.

2. Патент РФ 2000965, МПК⁵ D60K 41/00; опубл. 15.10.1993 г. Бюл. №37-38.

3. Производственное объединение «Белорусский автомобильный завод». Карьерные самосвалы БелАЗ-7555А, БелАЗ-7555В и их модификации. Руководство по эксплуатации 7555-3902015-01 РЭ. Республика Беларусь.

Изобретение относится к системам управления автоматическими двухдиапазонными коробками передач. Способ осуществляют путем соответствующей последовательности включения и выключения фрикционов коробки передач. Переключение передач осуществляется посредством электрогидравлических пропорциональных клапанов по командам электронного блока управления. После пуска двигателя включают фрикцион нижнего диапазона передаточных чисел и оставляют его постоянно включенным на нейтрали коробки передач при неподвижном транспортном средстве, трогании с места, маневрировании «вперед-назад», движении с переключением всех ступеней нижнего ряда передач «вверх-вниз» без разрыва потока мощности. Для движения с высокими скоростями включают фрикцион верхнего диапазона. Устройство содержит источник питания рабочей жидкости, аппараты регулирования и поддержания давления источника питания, устройства фильтрации и охлаждения рабочей жидкости, исполнительный механизм управления фрикционами, систему датчиков, селектор управления переключением передач и электронный блок управления. Каждый фрикцион снабжен двухкаскадным гидрораспределителем с пропорциональным управлением. Первый каскад содержит электрогидравлический пропорциональный клапан. Второй каскад содержит регулятор-распределитель. Электронный блок управления содержит многоканальный микропроцессорный модуль. Технический результат заключается в обеспечении постоянной готовности коробки передач к включению выбранной водителем передачи посредством только одного из фрикционов основного механизма переключения передач. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ управления автоматической двухдиапазонной коробкой передач, содержащий операции измерения и обработки сигналов, характеризующих режимы работы двигателя, гидротрансформатора, двухдиапазонной коробки передач и фиксирующих положение селектора управления переключением передач, а также операции выработки электронным блоком управления управляющих сигналов и их реализации посредством электрогидравлических клапанов, осуществляющих в автоматическом или командном режиме включение и выключение фрикционов двухдиапазонной коробки передач, состоящей из последовательно расположенных основного механизма переключения передач и механизма переключения диапазонов, причем механизм переключения диапазонов обеспечивает получение двух диапазонов передаточных чисел - нижнего и верхнего - путем удвоения количества ступеней передаточных чисел, формируемого основным механизмом переключения передач, механизм переключения диапазонов снабжен двумя фрикционами для включения соответственно нижнего и верхнего диапазонов, а каждую ступень нижнего или верхнего ряда передаточных чисел получают одновременным замыканием одного из фрикционов основного механизма переключения передач и фрикциона нижнего или верхнего диапазона механизма переключения диапазонов, отличающийся тем, что после пуска двигателя по сигналу электронного блока управления включают фрикцион нижнего диапазона и оставляют его постоянно включенным на нейтрали коробки передач при неподвижном транспортном средстве, при его трогании с места и маневрировании «вперед-назад», а также при движении с переключением всех ступеней нижнего ряда передач «вверх-вниз» без разрыва потока мощности посредством включения-выключения фрикционов основного механизма переключения передач по программе алгоритма, реализуемого электронным блоком управления; после завершения разгона на высшей ступени нижнего ряда передаточных чисел выключают фрикцион высшей ступени основного механизма переключения передач и фрикцион нижнего диапазона и одновременно включают фрикцион низшей ступени основного механизма переключения передач и фрикцион верхнего диапазона; фрикцион верхнего диапазона остается постоянно включенным при последующем движении транспортного средства с переключением всех ступеней верхнего ряда «вверх-вниз» без разрыва потока мощности посредством включения-выключения фрикционов основного механизма переключения передач, при перемещении селектора управления переключением передач в нейтральное положение при движении транспортного средства на передачах верхнего ряда передаточных чисел электронный блок управления по сигналу селектора выдает управляющий сигнал на выключение фрикциона основного механизма переключения передач, переводя коробку передач в нейтральное состояние, а фрикцион верхнего диапазона остается включенным, пока скорость транспортного средства находится выше предельного значения, заранее установленного для верхнего ряда передаточных чисел, после снижения скорости транспортного средства ниже установленного предельного значения электронный блок управления выдает сигнал на выключение фрикциона верхнего диапазона и включение фрикциона нижнего диапазона, обеспечивая этим готовность основного механизма переключения передач к включению соответствующего фрикциона для движения транспортного средства на передачах нижнего диапазона по сигналу селектора управления переключением передач, установленного водителем в положение «автомат» или в положение одной из передач командного режима, при разгоне транспортного средства на крутом спуске при нейтральном положении селектора управления переключением передач после превышения заранее установленного предельного значения скорости для нижнего диапазона передач электронный блок управления выдает сигнал на выключение фрикциона нижнего диапазона и включение фрикциона верхнего диапазона.

2. Способ управления автоматической двухдиапазонной коробкой передач по п.1, отличающийся тем, что переключение ступеней внутри нижнего и верхнего диапазонов передаточных чисел без разрыва потока мощности посредством фрикционов основного механизма переключения передач в соответствии с заданной последовательностью операций программы алгоритма в момент выдачи электронным блоком управления сигнала на переключение передачи осуществляют, соединяя гидроцилиндр фрикциона включаемой ступени с напорной магистралью для его заполнения, а давление в гидроцилиндре фрикциона выключаемой ступени снижают до уровня, минимально необходимого для предотвращения его проскальзывания, в момент получения сигнала о начале замедления турбины гидротрансформатора, вызванного нарастанием момента трения включаемого фрикциона, гидроцилиндр выключаемого фрикциона соединяют со сливной магистралью и запускают программу выполнения адаптивного управления давлением в гидроцилиндре включаемого фрикциона посредством подачи на пропорциональный электромагнит его пропорционального клапана управляющего сигнала, формируемого электронным блоком управления с помощью ПИД-регулятора с обратной связью по параметру управления - отклонению относительной скорости скольжения фрикционных дисков включаемого фрикциона от заданной эталонной характеристики.

3. Способ управления автоматической двухдиапазонной коробкой передач по п.1, отличающийся тем, что при торможении транспортного средства электронный блок управления по сигналу датчика положения педали тормоза осуществляет запрет на автоматическое переключение передач на весь период времени нажатого состояния педали тормоза, а после прекращения торможения формирует и выдает управляющий сигнал на включение передачи, соответствующей скорости движения транспортного средства.

4. Устройство для осуществления способа управления автоматической двухдиапазонной коробкой передач, содержащее источник питания рабочей жидкости, аппараты регулирования и поддержания давления источника питания, устройства фильтрации и охлаждения рабочей жидкости, исполнительный механизм управления фрикционами двухдиапазонной коробки передач для подачи рабочей жидкости в гидроцилиндры фрикционов при их включении, а также систему датчиков для сбора информации о режимах работы двигателя, гидротрансформатора и двухдиапазонной коробки передач, селектор управления переключением передач и электронный блок управления, отличающееся тем, что каждый фрикцион двухдиапазонной коробки передач снабжен индивидуальным исполнительным механизмом управления процессами его включения-выключения, выполненным в виде двухкаскадного гидрораспределителя с пропорциональным управлением, первый каскад которого содержит электрогидравлический пропорциональный клапан, состоящий из пропорционального электромагнита и гидрораспределителя с обратной связью по давлению, а второй каскад содержит регулятор-распределитель, выполненный с возможностью усиления гидравлического управляющего сигнала, формируемого электрогидравлическим пропорциональным клапаном, и регулирования давления жидкости в гидроцилиндре фрикциона в процессе его включения и выключения в соответствии с управляющими сигналами электронного блока управления, соединенного электрическими линиями связи с датчиками сбора информации о режимах работы механизмов транспортного средства, с селектором управления переключением передач и через CAN-интерфейс с системой управления двигателем и дисплеем для вывода и отображения информации о результатах оперативного диагностирования механизмов системы автоматического управления, режимах движения транспортного средства и переключаемых передачах, электронный блок управления содержит многоканальный микропроцессорный модуль, каждый канал которого выполнен с возможностью формирования широтно-импульсного сигнала, а выход канала связан электрической связью с пропорциональным электромагнитом исполнительного механизма управления соответствующим фрикционом, электронный блок управления снабжен базой данных и программным обеспечением, содержащим процедуры реализации алгоритма предложенного способа управления двухдиапазонной коробкой передач транспортного средства.