Система автоматического управления и защиты многоступенчатой трансмиссии транспортного средства Советский патент 1989 года по МПК B60K41/06 

СП 1чЭ

оо

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к системам автоматического управления многоступенчатыми трансмиссиями транспортных средств, преимущественно большой мощности и гру- зоподъемности.

Цель изобретения - повыщение надежности системы путем использования гидравлического устройства защиты в качестве дублирующего автомата при выходе из строя электронного блока управления.

На фиг. 1 показана блок-схема системы автоматического управления и защиты; на фиг. 2 - принципиальная схема первого варианта исполнения системы; на фиг. 3 - принципиальная схема второго варианта исполнения системы; на фиг. 4 - характеристики системы по фиг. 2; на фиг. 5 - фрагмент характеристик по фиг. 4; на фиг. 6 - варианты коммутации клапана переключения режимов.

Система автоматического управления и защиты многоступенчатой трансмиссии 1 (фиг. 1) с гидроуправляемыми многодисковыми фрикционами (не показаны) содержит исполнительное устройство известной конструкции, имеющее выходы 3, сообщен- ные с гидроцилиндрами фрикционов трансмиссии 1, и управляющие входы 4 и 5, число которых определяется числом передач.

Исполнительное устройство 2 подключено к напорной гидролинии 6 гидравлического источника давления (гидростанции), а также и дренажной гидролинии 7. Управляющие входы 4 и 5 подключены параллельно к выходам 8 и 9 блока 10 электромагнитных клапанов и к выходам 1 и 12 гидравлического устройства 13 защиты от отказов электронного вычислительного устройства 14.

Система содержит устройство 15 руч- Hoi o управления, в которое входят обычные многопозиционный избиратель 16 режимов и переключатели 17 и 18 «Послед- НИИ ход-нейтраль-задний ход и «Автоматическое управление-ручное управление, а также дополнительный переключатель 19 «Основное автоматическое управление-дублирующее автоматическое управление. Вход переключателя 17 подключен к бортовому источнику 20 электропитания, а левый контакт к входу перек,-1ючателя 18. Правые контакты переключателей 17 и 18 подключены к избирателю 16, правый контакт переключателя 19 электролинией 21 подключен к электронному блоку 14 и электролинией 22 к электромагнитному клапану 23 переключения режимов. Электролиния 22 может также быть подключена не к электролинии 21, а к правому контакту переключателя 19 (показано пунктиром).

Избиратель 16 имеет выходы 24, подклю- ченные к электронно-вычислительному устройству 14. К последнему подключены также электрические датчики 25 скоростей входного и выходного валов трансмиссии, скорости и нагрузки двигателя и др. Устройство 14 любой из известных конструкций может представлять собой как обычное электронное устройство на аналоговых или дискретных элементах различного исполнения и степени интеграции, так и микропроцессорную систему, т. е. бортовую ЭВМ. Выходы 26 устройства 14 подключены к электромагнитам клапанов блока 10.

Клапан 23 имеет входы 27 и 28, на которое могут подаваться давления питания от источников, показанных пунктиром, как описано ниже, и выход 29, подключенный к входу устройства 13. К последнему подведено также выходное давление гидравлического датчика 30 скорости, связанного, например, с выходным валом трансмиссии 1. Кроме того, к устройству 13 может также подключаться датчик нагрузки двигателя 31, изображенный пунктиром.

Трансмиссия 1 может также содержать гидротрансформатор 32 с фрикционом блокировки (не показан), управляемым по гидролинии 33.

Выходы 8 и 9 блока 10 и выходы 11 и 12 устройства 13 могут подключаться к входам 4 и 5 блока 2 посредством клапанов ИЛИ 34 и 35.

Подробное устройство системы показано на фиг. 2 для пары гидроцилиндров 36 и 37, соответствующих двум смежным передачам трансмиссии 1 - высшей и низшей. Управление большим числом передач обеспечивается соответствующим увеличением числа однотипных элементов.

Устройство 13 защиты содержит -двух- позиционный пятилинейный распределитель 38 известной конструкции. Два входа распределителя подключены к дренажной гидролинии 7, а третий - к напорной гидролинии 6. Нормально выключенный выход подключен к выходу 11 устройства 13. В первой торцовой управляющей камере распределителя размещена настроечная пружина 39 и эта камера подключена к выходу 29 клапана 23. Противоположная камера распределителя 38 подключена к выходу гидравлического датчика 30 скорости. Для управления другими гидроцилиндрами трансмиссии (кроме гидроцилиндров 36 и 37) устройство защиты может иметь дополнительные распределители, аналогичные распределителю 38. Один из них показан тонкими линиями, а его подключение гидролинией 12 к блоку 2 условно показано пунктиром.

Исполнительное устройство 2 представлено в виде одного двухпозиционного четырехлинейного распределителя 40, входные линии которого подключены к напорной 6 и дренажной 7 гидролиниями, а выходные - к гидроцилиндрам 36 и 37. Первый из них.

нормально, включенный, соответствует низшей, а другой, нормально выключенный высшей передаче.

Блок 10 представлен в виде одиночного пилотного электромагнитного трехлинейного нормально выключенного клапана 41, выход которого через клапан ИЛИ 34 подключен к торцовой камере распределителя 40 параллельно выходу 11 устройства 13.

Во втором исполнении системы (фиг. 3)

При повышении скорости движения возрастает давление датчика 30 и под его воздействием распределитель 38 переключает ся в положение высшей передачи. Выход 11 сообш,ается с напорной линией 6. Однако характеристики устройства 13 выбраны так, что скорость при которой это происходит выше, чем у устройства 14. Давление на выходе 11 появляется пос-ле того, как оно появилось на выходе 9, т. е:

распределитель 42 и клапан 43 подобны 10 после переключения на высшую передачу. распределителю 38 и клапану 41 за исклю-Таким образом, устройство 13 не препятствует данному переключению.

Аналогично для обратного переключения характеристики выбраны так, что снафиг. 3 они закрыты, т. е. выходы 9 и 11 ., чала срабатывает устройство 13, а затем 14. гидравлически изолированы от входов. ПриПри срабатывании первого из них распределитель 38 возврашается в исходное положение и выход 1 1 сообшается с дренажом. Однако остается включенной высшая передача, поскольку движение в гидролинию Устройство работает следующим образом, 20 4 по прежнему поступает от клапана 41. Основной режим.Переключение на низшую передачу происДля движения вперед устанавливают переключатели 7-19 в левые положения: ИХ, А, О. При этом устройство 14 настраивается на работу в автоматическом режиме, включается клапан 23 и сообш,ает выход 29 со входом 28, в результате чего устройство 13 настраивается на работу в речением того, что напорная гидролиния 6 подключена к выходу 9 постоянно через дроссель 44 и в исходном положении по

таком исполнении не требуется клапан ИЛИ 34 и выходы 9 и 11 непосредственно подключены к торцовой камере распределителя 39.

25

ходит тогда, когда устройство 14 включает клапан 41. Эти процессы иллюстрируются графиками на фиг. 4. Для их пояснения необходимо предварительно рассмотреть работу клапана 23.

Назначение клапана 23 - изменять характеристики (настройку) устройства 13 на основном и дублирующем режимах. Это достигается тем, что в первую камеру 38

жиме защиты как описано ниже.

Воздействием на рычаг избирателя 16

Назначение клапана 23 - изменять характеристики (настройку) устройства 13 на основном и дублирующем режимах. Это достигается тем, что в первую камеру 38

подают сигнал-устройства 14 на включение зО распределителя на указанных режимах подаI передачи трансмиссии 1. Транспортное средство трогается с места и разгоняется. В дальнейшем все переключения передач производятся автоматически устройством 14, которое выбирает моменты для переется давление от разных источников и, следовательно, разной величины. Поскольку в системе обычно имеется несколько различных источников, возможны многочисленные варианты коммутации с ними входов 27

ключения передач, блокировки и разбло- 35 28 клапана 23 в зависимости от тре- кировки гидротрансформатора (при его на- бований к системе и конструктивных соображений.-Для исполнения системы по фиг. 1 и 2 часть из этих вариантов показана в таблице на фиг. 6. Здесь имеются следующие источники: напорная гидролиния 6

фиг. 2 первой (низшей) передаче соответ- 40 (высокое давление, постоянное или перемен- ствует выключенное состояние клапана 41,ное), дренажная гидролиния 7 (нулевое

избыточное давление), датчик 30 скорости (переменное давление, изменяющееся в зависимости от скорости в пределах от нуля

Для переключения на высшую передачу ., до высокого). Дополнительно введен датчик устройство 14 подает напряжение к клапа- 31 нагрузки, обычно применяемый в гидросистемах автоматики.

Из перечисленных в таблице вариантов характеристикам на фиг. 4 соответствуют два первых (с подключением датчиков 30

личии) в соответствии с текущими условиями движения, определяемыми посредством датчиков 25 по известным алгоритмам. В примере исполнения системы по

при котором распределитель 40 находится в исходном положении и сообщает гидроцилиндр 36 с напорной гидролинией 6.

ну 41, который включается и подает давление по линии 9 через клапан ИЛИ 34 в торцовую камеру 40 распределителя. Последний переключается и сообщает гидроцилиндр 36 с дренажом 7, а гидроци- 50 1). На основном режиме клапан 23 подалиндр 37 с гидролинией 6. Включается высшая передача. При стоянке и малой скорости движения распределитель 38 устройства 13 находится в исходном положении по фиг. 2. Выход 11 сообщен с дренает на выход 29 давление датчика 31 и характеристика устройства 13 в этом слу- нае соответствует обычным гидравлическим автомата.м.

Как известно, в координатах давлений

жом, что соответствует низшей передаче.55 датчиков 30 и 31 характеристики таких

Линия 4 сообщена с дренажом через кла-автоматов для переключений на высшую

пан 34 и далее параллельно через клапанпередачу и на низшую изображаются нак41 и распределитель 38.лонными прямыми линиями 45 и 47. АнаПри повышении скорости движения возрастает давление датчика 30 и под его воздействием распределитель 38 переключается в положение высшей передачи. Выход 11 сообш,ается с напорной линией 6. Однако характеристики устройства 13 выбраны так, что скорость при которой это происходит выше, чем у устройства 14. Давление на выходе 11 появляется пос-ле того, как оно появилось на выходе 9, т. е:

25

ходит тогда, когда устройство 14 включает клапан 41. Эти процессы иллюстрируются графиками на фиг. 4. Для их пояснения необходимо предварительно рассмотреть работу клапана 23.

Назначение клапана 23 - изменять характеристики (настройку) устройства 13 на основном и дублирующем режимах. Это достигается тем, что в первую камеру 38

зО распределителя на указанных режимах подается давление от разных источников и, следовательно, разной величины. Поскольку в системе обычно имеется несколько различных источников, возможны многочисленные варианты коммутации с ними входов 27

1). На основном режиме клапан 23 подает на выход 29 давление датчика 31 и характеристика устройства 13 в этом слу- нае соответствует обычным гидравлическим автомата.м.

Как известно, в координатах давлений

датчиков 30 и 31 характеристики таких

логичные характеристики устройства 14, в общем случае нелинейные, изображены кривыми 46 и 48 (фиг. 4 а). Как видно из графика, линии 45 и 47, принадлежащие устройству 13, сдвинуты относительно кривых 46 и 48 в сторону высоких скоростей.

При произвольном фиксированном положении педали газа, соответствующем горизонтальной линии 49, моментам переключения передач соответствуют точки ее пересечения с линиями 45-48.

На фиг. 4 б, в отдельно показаны соответствующие релейные характеристики для устройств 13 и 14.

На фиг. 4 г показано изменение суммарного количества сигналов на включение высшей и низщей передач, полученное с помощью графиков 4 а, в (где В, Н - высшая и низшая передачи; ВВ, ВН - точки переключений «Вверх и «Вниз). Под сиг10

редач при постоянных значениях скоростей движения. Это позволяет продолжать эксплуатацию транспортного средства, хотя и с несколько худщими технико-экономическими 5 показателями, до устранения отказа. Очевидно, что эти характеристики могут быть улучшены в случае использования и на этом режиме датчика нагрузки, что несколько усложняет клапан 23.

Отказы, приводящие к переключению на высщую передачу, не рассматриваются, поскольку они не столь опасны.

Работа на режиме ручного управления.

Ручное управление используется при осуществлении маневрирования транспортного 15 средства, а также в случаях, когда автоматическое нежелательно по условиям движения. Переход на ручной режим осуществляется переводом переключателя 18 в положение Р, а изменение направления движения - дополнительно переводом переналами подразумеваются соответствующие ключателя 17. Ручные переключения выполкоманды устройств 13 и 14. В определенных зонах их команды дублируют друг другая

Работа при отказах вычислительного устройства 14 на основном режиме.

Как видно из описанного выше, при отказе устройства 14 во время движения с высокой скоростью на высшей передаче - внезапном исчезновении напряжения на электромагните клапана 41 - переключение на низшую передачу не происходит. Если

няются с помощью избирателя 16.

Как видно из фиг. 1, при переводе переключателя 18 в положение Р устройства 14 и 23 отключаются от сети и послед- 25 нее из них переводит систему на описанный выще дублирующий режим. Предполагается, что ручное управление используется при маневрировании, т. е. на очень малых скоростях, которые ниже скоростей автоматических переключений, соответствуюскорость снижается до значения левее линии 30 щих настройке устройства 13 на этом режи47, то переключение выполняет устройство 13. Поскольку линия 47 лежит близко к линии 48 нормального переключения вниз, данное переключение не представляет опасности. Таким образом, устройство 13 заме. В случае увеличения скорости движения целесообразно переходить с ручного на (основное или дублирующее) автоматическое управление.

(Эчевидно, что при желании исключить

щищает трансмиссию 1 от поломки при дан- 35 возможность работы устройства 13 на ручном отказе. При большем числе передач аналогичную защиту может иметь каждая из них. На фиг. 4 а в этом случае будут дополнительные семейства кривых.

ном режиме в схему могут быть введены дополнительные известные элементы, например отключающие питание устройства 13 и т. д., которые не включены в описа

редач при постоянных значениях скоростей движения. Это позволяет продолжать эксплуатацию транспортного средства, хотя и с несколько худщими технико-экономическими показателями, до устранения отказа. Очевидно, что эти характеристики могут быть улучшены в случае использования и на этом режиме датчика нагрузки, что несколько усложняет клапан 23.

Отказы, приводящие к переключению на высщую передачу, не рассматриваются, поскольку они не столь опасны.

Работа на режиме ручного управления.

Ручное управление используется при осуществлении маневрирования транспортного средства, а также в случаях, когда автоматическое нежелательно по условиям движения. Переход на ручной режим осуществляется переводом переключателя 18 в положение Р, а изменение направления движения - дополнительно переводом переключателя 17. Ручные переключения выпол ключателя 17. Ручные переключения выполняются с помощью избирателя 16.

Как видно из фиг. 1, при переводе переключателя 18 в положение Р устройства 14 и 23 отключаются от сети и послед- 25 нее из них переводит систему на описанный выще дублирующий режим. Предполагается, что ручное управление используется при маневрировании, т. е. на очень малых скоростях, которые ниже скоростей автоматических переключений, соответствую 30 щих настройке устройства 13 на этом режищих настройке устройства 13 на этом режиме. В случае увеличения скорости движения целесообразно переходить с ручного на (основное или дублирующее) автоматическое управление.

(Эчевидно, что при желании исключить

возможность работы устройства 13 на ручном режиме в схему могут быть введены дополнительные известные элементы, например отключающие питание устройства 13 и т. д., которые не включены в описа

Изобретение относится к транспорту и может быть использовано для управления многоступенчатыми трансмиссиями транспортных средств, преимущественно большой мощности и грузоподъемности. Цель изобретения - повышение надежности системы автоматического управления и защиты многоступенчатой трансмиссии. Система (С) содержит исполнительное устройство (ИУ) 2, входы 4 и 5 которого подключены параллельно к выходам блока 10 электромагнитных клапанов и гидравлического устройства 13 (ГУ) защиты от отказов электронного вычислительного устройства 14 (ЭУ). С содержит также устройство ручного управления 15, в которое входит избиратель режимов 16 и переключатели 17 - 19 для выбора направления автоматического, ручного, основного и дублирующего режимов движения. На основном автоматическом режиме блоком 10 управляет ЭУ, от которого поступают гидравлические командные сигналы к ИУ. Такие же сигналы, но с некоторым запаздыванием по скорости, поступают от ГУ и дублируют сигналы ЭУ. При отказе ЭУ проходит команда от ГУ, что исключает возможность аварии, например, при переключении с высшей передачи на низшую при высокой скорости. В случае выхода ЭУ из строя переходит на дублирующее автоматическое управление от ГУ. Этот переход возможен непосредственно во время движения транспортного средства. 3 з.п., 6 ил.

одно из которых показано штрих-пункти- ,Q ние для его упрощения

ром. Очевидно, что в таком случае при отказе описанного типа устройство 13 обеспечивает переключение на соседнюю низшую передачу и не допускает переключение с пропуском передач.

Работа на дублирующем режиме.

В случае отказа вычислительного устройства 14 переходят на дублирующий режим автоматического управления,, для чего переключатель переводят в правое положение «D. При этом отключаются устройство 14 и клапан 23. В соответствии с таблицей на фиг. 6 гидролиния 29 сообщается с источником 30 или с дренажом 7 вместо источника 31. За счет этого характеристики устройства 13 изменяются и принимают вид прямых 50 и 51 (фиг. 4), в соответствии с которыми устройство 13 производит автоматические переключения пеВо втором варианте на низщей передаче кла тель 42 находятся в и по фиг. 3. Давление и рали 6 проходит через 45 нию 4 и переключает Включается гидроцилин чи. Для переключения ют клапан 43, который и 11с дренажом. Д счет перепада на дросс 50 пределитель 40 возвращ ложение по фиг. 3 и передача. Аналогично, ростях, срабатывает ра

При данном исполне пан 43 и не нужен клап

Целесообразность пр характеристик устройст щиты иллюстрируется

55

,Q ние для его упрощения

Во втором варианте исЛолнения системы на низщей передаче клапан 43 и распределитель 42 находятся в исходном положении по фиг. 3. Давление из напорной магистрали 6 проходит через дроссель 44 в ли- 45 нию 4 и переключает распределитель 40. Включается гидроцилиндр 36 низшей передачи. Для переключения на высшую включают клапан 43, который сообщает линии 4, 9 и 11с дренажом. Давление в них за счет перепада на дросселе 44 падает, рас- 50 пределитель 40 возвращается в исходное положение по фиг. 3 и включается высшая передача. Аналогично, но при больщих скоростях, срабатывает распределитель 42.

При данном исполнении упрощается клапан 43 и не нужен клапан 34.

Целесообразность применения наклонных характеристик устройства 13 в режиме защиты иллюстрируется графиком фиг. 5

55

в координатах скорость-положение педали газа. Если бы его настройка соответствовала Лрямым 52 и 53 (аналогично известной системе), то в зоне, заштрихованной горизонтально, переключение вверх происходило бы намного раньше поступления команды от устройства 14, а в зоне вертикальной штриховки переключение вниз произошло бы намного позже поступления команды. Это ухудшило бы характеристики ,

переключений по сравнению с оптимальными. О и дублируюшего режимов автоматического Вынос линий 52 и 53 за пределы ука- управления для подключения вычислительнажную гидролинии и бортовой источник электропитания, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем использования гидравлического устройства защиты в качестве дублирующего автомата при выходе из строя электронного блока, она дополнительно снабжена двухпозиционным электромагнитным клапаном, имеющим по крайней мере два входа и выход, электрическим ручным переключателем основного

занных характеристик ухудшает защиту, так как повышаются скорости, при которых происходит ее срабатывание.

Формула изобретения

. Система автоматического управления и защиты многоступенчатой трансмиссии транспортного средства преимущественно большой мощности и грузоподъемности, содержащая исполнительное устройство для подачи давления жидкости в гидроцилиндры фрикционов трансмиссии, блок электромагнитных клапанов, имеющих выходы, подключенные к управляющим входам исполни- 25 сообщенными между собой вторым входом тельного устройства, электронное вычислительное устройство для автоматического управления электромагнитными клапанами, гидравлическое устройство защиты от отказов вычислительного устройства, содержащее зои выходом.

торых содержит по крайней мере две торцовые управляющие камеры, в первой из которых размещена настроечная пружина, и по крайней мере один выход, подключенный к одному из упомянутых управляющих вхоэлектромагнитныи клапан выполнен с нормально сообщенными между собой первым входом и выходом.

,

и дублируюшего режимов автоматического управления для подключения вычислительнажную гидролинии и бортовой источник электропитания, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем использования гидравлического устройства защиты в качестве дублирующего автомата при выходе из строя электронного блока, она дополнительно снабжена двухпозиционным электромагнитным клапаном, имеющим по крайней мере два входа и выход, электрическим ручным переключателем основного

ного устройства и электромагнитного клапана к источнику электропитания; гидравлическим датчиком нагрузки двигателя, при

5 этом выход электромагнитного клапана подключен к первым камерам распределителей, первый вход подключен к упомянутому датчику нагрузки, а второй вход альтернативно - к, напорной, дренажной гидролинии и гидролинии датчика скорости.

20 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электромагнитный клапан и вычислительное устройство подключены к одному контакту переключателя, причем электромагнитный клапан выполнен с нормально

сообщенными между собой вторым входом

и выходом.

К I

О ,П

Ifl} I

36

НобАение датчика скорости фигЛ

ьшЛ

бар. ТП; 9иг.1{

При«VСкоростьФие.5

ьшЛ

ТП; 9иг.1{

При«V30

JJ

30