Система автоматического регулирования скорости трактора Советский патент 1992 года по МПК B60K41/06 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к системам автоматического регулирования скорости.

Известно устройство автоматического регулирования скорости трактора, имеющего дизель с центробежным регулятором и электронный регулятор трансмиссии, содержащее блок управления, входы которого электрически соединены с датчиком скорости трактора, задатчиком предписанной скорости, датчиком частоты вращения вала дизеля и задатчиком критической частоты

вращения вала дизеля, а выход-с электронным регулятором.

Недостатком этого устройства является то, что система электрического регулирования вступает в действие при полной подаче топлива.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство автоматического регулирования скорости трактора, имеющего дизель с центробежным регулятором и электронный регулятор трансмиссии, содержащее блок управления, датчик скорости трактора, задатчик предписанной скорости, датчик частоты вращения вала дизеля, за§

ел о о

датчик критической частоты вращения вала дизеля, автоматический регулятор положения рычага ручного управления подачей топлива, датчик крутящего момента дизеля и задатчик критического крутящего момента дизеля.

Недостатком такого устройства является то, что при установке устройства на тракторе с механической коробкой передач с электронным управлением не используется возможность оптимизации процесса регулирования режимами работы двигателя трактора, которая может быть реализована при переходе на работу с повышенной передачей, так как согласно регуляторной характеристике двигателя при работе на частичных режимах уменьшается как часовой, так и удельный расход топлива.

Цель изобретения - экономия топлива при работе трактора с пониженной скоростью и частичной мощности дизеля.

Поставленная цель достигается тем, что система автоматического регулирования скорости трактора, имеющего дизель с центробежным регулятором и коробку передач с электронным управлением, содержащая блок управления, входы которого электрически связаны с датчиком скорости трактора, задатчиком предписанной скорости, датчиком частоты вращения вала дизеля, задатчиком критической частоты вращения вала дизеля, датчиком крутящего момента дизеля и задатчиком критического крутящего момента дизеля, а выходы - с коробкой передач с электронным управлением и автоматическим регулятором положения рычага ручного управления подачей топлива, выход которого кинематически связан с рычагом подачи топлива, снабжена датчиком включенной передачи, установленным на коробке передач с электронным управлением, и блоком прогнозирования возможности работы на высших передачах, при этом блок прогнозирования включает управляющий ключ, входы которого соединены с элементом сравнения истинной и предписанной скорости движения трактора блока управления и датчиком включенной передачи, а выход - с элементом сравнения текущего значения передаточного отношения коробки передач с передаточным отношением ее наивысшей передачи, схему вычисления передаточного отношения последующей высшей передачи, вход которой электрически соединен с элементом сравнения текущего значения передаточного отношения коробки передач с передаточным отношением ее наивысшей передачи, а выход - со схемами вычисления прогнозируемых частоты вращения вала дизеля и крутящего момента

дизеля, вторые входы которых электрически связаны соответственно с датчиком частоты вращения вала дизеля и датчиком крутящего момента дизеля, схему вычисления значений текущей прогнозируемой мощности, входы которой электрически связаны с схемой вычисления прогнозируемых частот вращения вала дизеля и схемой вычисления прогнозируемого крутящего момента дизе0 ля, а выход - с элементом сравнения текущего прогнозируемого значения мощности дизеля с прогнозируемым критическим ее значением, второй вход которого связан со схемой выбора критической мощности дизе5 ля, вход которой связан со схемой вычисления прогнозируемой частоты вращения вала дизеля, а выход - с коробкой передач с электронным управлением.

На фиг. 1 показана блок-схема системы

0 автоматического регулирования скорости трактора; на фиг. 2 - блок-схема блока прогнозирования возможности работы на высших передачах; на фиг. 3 - регуляторная характеристика двигателя; на фиг. 4 - блок5 схема блока управления; на фиг. 5 - электрическая схема специального устройства управления серводвигателем.

Система состоит из дизеля 1 (фиг, 1), с которым жестко связаны датчик 2 частоты

0 вращения его вала и датчик 3 его момента, автоматического регулятора ручного изменения подачи топлива, например сервомотора 4, передвигающего шток ручного изменения подачи топлива в дизель, жестко

5 связанного с рычагом ручного изменения подачи топлива, задатчика 5 критической частоты вращения вала дизеля при данном положении рычага подачи топлива, представляющего собой в общем случае нели0 нейный потенциометр, выполненный так, что напряжение на его выходе строго пропорционально критической частоте вращения вала дизеля на безрегуляторной ветви характеристики при данном положении ры5 чага ручной регулировки подачи топлива, жестко связанного с тем же рычагом, задатчика критического момента дизеля 6 в той же точке характеристики, выполненного также, как и рычаг подачи топлива 5, короб0 ки 7 передач с электронным управлением, с которой жестко связан датчик 8 включенной передачи, задатчика 9 скорости движения трактора, датчика 10 скорости движения трактора, блока управления 11, блока про5 гнозирования 12 возможности работы на высших передачах.

Блок прогнозирования 12 (фиг. 2) состоит из следующих основных элементов; управляющего ключа 13, входы которого электрически связаны с элементом 21 сравнения истинной и предписанной скорости трактора блока управления 11 и датчиком 8 включенной передачи, вырабатывающим наряду с текущим информационным сигналом и, при передаточном отношении коробки передач 7 равном нулю, управляющий сигнал, элемента сравнения 14 текущего значения передаточного отношения коробки передач 7 с передаточным отношением ее наивысшей передачи, схемы вычисления

15передаточного отношения последующей высшей передачи, схемы вычисления 16 прогнозируемой частоты вращения вала дизеля, входы которой соединены сдатчиком частоты вращения 2 вала дизеля и схемой вычисления 15 передаточного отношения последующей высшей передачи, схемы вычисления 17 прогнозируемого крутящего момента, входы которой электрически соединены с датчиком крутящего момента 3 дизеля и схемой вычисления 15 передаточного отношения последующей высшей передачи, схемы вычисления 18 значений текущей прогнозируемой мощности, входы которой электрически связаны со схемами

16и 17 вычисления, схемы 19 выбора значений критической мощности, выполненной на базе набора компараторов, каждый из которых отвечает за определенный диапазон частот вращения вала дизеля и имеет на выходе напряжение, пропорциональное критической мощности дизеля, т.е. максимальной мощности, развиваемой дизелем на данном диапазоне частот вращения вала дизеля согласно его регуляторной характеристике (фиг. 3), включенных по схеме ИЛИ, схемы 20 сравнения текущего прогнозируемого значения мощности дизеля с прогнозируемым критическим ее значением.

Блок управления 11 (фиг. 4) состоит из следующих основных элементов: элемента сравнения 21 истинной и предписанной скорости движения трактора с усилителем сигнала рассогласования, элемента сравнения 22 показаний задатчика 5 и датчика 2 с усилителем сигнала рассогласования, элемента 23 сравнения показаний задатчика 6 и датчика 3 с усилителем сигнала рассогласования, элемента 24 переключения прохождения сигнала рассогласования с элемента 21 на коробку передач 7 с электронным управлением, с сервомотора 4 или обратно, например, электромагнитное реле с одним замыкающим и одним размыкающим контактами, один выход элемента 24 соединен с коробкой передач 7 с электронным управлением, а второй через элемент 25, с которым также электрически соединены выходы элементов 22 и 23, электрически связан с сервомотором 4.

Элемент 25 (фиг. 5) состоит из ключей, например транзисторов 26 и 27, включенных по схеме И, и ключей 28 и 29, включенных по схеме ИЛИ. В первую цепь включен

конечный выключатель 30, а во вторую - конечный выключатель 31, имеющий дополнительный замыкающий контакт 32, Управляющие цепи ключей 27 и 28 электрически соединены с выходами элементов 21 и 22, а

0 управляющие цепи ключей 26 и 29 - с выходом элемента 23.

Система автоматического регулирования скорости трактора работает следующим образом.

5 Если при включении системы предписания скорость движения трактора меньше ис- тинной, то усиленный сигнал рассогласования с элемента 21 будет направлен элементом 24 через элемент 25 к

0 сервомотору 4, при этом ключи 26 и 27 будут открыты, а 28 и 29 закрыты. Пройдя через конечный выключатель 30, сигнал заставит сервомотор 4 уменьшить подачу топлива в дизель, т.е. уменьшить скорость движения

5 трактора.

В данном случае возможны три случая. Скорость трактора достигнет предписанной скорости до того как дизель подойдет по скорости или моменту к критическому

0 значению, т.е. к безрегуляторной ветви характеристики при наименьшем передаточном отношении коробки передач 7 с электронным управлением. Если скорость случайно станет ниже предписанной, то сиг5 нал рассогласования с элемента 21 закроет ключ 27 и откроет ключ 28. Скорость трактора начнет возрастать. Закрывая и открывая эти ключи, сигнал рассогласования с элемента 21 будет поддерживать действитель0 ную скорость, близкую предписанной. При этом ключ 26 будет все время открыт, а 29 - закрыт. Точность поддержания постоянства скорости будет ограничиваться инерционностью системы дизель-регулятор, но будет существенно выше, чем при ручном

5 регулировании.

Скорость трактора достигнет предписанной скорости до того как дизель подойдет по скорости или моменту к критическому значению при промежуточном значении пе0 редаточного отношения коробки передач 7 с электронным управлением. До момента достижения трактором предписанной за- датчиком 9 скорости движения регулирование режимами работы дизеля 1

5 производится в той же последовательности, что и в предыдущем случае. При первом изменении знака сигнала рассогласования с элемента 21, происходящем при достиже- нии трактором предписанной скорости, ерабатывает ключ управления 13 блока прогнозирования 12. Сигнал сдатчика включенной передачи 8 начинает поступать на элемент сравнения 14. При наличии свободных высших передач элемент сравнения 14 пропускает сигнал от датчика 8 включенной передачи на схему вычисления 15 передаточного отношения последующей высшей передачи коробки передач 7 с электронным управлением, результаты вычисления с которой поступают на схемы вычисления 16 и 17 соответственно прогнозируемой частоты вращения вала и прогнозируемого крутящего момента дизеля при работе на повышенной передаче, на вторые входы которых поступают сигналы соответственно с датчика частоты вращения 2 вала дизеля и датчика его текущего крутящего момента 3. На основе полученных в схемах 16 и 17 вычисления прогнозируемых частоты вращения вала дизеля и его момента в схеме 18 вычисления определяется прогнозируемая мощность двигателя на повышенной передаче. Наряду с этим со схемы 16 вычисления сигнал о прогнозируемой частоте вращения вала дизеля 1 поступает на схему 19 выбора критической мощности дизеля согласно ре- гуляторной характеристики. Например, если прогнозируемая частота вращения вала дизеля находится в интервале от nk до iu+1, контролируемом К-м компаратором, то на выходе компаратора и схемы 19 выбора в целом будет иметь место сигнал, пропорциональный критической мощности NeKp. Рав ной значению мощности NeK. максимальной мощности дизеля на данном диапазоне частот вращения его вала согласно регулятор- ной характеристике дизеля (фиг. 3). Затем элементом 20 производится сравнение значений критической мощности, поступающих со схемы 19, со значениями прогнозируемой мощности дизеля, поступающих со схе- мы 18. Если критическое значение мощности больше текущего ее значения, то элемент 20 сравнения блока прогнозирования 12 подает сигнал на коробку передач 7 с электронным управлением о переключении на повышенную передачу. При переключении на повышенную передачу сигнал с датчика 8 отключает управляющий ключ 13 блока прогнозирования 12 и процесс регулирования повторяется в той же последовательности.

В случае, когда трактор не сможет достичь предписанной скорости, так как дизель раньше достигнет критической скорости или критического момента, предположим, что скорости, сигнал рассогласования с элемента 22 заставит

й

переключатель 24 переключить цепь прохождения усиленного сигнала элемента 21 с сервомотора 4 на коробку передач 7 с электронным управлением, давая сигнал о необ

5 ходимости перехода на низшую передачу Дальнейшее регулирование режимами производится в той же последовательности, чтс и в предыдущих случаях.

Если при включении системы предпи10 санная скорость движения трактора больше истинной и на включенной передаче трактор не сможет достичь предписанной скорости при полной подаче топлива, тс откроется конечный выключатель 31, кото15 рый отключит сервомотор 4, а своим замыкающим контактом подаст сигнал с переходе на высшую передачу.

Использование предлагаемой системы автоматического регулирования скорости

20 трактора на транспортных средствах со ступенчатой трансмиссией даст до 4% экономии горючего.

Формула изобретения

25Система автоматического регулирования скорости трактора, имеющего дизель с центробежным регулятором и коробку передач с электронным управлением, содержащая блок управления, входы которогс

30 электрически связаны с датчиком скорости трактора, задатчиком предписанной скорости трактора, датчиком частоты вращения вала дизеля, задатчиком критической частоты вращения вала дизеля, датчиком крутя- 35 щего момента дизеля и задатчиком критического крутящего момента дизеля, а выходы - с коробкой передач с электронным управлением и автоматическим регулятором положения рычага ручного управления

40 подачей топлива, выход которого кинематически связан с рычагом подачи топлива, отличающаяся тем, что, с целью экономии расхода топлива при работе трактора с пониженной скоростью и частичной

45 мощности дизеля, она снабжена датчиком включенной передачи, установленном на коробке передач с электронным управлением, и блоком прогнозирования возможности работы на высших передачах, при этом

50 блок прогнозирования включает управляющий ключ, входы которого соединены с элементом сравнения истинной и предписанной скорости движения трактора блока управления и датчиком включенной

55 передачи, а выход - с элементом сравнения текущего значения передаточного отношения коробки передач с передаточным отношением ее наивысшей передачи, схему вычисления передаточного отношения по- следующей высшей передачи, вход которой

электрически соединен с элементом сравнения текущего значения передаточного отношения коробки передач с передаточным отношением ее наивысшей передачи, а выход- со схемами вычисления прогнозируемых частоты вращения вала дизеля и крутящего момента дизеля, вторые входы которых электрически связаны соответственно с датчиком частоты вращения вала дизеля и датчиком крутящего момента дизеля, схему вычисления значений текущей прогнозируемой мощности, входы которой

0

электрически связаны со схемой вычисления прогнозируемых частот вращения вала дизеля и схемой вычисления прогнозируемого крутящего момента дизеля, а выход - с элементом сравнения текущего прогнозируемого значения мощности дизеля с прогнозируемым ее критическим значением, второй вход которого связан со схемой выбора критической мощности дизеля, а выход - с коробкой передач с электронным управлением.

Использование: транспортное машиностроение, в частности системы автоматического регулирования скорости. Сущность: система состоит из дизеля, с которым жестко связаны датчик частоты вращения его вала и датчик его момента, автоматического регулятора ручного изменения подачи топлива, например сервомотора, передвигающего шток ручного изменения подачи - топлива в дизель, жестко связанного с рычагом ручного изменения подачи топлива, задатчика критической частоты вращения вала дизеля при данном положении рычага подачи топлива, представляющего собой в общем случае нелинейный потенциометр, выполненный так, что напряжение на его выходе строго пропорционально критической частоте вращения вала дизеля на без- регуляторной ветви характеристики при данном положении рычага ручной регулировки подачи топлива, жестко связанного с тем же рычагом, зэдатчика критического мо- мента дизеля в той же точке характеристики, выполненного та же , как и рычаг подачи топлива, коробки передач с электронным управлением, с которой жестко связан датчик включенной передачи, задатчика скорости движения трактора, датчика скорости движения трактора, блока управления, блока прогнозирования возможности работы на высших передачах. 5 ил. СО

I

21

19

16

17

w

1в

ТГ

Фиг. 2

О

We#+f №н - А/екр

Фие. д

4

25

7V

1761560

Ме,лс.

24

21

/

фиг Л

Ґфиг. 5