Устройство для управления ступенчатой коробкой передач транспортного средства Советский патент 1979 года по МПК B60K41/06 

Изобретение относится к области .транспортного машиностроения, и пред назначено для автоматического к полуавтоматического управления ступенчатыми коробками передач транспортных машин с дизельными двигателями. Известно устройство для автоматического управления сцеплением для дизельных автомобилей 1. Это устройство обеспечивает выключение сцепления при переключении передач, а также автоматическую синхронизацию оборотов двигателя и входного вала коробки передач. При переключении передач рейка топливного насоса перемещается и число оборотов двигателя изменяется в зависимости от обо ротов входного вала коробки передач При этом воздействие водителя на рей ку топливного насоса блокируется. Недостатком этого устройства является то, что увеличивается время переключения передач на величину, требующуюся для выключения сцепления перед выключением предыдущей передачи и для включения сцепления после включения последующей передачи что приводит к увеличению потери скорости за время переключения передач и к снижению средней скорости движения транспортной машины. Известна электрическая система автоматического управления сцеплением, в которой включение и выключение сцепления производится посредством электромагнитного привода 2. Система содержит датчики оборотов входного и выходного валов сцепления, датчик, связанный с механизмом переключения передач, электромагнитные средства управления дополнительной воздушной заслонкой в карбюраторном двигателе автомобиля, логическую схему управления приводом воздушной заслонки. Переключение передач производится с выравниванием оборотов входного и выходного валов выключен ного сцепления двигателем, что равноценно выравниванию оборотов ведущих и ведомых элементов включаемой зубчатой муфты при включенном сцеплении. Подобные устройства для переключения ступенчатых коробок передач автомобилей с дизелями имеют датчик, соединенный с педалью управления двигателем, электроуправляемый силовой элемент, соединенный с рычагом топЛИВНОГО насоса, датчик обратной свя:зи и тормоз промежуточного вала коробки передач. Недостатком такого устройства являются, во.-первых, повышенная конструктивная сложность за счет введения тормоза промежуточного чала коробки передач, во-вторых,увеличение времени переключения за счет выключения и включения сцепления. Целью изобретения является повы-. шение надежности устройства, Это достигается т&л, что устройство для управления ступенчатой коробкой передач транспортного средства снабжено делителем напряжения и механизмом отсечки топлива, содержащим управляемый ограничитель минимал&ных оборотов двигателя, выполнен ный э виде подпружиненного стопора :силоаого элемента, соединенного с якорем соленоида, в цепь управления которого включен замыкающий контакт реле включения высших передач, и рел0 длительности отсечек топлива, управлнющая обмотка которого включена на выходе ключевой схемы, вход которой ветречно подключен через последовательно соединенные размыкаю щий контакт реле логической схемы, замыкающий контакт командного реле высших передач и .делитель напряжения к цепям датчика оборотов, причем пос ледовательнр соединенные размыкаюадий контакт реле отсечки и замыкающий контакт реле высших передач подключены параллельно замыкающему контакту реле логической cxe№J в цепь датчика оборотов двигателя, замыкающий контакт реле отсечки подключен параллельно размыкающему контакту реле высших передач в выходную цепь датчика обратной связи управления двигателя, а второй размыкающий контакт реле отсечки включен последовательно с контактом реле высших передач в цепь управления соленоида стопора , На фиг, 1 показана схема предлагаемого устройства ,( для упрощения в схеме показаны только по одному реле высших и низших передач); на фиг. 2 циклогра1«{ы состояний реле и микропереключателей; а) для переключения с низшей на высшую передачу, б) для переключения с высшей на низшую пере дачу на фиг, 3 - диаграмма перемеще ний рычага топливного насоса и переходной процесс двигателя при синхрониэации{/а) дпя включения высшей пер дачи, б) для включения низшей переда чи, Датчик 1 соединен с педалью 2 упр ления двигателем. Датчик обратной с зи 3 через рычаг 4 топливного rtacoса 5 соединен со штоком б гидроцили ра 7, к которому подключен гидроуси тель 8, управляемый электромеханиче ким преобразователем 9 с электронны усилителем 10. Тахогенератор переменного тока 11 приводится от коленчатого вала дизеля 12 и подключен к выпрямительно-сглаживающему устройству 13. Тахогенератор 14 приводится от выходного вала коробки передач 15 и подключен к выпрямительно-сглаживающему устройству 16, Выпрямители через согласующие сопротивления 17, 18 и 19 и подключены к логической схеме. Электрогидравлический механизм 20 переключения передач соединен с микропереключателями 21 нейтрали с замыкающими контактами 22 низшей передачи и размыкающими контактами 23 высшей передачи, На выходе управляющей переключением передач злектронной схемы 24 включены командное реле 25 низшей передачи с контактами 25,1-25,5 и командное реле 26 высшей передачи jC контактами 26.1-26,9, В цепях управляющих обмоток командных реле установлены размыкающие контакты 23 конечных микропереключателей одноименных передач, отключающие командные реле. Контакт 26.1 реле включения высших передач установлен в командную цепь на механизм переключения для выключения низшей передачи, а контакт 25,1 установлен в такую же цепь для высшей передачи, Контакты 25.2 и 26.2 предварительно готовят командные цепи на механизм переключения для включения соответствующих реле 25 и 26 передач. Контакты 2.3 и 26,3 реле 25 и 26 отключают от входа усилителя 10 на:пряжение датчика 1 управления дбига{телем. При перек шчении на низшую передачу до момента Включения передачи (положение нейтрали в коробке передач) на усилитель подается только напряжение датчика 3 обратной связи, что вызывает перемещение штока 6 в сторону уменьшения оборотов двигателя. Длительность выключения передачи определена временем срабатывания электрогидроклапана механизма переключения передач и последующим перемещением штока гидроцилиндра на ход выклк)чения передачи. За это время обороты двигателя начинают уменьшаться, разгружая зубча;Тую муфту в конце хода выключения .предыдущей передачи. Замыкающие кон такты 25.5 и 26,5 установлены в цепях согласующих сопротивлений техогенератора 14, а размыкающий контакт 26.6 установлен в выходной цепи датчика 3 обратной связи. Реле 27 с контактами 27.1-27.3 является уп- равляющим реле первого режима синхронизации (грубая синхронизация) при переключении с высшей на низшую передачу. Оно предназначено для того, чтобы на вход электронного усилите,ля 10 силового элемента при отключенiHOM контактом 25,3 датчике 1 и под1ключенном контактами 26. 3 и 26.6 Сдатчике 3 обратной связи под-.ть согласующие сопротивление 18, замкнутый контакт 25.5, замкнувши.й .ся контакт 27.2 напряжение тахогенератора 14. Обмотка управления реле 5 27 подключена к сети постоянного тока через замыкающий контакт микропереключателя 21 нейтрали, последо1Вательно с которым в параллельных целях установлены замыкающие контакты ю iR5.4 25 и 26.4 реле 26, Параллельно с контактами 22 микропереключателя 21 нейтрали к управления.реле 27 подключена цепь самопитания с контактом 27.1, после- «с довательно с которым стоят размыкающие контакты 22 и 23 микропереключателей. Такое включение управляющей ойлотки реле 27 вызывает его срабатывание в момент полного включения предыдущей передачи, и цепь самопитания удерживает реле во включеннсм состоянии до полного включения последующей передачи. Контакты 27.3 реле

27обеспечивают командные цепи выключения передач на механизм пере- ключения передач. Реле 28 второго режима синхронизации (точная синхронизация) с контактами 28.1-28.4 включается при достижении в режиме грубой синхронизации заданной раз- 30 ности оборотов ведущих и ведомых элементов включаемых зубчатых муфт (АсО|д на фиг. 3). После срабатыва1ния реле 28 от усилителя 10 контактом 28.3 отключается датчик обратной 35 связи 3, а контактом 28.2 подключается тахогенератор 11. Далее синхронизация продолжается до согласования (ДШз фиг. 3) . Управляющая обмотка реле 28 подключена к выходу ключа 29.0 Ключ 29V подключен через две параллельные цепи, в одной из которых установлен замыкающий контакт 22 микропереключателя 21 нейтрали, а в другом последовательно включены j размыкающие контакты 23 и 22 микрокнопок высшей и низшей передач и замыкающий контакт 28.1 самопитания реле 28 :к делителю напряжения на резисторах 30 и 31, включенному встреч- «л но на выходные цепи выпрямителей 13 и 16 датчиков оборотов. Так как передачи переключаются без выключения садепления, вкш чение зубчатой муфты должно начаться с момента достижения „ согласования оборотов ееведущих и ве- домых элементов ) . Для передачи командою на включение передачи установлено реле 32 с контактами 32.1 и 32.3. Оно включено аналогично реле

28на выходе ключа 33, который та- 40 кими же параллельными цепями, в одной

из которых установлен контакт 32.1 самопитания, подключен к делителю на резисторах 34 и 35. Ключ 33 с помощью делителя напряжения на резисторах 34 65

и 35 настроен на допустимую ревность оборотов ЛсОз Контакты реле 32.2 и 32.3 установлены в командных цепях на механизм переключения передач последовательно с контактами 25.2 и 26. командных реле включения высших и низших передач.

: Механизм отсечки топлива предназначен для прекращения подачи топлива двигатель в случаях синхронизации оборотов зубчатых муфт при переключе ниях с низших на высшие передачи, так как в этих случаях требуется уменьшить скорость ведущих элементов Полное прекращение подачи топлива, в двигатель приводит к более интенсивному уменьшению оборотов его коленчатого вала, чем частичное уменьшени подачи топлива (см. фиг. За), но требует своевременного возобновления подачи топлива для исключения останоки двигателя. Поэтому механизм отсачки топлива состоит из двух основных узлов: управляемого ограничителя минимальных оборотов двигателя и реле длительности отсечки топлива. Ограничитель минимальных оборотов не позволяет уменыаить обороты двигателя ниже допустимых при дистанционном управлении в случаях качаний педали акселератора при тряске машины и при синхронизации во втором режиме для переключения на высшую передачу, когда из-за инерционности двигателя силовой элемент способен вывести рычаг топливного насоса на нулевую подачу топлива. Ограничитель минимальных оборотов состоит из стопора 36, который пружиной 37 поджимается к оси рычага 4 топливного насоса, ограничивая за плечиками перемещение рычага влевб, т.е. в сторону уменьшения оборотов двигателя. Стопор 36 соединен тягой с якорем 38 соленоида 39, в цепь управления которьм включен замыкающий контакт 26.7 реле включения высших передач.

Для своевременного возобновления подачи топлива в двигатель после полного прекращения подачи при уменьшении рассогласования оборотов ведущих и ведоквлх элементов зубчатой муфты до значения (см. фиг. За),введено реле 40 с контактами 40 i, 1- 40.3 длительности отсечки топлива, управляющая которого включена на выходе ключевой схемы 41, вход которой встречно подключен через последовательно соединенный размыкающий контакт 28.4 реле второго режима синхронизации и замыкающий контакт 26.8 реле высших передач и делитель напряжения на резисторс1х 42 и 43 к цепям датчиков оборотов. Размыкающий контакт 40.1 реле длительности отсечки топлива последовательно с замыкающим контактом 26.9 реле высших передач

включен параллельно замыкающему кон такту 28.2 реле второго режима синхронизации в цепь тахогенератора двиТателя, а замыкающий контакт 40.2 включен параллельно размыкающему контакту 26.6 в цепь датчика обратной связи. Размыкающий контакт 40.3 реле длительности отсечки установлен В цепь управления соленоидом 39 с целью освобождения стопора для предотвращения вьтОда рычага топливного асоса гйдроцилиндром за пределы мийимальных оборотов двигателя во в ором режиме синхронизации.

Датчики 1 и 3 выполнены одинакоBbiMK. Они имеют кулачки 44, к кото|рым пружинами 45 прижимаются подвижные сердечники трансформаторных элементов 46, имеющих первичные обмотки 47, включенные к генераторам переменного тока 48, и вторичные обмотки 49, включенные на выпрямители 50.

Для наглядного представления о ;последоватвльности работа элементов; устройства на фиг. 2, а дана циклограмма состояний реле и микропере ;ключателей при переключении на выеШУЮ передачу, а на фиг. 2,6- циклограмма переключения на ниЗщую передачу. Заштрихованные области - это периода времени срабатывания реле и замыкания контактов микропереключа телей. По оси абсцисс tj - момент времени срабатывания командных реле, т.е. начсша переключения передач, t f tj.- интервал времени выключения зубчатой муфты пре.цыдущей передачи, tj - мсмент срабатывания реле 4р, t - время предварительной :синхронизации, tj,t5 - время оконча|тельной синхронизации, t5 - момент времени достижения допустимой точjHocTH синхронизации (момент выдачи 1команды на, включение последующей передачи) , tg- tff - интервал времени включения последующей предечи, tg Момент окончания переключения. Работа устройства при переключении с низшей на высшую передачу. От электронной схемы 24 подается питание на управляющую обмотку реле 26, Реле 26 включается, замыкает контактом 26.1 электрическую цепь выключения низшей передачи. Замыкается контакт 26.2 командной цепи включения .высшей передачи. Размыкается контакт 26.3, отключая от усилителя 10 датчик 1, и замыкается контакт 26.5, подключая к усилителю 1C через согласующее сопротивление 19 напряжение ,тахогенератора 14 выходного вала кор ки передач 15. Контактом 26.6 откл чается от усилителя 10 цепь датчика обратной связи 3, а контактом 26 через контакт 40.1 подключается напряжение тахогенератора 11 двигателя Контактом 26.7 замыкается цепь управления соленоида 39. Якорь 38 соленоида втягивается, сжимая пружину 37, и стопор 36 освобождает рычаг 4 топливного насоса 5. Так как переключение на высшую передачу происходит после разгона на низшей передаче до максимальной скорости, рычаг 4 топливного насоса в начальный момент занимает положение максимальной подачи топлива в двигатель. Контактом 26.8 замыкается цепь питания ключа 41 реле Дальнейшая работа устройства предст 1влена на диаграмме фиг, За. Так как на вход усилителя 10 подается сигнал большого рассогласования оборотов Д.СО ,. который соответствует разнице в оборотах двигателя после разгона на предыдущей передаче 40™ и скорости двигателя , требующейся для включения высшей передачи, с выхода усилителя 10 подается на электромеханический преобразователь 9 большой сигнал, вызывающий полное открытие золотника гидроусилителя 8 и перемещение штока 6 гидроцилиндра 7 влево с максимально возможной скоростью до упора штоком в цилиндр, что.соответствует нулевой подаче топлива (положение рычага h 0) , С уменьшением подачи топлива обороты двигателя снижаются. Так как одновременно выключается низшая передача, а выключение ;ее требует некоторого времени, то . Iзаканчивается выключение при пони5зившихся оборотах двигателя, т.е. зубчатая муфта разгружена. В начале аключения перелачи закикаются конакты 22 конечного микровыключателя изшей передачи. При нейтрали коробке передач эа1 4ьв аюгся все замыкающие контакты микровыключатепя 21 нейтрали. При этом через контакт 26.4 и контакты микровыкяючателя замыкается цепь питания упРсшляющей обмотки реле 27. Реле ;срабатывает контактом 27.1, устанавливается на самопитание через размыкающие контакты 23 и 22, а контактом 27.3 подключает цепь управления выключением низшей передачи. Контакт 27.2 замыкается, но разомкнут контакт 25.5. Рычаг топливного насоса стоит на нулевой подаче топлива. Двигатель под действием сил трения и под противодействием вращению сжимаелвлх в цилиндрах газов резко уменьUiaeT обороты до разности Awj , на :которую настроен делитель напряже;ния на резист6рё1Х 42 и 43 ключа 41. Ключ 41 и реле 40 срабатывают. Размыкается контакт 40.1, отключая от усилителя 10 напряжение тахогенератора 11, замыкается контакт 40.2, подключая к усилителю напряжения датчика обратной связи 3, и размыкается контакт 40.3, освобождая стопор 36. Так как рычаг 4 топливного .насоса стоит, в положении нулевой по..ачи топлива, а его положение должно

Соответствовать оборотам двигателя j , выходной сигнал с усилителя меняет знак, и шток 6 гидроцилиндра выводит рычаг 4 вправо, в положение, соответствующее подаче оплива при . С началом подачи топлива начинаются рабочие циклы в цилиндрах двигателя. Так как порции топлива возрастают по мере перемещения рычага 4 постепенно, то процесс запуска двигателя не сопровождается перегрузками на его детапи. С этого момента скорость согласования уменьшается. Но двигатель уже достигает |некоторой существенно меньшей, чем Ьервоначальная ( Д а ) разности обо tioTOB ( Л со J ) . Так при одном и том же положении рычага 4 обороты двигателя колеблются с момента достижения разности, на которую настроен делитель на резисторах 30 и 31, срабатывают ключ 29 и реле 28. При этом контактом 28.1 замыкается цепь сзмопитания ключа, контактом 28.3 от усилителя 10 отключается цепь датчика 3, а контактом 28.2 к усилителю 10 подключается цепь тахогенератора 11. Согласование оборотов продолжается до разности , допустимой для включения зубчатой муфты высшей передачи, но стопор уже не позволяет выводить рычаг топливного насоса за положение минимальных оборотов. На разность Acoj настроен делитель на резисторах 34 и 35 ключа 33 реле 32. Срабатывая, реле 32 контактом 32.2 вкдвочает цепь управления включением. .высшей передачи, а контактом 32.1 ставит ключ 33 на самопитание. Пунктирными линиями показан переходный процесс синхронизации оборотов без отключения подачи топлива, т.е. рачаг топливного насоса устанавливается в положение, соответствующее требующимся оборотам . двигателя. В этом случае длительность переходного процесса синхронизации больше на величи ну времени tg. В момен-т полного включения высшей передачи размыкают:ся все разгфякаюшие контакты конечного микропереключателя 23 высшей передачи. При этом отключаются все реле. Контакт 26.5 отключает от усилнтеля 10 цепь питания тахогенератора 14, а контакт 26.3 подключает к усилителю цепь датчика 1 управления двигателем. Контактом 28.2 отключается от усилителя цепь тахогенератора 11, а контактами 28.3 и 26.6 подключается к усилителю 10 цепь датчика 3 обратной связи. Но так как положение педали акселератора (она, как правило, полностью нажата водите лем) не соответствует, положению датчика 3 обратной связи, то происходит перемещение рычага3 вправо на уве личение подачи топлива, а двигатель под нагрузкой плавно переходи

на соответствующую характеристику .

Переключение на низшую передачу иллюстрирует диаграмма фиг. 3 б. Срабатывает реле 25 включения низшей передачи, замыкая контактом 25.1 цеп управления выключением высшей передачи. От усилителя 10 контактом 25.3 отключается цепь датчика 1. Контакт 25.5 замыкается, но контакт 27.2 разомкнут, поэтому сигнал от тахогенератора 14 на усилитель 10 не подается, а к усилителю подключен только датчик 3 через контакты 28.3 и 26.6. Под действием сигнала датчика 3 усилитель 10 вырабатывает сигнал на уменьшение подачи топлива. Обороты двигателя несколько снижаются и высшая передача выключается без нагруз:КИ на зубчатой муфте. В нейтрали срабатывает реле 27, контактом 27,2 подключая к усилителю 10 напряжение тахогенератора 14 через согласующее сопротивление 18. Рычаг 4 быстро перемещается штоком 6 гидроцилиндра 7 в положение подачи топлива, соответствующее оборотам uiyn . Двигатель разгоняется. При разности оборотов & зубчатой муфты низшей передачи срабатывает реле 28, отключая от усилителя KOHTciKTOM 28.3 датчик обратной связи 3 и подключая контак,том 28.2 цепь тахогенератора 11. При разности оборотов &ш включается реле 32, замыкая контактом 32.2 цепь .управления включением низшей переда|чи механизма 20 переключения. Оборо ТЫ двигателя поддерживаются в преде пах допустимой разности Aooj . Полно включение низшей передачи сопровож даетс я выключением всех постоянно {замкнутых контактов 22 конечного микропереключателя 21 низшей передачи и выключением всех реле. От усилителя 10 отсоединяется контактами 25.5 и 27,2 цепь тахогенератора 14, а кон:Тактом 25.3 подключается цепь датчи|ка 1, контактом 28.2 отключается 1цепь тахогенератора 11 и контактом 128.3 подключается цепь датчика обрат ной связи 3. Но так как педаль 2 акселератора стоит в положении малого газа , а рычаг 4 установлен в положение больших оборотов, то усилитель 10 вырабатывает сигнал на перемещение рычага 4 в сторону умечьше;Ния оборотов. Двигатель под нагрузкой плавно замедляется. Предлагаемое устройство для пере ключения ступенчатых коробок передач имеет по сравнению с ранее известными более простую конструкцию, так как введенный механизм отсечки топлива не требует изменений конструкции двигателя и трансмиссии, а выполнен в виде навесного оборудования малой мощности, что значительно расширяет возможности применения устройства. Одновременно при переключениях с низших на высшие передачи без выключения сцепления обеспечивается снижение времени переключения за счет того, что механизм отсечки топлива кратковременно оключает подачу топлива в двигатель при синхронизации оборотов ведущих и ведомых элементов зубчатых муфт, чем ускоряется снижение оборотов двигателя. Включение передач производится при достижении достаточной степени выравнивания оборотов, что снижает динами еские нагрузки на двигатель и трансмиссию, сопровождающие резкие включения сцепления при обычном способе переключений и значительных рассогла сованиях оборотов. При переключениях с низших на высшие передачи перевод двигателя с режима переключения Крежим малой мощности) на транспортньй режим (режим большой потребной мощности) осуществляется достаточно плавно автоматическим переводом рыча га топливного насоса из конечного по ложения при синхронизации в положение, соответствующее, положению педали управления двигателем. Конструкци устройства основана на принципе замены исполнительных элементов высокой пропускной мощности управляющими элементами малой мощности, что су щественно ловыщает надежность устрой ства. Формула изобретения Устройство для управления ступенчатой коробкой передач транспортного средства,., содержащее датчик оборотов двигателя, соединенный с педаль(о управления двигателем, датчик обраТной связи, электроуправляемой.силово элемент, соединенный с рычагом топли ного насоса двигателя, датчики оборотов, подллюченные к логической схеме управления механизмом пе еключения передач с реле включения высших и низших передач, имеющих.размыкающие и замыкающие контакты., отличающееся тем, что, с целью повышения его надежности, оно снабжено делителем напряжения и механизмом отсечки топлива, содержащим уп-равляемый ограничитель минимальных оборотов двигателя, выполненный в виде подпружиненного стопора силово го элемента, соединенного с якорем соленоида, в цепь управления которого включен замыкающий контакт реле включения высших передач,. и реле длительности отсечек топлива, управляющая обмотка которого включена на выходе ключевой схели, вход которой встречно подключен через последовательно соединенные.размыкающий контакт реле логической схемы, замыкающий контакт командного реле высших передач и делитель напряжения к цепям датчиков оборотов, причем последовательно соединенные размыкающий контакт реле отсечки и замыкающий контакт реле высших передач подключены параллельно замыкающему контакту реле логической схемы в цепь датчика оборотов двигателя, замыкающий контакт реле отсечки подключен параллельно размыкающему контакту реле высших передач в выходную цепь датчика обратной связи у17равления двигателя, а второй размыкающий контаист реле отсечки включен последовательно с «онтактоМ реле высших передач управления соленоида стопора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент Франции 1408891, кл. В 62 d, F Об h, опублик. 1965. 2.Патент Японии 49-40487, КЛ.80 Д 02, опублнк. 1974.(прототип). :J гг Z5A f7/ lfl Н9«

Т iz ij « if в

tf «

/ /

Фуг

t3 Ц is sН- иИдн

.wj«

-f

1Л