Система автоматического управления трансмиссией транспортного средства Советский патент 1981 года по МПК B60K41/18 

1

Изобретение относится к транспорту и может использоваться для автоматического управления трансмиссиями транспортных средств, имеющими для переключения ступеней фрикционные муфты с гидравлическими нажимными цилиндрами.

Основными элементами гидравлических систем автоматического управления являются золотниковые клапаны, реагирующие на сигналы (давления) датчиков скорости выходного вала трансмиссии и нагрузки двигателя транспортного средства. Каждый клапан управляет гидроцилиндрами одной пары смежных ступеней и при одном соотношении сигналов включает высшую, а при другом - низшую из них. Число таких клапанов в системе управления зависит от числа автоматизируемых ступеней гранемиссии.

Для исключения цикличности переключений при движении транспортного средства на автоматическом режиме соотношения управляющих сигналов, соответствующие переключениям «вверх и «вниз, должны быть различны. Для выполнения этого условия каждый клапан автоматического управления должен иметь релейную характеристику (гистерезис), которую получают с помощью специальных устройств. Наличие гистерезиса способствует также скачкообразному переключению клапана из одного положения в другое, что необходимо для нормальной работы фрикционных муфт.

5 Известна система автоматического управления, в которой клапан управления имеет элемент для создания гистерезиса путем изменения баланса гидравлических сил, действующих на золотник клапана управления, в начальный период его переключения 1. Золотник выполнен дифференциальным, вследствие чего при его движении изменяется величина гидравлической неуравновешенной осевой силы.

15 Недостатками известной системы являются наличие клапанов с дифференциальными золотниками, сложность и трудоемкость, обусловленные наличием в золотниковой паре нескольких концентричных рабочих поверхностей неодинакового диаметра. Нарушение концентричности в пределах радиального зазора пары, чаще всего возникающее при изготовлении гильзы, приводит к появлению неуравновешенных радиальных сил и частым заклиниваниям золотника.

Кроме того, изменение настройки и, в частности, величины гистерезиса возможно только путем изменения размеров золот30 никовой пары.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система автоматического управления, содержащая клапаны автоматического управления, каждый из которых имеет корпус с цилиндрическим ступенчатым отверстием, в котором размещен дифференциальный золотник, и с камерами управления, одна из которых сообщена с выходом датчика нагрузки, а другая - с выходом датчика скорости, и настроечную пружину, размещенную в первой из них, а также устройство для создания гистерезиса, выполненное в виде дополнительной дифференциальной управляющей камеры. Вход клапана сообщен с источником давления жидкости, а выходы служат для включения гидроцилиндров фрикционных муфт высшей и низшей ступеней трансмиссии.

Однако такая система имеет сложную конструкцию, трудоемка в изготовлении и недостаточно наделма в работе, что обусловлено наличием дифференциального золотника. Эти недостатки особо проявляются в трансмиссиях транспортных средств большой мощности (до 1000 л. с. и более), которые выпускаются мелкими сериями, но с большим числом модификаций. Создание специального инструмента и оборудования, необходимого для изготовления дифференциальных золотников, экономически нецелесообразно, в результате чего использование таких конструкций в тяжелых трансмиссиях затруднительно. Кроме того, неприемлемо также изменение размеров золотниковых пар для получения модификаций с разной настройкой автоматики.

Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение трудоемкости и повышение надежности клапана автоматического управления.

Поставленная цель достигается тем, что каждый клапан автоматического управления выполнен в виде распределителя, имеющего, по крайней мере, один нормально включенный выход, а устройство для создания гистерезиса выполнено в виде управляющего гидроцилиндра, поршень которого взаимосвязан с настроечной пружиной, при этом рабочая полость управляющего гидроцилиндра сообщена с указанным нормально включенным выходом, а ход поршня гидроцилиндра соответствует следующему соотношению:

у л --,

где X - ход порщня, м;

ЛР - разность между величинами выходных давлений датчика скорости, соответствующих переключениям с низшей ступени трансмиссии на высшую, и с высшей на низшую, Па;

Я - жесткость настроечной пружины клапана, Н/м;

5 - площадь торца золотника, на которую действует давление датчика скорости, м2.

На фиг. 1 изображен клапан автоматического управления гидроцилиндрами фрикционных муфт трансмиссии; на фиг. 2- условное обозначение клапана; на фиг. 3-

упрощенный вариант клапана; на фиг. 4- принципиальная схема системы автоматического управления гидромеханической трансмиссией с помощью клапанов; на фиг. 5 - включение гидроцилиндров трансмиссии и исполнительных клапанов.

Система содержит клапан, который состоит из корпуса 1 (фиг. 1), в цилиндрическом отверстии 2 которого размещены золотник 3 с настроечной пружиной 4, а в

камерах 5 и 6 управления, примыкающих к отверстию 2, размещены плунжер 7 и поршень 8, на который опирается пружина 4. Ход поршня 8 ограничен винтом 9. Входом 10 клапана является отверстие,

сообщенное с источником давления. Клапан имеет нормально включенный и нормально выключенный выходы 11 и 12. Дренажные отверстия 13, 14 и 15 сообщены с гидробаком. Через отверстие 16 в камеру 6 управления подается давление PI с выхода датчика нагрузки двигателя транспортного средства, а через отверстие 17 в камеру 5 - давление PZ с выхода датчика скорости выходного вала трансмиссии.

Выход И подключен гидролинией 18 к полости слева от поршня 8, являющейся рабочей полостью гидроцилиндра. Натяжение пружины 4 регулируется шайбами 19. Выходы 11 и 12 подключены к гидроцилиндрам 20 и 21 фрикционных муфт низшей и высшей ступеней трансмиссии соответственно. Величина хода поршня 8 находится в определенном соотношении с давлениями PI, Ра и размерами золотника 3.

В упрощенном варианте клапана может отсутствовать плунжер 7, камера 6 выполнена заодно с отверстием 2, и ход поршня 8 вправо ограничен кольцом, зафиксированным с помощью штифта (фиг. 3).

Использование клапанов (фиг. 1) для автоматического управления описано применительно к гидромеханической трансмиссии (фиг. 4), состоящей из гидротрансформатора 22 с фрикционной муфтой 23 его

блокировки и коробки 24 передач, имеющей четыре ступени переднего и две заднего хода. Коробка 24 передач изображена упрощенно в виде гидроцилиндров 25-29 ее фрикционных муфт.

Источник 30 давления жидкости с приводом от элементов трансмиссии подает рабочую жидкость из гидробака через фильтр 31 в магистраль 32 главного давления. Регулятор 33 поддерживает в магистрали 32 постоянное давление. Из этой же магистрали жидкость через регулятор 34 подается на питание гидротрансформатора 22, откуда через теплообменник 35 возвращается в гидробак, а через регулятор 36 поступает на смазку коробки 24 передач. Устройство ручного управления упрощенно изображено в виде селектора 37 с механическим приводом. Селектор 37 имеет шесть позиций: 3X1, 3X2, Н, I, И, А, которые соответствуют включению в коробке передач задних ходов, нейтрали, I и Нетупеней, а также автоматического режима. Вход селектора гидролинией 38 соединен с магистралью 32 главного давления. Его нормально выключенные выходы 39-43 соединены гидролиниями со входом блока 44автоматического управления и с блоком 45исполнительных клапанов. Блок 45 исполнительных клапанов 46 - 50 состоит из золотниковых двухпозиционных распределителей, имеющих камеры управления (на фигурах не показаны), в которые подается управляющее давление. Камеры управления клапанов 46 и 48 подключены к выходам 42 и 39 селектора 37, а камеры клапанов 47, 49 и 50 - к выходам клапанов 51-55 типа ИЛИ. Входы клапанов 48, 49 и 50 подключены к магистрали 32. вход клапана 46 - к выходу клапана 47, а вход последнего - к выходу клапана 48. Остальные выходы клапанов 46, 47 и 49 подключены соответственно к гидроцилиндрам 29, 27, 28, 25 и 26, а выход клапана 50 - к гидроцилиндру муфты 23 блокировки. Блок 44 содержит четыре одинаковых клапана 56-59 автоматического управления, соответствующие клапану, изображенному на фиг. 1, и отличающиеся от него лишь настройкой. Клапан 56 служит для автоматического переключения с П1 на IV ступень, а клапан 57 - со II на III ступень трансмиссии. Клапаны 58 и 59 осуществляют автоматическую блокировку гидротрансформатора 22 на III и IV ступенях коробки 24 передач. Их входы подключены к нормально выключенным выходам клапанов 56 и 57, вход клапана 56 - к выходу 43 селектора 37, а вход клапана 57- к нормально включенному выходу клапана 56. Нормально выключенные выходы клапанов 56, 58 и 59 подключены ко входам клапанов 51 и 52 типа ИЛИ, а нормально включенный выход клапана 57 - ко входам клапанов 51, 53 и 55. Камеры управления клапанов 56-ь59 подключены к выходам датчика 60 скорости выходного вала трансмиссии и датчика 61 нагрузки двигателя транспортного средства. Клапан автоматического управления работает следующим образом. При нулевом давлении Р2, соответствующем неподвижному транспортному средству, золотник 3 и плунжер 7 удерживаются в исходном положении (фиг. 1) пружиной 4 и давлением PI датчика нагрузки. Давление питания Рц поступает со входа 10 на нормально включенный выход И и далее в гидроцилиндр 20, а также через гидролинию 18 - в полость слева от поршня 8. Поршень 8 перемещается вправо до упора, сжимая пружину 4. Включена низщая ступень. При разгоне транспортного средства возрастает давление Р2 и создаваемое им осевое усилие на плунжере 7. Когда оно превысит усилие 4, сжатой порщнем 8, и усилие от давления PI, действующее на золотник 3 слева, плунжер 7 переместит золотник 3 влево. При некотором фиксированном давлении PZ это произойдет после наступления равенства ,+ ,S,,(I) где 5з, S - площади торцов золотника 3 и плунжера 7; F -усилие пружины 4 при правом положении порщня 8; Pz - величина давления PZ, соответствующая переключению с низщей ступени на высщую при . При движении золотника 3 влево выход 11 и гидролиния 18 соединяются с отверстием 15, а вход 10 - с выходом 12. При этом порщень 8 под действием пружины 4 и давления PI сместится влево до упора в винт 9, усилие пружины 4 уменьшится и нарущится условие равновесия (I). В результате золотник 3 и плунжер 7 быстро заканчивают движение влево до упора. Включится гидроцилиндр 21 и выключится гидроцилиндр 20, что соответствует высшей ступени. Пои уменьшении давления Ру произойдет обратное переключение, для которого необходимо выполнение равенства PlS3 + ,,(II) где F - усилие пружины 4 при левом положении поршня 8; F - величина давления PZ, соответствующая переключению с высшей ступени на низшую при Р, При движении золотника 3 из крайнего левого положения вправо выход 11 вновь соединяется со входом 10, поршень 8 перемещается вправо до упора и сжимает пружину 4, усилие которой возрастает и нарушает условие равновесия (II). Золотник 3 и плунжер 7 быстро заканчивают движение вправо до упора. Включается гидроцилиндр 20, соответствующий низшей ступени. Оба значения F и F усилия пружины 4 соответствуют промежуточному положению золотника 3, при котором происходит переключение выходов И и 12.

При этом очевидно, что . Учитывая это, можно из равенств (I) и (II) определить разницу между значениями давления Р- и

р; р;::- А/):,,,- .(Щ)

Из выражения (III) видно, что для данной конструкции ири фиксированной настройке пружины 4 на величины F и F разность ДРа есть величина постоянная и не зависит от текущего значения давления РЬ

С другой стороны, из выражений (I) и (И) следует, что ири любом фиксированном значении давления PI переключение клапана с низшей ступени на высшую и обратно произойдет при разных значениях давления PZ, отличаюш,ихся между собой на величину ДР2. Следовательно, данный клапан имеет релейную характеристику, а величина АР2 соответствует величине гистерезиса.

При работе клапана на транспортном средстве наличие гистерезиса обеспечивает разницу между скоростями движения, соответствующими переключениям с низших ступеней на высшие и обратно, что исключает цикличность. Кроме того, гистерезис обеспечивает неуравновещенность золотника 3 в промежуточных положениях, что повышает его надел ность и улучшает процесс переключения ступеней.

Поскольку гистерезис зависит только от разности усилий F и F пружины 4, он определяется лишь ходом поршня 8 и может регулироваться винтом 9. Для конкретной трансмиссии желаемая величина гистерезиса определяется ири тягово-динамическом расчете транспортного средства и задается в виде разности скоростей его или эквивалентной ей величины АР2. Тогда ход X поршней 8 однозначно определяется на основании (III).

F - Р Х-1..,-5„

откуда

ДР2-5,

(IV)

V

где К - жесткость пружины 4.

Таким образом, в описанном клапане автоматического управления возможно, без изменения заранее выбранных размеров, изменение настройки в определеиных пределах давлений PI и Р2 для различных модификаций трансмиссий за счет регулировки установочного усилия пружины 4, например, посредством шайб 19, и хода поршня 8 посредством винта 9. При этом для обеспечения нормальной работы необходимо следующее соотнощение сил на поршне 8:

/н-5.Р+Лта.-/.,

ИЛИ ,„ах+,(V)

где Sz - площадь поршня 8.

При нарушении условия (V) давления питания РЛ будет недостаточно для удержания поршня 8 в правом крайнем положении, и он не будет выполнять свои функции.

Данный клапан может также успешно работать и при одном унравляющем сигнале Ра, что имеет место при управлении

фрикп.ионными муфтами только по скорости, например, в гидротрансформаторах. В таких случаях, а также при благоприятных сочетаниях двух управляющих сигналов, клапан может работать и без плунжера 7. При больших давлениях питания поршень 8 целесообразно выполнять одинакового диаметра с золотником 3. Устройство клапана с этими упрощениями показано на фиг. 3.

Работа клапанов автоматического управления на трансмисс и и.

При нейтральном положении селектора 37 все клапаны 46-50 и клапаны автоматического управления 56-59 находятся в исходно.м положении, изображенном на фиг. 4. Входной вал трансмиссии вращается двигателем (па фигурах ие показан), и источник 30 через фильтр 31 подает жидкость в магистраль 32 главного давления, которое поддерживается на заданном уровне регулятором 33. Давление из магистрали через клапан 49 поступает в гидроцилиндр 25. Остальные гидроцилиндры через клапаны 46, 47 и 48 соединены со сливом. Трансмиссия находится на нейтрали. Для включения I ступени селектор 37 переводят в позицию I. Жидкость от селектора 37 по гидролиниям 39 и 41 подается

к клапанам 48 и 49, при срабатывании которых давление из магистрали 32 подается в гидроцилиндры 26 и 29. Включена I ступень (фиг. 5). Для включения вручную II ступени или

задних ходов селектор 37 устанавливают в соответствующие им позиции.

Работа на автоматическом режиме.

При неподвижном транспортном средстве

селектор 37 устанавливают в положение А. Давление на выходе датчика 60 скорости равно нулю. Клапаны блока 44 автоматического управления находятся в исходном положении. От селектора 37 давление по

гидролиниям 41 и 42 подается к исполнительному клапапу 48 и на вход клапана 56, а с его нормально включенного выхода через клапан 57 и клапаны 53, 54 и 55 типа ИЛИ - в камеры управления исполнительных клапанов 47 и 49. Клапаны 47, 48 и 49 срабатывают и включают П ступень. После ее включения увеличивают подачу топлива в двигатель, и транспортное средство трогается с места. По мере разгона возрастает давление PZ датчика 60 скорости.

9

При некоторой скорости, зависящей от настройки клапана 57 и величины давления Р, клапан 57 переключается в положение высшей ступени, как описано, выше. При этом выключаются клапаны 47, 49, и остается включенным клапан 48, что соответствует П1 ступени. Одновременно с нормально выключенного выхода клапана 57 давление поступает на вход клапана 58 блокировки гидротрансформатора на П1 ступени.

При дальнейшем разгоне давление датчика 60 возрастает до величины, соответствую-щей настройке клапана 58. Последний срабатывает и через клапан 52 подает жидкость в камеру управления исполнительного клапана 50, который, в свою очередь, подает жидкость из магистрали 32 в гидроцилиндр муфты 23 блокировки гидротрансформатора 22.

Затем в процессе разгона срабатывает клапан 56 и включает IV ступень, а гидротрансформатор 22 разблокируется вследствие того, что жидкость от клапана 58 уже не поступает к клапану 50.

Потом срабатывает клапан 59 блокировки гидротрансформатора на IV ступени, который питается жидкостью от клапана 56.

При замедлении транспортного средства уменьшается давление датчика 60, и клапаны 56-59 срабатывают в обратном порядке, возвращаясь в исходные положения, что приводит к разблокировке гидротрансформатора и поочередному включению низших ступеней вплоть до И ступени.

В предлагаемой системе автоматизированы лишь три ступени и блокировка гидротрансформатора на двух из них. Однако очевидно, что аналогичным образом с помощью предложенных клапанов автоматического управления можно автоматизировать любое число переключений. При этом могут использоваться не все выходы клапанов, а также использоваться в других комбинациях для согласования работы исполнительных клапанов с порядком включения гидроцилиндров конкретной трансмиссии. Схема может быть также построена не по пилотному принципу, а по по.чнопоточному: выходы клапанов автоматического управления могут соединяться непосредственно с .гидроцилиндрами. Изображенный здесь пилотный вариант схемы соответствует современным тяжелым трансмиссиям. В них, в частности, в качестве устройства 37 ручного управления могут ппчменяться электромагнитные клапаны.

Применение данного изобретения позволит значительно упростить систему авто10

матического управления, технологию изготовления элементов данной системы и тем самым повысить надежность ее.

Формула изобретения

Система автоматического управления трансмиссией транспортного средства, содержащая датчики нагрузки и скорости,

клапаны автоматического управления, каждый из которых имеет корпус с цилиндрическим отверстием, в котором размещен золотник, и с, по крайней мере, двумя камерами управления, расположенными по

обе стороны золотника, одна из которых сообщена с выходом датчика нагрузки и в ней размещена настроечная пружина, а другая - с выходом датчика скорости, причем упомянутый кланан имеет вход,сообщенный с источником давления жидкости, выходы сообщенные с гидроцилиндрами фрикционных муфт смежных высшей и низшей ступеней трансмиссии, и устройство для создания гистерезиса, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, снижения трудоемкости и повышения надежности, каждый из клапанов автоматического управления выполнен в виде распределителя, имеющего, по крайней мере, один нормально включенный выход, а устройство для создания гистерезиса выполнено в виде управляющего гидроцилиндра, поршень которого взаимосвязан с настроечной пружиной, при этом рабочая полость управляющего гидроцилиндра сообщена с указанным нормально включенным выходом, а ход норщня управляющего гидроцилиндра соответствует следующему соотнощению:

40

x

де X - ход порщня, м;

АР - разность между величинами выходных давлений датчика скорости, соответствующих переключениям с низщей ступени трансмиссии на высщую, и с высщей на низшую. Па; - жесткость настроечной пружины

клапана, Н/м;

S - площадь торца золотника, на которую действует давление датчика скорости, Mj.

Источник информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Айзерман М. А. Автоматика переклюения передач. М., Машгиз, 1948, фиг. 40.

2.Патент США № 3146630, кл. 74-472, 1964 (прототип).

// J ff 7

P/i

8 6

Ъ.2