Устройство для автоматического управления сцеплением транспортного средства Советский патент 1982 года по МПК B60K41/02 

1

Изобретение относится к системам автоматического управления агрегатами транспортных средств, в частности, сцеплением.

Известное устройство для автоматического управления сцеплением транспортного средства содержит датчик частоты вращения вала двигателя, подключенный к преобразователю частоты сигналов датчика в управляющее напряжение, к которому через усилитель подключен электромагнит системы управления сцеплением |.

Недостаток известного устройства - зависимость силы тока в обмотке электромагнита от температуры ок- ружающей среды и величины напряжения источника питания, вследствие чего оно не обеспечивает стабильности регулировочных характеристик сцепления.

Наиболее близко к предлагаемому устройство для автоматического управления сцеплением транспортного средства, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя транспортного средства, подключенный к частотноаналоговому преобразователю, связанному с регулятором силы тока, соединенным с входом усилителя, через выходную цепь которого к источнику питания подключены последовательно соединенные измерительный резистор и обмотка электромагнита управления сцеплением. Регулятор силы тока содержит генератор тока и триггер с эмиттерной спязью, причем база входного транзистора триггера соединена с общей точкой измерительного резистора и обмотки электромагнита, а также подключена к коллектору транзистора генератора тока, а база этого транзистора имеет связь с выходом частотно-аналового преобразователя 2.

20

Недостаток известного устройстванебольшая чувствительность его регулятора силы тока вследствие применения в нём триггера с эмиттерной свяэыл. По этой причине возможное 8 эксгшуатации уменьшение коэффициента усиления транзисторов регулятора С1ШЫ тока, например из-за измене)гшя температуры окружающей среды шш временных уходов параметров транзисторов приводит к нарушению стабильности выходной характеристики устройства и, кгж следствие, ухудшению гшавности процесса включения сцепления, Цель изобретения - повышение плавности включения сцепления в течение всего времени эксплуатации независимо от температуры окружающей среды. Эта цель достигается тем, что регулятор силы тока состоит из опе рационного усилителя и транзистора положительной обратной связи, колле тор и база упомянутого транзистора соединены соответственно с инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, эмиттер транзистора подключен к одному из полюсов исг точника питания, неинвертирующий вход операционного усилителя имеет связь с общей точкой обмотки электромагнита и измерительного резистоинвертируюишй вход операци онного усилителя соединен с выходом частотно-аналогового преобразователя Кроме того с целью повышения до говечности сцепления за счет его блокировки и разблокировки при различных частотах вращения вала двиг теля, устройство снабжено релейным блоком5 состоящим из операционного усилителя, транзистора его положительной обратной связи и коммутирую щего транзистора,инвертирующий вход операционного усилителя подключен к источнику питания, неинвертирующий вход соединен с выходом частотноаналогового преобразователя, эмитте ры упомянутых транзисторов подключе ны к одному из полюсов источника пи тания, их базы имеют связь с выходом операционного усилителя релейного блока, коллектор транзистора положительной обратной связи соединен с инвертирующим входом рперационного усилителя релейного блока, а коллектор коммутирующего транзистора имеет связь с неи 1вертирующим входом операционного усилителя регу лятора силы тока. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для автомат ческого управления сцеплением; на фиг. 2 - изменение во времени t ск лы тока дВ обмотке электромагнита управления сцеплением; на фиг. 3 характеристики изменения среднего значения силы тока обмотке электромагнита в зависимости от частоты вращения вала двигателя. Устройство для автоматического управления сцеплением транспортного средства содержит датчик 1 частоты вращения вала двигателя (не показан), вьпсод 2 которого соединен со входом 3 частотно-аналогового преобразователя 4. Выход 5 преобразователя 4 соединен со входом 6 регулятора 7 силы тока, выход 8 которого подключен к входу 9 усилителя 10. Выходной цепью усилителя О является переход коллектор-эмиттер транзистора коллектору которого подключен один конец обмотки 12 электромагнита управления сцеплением. Второй конец обмотки 12 подсоединен к измерительному резистору 13, соединенному вторым своим концом с плюсом бортовой сети (клемма 4) транспортного средства. Коллектор транзистора 11 соединен с этим же полюсом источника пи- тания через разрядный диод 15, включенный по отношению к бортовой сети в непроводящем направлении. Выход 8 регулятора силы тока, являющийся одновременно выходом операционного усилителя 16, через резистор 17 соединен с базой транзистора I8 положительной обратной связи. Между базой и эмиттером транзистора 18 включен резистор 19. Источник 20 стабилизированного напряжения одной своей входной клеммой 21 подключен к плюсу (клемма 14) бортовой сети, а второй своей клеммой 22 - к отрицательному полюсу 23 бортовой сел-и (массе). К выходной клемме 24 источника 20, являющейся минусом стабилизированного направления, подключен эмиттер транзистора 18. Клеммы 25 и 26 питания операционного усилителя 16 подключены к выходу источника 20 стабилизированного напряжения (соответственно к клеммам 21 и 24). Коллектор транзистора 18 через резистор 27 соединен с инвертирующим входом 28 операционного усилителя 16. Кроме того, вход 28 через последовательно

соединенные резисторы 29 и 30 соединен с выходом 5 частотно-аналогового преобразователя 4, через резистор 31 подключен к положительному пол:осу 14 источника питания, а через резистор 32 соединен с отрицательным полюсом - клеммой 24 источника 20 стабилизирОЕанного напряжения , С этим же полюсом через резистор 33 соединена общая точка резисторов 29 и 30,

Неинвертирующий вход 34 операционного усилителя I6 через резистор 35 соединен с общей точкой обмотки 12 электромагнита и измерительного резистора 13, а через резистор 36 подключен к отрицательному полюсуклемме 24 источника 20 стабштизированного напряжения. Релейный блок 37 устройства содержит операционный усилитель 38, транзистор 39 положительной обратной связи и коммутирующий транзистор 40. К выходу 41 операционного усилителя 38 через резистор 42 подключена база транзистора 39, а через резистор 43- база транзистора 40.Эмиттеры транзисторов 39 и 40 соединены с отрицательным полюсом-клеммой 24 источника 20 стабилизированного напряжения Между базой и эмиттером транзистора 39 включен резистор 44, а между базой и эмиттером транзистора 40 резистор 45. Коллектор коммутирующего транзистора 40 соединен с неинвертирующим входом 34 операционного усилителя 16 регулятора 7 силы тока. Коллектор транзистора 39 положительной обратной связи через резитор 46 соединен с инвертирующим входом 47 операционного усилителя 38. Этот вход через резистор 48 соедине с положительным полюсом 14 источник питания, а через резистор 49 подклтрчен к отрицательному полюсу-клемме 24 источника 20 стабилизированного напряжения.

Неинвертирующий вход 50 операционного усилителя 32 соединен с выходом 5 частотно-аналогового преобразователя 4. Клеммы 51 и 52 питания операционного усилителя 38 подключены к выходу источника 20 стаби лизированного напряжения {соответственно к клеммам 21 и 24). Включатель 53 принудительного включения сцепления с нормально разомкнутыми контактами, расположенньш на рычаге переключения передач (не показан),

подключен между коллектором транзистора 1 1 и стр11цательным полюсом 23 источника пи.танкя.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя на выходе 2 датчика 1 частоты вращения вала двигателя появляется последовательность импульсов, частота следования

9 которых пропорциональна частоте вращения вала двигателя. Эти импульсы поступают на вход 3 частотноаналогового преобразователя 4, где они преобразуются в напряжение пос-S тоянного тока на его выходе 5,величина которого возрастает с повышение ем частоты входных импульсов.

Чем зьше напряжение на выходе 5 частотно-аналогового преобразователя,

0 тем большим оказывается напряжение, подводимое к инвертирующему входу 28 операционного усилителя 6. Если напряжение на инвертирующем входе 28 операционного усилителя 16 выше, i

5 чем на его неинвертирующем входе 34 . то напряжение на выходе 8 усилителя имеет низкий уровень. Это напряжение является недостаточным для открытия транзистора 18, вследствие чего

а его переход коллектор-эмиттер закрыт, и резистор 27, будучи отключенным от отрицательного полюса-клеммы 24 источника 20 стабилизированного напряжения, не оказьшает ка

величину напряжения подводимого к инвертирующему входу 28 операционного усилителя 16, Если напряжение на неинвертирующем входе 34 операционного усилителя i 6 вьпле напряжения

на его инвертирующем входе 28, то

напряжение на выходе 8 усилителя имеет высокий уровень. При этом включается транзистор 18, и через его отк рыстийся переход коллектор-эмиттер

резистор 27 подключается параллельно резистору 32, следствиЕМ чего является -меньшение напряжения на неиквертнрующем входе 28 операционного усилителя 16, Поэтому, как только в операционном усилителе вследствие даже незначительного превышения напряжения на неинвертирующем входе 34 над Напряжением на неинвертирующем входе 28 начинается переход .от релшма с низким уровнем выходного напряжения к режиму с высоким его уровнем, данный процесс развивается лавинообразно. Это происходит из-за того, что по мере роста напряжения

на )зыходе 8 операционного усилителя 16 одновременно включается и тразистор 8. В результате начинает снижаться напряжение на инвертирующем вкоде 28 операционного усилителя 16 Hf следовательно , увеличивается разница в напряжениях на его вкодах 28 и 34, что приводит к дальнейшему увеличению напряжения на выходе 8.

Переход операционного усилителя 16 от режима с высоким уровнем выходного напряжения к режиму с низким его уровнем происходит после то го, как напряжение на инвертирующем входе 23 превысит напряжение на не инвертирующем входе ЗА. В процессе этого перехода вследствие уменьшения напряжения на выходе 8 операционного усилителя 16 одновременно будет происходить закрытие транзистора 18 и связанное с этим повьпиение напряжения на инвертирующем входе 28, т.е. создаются условия для лавинообразного перехода операцион ного усилителя 16 в режим с низким уровнем выходного напряжения.

За счет рассмотренного действия транзистора 18 осуществляется только скачкообразное изменение напряжения на выходе 8 операционнс(го усилителя 16. Приэтом режиму операционного усилителя 16 с высоким уровнем напряжения на выходе 8 соответствует полностью открытое состояние выходного транзистора 11 с подключением обмотки 12 электромагнита к источнику питания, а при низком уровне напряжения на выходе 8 операционного усилителя транзистор 1I закрывается, и цепь питания через него рбмотки 12 электромагнита разрывается.

Таким образом, силовой тр;1Нзнстор 1 1 , коммутирующий ток в цепи обмотки 12 электромагнита, работ.Зет либо в режиме насьпцения, либо в режиме отсечки, т.е с минимальныуагревом. Обмотка 12 электромагнита имеет большую индуктивность, поэтому после подключения обмотки к источнику питания (за счет открытия транзистора 11) сила тока в не не может сразу же достигнуть максимального (установившегося) значе ния, а }{арастает постепенно (покривой 54, фиг, 2).Отключение обмотки I2 от источника питания (п резултате выключения транзистора 11) не

влечет за собой немедленного спадения тока 1 до нуля, поскольку под действием ЭДС самоиндукции обмотки 12 он продолжает протекать по цепи, 5 состоящей из самой обмотки, диода 15 и резистора 13 (пунктирная линия, фиг. 1), Характер изменения тока К после выключения транзистора 11 иллю.стрирует кривая 55 (фиг.2).

- Принцип действия регулятора 7 тока поясняется на примере его работы при постоянстве вращения вала двигателя и, следовательно, постоянстве напряжения на выходе 5 частотно-ана5 логового преобразователя. В этом случае напряжение, подводимое к инвертирующему входу 28 операционного усилителя 16, может иметь два значения в зависимости от того открыт или

0 закрыт транзистор 18./

При высоком уровне напряжения на выходе 8 операционного усилителя транзистор 8 открыт и, следовательно, напряхсение на выходе 28 имеет

5 меньщее значение (UjgtTiw) сравнению с его напряжением ( ствующим переходу операционного уси-лителя в режим с низким уровнем напряжения- на его выходе 8. Напряжение

U-., подводимое к неинвертирующему входу ЗА операционного усилителя 16, возрастает по мере уменьшения силы тока Ig, проходящего через обмотку 12 электромагнита, поскольку при этом

уменьшается падение напряжения в резисторе 13, через который проходит данный ток. До тех пор, пока через обмотку 12 протекает ток, сила которого меньше значения котоQ ром напряжение U 4становится равным напряжению U .операционный усили

литель работает в режиме с высоким уровнем напряжения на его выходе 8, чему соответствует открытое состояние транзистора 11. В результате осуществляется подключение обмотки 12 к источнику питания, что обеспечивает увеличение в ней силы тока (по кривой 54, фиг. 2) . Но как только сила тока в обмотке 12 возрастает до значения Lj.jJP котором напряжение U на инвертирующем входе 34 станет равным напряжению li .на инвертирующем входе 28 опе. рационного усилителя 16, происходит скачкообразное уменьшение напряжения на его выходе 8 до низкого уров-ня и увеличение напряжения на входе 28 до значения U2Bvrve). повлечет за собой закрытие транзистора 11 и постепенное уменьгаение силы тока в обмотке 12 до значения ,Фиг. 2), при котором напряжение и„.станет рав ным напряжению U После достижекия указанного равенства напряжений на входах 28 и 34 операционного усилителя 16 вновь открывается тран зистор 11, и далее весь описанный процесс изменения силы тока в обмотке 1 2 в диапазоне но повторяется (фиг. 2j. Среднее значение тока lf.p в обмотке 12 при этом определяется из выражения I of ср 2 Чем меньше сопротивление резистора 27 по сравнению с резистором 32, тем большей оказипается разница в вели.чинах 1 соответственно ниже частота изменения силы тока I . Значение Ij-p при этом не меняется. Операционный усилитель I6 получает питание от-источника 20 стабили зированного напряжения. Поэтому напряжение на его неинвертирукмдем входе 34 зависит только от падения напряжения в резисторе 13, т.е. определяется лишь силой тока, проходящего через обмотку 12 электромагнита. При неизменной частоте вращения вала двигателя имеет место постоянство напряжения на инвертирующем входе 28 операционного усилителя 16. Поэтому переход операционного усилителя 16 от режима с высоким уровнем выходного сигнала к режиму с низким его уровнем и связанным в этим выключением транзистора 1I происходит при одной и той же силе тока I «величина которой не зависит ни от сопротивления обмотки 12, ни от напряжения бортовой сети. Переход операционного усилителя от режима с низким уровнем выходного сигнала в режим с высоким его уровнем и включением транзистора 1I происходит также при одной и той же силе тока L .независимо от сопротивления обмотки 12 и напряжения бортовой сети. Благодаря этому обеспечивается высокая стабильность поддержа ния регулятором 7 заданной силы тока в обмотке 12 независимо от ее нагрева и колебания напряжения в бортовой сети. По мере повьщ1ения частоты вращения вала двигателя возрастает напп ряжение на выходе 5 частотно-аналогового преобразователя 4, и, следовательно у увеличиваются величины напряжений Uj.B этом случае равенство напряжений на неинвертирующем 34 и инвертирукщем 28 выходах операционного усилителя 16 достигается только при больших значениях Г) J т.е. при меньших силах тока I и I в обмотке 12 электромагни Э1ЩГ1 эпох та, чему соответствует и меньшее значение , За счет описанного действия регулятора токи 7 обеспечивается уменьшение силы тока с повмиением частоты вращения п | пала двигателя (фиг. 3, линия 56), что требуется по условиям автоматического регулирования момента, передаваемого сцеплением.. Неинвертирующий вход 50 операционного усилителя 33 релейного блока 37 соединен с выходом 5 частотно-аналогового преобразователя 4. Поэтому напряжение на входе 50 операционного усилителя возрастает по мере повьпиения частоты вращения вала двигателя. Однако до тех пор, пока напряжение на входе 50 операционного усилителя 38 ниже напряжения на его инвертирующем входе 47, напряжение на выходе 41 усилителя имеет низкий уровень. При этом транзисторы 39 и 40 закрыты и не оказывают влиянии на работу устройства. Но как только в результате повышения частоты вращения вала двигателя до заданной величи1п 1 п .. напряжение на неинверолтирующем входе 50 становится равным напряжению на инвертирующем входе 47 операционного усилителя 38 и вследствие этого возрастает напряжение на его выходе 41, начинает открываться транзистор 39. Вследствие этого параллельно резистору 49 подклю .чается резистор 46, что приводит к уменьшению напряжения на инвертирующем входе 47, а это, в свою очередь, обеспечивает лавинообразный переход операционного усилителя 38 в режим с высоким уровнем напряжения на его въи ходе 41. В результате открывается транзистор 40, следствием чего является уменьшение практически до нуля напряжения на неинзсртирующем входе 34 операционного усилителя 16 ре-, гулятора тока 7 с переводом усилителя 16 в режим с низким напряжением на выходе 8. Тем самым обеспечилается с акрытие транзистора 1 1 и отклЕсчер:ие обмотки 12 электромагнита от источника питанияj благодаря чем сила тока в ней падает до нуля (фк1 3j линия 57) и достигается блокировка сцепления. При переходе опера11,ионного усили тели 38 Б режим с высоким уровнем напряжения на е:; выходе 4 происходит уменьшение напряжения на инв тИрующем входе 47. Поэтому для посл дующего возврата операционного усили теля 33 в режим с низким уровнем выходного напряжения к неинвертирующему входу 50 должно быть подведено более низкое напряжение, чем то, которое необходимо для перевода опе рационного усилителя 38 в режим с вы соким уровнем выходного напряжения. Благодаря этому разблокировка, сцепления, происходящая при переходе операционного усилителя 33 в режим низким уровнем вмходного напряжения осуществляется при частоте вращения вала двигателя Пр.5-, меньшей : начени л (фиг, 3, линия 58)- Наличие такоояго 1истерезиса в работе устро иства обеспечивает уменьшение продолжитель ности работы сцепления с проиуксовкой и повьше ие его долговечности. Принудительное выключение сце§1ления в процессе переключения передач осуществляется за счет замыкания контактов выключателя 53 при переводе рычага переключения передач. Благодаря этому обеспечивается прохождение тока максимальной силы через обмотку 12 электромагнита независимо от частоты вращения вала двигателя и режима работы транзистора II, что гэ.рактирует выкл10чение сцепления, , Применение в регуляторе тока операционного усилителя благодаря его большому коэффициенту усиления и высокой ч;/вствительности обеспечивает получение частоты изменения силы тока в цепи обмотки электромагнита на уровне не ниже 100 Гц, что необходимо по условиям работы системы автоматического регулирования момента трения сцепления. При этом за счет релейного режи.ма работы выхрД ного усилителя устройства достигается оптимальный тепловой режим его транзисторов. Характеристики операционных усилителей остаются стабильными при изменении их температуры, что в сочетании с примененной схемой рагулятора тока обеспечивает в предлага.мом устройстве стабильность закона регулирования силы тока в электромагните системы управления сцеплением. Благодаря этому достигается требуемая плавность движения автомобиля при возможных в эксплуатации значительных колебаниях напрялсения бортовой сетИ и окружающей температуры. Формула изобретения 1.Устройство для автоматического управления сцеплением транспортного средства, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя .транспортного средства, подключенный х частотно-аналоговому преобразователю, связанному с регулятором силы тока, соединенным с входом усилителя, через вх.адную цепь которого к источнику питания подключены последовательно соединенн1,1е измерительный резистор и обмотка электромагнита управле-. ния сцеплением, отличающееся тем, ЧТО; с целью повышения плавности включения сцепления независимо от температуры окру кающей среды, достигаемой за счет повьшгения чувствительности устройства и стабильности его характеристик , регулятор силы тока состоит из операционного усилителя и транзистора поло жительной обратной связи, коллектор и база упомянутого транзистора соединены соответственно с инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, эмиттер транзистора подключен к одному из полюг.ов источника питания, неинзертиругощий вход операционного усилителя имеет связь с общей точкой обмотки электромагнита и измерительного .резистора, а инвертирующий вход операционного усилителя соединен с выходом частотно-аналогового преобразователя. 2,Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что с целью повькпенил долговечности сцепления за счет его блокировки и разблокировки при различных частотах вращения вала двигателя, оно снабжено релейным блоком, состоящим из .дополнительного операционного усилителя, дополнительного транзистора его положительной обратной связи и коммутирующего транзистора, инвертир тощий вход дополнительного операционного усилителя подключен к источнику питания, неинвертирующий вход соединен с выхо дом частотно-аналогового преобраэователл, эмиттеры упомянутых транзисто ров релейного блока подключены к одному из полюсов источника питания, их базы имеют связь, с вьтходом дополнительного операционного усилителя, коллектор дополнительного транзистора положительной обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя релеййого блока, а коллектор упомянутого коммутирующего транзистора имеет связь с неинвертирующим входом операционного усилителя регулятора силы тока.

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 286521, кл. В 62D 5/00, 1966.

2.Авторское свидетельство СССР № 651984, .кл. В 60 К 41/22, 1979 (прототип).

(риг. г

---.,

,1 ;У:-

se