Устройство для комбинированного управления передачами и сцеплением транспортного средства

Изобретение относится к транспортной технике и может быть использовано для комбинированного управления передачами и сцеплением транспортного средства. Устройство содержит источник питания постоянного тока, камеру выключения сцепления, рычаг переключения передач, снабженный подвижной рукояткой, трос в оплетке, электродвигатель постоянного тока, вал привода и понижающий редуктор с кулачком переменного профиля, воздействующим на толкатель камеры выключения сцепления, частота вращения электродвигателя регулируется электрической схемой управления, содержащей датчики: частоты вращения коленчатого вала двигателя, частоты вращения вторичного вала коробки передач, момента сопротивления движению транспортного средства, положения педали управления подачей топлива в ДВС, соединенные электрическими цепями с электронным блоком управления и с катушкой индуктивности, сердечник которой соединен тягой с подвижным контактом реостата регулирования силы тока электродвигателя. На подвижный контакт реостата воздействует пружина, а неподвижный контакт реостата соединен электрической цепью с электродвигателем постоянного тока через два электрических выключателя. На один выключатель воздействует трос в оплетке, а на другой - подвижный толкатель, снабженный пружиной и размещенный в теле вала привода кулачка переменного профиля. Технический результат направлен на повышение надежности работы сцепления и трансмиссии транспортного средства. 1 ил.

 

Изобретение относится к области транспортной техники и может быть использовано для комбинированного управления передачами и сцеплением транспортного средства.

Известно устройство для комбинированного управления передачами и сцеплением транспортного средства (Патент РФ №2124444, МПК G 05 F 16 Н 17/06, 1997 г.), содержащее источник энергии рабочего тела, сервоцилиндр выключения и регулятор темпа включения сцепления, клапан предварительного сброса давления, соединенные друг с другом через клапанную коробку управления, оснащенную впускным и выпускным клапанами, причем седло последнего установлено с возможностью осевого перемещения, а также рычаг переключения передач, снабженный подвижной рукояткой, при этом в корпусе клапанной коробки размещен ускорительный поршень, жестко связанный с затвором впускного клапана, седло выпускного клапана оснащено пружиной нажимного действия и в нем выполнены осевое и радиальное отверстия, через которые сообщаются рабочие полости сервоцилиндра, клапана предварительного сброса давления, регулятора темпа включения сцепления и цилиндра ускорительного поршня, кроме того, седло выпускного клапана связано (например, с использованием троса в оплетке) с подвижной тарелью возвратной пружины рукоятки рычага переключения передач, причем усилие этой пружины больше усилия пружины нажимного действия, а усилие пружины, упомянутой последней, превышает усилие прижимной пружины впускного клапана.

Однако известное устройство имеет недостаточное быстродействие, вследствие применения в качестве рабочего тела воздуха, и в нем появляется возможность утечки рабочей жидкости. Кроме того, при работе данного устройства частота вращения коленчатого вала двигателя, частота вращения вторичного вала коробки переключения передач, момент сопротивления движению транспортного средства, положение педали управления подачей топлива учитываются при переключении передач субъективно только водителем. В рассматриваемом устройстве отсутствуют датчики, объективно регистрирующие вышеперечисленные параметры, которые необходимо использовать в конструкции привода управления сцеплением [4].

При переключении передач с низшей на высшую и обратно, а также при трогании с места транспортного средства на дорогах с различным сопротивлением движению водитель, не имея вышеперечисленных объективных данных, может начать переключать передачи раньше, что может привести к поломке деталей коробки передач (КП) или позже, что приведет к поломке сцепления. Все вышесказанное снижает надежность работы транспортного средства в целом.

Известное устройство имеет значительное число подвижных механических элементов, приводящих к повышенному износу, большие дроссельные потери в трубопроводах, клапанах и каналах, что увеличивает время выключения и включения сцепления. Особенно этот недостаток сказывается при применении активных автопоездов [4], состоящих из нескольких типовых модулей (например, тягового, грузового и транспортного). Принцип модульного агрегатирования предполагает использование двух унифицированных сцеплений и более, которыми дистанционно управляет один водитель из головного модуля. Реализация дистанционного управления сцеплениями модульного автопоезда на базе традиционного привода с пневматическим, гидравлическим или механическим управляющим контуром неэффективна, а значит - бесперспективна [3]. Решение - создание дистанционной, базирующейся на электроприводе системы управления сцеплением. Однако устройство является наиболее близким по своей сущности к заявляемому изобретению и принимается за прототип.

Технический результат направлен на повышение надежности работы сцепления, двигателя и трансмиссии транспортного средства.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для комбинированного управления передачей и сцеплением транспортного средства, содержащее источник питания постоянного тока, камеру выключения сцепления, рычаг переключения передач, снабженный подвижной рукояткой, трос в оплетке, при этом в устройство дополнительно введены электродвигатель постоянного тока, соединенный через вал привода и понижающий редуктор с кулачком переменного профиля, воздействующего на толкатель камеры выключения сцепления, причем частота вращения электродвигателя регулируется электрической схемой управления, содержащей датчики: частоты вращения коленчатого вала двигателя, частоты вращения вторичного вала коробки передач, момента сопротивления движению транспортного средства, положения педали управления подачей топлива в ДВС, соединенные электрическими цепями с электронным блоком управления и с катушкой индуктивности, сердечник которой соединен тягой с подвижным контактом реостата регулирования силы тока электродвигателя постоянного тока, причем на подвижный контакт реостата воздействует пружина, а неподвижный контакт реостата соединен электрической цепью с электродвигателем постоянного тока через два электрических выключателя, причем на один из них воздействует трос в оплетке, соединенный с подвижной рукояткой рычага переключения передач, а на другой - подвижный толкатель, снабженный пружиной и размещенный в теле вала привода кулачка переменного профиля.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в устройство дополнительно введены электродвигатель постоянного тока, соединенный через вал привода и понижающий редуктор с кулачком переменного профиля, воздействующего на толкатель камеры выключения сцепления; причем электродвигатель постоянного тока связан с электрической схемой управления частотой вращения электродвигателя, содержащей датчики: частоты вращения коленчатого вала двигателя, частоты вращения вторичного вала коробки передач, момента сопротивления движению транспортного средства, положения педали управления подачей топлива в ДВС, соединенные электрическими цепями с электронным блоком управления и с катушкой индуктивности, сердечник которой соединен тягой с подвижным контактом реостата регулирования силы тока электродвигателя постоянного тока; при этом на подвижный контакт реостата воздействует пружина, а неподвижный контакт реостата соединен электрической цепью с электродвигателем постоянного тока через два электрических выключателя, причем на один из них воздействует трос в оплетке, соединенный с подвижной рукояткой рычага переключения передач, а на другой - подвижный толкатель, снабженный пружиной и размещенный в теле вала привода кулачка переменного профиля.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для комбинированного управления передачей и сцеплением транспортного средства.

Устройство содержит источник питания постоянного тока 1, электродвигатель постоянного тока 2, понижающий редуктор 3, кулачок переменного профиля 4, толкатель 5, рычаг переключения передач 6, оснащенный подвижной рукояткой 7, и электрическую схему управления частотой вращения двигателя постоянного тока 2.

Кулачок переменного профиля 4 размещен на одном валу с цилиндрическим диском 8, внутри которого находится подвижный толкатель инерционного типа 9 с возвратной пружиной 10. Подвижный толкатель 9 воздействует на электрический выключатель 11 электрической цепи 12 управления электродвигателя постоянного тока 2. Толкатель 5 размещен в корпусе камеры выключения сцепления 13, он воспринимает усилие от кулачка 4 и передает его на исполнительный механизм выключения сцепления через жидкость 14. Кулачок 4 и диск 8 насажены на вал 15 понижающего редуктора 3. Понижающий редуктор 3 имеет привод от электродвигателя постоянного тока 2 через вал 16.

Рычаг переключения передач 6, оснащенный подвижной рукояткой 7, имеет в своей конструкции подпружиненную тарель 17 с возвратной пружиной 18. Усилие от рукоятки 7 передается через трос 19 в оплетке 20 на электрический выключатель 21.

Электрическая схема управления предназначена для обеспечения вращения электродвигателя постоянного тока 2 при различных условиях движения транспортного средства, так как темп включения и выключения сцепления составляет 0,5-4 секунды [1]. Электрическая схема управления содержит датчики: частоты вращения коленчатого вала двигателя 22, частоты вращения вторичного вала КПП 23, момента сопротивления движению транспортного средства 24, положения педали управления подачей топлива 25. Эти датчики по электрическим цепям 26, 27, 28, 29 подают сигнал на электронный блок управления 30. Напряжение с блока 30 поступает на обмотку 31 катушки индуктивности по электрической цепи 32. Сердечник обмотки катушки индуктивности 33 механически связан с возвратной пружиной 34 и подвижным контактом 35 реостата 36.

Устройство для комбинированного управления передачами и сцеплением работает следующим образом.

При неподвижном транспортном средстве и работающем двигателе (передача в КПП не включена) на электронный блок управления 30 поступает сигнал с датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя 22 и датчика положения педали подачи топлива 25 по электрическим цепям 26 и 29. Формируемое на электронном блоке управления 30 напряжение поступает по электрической цепи 32 на обмотку катушки индуктивности 31, причем его величина зависит от величины сигнала, подаваемого с датчиков 22 и 25. При небольшом напряжении магнитное поле, возникающее в катушке 31, воздействует на сердечник 33 с силой, пропорциональной его величине. Механически связанный с сердечником 33 подвижный контакт реостата 35 в этом случае находится в крайнем левом положении под действием силы упругости пружины 34, при этом сопротивление реостата 36 будет наибольшим. Следовательно сила тока в электрической цепи 12 имеет небольшую величину, которая недостаточна для вращения вала электродвигателя 2.

Наиболее существенное изнашивание сцепления наблюдается на режиме трогания транспортного средства [3]. Причина - большая работа буксования во время регулирования темпа соединения коленчатого вала с трансмиссией и, следовательно, большая термическая нагруженность фрикционных и других элементов конструкции. При трогании транспортного средства с места наибольший крутящий момент в трансмиссии наблюдается при быстром включении сцепления ("бросок" педали сцепления). Величина данного момента зависит от дорожных условий (уклон и состояние дороги), частоты вращения коленчатого вала, включенной передачи, скорости нажатия водителем на педаль управления подачей топлива [3]. При трогании автомобиля с места водитель воздействует на подвижную рукоятку 7 и усилие от руки передается через трос 19 в оплетке 20 на электрический выключатель 21 и замыкает его, электрический выключатель 11 также замкнут. При этом электродвигатель постоянного тока 2 начинает вращаться с частотой, которая зависит от величины силы тока в цепи 12, определяемой сопротивлением реостата 36. Крутящий момент от электродвигателя постоянного тока 2 передается через вал 16 на понижающий редуктор 3. На валу 15 понижающего редуктора 3 насажены кулачок переменного профиля 4 и цилиндрический диск 8. При вращении против часовой стрелки кулачок 4 будет воздействовать на толкатель 5 поверхностью АВ, которая является зоной выключения сцепления, что обеспечивает быстрое выключение сцепления. Темп выключения сцепления зависит от частоты вращения электродвигателя постоянного тока 2, которая в свою очередь зависит от силы тока в цепи 12. Повернувшись на определенный угол, кулачок 4 воздействует на толкатель 5 поверхностью ВС - полного выключения сцепления (поверхность ВС имеет постоянный радиус). В этот момент водитель должен включить низшую передачу в КПП. Продолжая вращаться, кулачок 4 плавно перестает действовать на толкатель 5 (поверхность CD - зона плавного включения сцепления). При вращении диска 8 на подвижный толкатель 9 действует центробежная сила, вследствие чего он, преодолевая усилия возвратной пружины 10, выдвигается из диска 8 и воздействует на электрический выключатель 11, размыкая его контакты. При этом электрическая цепь 12 размыкается и электродвигатель 2 останавливается. Кулачок 4 возвращается в исходное положение, то есть толкатель 5 будет соприкасаться с поверхностью кулачка 4 вблизи точки А (как показано на чертеже).

Сцепление работает в тяжелых условиях, связанных со значительной величиной передаваемого крутящего момента (статического и динамического, возникающего при быстром включении) и большим числом циклов включения - выключения особенно в некоторых специфических условиях. Последние, например, относятся к движению по улицам города. Так, в условиях интенсивного городского движения, по плохим дорогам, бездорожью на 1 км пробега приходится в среднем 5-6 и более включений. При этом каждое включение сцепления сопровождается его пробуксовыванием, интенсивным износом фрикционных накладок, их нагревом и потерей энергии, уменьшением скорости движения автомобиля.

Во время движения автомобиля на электронный блок управления 30 поступает сигнал с датчика частоты вращения коленчатого вала ДВС 22, датчика частоты вращения вторичного вала КПП 23, датчика момента сопротивления движению транспортного средства 24 и датчика положения педали управления подачей топлива 25. На электронном блоке 30 формируется напряжение большей величины, чем при трогании автомобиля с места, так как в работу включились еще два датчика - частоты вращения вторичного вала КПП 23 и момента сопротивления движению транспортного средства 24. В результате повышения напряжения возрастает магнитный поток в катушке индуктивности 31, который перемещает сердечник 33 и жестко связанный с ним подвижный контакт реостата 35 в крайнее правое положение, то есть сопротивление реостата 36 имеет наименьшую величину. При переключении передач водитель воздействует на подвижную рукоятку 7 рычага переключения передач 6 и через трос 19 в оплетке 20 замыкает электрический выключатель 21, электрический выключатель 11 также замкнут. При наименьшем сопротивлении электрической цепи 12 сила тока в ней стремится к наибольшему значению согласно закона Ома. Так как сила тока наибольшая, то электродвигатель 2 будет вращаться с частотой, большей чем при трогании автомобиля с места. Передача крутящего момента от электродвигателя 2 на кулачок 4 происходит аналогично процессу при трогании с места. Таким образом будет обеспечено быстрое выключение сцепления и более интенсивный темп его включения.

Если при движении автомобиля дорожные условия ухудшаются, то есть возрастает сопротивление его движению, то водителю необходимо переключиться с высшей передачи на низшую. В этом случае устройство действует следующим образом. Сигнал от датчиков 22, 23, 24, 25 поступает на электронный блок управления 30. Напряжение, сформированное на этом блоке, передается на катушку 31, и сердечник 33 перемещается в какое-то промежуточное положение. В зависимости от величины сопротивления реостата 36 частота вращения электродвигателя 2 будет обеспечивать быстрое выключение сцепления и необходимый темп его включения. Схема действия электрической цепи 12, которая управляет частотой вращения электродвигателя 2, подробно описана в пункте "действие устройства при трогании с места".

Вывод: следовательно, заявляемое устройство является многопараметрическим (регулирования по двум и более параметрам: частота вращения коленчатого вала двигателя, частота вращения вторичного вала КПП, момент сопротивления движению транспортного средства, положение педали управления подачей топлива) [3], что соответствует современным тенденциям развития. Данный привод, как показывает анализ, позволяет свести к минимуму число входящих в него элементов и качественно улучшить процессы дистанционного управления сцеплениями транспортных средств. Долговечность сцепления, двигателя, КП возрастает, поскольку сцепление всегда включатся по оптимальному закону [4]. При этом уменьшается утомляемость водителя, ограничивается влияние субъективных факторов и тем самым повышается производительность транспортных средств, снижается расход топлива, систем управления сцеплением.

Источники информации

1. Васильченков В.Ф. Автомобили и гусеничные машины. Теория эксплуатационных свойств - Рыбинск: Издание АООТ "РДП - АРП, 1996 -432 с.

2. Васильченков В.Ф и др. Военные автомобили. Конструкция и расчет - Рыбинск: Издание ОАО "РДП", 1997 - 664 с.

3. Захарик Ю.М. Комплексный закон управления сцеплением // Автомобильная промышленность. - 2004. - №9.

4. Захарик Ю.М. и др. Системы управления сцеплением. Тенденции развития // Автомобильная промышленность. - 2003. - №1.

Устройство для комбинированного управления передачей и сцеплением транспортного средства, содержащее источник питания постоянного тока, камеру выключения сцепления, рычаг переключения передач, снабженный подвижной рукояткой, трос в оплетке, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены электродвигатель постоянного тока, соединенный через вал привода и понижающий редуктор с кулачком переменного профиля, воздействующим на толкатель камеры выключения сцепления, причем частота вращения электродвигателя регулируется электрической схемой управления, содержащей датчики частоты вращения коленчатого вала двигателя, частоты вращения вторичного вала коробки передач, момента сопротивления движению транспортного средства, положения педали управления подачей топлива в ДВС, соединенные электрическими цепями с электронным блоком управления и с катушкой индуктивности, сердечник которой соединен тягой с подвижным контактом реостата регулирования силы тока электродвигателя постоянного тока, при этом на подвижный контакт реостата воздействует пружина, а неподвижный контакт реостата соединен электрической цепью с электродвигателем постоянного тока через два электрических выключателя, причем на один из них воздействует трос в оплетке, соединенный с подвижной рукояткой рычага переключения передач, а на другой - подвижный толкатель, снабженный пружиной и размещенный в теле вала привода кулачка переменного профиля.