Система автоматического управления ступенчатой коробкой передач транспортной машины
(i ц 5633 l l
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Соизз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.12.70 (21) 1497279/11 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 30.06.77. Бюллетень № 24
Дата опубликования описания 12.08.77 (51) М. Кл. - В 60V, 41, 00
G 05G 15/08
Государственный комитет
Совета Министров СССР чо делам изобретений и открытий (53) УДК 629.113-585-52 (088.8) (72) Авторы изобретения
В. В. Кацыгин, М. M. Пинскер, М. П. Попов., В. T. Власов, H. П, Ксеневич, Е. H. Козлов и А. С. Солонский
Центральный научно-;.сследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Нечерноземной зоны СССР и Минский ордена Ленина тр кторный завод (71) Заявители (54) СИСТЕМА ABTOMATH×ÅÑÊOÃÎ УПРАВЛЕНИЯ
СТУПЕНЧАТОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОЙ
МАШИНЫ
Изобретение может быть использовано на транспортных и дорожных машинах, преимущественно на тракторах и грузовых автомобилях с дизельным двигателем, оборудованных всережимным регулятором работы топливного насоса и имеющих ступенчатую механическую коробку перемены передач с электрическим командным управлением.
Известна система автоматического управления ступенчатой коробкой передач, содержащая тахогенератор, соединенный с выходным валом коробки передач, электромеханические реле, .включенные в цепь тахогенератора последовательно с датчиками положения рычага регулятора и рейки топливного насоса и подающие команду на переключение передач соответствующим электромагнитам исполнительных устройств, и контроллер для ручного управления коробкой передач.
С целью повышения точности и надежности работы предлагаемая система автоматического управления снабжена реверсивным коммутатором, к выходам которого подсоединены электромагниты исполнительных устройств и управляющие входы ключей, ко вторым входам этих ключей подключен указанный тахогенератор, а выходы ключеи через масштабные резисторы подключены к первым входам сравнивающих устройств, вторые входы которых через суммирующие резисторы подсоединены к выходам датчиков положения рычага регулятора и рейки топливного насоса, а выходы сравнивающих устройств подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного коммутатора через вентили, управляющие входы которых соединены с выходами реверсивного коммутатора, подающими команды на включение высшей и низшей пе10 редач.
С целью учета линейного ускорения машины система может быть снабжена тахогенератором, связанным с ведомым колесом машины и подключенным к входам сравнивающих уст15 ройств через конденсатор, усилитель, шунтируемый резистором, и суммирующие резисторы.
Кроме того, для оповещения водителя о необходимости (ручного) переключения дпапа20 зона в трансмиссии машины система может быть снабжена сигнальными приборами, например неоновыми лампами, подключенными к выходам сравнивающих устройств через повышающий трансформатор.
25 На фиг. 1 представлена схема системы автоматического управления; на фиг. 2 — схема установки системы на трактор; на фиг. 3— принципиальная схема сравнивающего устройства (пример выполнения); на фиг. 4 приве563311 дена схема реверсивного коммутатора; на фиг. 5 — принципиальная схема транзисторного ключа; на фиг. 6 — диаграмма работы системы.
Предлагаемая система (см. фиг. 1) содержит реверсивный коммутатор 1, к выходам 2 которого через диоды 3 — 5 подсоединены управляющие входы 6 ключей 7 — 9 и электромагниты исполнительных устройств 10 — 12, включающих соответственно первую, вторую и третью передачи. Ко вторым входам 13 ключей 7 — 9 подключен тахогенератор 14, вал которого жестко связан с выходным валом коробки передач. Выходы 15 ключей через масштабные резисторы 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21 подключены к первым входам 22 сравнивающих устройств 23 и 24, а их вторые входы 25 через суммирующие резисторы 26 и 27 подсоединены к выходам 28 и 29 датчиков 30 и 31 положения соответственно рычага регулятора и рейки топливного насоса 32, Выходы ЗЗ сравнивающих устройств 23 и 24 подключены соответственно к суммирующему 34 и вычитающему. 35 входам реверсивного коммутатора 1 через вентили (диоды) 36 и 37, управляющие входы которых соединены через резисторы 38 и 39 с выходами 2 реверсивного коммутатора, подающими команду на включение высшей и низшей передач (соответственно электромагнитным устройствам 12 и 10).
Тахогенератор 40, вал которого соединен с ведомым колесом машины, подключен через конденсатор 41, усилитель 42, шунтированный резистором 43, и суммирующие резисторы 44, 45 к входам Сравнивающих устройств.
Неоновые лампы 46 и 4?, оповещающие о необходимости переключения соответственно на высший или низший диапазон, подключены через повышающие трансформаторы 48 и 49 к выходам сравнивающих устройств 23 и 24.
Датчики 30 и 31 соответственно положения рычага регулятора и рейки топливного насоса подсоединены к источнику постоянного стабилизированного напряжения +Ео, а контролер
50, необходимый для ручного управления системой, подключен к источнику постоянного нестабилизированного) напряжения +Е.
Выходные сигналы системы, установленной ,на трактор (см. фиг. 2), поступают к исполнительным электромагнитным устройствам 10—
12 (например, гидравлическим золотникам с электромагнитным управлением), которые при своем включении подают масло к силовым цилиндрам управляемых фрикционных муфт
51 — 53, включающих при своем срабатывании соответственно первую, вторую и третью передачи в коробке 54 передач. На выходном валу 55 коробки передач помещена скользящая шестерня 56, позволяющая переключать вручную диапазоны в трансмиссии машины.
Сравнивающее устройство (см. фиг. 3) содержит блокинг-генератор на транзисторе 57, работающий в ждущем режиме, и формирователь импульсов на транзисторах 58 и 59, служащий для улучшения условий работы ре1О
25 зо
4 версивного коммутатора 1. Диоды GO п 61 установлены в цепи обмотки обратной связи трансформатора 62; средняя точка обмотки соединена через резистор 63 с отрицательным полюсом источника питания. Резисторы 64 и
65 соединяют со стабилизированным источником питания (+Do) базы транзисторов 58 и
59. Резистор 66 соединяет эммитер транзистора 59, а через резистор 67 также соединяет и базу транзистора 58 с отрицательным полюсом источника питания.
База транзистора 58 соединена с выходной обмоткой трансформатора 62 через конденсатор 68.
Реверсивный коммутатор (см. фиг. 4) содержит триггер 69 на транзисторах 70 и 71 и триггер 72 на транзисторах 73 и 74 (границы упоминаемых узлов обведены пунктиром) . Выходы триггеров 69, 72 через дешифратор 75 на диодах 76 — 81 соединены с развязывающими эмиттерными повторителями на транзисторах
82, 83 и 84, с выхода которых поступает напряжение для включения соответственно первой, второй и третьей передач. Схема 85 параллельного переноса, соединяющая суммирующий 34 и вычитающий 35 входы со входами триггеров, содержит диоды 86 — 95, необходимые для распределения в определенном порядке суммирующих или вычитающих импульсов по входам триггеров 69 и 72 в зависимости от их состояния. Диоды 36 и 37 установлены соответственно на входах суммирующей и вычитающей цепей, а диод 96 включен в цепь питания триггеров для стабилизации напряжения смещения. В линии управления диодами 36 и 37 включены резисторы 38 и 39.
Резисторы 97 — 100 соединяют с положительным полюсом источника питания (+Е) соответственно коллекторы транзисторов 70, 71, 73 и 74.
Ключ (см. фиг. 5) содержит транзистор
101, который включен последовательно между входом 13 и выходом 15, и транзистор 102, который включен параллельно выходу ключа.
Управление транзистором 102 осуществляется через согласующий инвертор,на транзисторе
103. Управление транзистором 101 производится с помощью вспомогательного управляемого генератора на транзисторе 104 и трансформаторе 105, обмотка которого через выпрямляющий диод 106 и сглаживающий конденсатор
107 связана с транзистором 101. В цепь транзистора 103 включены резисторы 108 — 110, а в цепь транзистора 104 — резисторы 111, 112 и конденсатор 113, В цепи базы транзистора
101 установлены резисторы 114 и 115, а в цепи базы транзистора 102 — резисторы 116 и
117.
На представленной на фиг. 6 диаграмме работы системы автоматического управления коробкой передач на вертикальной оси отложена скорость машины V, а на горизонтальной — напряжение U тахогенератора 14 на входах сравнивающих устройств 23 и 24.
Линиями АБ и А Б ограничены зоны пере563311 хода соответственно на следующую низшую и высшую передачи, определяемые интервалами напряжений, при которых срабатывают сравниваюшие устройства, соответственно 24 и 23.
Скорость, при которой происходит переход на смежную передачу в каждой зоне, определяется равенством напряжений на входах сравнивающих устройств, поэтому начало процесса переключения зависит от соотношения величины напряжения тахогенератора 14 на входах 22 сравниваюших устройств с величиной напряжения на входах 25, определяемой положениями рычага регулятора и рейки топливного насоса и величиной линейного ускорения машины.
Сравнивающее устройство 23 срабатывает при условии, что напряжение на его входе 22 больше или равно напряжению на входе 25, а сравнивающее устройство 24 — при условии, что напряжение на входе 22 меньше или равно напряжению на входе 25.
Закон переключения передач выбран так, чтобы при неизменном режиме работы машины скорость. при которой произошло переключение на высшую передачу, была больше скорости обратного переключения. Это исключает появление циклического переключения передач. Установка величины напряжения тахогенератора, подводимого к входам 22 сравнивающих устройств 23 и 24, осуществляется при помоши незисторов 16 — 27, 44, 45 в соответствии с выбранным законом переключения передач.
Если условно считать, что рычаг регулятора и рейки топливного насоса неподвижны, а ускорение машины постоянно (т. е. машина движется с постоянно возрастающей скоростью), то переключение на следующую низшую передачу будет происходить по линии В, а на высшую передачу — по линии В . Режим работы машины по скорости обозначается на диаграмме точкой.
Пусть рычаг контроллера 50 установлен в положение 1 (см. фиг. 1), а машина движется на второй передаче. В этом случае включены электромагнитное устройство 11 и ключ 8.
Скорости движения машины соответствует точка Гь и при увеличении или уменьшении скорости машины точка Г> сместится вправо или влево.
Увеличение скорости машины до точки Г. приводит к равенству напряжений на входах сравнивающего устройства 23 и на его выходе
33, соединенном с суммирующим входом реверсивного коммутатора 1; появляется импульс. Под его воздействием реверсивный коммутатор 1 перейдет в следуюшее устойчивое состояние и подаст напряжение к электромагнитному устройству 12, производящему включение третьей передачи, и ключу 9, выключив электромагнитное устройство 11 и ключ 8.
При выключении ключа 8 и включении ключа 9 изменится мастшаб напряжения тахогенсратора 14, поступающего на вход 22 сравни10
6 ваюшего устройства 23. и исчезнет равенство напряжений на входах 22 и 25. Рабочая точка на диаграмме скачком переходит в новое положение 1;,, а при дальнейшем увеличении скорости машины может оказаться в положении Г.:.
Снижение скорости машина до скорости, соответствуюнтей точке Г;„приводит к равенству напряжений на входах сравниваюшего устройства 24, которое срабатывает, а его импульс поступает на вычптающий вход коммутатора 1, вызывает его переключение и подачу напряжения к электромагнитному устройству 11 и ключу 8, отключив напряжение от электромагнитного устройства 12 и ключа 9.
Рабочая точка на диаграмме скачком перейдет из положения Г5 в положение Г .
Аналогичным образом происходит переключение всех остальных передач.
После включения контроллера 50 в положение 1 с места плн в процессе движения с ручным управлением, коммутатор 1 может оказаться в любом нз четырех возможных состояний (одно неиспользуемое), в том числе и в таком, которое не соответствует режиму работы машины. При этом в зависимости от конкретного состояния коммутатора 1 н режима работы машины величина напряжения тахогенератора 14 на входах 22 сравнивающих устройств 23, 24 вызовет ср",áÿòûâàíèå одного из них, и максимум тремя импульсами, поступившими на суммнруюший н,чн вычитающий входы коммутатора с выхода сработавцгего сравнивающего устройства, он будет переведен в требуемое состояние.
Задержка подачи правильной ком"-,íä! 1 нс превысит 0,03 сск. н не отразится на работе механизма управления коробкой передач, быстродействие которого 0,1 — 0.3 сек. Если после включения контроллера 50 в положение 1 коммутатор 1 окажется в четвертом, неиспользуемом, состоянии, то все ключи 7 — 9 в цепи мастшабных резисторов 16 — 21 будут закрыты и сравниваюшее устройство 24, подав импульс на вычитаюгций вход 35 реверсивного коммутатора 1, переведет его в первое состоячие. В дальнейшем работа системы не будет отличаться от описанной.
Конденсатор 41, усилитель 42 и резистор 43 необходимы для измерения и пересчета прирашения угловой скорости ведомого колеса, задаваемой тахогенератором 40. в линейное ускорение машины.
При движении машины с положительным ускорением усилитель 44 подает пропорциональный ускорению отрицательный сигнал на вход суммирующих резисторов 44 и 45, который уменьшает общую величину положительного сигнала, поступаюшего на входы 25 сравнивающих устройств 23 и 24. В результате этого сравниваюшее устройство 23 сработает, и переключение на высшую передачу произойдет раньше, т. е. при меньшем напряжении, вырабатываемом тахогенератором 14.
Прн двнн сннн манншзы с отрицательным уско-.
563311
7 рснисм (T. с. с замедлением) гснлптсль 42 подает на вход суммпру1он1их резисторов 44 и
45 HO 7OIIIIITC Ih»I III CHI 17 a I, 1 H 24. В результате этого сравнивающее устройство 24 сработает, и псреключение на чизшу10 передачу произойдет раньше, т. е. при напря ceIIHH, вырабатываемом генератором 14. При увеличении скорости движения машины на третьей передаче или уменьшении скорости се движения на первой передаче до порога срабатывания сравнивающих устройств 23 и 24, их импульсы не проходят па входы коммутатора 1, так как вентили (диоды) 36 или 37 закрыты сигналом коммутатора 1 на включение третьей или первой передачи и поступают через повышающие трансформаторы 48 или 49 на псоновые лампы 46 и 47. Свечение лампы 46 илн 47 оповещает водителя о нсобходимости переключения вручную диапазона в трансмиссии лап1нны. Сравнивающее устройство (см. фиг. 3) использовано для подачи сигналов рсверсивному коммутатору 1 при равенстве напряжений управляющих сигналов на его входах 22 и 25. При работе сравнивающего устройства на аноды диодов 60 и 61 поступают сравниваемые положительные напряжения. Если напряжение»а входс 25 больше, чем на входе 22, то диод 61 открыт, а диод 60 закрыт, и в цепь базы транзистора 57 блокищ.-генератора Iloступит сигнал с ниилнсй части витков обратной связи трансформатора 62. В соответствии с принятым на схеме н11пр11в7с1111см намотки витков (на 1ало обмотки ооозна 1сно точкой) этот сигнал будет явля71ся сигналом отрицательной обратной связи и поэтому самовозбуждения блокинг-генератора не произойдет. При этом транзистор 58 открыт положительным потенциалом, поступающим на его базу через резистор 64, а транзистор 59 закрыт низким потенциалом, поступающим с коллектора открытого транзистора 58. Напряжение на выходе 33 формирователя импульсов близко к нулю. В случае, когда большим является напряжение на входе 22, открывается диод 60, и в цепь базы транзистора 57 блокинг-генератора поступит сигнал положительной обратной связи. В результате этого блокинг-генератор начнет вырабатывать импульсы, которые через конденсатор 68 поступят на базу транзистора 58 формирователя и, закрывая его, вызовут появление положительных импульсов на его коллекторе, и, как следствие, — и на эмиттере транзистора 59. При этом, благодаря использованию формирователя, параметры выходных импульсов не будут зависеть от соотношения сравниваемых напряжений. Период следования этих импульсов согласован с динамикой всей системы автоматического управления таким образом, что к моменту поя 1.7,1«я слгдую цсго импульса на выходе 25 зз -!О 8 сравнивающего устройства 23 или 24 все перскл1о11сни11 и связанные с ними переходные процессы в реверсивном коммутаторе 1 и кл1очах 7- — 9 заканчиваются. Рсвсрсив ый коммутатор (см. фиг. 4) использован для подачи команды на включение слсдующсй передачи: высшей — при поступлении импульса на суммирующий вход, низшей — при поступлении импульса на вычитающий вход, и представляет собой пересчетную схему на двух триггерах 69 и 72. Пусть, например, коммутатор находится во втором устойчивом состоянии. В этом случае открыты транзисторы 70, 74 триггеров 69, 72 и транзистор 83 эмиттерного повторителя дешифратора. Транзисторы 71, 73 триггеров закрыты. Закрыты и транзисторы 82, 84 эмиттерных повторителей дешифратора, так как низкими потенциалами на коллекторах транзисторов 70, 74 открыты диоды 76, 80, 81 дешифратора. Высокие выходные потенциалы триггеров 69, 72 закрывают диоды 86, 90, 94. Диоды 88, 89 и 93, 95, представляющие собой схемы ИЛИ открыты всегда, независимо от состояния коммутатора. Поступив на суммирующий вход, импульс пройдет через открытые диоды 36, 93, 92 и, открыв транзистор 73, переведет триггер 72 во второе устойчивое состояние, благодаря входящим в схему триггера резистивно-емкостным цепям положительной обратной связи. Одновременно импульс проходит через открытые дио,7ы 91, 89, 87 и, открыв, транзистор 71, переводит триггер 69 в новое устойчивос состояние. После переключения триггеров комvcTàòoð персходит в третье устойчивое состояние, когда открыт транзистор 84. Транзисторь1 82 и 83 закрыты, так как открь1ты диоды 77, 78, 79. Диоды 76, 80 и 87, 91, 92 закрыты высокими выходными потенциалами триггеров 69, 72. Выходной потенциал транзистора 84 через резистор 38 закрывает диод 36. Это исключает циклические переключения коммутатора в режиме работы машины, требующем включения высшего диапазона в трансмиссии. Импульс, поступивший на вычитающий вход, пройдет через открытые диоды 37, 95, 94 и откроет транзистор 74, а через диоды 37, 90, 88, 86 откроет транзистор 70. В результате этого коммутатор возвратится во второе устойчивое состояние. Следующий импульс, поступивший на вычитаюшнй вход коммутатора, пройдет через открытые диоды 37, 95, 92 и установит коммутатор в новое, первое, состояние, когда открыты транзисторы 70, 73 триггеров и транзистор 82 эмиттерного повторителя дешифратора. Выходной потенциал транзистора 82 через резистор 39 закрывает диод 37. Это исключает циклические переключения коммутатора в режич". работы машины, требующем включения низшего диапазона в трансмиссии. Ключ (см. фиг. 5) использован для подк,71очснн11 входов 22 сравнивающих устройств 563311 9 23 и 24 через масштабные резисторы 16 — 21 различной величины к выходу тахогенератора 14 и изменения масштаба напряжения тахогенератора в соответствии с включенной передачей. Управляющий потенциал на входе 6 через резистор 109 открывает транзистор 103 инвертора. В результате положительное напряжение его коллектора падает, и транзистор 102 закрывается. Одновременно управляющее положительное напряжение на входе 6 (см. фиг. 5) поступает через резистор 111 на базу транзистора 104, открывает его и благодаря существующей в схеме положительной обратной связи через обмотку трансформатора 105 способствует возникновению незатухающих колебаний в цепи коллектора транзистора 104. Переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора 105, выпрямленное диодом 106 и сглаженное конденсатором 107, открывает транзистор 101, т. е. происходит соединение входа 13 с выходом 15. При отсутствии управляющего напряжения на входе 6 ключа транзистор 102 открыт положительным напряжением, поступающим от источника питания +Eo (через резисторы 108 и 116). Транзисторы 101, 103 и 104 закрыты нулевым потенциалом на их базах, создаваемым соответственно, резисторами 115, 110, 112. Таким образом, когда на входе 6 есть управляюший сигнал, ключ открыт, при этом транзистор 101 открыт, а транзистор 102 закрыт. При закрытом ключе, когда на входе 6 нет управляющего сигнала, транзистор 101 за кр ыт, а тр а из и стор 102 открыт. Формула изобретения 1. Система автоматического управления ступенчатой коробкой передач транспортной 23 40 машины, содержашая тахогенератор, соединенный с выходным валом коробки передач, электромеханические реле. включенные в цепь тахогенератора последовательно с датчиками положения рычага регулятора и рейки топливного насоса и подающие команду на переключение передач соответствующим электромагнитам исполнительных устройств, и контроллер для ручного управления коробкой передач, отлпчаюшаяся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, она снабжена реверсивным коммутатором, к выходам которого подсоединены электромагниты исполнительных устройств и управляющие входы ключей. ко вторым входам этих ключей подключен указанный тахогенератор, а выходы ключей через масштабные резисторы подключены к первым входам сравнивающих устройств, вторые входы которых через суммирующие резисторы подсоединены к выходам датчиков положения рычага регулятора и рейки топливного насоса, а выходы сравнивающих устройств подключены к суммирующему и вычитаюшему входам реверсивного коммутатора через вентили, управляющие входы которых соединены с выходами реверсивного коммутатора, подающими команды на включение вь.сшей и низшей передач. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью учета линейного ускорения машины, она снабжена тахогенератором, связанным с ведомым колесом машины и подключенным к входам сравниваюших устройств через конденсатор, усилитель. цлунтируемый резистором, и суммирующие резисторьь 3. Система по п. 1, отличающаяся тсм, что, с целью повешения о необходимости переключения диапазона в трансмиссии машины, она снабжена сигнальными приборами, например неоновыми лампами, подключенными к выходам сравнивающих устройств через повышающий трансформатор. 563311.7ОН7 лРРЫй 7 на рлрююий /б/еюфО юрр— Фиг. б Составптсль В. Бялоцкий Текред А. Камышникова Редактор А. Купрякова Корректоры: Л. Котова и Степанова Заказ 2000, 2 Изд. № 553 Тираж 907 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий 113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 f1ePenn e ue б, РД,— уд на слйую, ущ ддущ ЛУРА7 У,4.Л Ючо &C Юалаач
