Система автоматического управления трансмиссией транспортного средства

 

пп887286

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сове Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.07.66 (21) 1090573/27-11 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.12.81. Бюллетень № 45 (45) Дата опубликования описания 07.12.81 (51) M К„з

В 60 К 41/18

Государственный комитет (53) УДК 629.113-585. .2(088.8) но делам изобретений н открытий (72) Автор изобретения

Л. Г. Красневский

Минский автомобильный завод

I (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ТРАНСМИССИЕЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к транспорту и может использоваться для автоматического управления трансмиссиями транспортных средств, имеющими для переключения ступеней фрикционные муфты с гидравличе- 5 скими нажимными цилиндрами.

Основными элементами гидравлических систем автоматического управления являются золотниковые клапаны, реагирующие на сигналы (давления) датчиков скорости 10 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 15 другом — низшую из них. Число таких клапанов в системе управления зависит от числа автоматизируемых ступеней трансмиссии.

Для исключения цикличности переклю- 2р чений при движении транспортного средства на автоматическом режиме соотнош ния 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 скач- 30 кообразному перекл ючению клапана из одного положения в другое, что необходимо для нормальной работы фрикционных муфт.

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.

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 золотниковой пары.

887286

ЬР S

Ъ

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 надежна 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: где Х вЂ” ход поршня, м;

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

55 б0 б5

Х вЂ” жесткость настроечной пружины клапана, Н/м;

S — площадь торца золотника, на которую действует давление датчика скорости, м .

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 Р> с выхода датчика нагрузки двигателя транспортного средства, а через отверстие 17 в камеру 5 — давление Р с выхода датчика скорости выходного вала трансмиссии.

Выход 11 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, P 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

887286 рые соответствуют включению в коробке 10 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: ЗХ1, ЗХ2, Н, I, I I, А, котопередач задних ходов, нейтрали, I u II ступеней, 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

44 автоматического управления и с блоком

45 исполнительных 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 48подключены 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 Ш на IV ступень, а клапан 57 — со II на Ш ступень трансмиссии. Клапаны 58 и 59 осуществляют автоматическую блокировку гидротрансформатора 22 на Ш 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 —:59 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 Р>, соответствующем неподвижному транспортному средству, золотник 3 и плунжер 7 удерживаются

65 в исходном положении (фиг. 1) пружиной

4 и давлением Р1 датчика нагрузки. Давление питания Р„ поступает со входа 10 на нормально включенный выход 11 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 низшая ступень.

При разгоне транспортного средства возрастает давление Р и создаваемое им осевое усилие на плунжере 7. Когда оно превысит усилие пружины 4, сжатой поршнем

8, и усилие от давления Рь действующее на золотник 3 слева, плунжер 7 переместит золотник 3 влево. При некотором фиксированном давлении Р> это произойдет после наступления равенства

Р1 з+ F = =PCS„ (I) где S3, S7 — площади торцов золотника 3 и плунжера 7;

F — усилие пружины 4 при правом положении поршня 8;

P — величина давления Р, соответствующая переключению с низшей ступени на высшую при Р— — Р*ь

При движении золотника 3 влево выход

11 и гидролиния 18 соединяются с отверстием 15, а вход 10 — с выходом 12. При этом поршень 8 под действием пружины 4 и давления Р1 сместится влево до упора в винт 9, усилие пружины 4 уменьшится и нарушится условие равновесия (I). В результате золотник 3 и плунжер 7 быстро заканчивают движение влево до упора.

Включится гидроцилиндр 21 и выключится гидооцилиндр 20, что соответствует высшей ступени.

Пни уменьшении давления Р произойдет обратное пеоеключение, для которого необходимо выполнение равенства

1 3+ — Pg S„ (II) где F — усилие пружины 4 при левом положении поршня 8;

F" — величина давления Р, соответствующая переключению с высшей ступени на низшую при

1 Р 1.

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 возпастает и нарушает условие равновесия (П). 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 11 и 12.

887286

Зо

З5

45 откуда

Ь Р,.S, )

> (IV) 50

65

При этом очевидно, что F )F". Учитывая это, можно из равенств (1) и (I I) определить разницу между значениями давления Р и Р2".

II F — F"

2 2-- Ря ——

Из выражения (III) видно, что для данной конструкции при фиксированной настройкес пру>кипы 4 на величины F и F" разность ХР2 есть величина постоянная и не зависит от текущего значения давления PI.

С другой стороны, из выражений (I) и (II) следует, что при любом фиксированном значении Р*, давления Р1 переключение клапана с низшей ступени на высшую и обратно произойдет при разных значениях давления Р2, отличающихся между собой на величину ХР2, Следовательно, данный клапан имеет релейную характеристику, а величина ЛР2 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 неуравновешенность золотника 3 в промежуточных положениях, что повышает его надежность и улучшает процесс переключения ступеней.

Поскольку гистерезпс зависит только от разности усилий F и F" пружины 4, он определяется лишь ходом поршня 8 и может рсгулироваться винтом 9. Для конкретной трансмиссии желаемая величина гистерезиса определяется при тягово-динамическом расчете транспортного средства и задается в виде разности скоростей его движсния или эквивалентной ей величины

ЬР2. Тогда ход Х поршней 8 однозначно определяется на основании (III).

F — F" = X. Ë = i P, S„ где Х вЂ” жесткость пружины 4.

Таким образом, в описанном клапане автоматического управления возможно, без изменения заранее выбранных размеров, изменение настройки в определенных 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 соотношение сил на поршне 8:

P„S,) F" + P,,„-S„

F l/ или P„)P,,„+ —, в где SB — площадь поршня 8.

При нарушении условия (V) давления питания Р„будет недостаточно для удержания поршня 8 в правом крайнем поло>кении, и оН нс будет выполнять свои функции.

Данный клапан может также успешно работать и прп одном управляющем сигнале Р2, что имеет место при управлении фрикш!Онными муфтами тОлькО по скОрОстп, например, в гидротрансформаторах.

В таких случаях, а также при благоприятных сочетаниях двух управляющих сигналов, клапан может работать и без плун>кера 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 трансмисси и.

При нейтральном поло>кении селектора

37 все клапаны 46---50 и клапаны автоматического управления 56 — 59 находятся в исходном положении, изображенном на фиг. 4. Входной вал трансмиссии вращается двигателем (на фигурах не 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 слива.,i. Трансмиссия находится на нейтрали.

Для включения 1 ступени селектор 37 переводят в позицию 1. 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 1 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 клапану 48 и на вход клапана 56, а с его нормально включенного выхода че1>ез клапан 57 и клапаны 53, 54 и 55 типа

ИЛИ вЂ” 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 Р2 датчика 60 скорости.

887286

10

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 III ступени. Одновременно с нормально выключенного выхода клапана 57 давление поступает на вход клапана 58 блокировки гидротрансформатора на

II I ступени.

При дальнейшем разгоне давление датчика 60 возрастает до величины, соответствующей настройке клапана 58. Последний срабатывает и через клапан 52 подает жидкость в камеру управления исполнительного клапана 50, который, в своюочеречь, 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 íà IV ступени, котопый питается жидкостью от клапана 56.

При замедлении транспортного средства умень.пается давление датчика 60, и клапаны 56 — 59 срабатывают в обратном порядке, возвращаясь в исходные положения, что приводит к разблокировке гидротрансформатора и поочередному включению пи ших ступеней вплоть до П ступени.

В предлагаемой системе автоматизировапы 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 полнопоточному: выходы клапанов автоматического управления могут соединяться непоспедственно с гидроцилиндрамп. Изображенный здесь пилотный вариант схемы соответствует современным тяжелым трансмиссиям. В вих, в частности, в качестве устройства 37 ручного управления могут п сняться электромагнитные клапаны.

Применение данного изобретения позволит значительно простить систему авто20

Зо

60 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 клапан имеет вход, сообщенный с источником давления жидкости, выходы сообщенные с гидроцилиндрами фрикционных муфт смежных высшей и низшей ступеней трансмиссии, и устройство для создания гистерезиса, отл и ч а ющ а я с я 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 поршня управляющего гидроцилиндра соответствует следующему соотношению:

%P S

Х где Х вЂ” ход поршня, м;

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

Х вЂ” жесткость настроечной пружины клапана, Н/м;

5 — площадь торца золотника, на которую действует давление датчика скорости, м .

Источник информации, принятые во внимание при экспертизе !. Айзерман М. А. Автоматика переключения передач. М., Машгиз, 1948, фиг. 40.

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