Система автоматического управления и защиты многоступенчатой трансмиссии транспортного средства

 

Изобретение относится к транспорту и может быть использовано для управления многоступенчатыми трансмиссиями транспортных средств, преимущественно большой мощности и грузоподъемности. Цель изобретения - повышение надежности системы автоматического управления и защиты многоступенчатой трансмиссии. Система (С) содержит исполнительное устройство (ИУ) 2, входы 4 и 5 которого подключены параллельно к выходам блока 10 электромагнитных клапанов и гидравлического устройства 13 (ГУ) защиты от отказов электронного вычислительного устройства 14 (ЭУ). С содержит также устройство ручного управления 15, в которое входит избиратель режимов 16 и переключатели 17 - 19 для выбора направления автоматического, ручного, основного и дублирующего режимов движения. На основном автоматическом режиме блоком 10 управляет ЭУ, от которого поступают гидравлические командные сигналы к ИУ. Такие же сигналы, но с некоторым запаздыванием по скорости, поступают от ГУ и дублируют сигналы ЭУ. При отказе ЭУ проходит команда от ГУ, что исключает возможность аварии, например, при переключении с высшей передачи на низшую при высокой скорости. В случае выхода ЭУ из строя переходит на дублирующее автоматическое управление от ГУ. Этот переход возможен непосредственно во время движения транспортного средства. 3 з.п., 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 60 К 41 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4396511/31-11 (22) 25.03.88 (46) 23.11.89. Бюл. № 43 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР (72) Л. Г. Красневский (53) 629.113.585.2(088.8) (56) Патент США № 4628772, кл. В 60 К 41/06, 1986. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к транспорту и может быть использовано для управления многоступенчатыми трансмиссиями транспортных средств, преимущественно большой мощности и грузоподъемности. Цель изобретения — повышение надежности системы автоматического управления и. защиты многоступенчатой трансмиссии. Система (С) содержит исполнительное устройство (ИУ)

2, входы 4 и 5 которого подключены

„„Я0„„1523417 A1

2 параллельно к выходам блока 10 электромагнитных клапанов и гидравлического устройства 13 (ГУ) зашиты от отказов электронного вычислительного устройства 14 (ЭУ) . С содержит также устройство 15 ручного управления, в которое входит избиратель 16 режимов и переключатели

17 — 19 для выбора направления автоматического, ручного, основного и дублирующего режимов движения. На основном автоматическом режиме блоком 10 управляет ЭУ, от которого поступают гидравлические командные сигналы к ИУ. Такие же сигналы, но с некоторым запаздыванием по скорости, поступают от ГУ и дублируют сигналы ЭУ. При отказе ЭУ проходит команда от ГУ, что исключает возможность аварии, например, при переключении с высшей передачи на низшую при высокой скорости. В случае выхода ЭУ из строя переходит на дублирующее автоматическое управление от ГУ. Этот переход возможен непосредственно во время движения транспортного средства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1523417

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к системам автоматического управления многоступенчатыми трансмиссиями транспортных средств, преимущественно большой мощности и грузоподъем ности.

Цель изобретения — повышение надежности системы путем использования гидравлического устройства защиты в качестве дублирующего автомата при выходе из строя электронного блока управления. 10

На фиг. 1 показана блок-схема системы автоматического управления и защиты; на фиг. 2 — принципиальная схема первого варианта исполнения системы; на фиг. 3 — принципиальная схема второго варианта исполнения системы; на фиг. 4— характеристики системы по фиг. 2; на фиг. 5 — фрагмент характеристик по фиг. 4; на фиг. 6 — варианты коммутации клапана переключения режимов.

Система автоматического управления и за щиты многоступенчатой тра нсмиссии 1 (фиг. 1) с гидроуправляемыми многодисковыми фрикционами (не показаны) содержит исполнительное устройство известной конструкции, имеющее выходы 3, сообшенные с гидроцилиндрами фрикционов трансмиссии 1, и управляющие входы 4 и 5, число которых определяется числом передач.

Исполнительное устройство 2 подключено к напорной гидролинии 6 гидравлического источника давления (гидростанции), 30 а также и дренажной гидролинии 7. Управляющие входы 4 и 5 подключены параллельно к выходам 8 и 9 блока 10 электромагнитных клапанов и к выходам 11 и 12 гидравлического устройства 13 защиты от отказов электронного вычислительного устройства 4.

Система содержит устройство 15 ручного управления, в которое входят обычные многопозиционный избиратель 16 режимов и переключатели 17 и 18 «Последний ход — нейтраль — задний ход» и «Автоматическое управление — ручное управление»> а также дополнительный переключатель 19

«Основное автоматическое управление — дублируюшее автоматическое управление». Вход переключателя 17 подключен к бортовому 45 источнику 20 электp0llliTBHHB, а левый контакт к входу перек.почателя 18, Правые контакты переключателей 17 и 18 подключены к избирателю 16, правый контакт переключателя 19 электролинией 21 подключен к электронному блоку 14 и электролинией 50

22 к электромагнитному клапану 23 переключения режимов. Электролиния 22 может также быть подключена не к электролинии

21, а к правому контакту переключателя

19 (показано пунктиром).

Избиратель 16 имеет выходы 24, подключенные к электронно-вычислительному устройству 14. К последнему подключены также электрические датчики 25 скоростей входного и выходного валов трансмиссии, скорости и нагрузки двигателя и др. Устройство 14 любой из известных конструкций может представлять собой как обычное электронное устройство на аналоговых или дискретных элементах различного исполнения и степени интеграции, так и микропроцессорную систему, т. е. бортовую ЭВМ.

Выходы 26 устройства 14 подключены к электромагнитам клапанов блока 10.

Клапан 23 имеет входы 27 и 28, на которое могут подаваться давления питания от источников, показанных пунктиром, как описано ниже, и выход 29, подключенный к входу устройства 13. К последнему подведено также выходное давление гидравлического датчика 30 скорости, связанного, например, с выходным валом трансмиссии 1.

Кроме того, к устройству 13 может также подключаться датчик нагрузки двигателя

31, изображенный пунктиром.

Трансмиссия 1 может также содержать гидротрансформатор 32 с фрикционом блокировки (не показан), управляемым по гидролинии 33.

Выходы 8 и 9 блока 10 и выходы

11 и 12 устройства 13 могут подключаться к входам 4 и 5 блока 2 посредством клапанов ИЛИ 34 и 35.

Подробное устройство системы показано на фиг. 2 для пары гидроцилиндров 36 и 37, соответствующих двум смежным передачам трансмиссии 1 — высшей и низшей.

Управление большим числом передач обеспечивается соответствующим увеличением числа однотипных элементов.

Устройство 13 защиты содержит двухпозиционный пятилинейный распределитель

38 известной конструкции. Два входа распределителя подключены к дренажной гидролинии 7, а третий — к напорной гидролинии 6. Нормально выключенный выход подключен к выходу 11 устройства 13.

В первой торцовой управляющей камере распределителя размещена настроечная пружина 39 и эта камера подключена к выходу 29 клапана 23. Противоположная камера распределителя 38 подключена к выходу гидравлического датчика 30 скорости. Для управления другими гидроцилиндрами трансмиссии (кроме гидроцилиндров 36 и 37) устройство защиты может иметь дополнительные распределители, аналогичные распределителю 38. Один из них показан тонкими линиями, а его подключение гидролинией 12 к блоку 2 условно показано пунктиром.

Исполнительное устройство 2 представлено в виде одного двухпозиционного четырехлинейного распределителя 40, входные линии которого подключены к напорной 6 и дренажной 7 гидролиниями, а выходные— к гидроцилиндрам 36 и 37. Первый из них, 15234

5 нормально включенный, соответствует низшей, а другой, нормально выключенный высшей передаче.

Блок 10 представлен в виде одиночного пилотного электромагнитного трехлинейно. го нормально выключенного клапана 41, выход которого через клапан ИЛИ 34 подключен к торцовой камере распределителя 40 параллельно выходу 11 устройства 13.

Во втором исполнении системы (фиг. 3) распределитель 42 и клапан 43 подобны 10 распределителю 38 и клапану 41 за исключением того, что напорная гидролиния 6 подключена к выходу 9 постоянно через дроссель 44 и в исходном положении по фиг. 3 они закрыты, т. е. выходы 9 и !! гидравлически изолированы от входов. При таком исполнении не требуется клапан ИЛИ

34 и выходы 9 и 11 непосредственно подключены к торцовой камере распределителя 39.

Устройство работает следующим образом, 2О

Основной режим.

Для движения вперед устанавливают переключатели 17 — 19 в левые положения:

IIX, А, О. При этом устройство 14 настраивается на работу в автоматическом режиме, включается клапан 23 и сообщает выход 29 со входом 28, в результате чего устройство 13 настраивается на работу в режиме защиты как описано ниже.

Воздействием на рычаг избирателя 16 подают сигнал устройства 14 на включение

I передачи трансмиссии 1. Транспортное средство трогается с места и разгоняется.

В дальнейшем все переключения передач производятся автоматически устройством

14, которое выбирает моменты для переключения передач, блокировки и разблокировки гидротрансформатора (при его наличии) в соответствии с текущими условиями движения, определяемыми посредством датчиков 25 по известным алгоритмам. В примере исполнения системы по фиг. 2 первой (низшей) передаче соответ- 40 ствует выключенное состояние клапана 41, при котором распределитель 40 находится в исходном положении и сообщает гидроцилиндр 36 с напорной гидролинией 6.

Для переключения на высшую передачу устройство 14 подает напряжение к клапану 41, который включается и подает давление по линии 9 через клапан ИЛИ 34 в торцовую камеру 40 распределителя.

Последний переключается и сообщает гидроцилиндр 36 с дренажом 7, а гидроцилиндр 37 с гидролинией 6. Включается высшая передача. При стоянке и малой скорости движения распределитель 38 устройства 13 находится в исходном положении по фиг. 2. Выход 11 сообщен с дренажом, что соответствует низшей передаче. 55

Линия 4 сообщена с дренажом через клапан 34 и далее параллельно через клапан

41 и распределитель 38.

17

При повышении скорости движения возрастает давление датчика 30 и под его воздействием распределитель 38 переключается в положение высшей передачи. Выход ! 1 сообщается с напорной линией 6. Однако характеристики устройства 13 выбраны так, что скорость при которой это происходит выше, чем у устройства 14. Давление на выходе 11 появляется по ле того, как оно появилось на выходе 9, т. е: после переключения на высшую передачу.

Таким образом, устройство 13 не препятствует данному переключению.

Аналогично для обратного переключения характеристики выбраны так, что сначала срабатывает устройство 13, а затем 4.

При срабатывании первого из них распределитель 38 возвращается в исходное положение и выход 11 сообщается с дренажом.

Однако остается включенной высшая передача, поскольку движение в гидролинию

4 по прежнему поступает от клапана 41.

Переключение на низшую передачу происходит тогда, когда устройство 14 вклю <ает клапан 4!. Эти процессы иллюстрируются графиками на фиг. 4. Для их пояснения необходимо предварительно рассмотреть работу клапана 23.

Назначение клапана 23 — изменять характеристики (настройку) устройства 13 на основном и дублирующем режимах. Это достигается тем, что в первую камеру 38 распределителя на указанных режимах подается давление от разных источников и, следовательно, разной величины. Поскольку в системе обычно имеется несколько различных источников, возможны многочисленные варианты коммутации с ними входов 27 и 28 клапана 23 в зависимости от требований к системе и конструктивных соображений. Для исполнения системы по фиг. 1 и 2 часть из этих вариантов показана в таблице на фиг. 6. Здесь имеются следующие источники: напорная гидролиния 6 (высокое давление, постоянное или переменное), дренажная гидролиния 7 (нулевое избыточное давление), датчик 30 скорости (переменное давление, изменяющееся в зависимости от скорости в пределах от нуля до высокого). Дополнительно введен датчик

3! нагрузки, обычно применяемый в гидросистемах автоматики.

Из перечисленных в таблице вариантов характеристикам на фиг. 4 соответствуют два первых (с подключением датчиков 30 и 31). На основном режиме клапан 23 подает на выход 29 давление датчика 31 и характеристика устройства 13 в этом слунае соответствует обычным гидравлическим автоматам.

Как известно, в координатах давлений датчиков 30 и 31 характеристики таких автоматов для переключений на высшую передачу и на низшую изображаются наклонными прямыми линиями 45 и 47. Ана1523417

55 логичные характеристики устройства 14, в общем случае нелинейные, изображены кривыми 46 и 48 (фиг. 4 а). Как видно из графика, линии 45 и 47, принадлежащие устройству 13, сдвинуты относительно кривых 46 и 48 в сторону высоких скоростей.

При произвольном фиксированном положении педали газа, соответствующем горизонтальной линии 49, моментам переключения передач соответствуют точки ее пересечения с линиями 45 — 48.

На фиг. 4 б, в отдельно показаны соответствующие релейные характеристики для устройств 13 и 14.

На фиг. 4 г показано изменение суммарного количества сигналов на включение высшей и низшей передач, полученное с помощью графиков 4 а, в (где В, Н вЂ” высшая и низшая передачи; ВВ, ВН вЂ” точки переключений «Вверх» и «Вниз»). Под сигналами подразумеваются соответствующие команды устройств 13 и 14. В определенных зонах их команды дублируют друг друга.

Работа при отказах вычислительного устройства 14 на основном режиме.

Как видно из описанного выше, при отказе устройства 14 во время движения с высокой скоростью на высшей передаче— внезапном исчезновении напряжения на электромагните клапана 41 — переключение на низшую передачу не происходит. Если скорость снижается до значения левее линии

47, то переключение выполняет устройство

13, Поскольку линия 47 лежит близко к линии 48 нормального переключения вниз, данное переключение не представляет опасности. Таким образом, устройство 13 защищает трансмиссию 1 от поломки при данном отказе. При большем числе передач аналогичную защиту может иметь каждая из них. На фиг. 4 а в этом случае будут дополнительные семейства кривых, одно из которых показано штрих-пунктиром. Очевидно, что в таком случае при отказе описанного типа устройство 13 обеспечивает переключение на соседнюю низшую передачу и не допускает переключение с пропуском передач.

Работа на дублирующем режиме.

В случае отказа вычислительного устройства !4 переходят на дублирующий режим автоматического управления,, для чего переключатель переводят в правое положение «Р». При этом отключаются устройство 14 и клапан 23. В соответствии с таблицей на фиг. 6 гидролиния 29 сообщается с источником 30 или с дренажом 7 вместо источника 31. 3а счет этого характеристики устройства 13 изменяются и принимают вид прямых 50 и 51 (фиг. 4), в соответствии с которыми устройство 13 производит автоматические переключения пе5

1О

35 редач при постоянных значениях скоростей движения. Это позволяет продолжать экСплуатацию транспортного средства, хотя и с несколько худшими технико-экономическими показателями, до устранения отказа. Очевидно, что эти характеристики могут быть улучшены в случае использования и на этом режиме датчика нагрузки, что несколько усложняет клапан 23.

Отказы, приводящие к переключению на высшую передачу, не рассматриваются, поскольку они не столь опасны.

Работа на режиме ручного управления.

Ручное управление используется при осуществлении маневрирования транспортного средства, а также в случаях, когда автоматическое нежелательно по условиям движения. Переход на ручной режим осуществляется переводом переключателя 18 в положение Р, а изменение направления движения — допол нительно переводом переключателя 17. Ручные переключения выполняются с помощью избирателя 16.

Как видно из фиг. 1, при переводе переключателя 18 в положение P устройства

14 и 23 отключаются от сети я последнее из них переводит систему на описанный выше дублирующий режим. Предполагается, что ручное управление используется при маневрировании, т. е. на очень малых скоростях, которые ниже скоростей автоматических переключений, соответствующих настройке устройства 13 на этом режиме. В случае увеличения скорости движения целесообразно переходить с ручного на (основное или дублирующее) автоматическое управление.

Очевидно, что при желании исключить возможность работы устройства 13 на ручном режиме в схему могут быть введены дополнительные известные элементы, например отключающие питание устройства 13 и т. д., которые не включены в описание для его упрощения.

Во втором варианте исйолнения системы на низшей передаче клапан 43 и распределитель 42 находятся в исходном положении по фиг. 3. Давление из напорной магистрали 6 проходит через дроссель 44 в линию 4 и переключает распределитель 40.

Включается гидроцилиндр 36 низшей передачи. Для переключения на высшую включают клапан 43, который сообщает линии 4, 9 и 11 с дренажом. Давление в них за счет перепада на дросселе 44 падает, распределитель 40 возвращается в исходное положение по фиг. 3 и включается высшая передача. Аналогично, но при больших скоростях, срабатывает распределитель 42.

При данном исполнении упрощается клапан 43 и не нужен клапан 34.

Целесообразность применения наклонных характеристик устройства 13 в режиме защиты иллюстрируется графиком фиг. 5

1523417

10 нажную гидролинии и бортовой источник электропитания, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем использования гидравлического устройства защиты в качестве дублирующего автомата при выходе из строя электронного блока, она дополнительно снабжена двухпозиционным электромагнитным клапаном, имеющим по крайней мере два входа и выход, электрическим ручным переключателем основного

1О и дублирующего режимов автоматического управления для подключения вычислительного устройства и электромагнитного клапана к источнику электропитания; гидравлическим датчиком нагрузки двигателя, при

15 этом выход электромагнитного клапана подключен к первым камерам распределителей, первый вход подключен к упомянутому датчику нагрузки, а второй вход альтернативно — к, напорной, дренажной гидролинии и гидролинии датчика скорости.

20 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электромагнитный клапан и вычислительное устройство подключены к одному контакту переключателя, причем электромагнитный клапан выполнен с нормально

25 сообщенными между собой вторым входом и выходом. в координатах скорость — положение педали газа. Если бы его настройка соответствовала прямым 52 и 53 (аналогично известной системе), то в зоне, заштрихованной горизонтально, переключение вверх происходило бы намного раньше поступления команды от устройства 14, а в зоне вертикальной штриховки переключение вниз произошло бы намного позже поступления команды. Это ухудшило бы характеристики переключений по сравнению с оптимальными.

Вынос линий 52 и 53 за пределы указанных характеристик ухудшает защиту, так как повышаются скорости, при которых происходит ее срабатывание.

Формула изобретения

26 фиг.2

1. Система автоматического управления и защиты многоступенчатой трансмиссии транспортного средства преимущественно большой мощности и грузоподъемности, содержащая исполнительное устройство для подачи давления жидкости в гидроцилиндры фрикционов трансмиссии, блок электромагнитных клапанов, имеющих выходы, подключенные к управляющим входам исполнительного устройства, электронное вычислительное устройство для автоматического управления электромагнитными клапанами, гидравлическое устройство защиты от отказов вычислительного устройства, содержащее золотниковые распределители, каждый из которых содержит по крайней мере две торцовые управляющие камеры, в первой из которых размещена настроечная пружина, и по крайней мере один выход, подключенный к одному из упомянутых управляющих входов исполнительного устройства, гидравлический датчик скорости элементов трансмиссии, подключенный к вторым управляющим камерам распределителей, напорную и дре3. Система по и. 1, отличающаяся тем, что электромагнитный клапан и вычислительное устройство подключены к разноимен30 ным контактам переключателя, прн этом электромагнитный клапан выполнен с нормально сообщенными между собой первым входом и выходом.

4. Система по и. 1, отличающаяся тем, что одноименные выходы блока элект35 ромагнитных клапанов и устройства защиты подключены к соответствч ющим входам исполнительного механизма через двухвходовые клапаны ИЛИ

1523417

26

Балете альчики csopacmu

Фиг, 1523417 1

Ъ ь

Скарасль

Фиг.5

Составитель А. Барыков

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор Т. Малец

Заказ 6942/18 Тираж 528 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101