Способ управления трансмиссией транспортной машины и устройство для его осуществления

 

Использование: в области транспортных средств, а именно в механических трансмиссиях транспортных средств, содержащих ступенчатую коробку передач. Сущность изобретения: способ управления трансмиссией заключается в преобразовании сигнала частоты в релейную по частоте характеристику звена, управляющего передачей. Устройство управления трансмиссией содержит датчик частоты вала, кинематически связанный с управляющим передачей звеном с релейной характеристикой, снабжено электрическим датчиком полного включения и выключения сцепления и датчиком направления переключения ступеней в коробке передач, электрически связанными с двумя корректирующими устройствами, выходные звенья которых имеют возможность избирательного взаимодействия до полного включения сцепления с управляющим передачей звеном, кинематически связанным с клапаном управления звеном. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Известны механические трансмиссии, содержащие ступенчатую коробку передач с ручным переключением ступеней, имеющую включаемый зубчатой муфтой делитель. Например, коробка передач автомобиля КамАЗ (Автомобили КамАЗ. М. Машиностроение, 1985, с. 116, рис. 71 и рис. 73). Передний делитель в этой трансмиссии удваивает число ступеней коробки передач. Управление делителем в такой трансмиссии состоит из двух последовательных операций, выполняемых водителем. Это предварительный выбор ступени в делителе, выполненный посредством переключателя, установленного, например, на рычаге переключения передач, и последующее нажатие педали сцепления, приводящее к подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр переключения ступени в делителе.

В известной трансмиссии переключение ступеней в делителе занимает определенное время, происходит с разрывом потока мощности (так как требуется выключение сцепления) и увеличивает нагрузку водителя по управлению трансмиссией. Правильность выбора ступени делителя и момента переключения в делителе осуществляется самим водителем, что при малом передаточном числе делителя не может быть оптимальным. Кроме того, устройство переключений ступеней в делителе не согласовано с механизмом переключения в коробке передач. В результате этого на ряде режимов движения (разгон транспортной машины, движение при быстром изменении дорожного сопротивления и т.д.) эффективное использование делителя оказывается практически невозможным.

Поэтому, как правило, водитель пользуется делителем только на установившихся режимах движения транспортной машины, например, на загородном шоссе. Таким образом, в известной трансмиссии оказывается невозможным оптимальное использование всего ряда передаточных чисел на всех режимах движения транспортной машины. Следствием изложенного является снижение тягово-динамических и топливно-экономических показателей транспортной машины.

Известна также трансмиссия транспортного средства по авт. св. N 1414670А1, кл. B 60 K 41/22. Основной целью этого изобретения является повышение надежности за счет использования мокрой гидравлически управляемой фрикционной муфты сцепления дополнительно к сухому сцеплению.

При каждом выключении сухого сцепления и последующем включении или переключении ступени в коробке передач выключается и гидравлически управляемая мокрая фрикционная муфта сцепления, соединяющая солнечное колесо планетарной передачи с корпусом. Последующее включение сухого сцепления и мокрой фрикционной муфты сцепления осуществляется последовательно: сначала включается сухое сцепление, а затем мокрая фрикционная муфта сцепления, производящая соединение двигателя с коробкой передач при ранее полностью включенном сухом сцеплении.

В этой трансмиссии при каждом выключении сухого сцепления происходит также принудительное отключение фрикционной муфты блокировки планетарной передачи. Такое устройство управления при переключении с высшей на низшую ступень в коробке передач является нерациональным, т.к. приводит к чрезмерно большому изменению передаточного числа трансмиссии (передаточное число включенной понижающей ступени в коробке передач, умноженной на передаточное число планетарной передачи).

Следствием этого является невозможность рационального использования всего ряда передаточных чисел трансмиссии, что ведет к снижению тягово-динамических и топливно-экономических показателей транспортного средства. Кроме того, отмеченное увеличение передаточного числа трансмиссии при переключении на понижающую ступень в коробке передач приводит к существенной динамической нагрузке в трансмиссии при включении мокрой фрикционной муфты сцепления.

К другим недостаткам технического решения по авт. св. N 1414670 следует отнести увеличение времени процесса переключения ступеней в коробке передач, т. к. сухое сцепление и мокрая фрикционная муфта сцепления включаются последовательно.

Целью изобретения является устранение всех недостатков, присущих известным техническим решениям, и за счет этого улучшение тягово-динамических и топливно-экономических показателей транспортной машины при облегчении управления трансмиссией, а также повышение ее долговечности.

Это достигается тем, что механическая трансмиссия транспортной машины, содержащая блокируемую передачу, сцепление и ступенчатую коробку передач, управляется по новому изобретенному способу, использующему сигнал частоты вращения вала передачи, преобразуемый в релейную по упомянутой частоте характеристику управляющего передачей звена. Кроме того, снимают сигнал полного включения и выключения сцепления, а также сигнал направления переключения в коробке передач. Из этих сигналов формируется другой сигнал, взаимодействующий с упомянутым сигналом частоты непосредственно или через управляющее передачей звено, при этом при переключении с низшей ступени на высшую суммарное действие сигналов на управляющее передачей звено уменьшается, а при переключении с высшей ступени на низшую увеличивается. Предусмотрена также возможность подачи на управляющее передачей звено с релейной по частоте характеристикой дополнительного сигнала нагрузки транспортной машины.

Предложенный способ управления трансмиссией транспортной машины реализуется с помощью изобретенного устройства управления трансмиссией транспортной машины, содержащего датчик частоты вращения вала трансмиссии, кинематически связанный с управляющим передачей звеном с релейной характеристикой, снабженного также электрическим датчиком полного включения и выключения сцепления и датчиком направления переключения ступеней в коробке передач, электрически связанным с двумя корректирующими устройствами, выходные звенья которых имеют возможность избирательного взаимодействия до полного включения сцепления с управляющим передачей звеном, кинематически связанным с золотниковым клапаном управления передачей.

Предложен также ряд конструктивных вариантов устройства управления трансмиссией и ее составных звеньев.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема трансмиссии; на фиг.2 - принципиальная схема устройства управления трансмиссией; на фиг.3 график работы устройства управления передачей трансмиссии; на фиг.4 график работы датчика сцепления; на фиг.5 вариант конструктивного выполнения датчика сцепления; на фиг.6 вариант конструктивного выполнения датчика направления переключения ступеней; на фиг. 7 график тяговых характеристик трансмиссии; на фиг.8 вариант датчика сцепления с использованием реле; на фиг.9 -вариант устройства управления трансмиссией (по фиг.1); на фиг.10 принципиальная схема варианта датчика направление-время переключения ступеней; на фиг.11 - конструктивная схема устройства управления концевыми выключателями для схемы по фиг.10; на фиг.12 вариант устройства управления трансмиссией с электрическим датчиком частоты вращения.

Трансмиссия (фиг. 1) содержит, например, установленную в корпусе 1 3-звенную зубчатую планетарную передачу, солнечное колесо 2 которой через муфту свободного хода 3 соединено с корпусом 1. Водило 4 планетарной передачи с установленными на нем сателлитами 5, например, через вал 6 соединено со сцеплением 7.

Корона 8 планетарной передачи, например, посредством вала 9 приводится во вращение от двигателя внутреннего сгорания (не показан). Водило 4 и корона 8 соединены между собой другой муфтой свободного хода 10. Водило 4 и корона 8 могут блокироваться с помощью фрикционной муфты 11, содержащей фрикционный диск 12, кольцевой поршень 13 и предварительно поджатую диафрагменную пружину 14. Включение фрикционной муфты 11 осуществляется при подаче в полость 15 масла под давлением.

При передаче крутящего момента от двигателя к сцеплению 7 через планетарную передачу муфта свободного хода 3, воспринимающая реактивный крутящий момент, заклинена.

При включении фрикционной муфты 11 муфта свободного хода 3 находится в режиме свободного хода.

Муфта свободного хода 10 заклинена на режиме торможения транспортной машины двигателем внутреннего сгорания. На тяговом режиме работы, когда вал 9 обгоняет вал 6, муфта свободного хода 10 находится в режиме свободного хода.

Сцепление 7 состоит из опорного диска 16, нажимного диска 17 и расположенного между ними ведомого фрикционного диска 18. Между опорным диском 16 и нажимным диском 17 установлена предварительно сжатая диафрагменная пружина 19. Ведомый диск 18 сцепления по шлицам свободно надет на первичный вал 20 ступенчатой коробки передач 21. Включение ступеней в коробке передач 21 производится, например, механизмом переключения 22 с помощью рычага 23. Выходной вал 24 коробки передач 21 соединен с ведущими колесами транспортной машины (не показан).

Управление сцеплением 7 осуществляется с помощью рычага 25, педали 26 и, например, тяги 27.

Трансмиссия содержит масляный насос 28, приводимый, например, от двигателя. Параллельно масляному насосу 28 установлен ограничительный клапан 29, поддерживающий в напорной магистрали 30 приблизительно постоянное избыточное давление масла. Масло для работы трансмиссии находится в поддоне 31.

Включение фрикционной муфты 11 осуществляется золотниковым клапаном управления передачей 32 при перемещении его подпружиненного золотника 33 вправо (фиг. 2). При этом напорная магистраль 30 соединяется с магистралью 34, связанной с полостью 15.

В положении золотника 33, показанном на фиг.2, полость 15 фрикционной муфты 11 через отверстие 35 соединена с поддоном 31, поэтому фрикционная муфта 11 выключена. При выключенной фрикционной муфте 11 крутящий момент от двигателя к сцеплению передается через планетарную передачу с передаточным числом i_п. Оптимальное значение i_п для данной трансмиссии, в зависимости от типа транспортной машины, равно i_п 1,2-1,35.

Если же планетарная передача заблокирована фрикционной муфтой 11, то крутящий момент от двигателя к сцеплению передается напрямую, т.е. i_пб 1,0.

Управление включением и выключением фрикционной муфты 11 выполняется устройством управления передачей 36 путем воздействия на золотник 33 клапана управления передачей 32.

Устройство управления передачей 32 содержит датчик частоты вращения 37, например, в виде центробежного регулятора, приводимого от вала 9, соединенного с двигателем, или от вала 6, соединенного с водилом 4. Шток 38 центробежного регулятора 37 имеет возможность воздействовать на являющийся управляющим звеном рычаг 39, поджимаемый относительно корпуса 1 пружиной 40. Рычаг 39 может воздействовать на электрический выключатель 41, подключающий электромагнит 42 к аккумулятору 43.

При срабатывании электромагнита 42 его шток перемещает золотник 33 вправо.

Устройство управления передачей 36 содержит также датчик нагрузки двигателя, выполненный, например, в виде пружины 44, соединенной с педалью подачи топлива в двигатель.

На графике фиг.3 работы устройства управления передачей 36 приняты следующие обозначения: α степень нажатия педали подачи топлива, при a = 0 педаль подачи топлива отпущена; α = 1,0 соответствует полной подаче топлива; n частота вращения вала 9 передачи, n₀ минимальная частота вращения на режиме холостого хода, n₁ частота выключения фрикционной муфты 11 при α = 0, n₂ частота выключения фрикционной муфты 11 при α = 1,0, n₃ частота включения фрикционной муфты 11 при α = 0, n₄ частота включения фрикционной муфты 11 при α = 1,0, n_N частота максимальной мощности двигателя.

При постоянном нажатии педали 45 подачи топлива включение и выключение фрикционной муфты 11, происходящее под действием устройства управления передачей 36, выполняется с определенным гистерезисом по частоте (фиг.3), например, за счет релейных свойств датчика частоты 37. В устройстве управления трансмиссией также имеется блок направление-время переключения ступеней 46, содержащий электрический датчик сцепления (ДС), на фиг.2 обозначенный позицией 47 в виде замыкаемой от привода сцепления электрической цепи выключателем 48. Электрический датчик сцепления 47 включается (т.е. коммутирующая клемма 49 датчика 47 соединяется с массой) при нажатии на педаль 26 по полного выключения сцепления 7, а выключается при полном включении сцепления. Передача управляющего воздействия от рычага 25 сцепления к датчику сцепления 47 показано стрелкой (фиг.1, 2).

На графике, представленном на фиг.4, приведена статическая характеристика работы датчика сцепления 47 (ДС).

Здесь: l_c перемещение (ход) педали 26 сцепления,
l_вс перемещение педали, необходимое для полного выключения сцепления,
l_o свободный ход педали сцепления.

Ось ординат на фиг. 4 характеризует состояние электрической цепи на клемме 49. При нуле цепь клеммы 49 разомкнута, а при единице замкнута на массу. Согласно фиг.4 датчик сцепления имеет релейные свойства.

В блок 46 также входит реле 50, имеющее управляемую самоблокировкой цепь, например, с контактами реле 51, а также датчик направления переключения ступеней 52, управляемый от механизма переключения 22 в коробке передач 21. Передача управляющего воздействия от механизма переключения передачи 22 к датчику направления переключения ступеней 52 на фиг.1 и 2 показана стрелкой. Принятый термин датчик направления переключения ступеней определяет функцию этого датчика. Датчик 52 избирательно реагирует на направление проводимого переключения в коробке передач 21, т.е. учитывает, что переключение проводится на ступень с большим или меньшим передаточным числом (т.е. на более низкую или более высокую ступень) по сравнению с ранее включенной ступенью.

С целью обеспечения срабатывания реле 50 только при наличии сигнала датчика направления переключения ступеней 52 и датчика сцепления 47 в блок 46 введен диод 53.

Блок 46 имеет два электрических выхода: 54 и 55. Выход 54 соединен с корректирующим устройством 46, а выход 55 с корректирующим устройством 57, которые выполнены, например, в виде электромагнитов. При срабатывании, корректирующее устройство 57 ослабляет сигнал, поступающий от датчика частоты 37.

При срабатывании корректирующего устройства 56 эффективность действия датчика частоты 37 возрастает, т.к. сигналы датчика частоты и корректирующего устройства 56 складываются.

Вариант конструктивного выполнения датчика сцепления 47 (фиг.5) содержит цилиндр 58, внутри которого расположено разрезное упругое кольцо 59, передаваемое вдоль цилиндра 58 с определенным трением.

Кольцо 59 имеет скос 60, с помощью которого через шарик 61 можно управлять (включать-выключать) электрической цепью 48 датчика сцепления 47. Внутри цилиндра 58 также находится каретка 62, имеющая с двух сторон от кольца 59 торцовые упоры 63 и 64. Через шток 65 каретка 62 соединена с рычагом 25 сцепления 7.

При нажатии на педаль 26 тяга 27 перемещает влево каретку 62 (фиг.5), которая посредством штока 65 производит выключение сцепления 7. При полном выключении сцепления (i_вс) торец 64 каретки 62 надавливает на кольцо 59, которое, сдвигаясь влево, посредством скоса 60 производит замыкание контактов электрической цепи 48, т.е. происходит срабатывание датчика сцепления 47.

При включении сцепления, производимого путем отпускания педали 26, каретка 62 начинает перемещаться вправо, т.е. возвращается в исходное положение.

Благодаря трению кольца 59 о стенки цилиндра 58 включатель 48 остается замкнутым. При полном включении сцепления (l₀) торец 63 каретки 62 надавливает на кольцо 59, отодвигая его вправо. При этом контакты выключателя 48 размыкаются. Таким образом, датчик сцепления 47 (фиг.5) работает в соответствии с графиком по фиг.4.

Вариант датчика направления переключения ступеней 52 (фиг.6) содержит рукоятку 66 рычага переключения 23, внутри которой расположен, например, выключатель, управляемый с помощью кнопки 67. Кнопка 67 нажимается, например, большим пальцем руки водителя только при переключении на понижающую ступень в коробке передач 21. Для удобства управления рукоятка 66 имеет, например, Т-образную форму.

Рассмотрим процесс трогания с места и разгона транспортной машины с трансмиссией, содержащей, например 3-ступенчатую коробку передач 21, например, с передаточными числами ступеней: i₁ 3,1 > i₂ 1,7 > i₃ 1,0.

При трогании транспортной машины с места водитель нажимает педаль 26, полностью выключает сцепление 7 и включает ступень i₁ в коробке передач. Благодаря замыканию цепи 48 (фиг.2) датчика сцепления 47 на клеммах 55 выхода релейного блока 46 появляется напряжение, под действием которого срабатывает корректирующее устройство 57, предотвращая возможность включения фрикционной муфты 11 блокировки планетарной передачи. Следовательно, двигатель и опорный диск 16 сцепления 7 гарантированно соединены через передаточное число i_п планетарной передачи.

Трогание транспортной машины с места осуществляется при отпускании водителем педали 26. В результате этого в процессе пробуксовки между дисками 16, 17 и ведомым диском 18 происходит включение сцепления и разгон первичного вала 20 коробки передач. После полного включения сцепления 7 общее передаточное число в трансмиссии равно i_1П i_Пi₁, корректирующее устройство 57 отключается.

Далее, например, при полном нажатии педали подачи топлива 45 (α = 1,0, на фиг.3) происходит разгон транспортной машины при общем передаточном числе в трансмиссии i_1П (фиг.7). На фиг.7 М₂₄ величина крутящего момента на выходном валу 24 коробки передач 21, а n₂₄ -частота вращения выходного вала 24.

При увеличении частоты двигателя до n₄ (фиг.3) происходит замыкание выключателя 41 и включается блокировка планетарной передачи фрикционной муфты 11. Рабочая точка, характеризующая максимальный крутящий момент на выходном валу 24, с кривой, соответствующей i_1П в точке А, по стрелке перемещается на кривую, соответствующую передаточному числу i₁ (фиг.7). Дальнейший разгон транспортной машины, т.е. увеличение n₂₄, происходит при передаточном числе трансмиссии, равном i₁.

При достижении двигателем частоты n_N, соответствующей максимальной мощности двигателя, водитель производит переключение на вторую ступень в коробке передач с передаточным числом i₂. Он отпускает педаль подачи топлива 45 и полностью выключает сцепление 7. Опять срабатывает корректирующее устройство 57, которое, преодолевая действие датчика частоты 37, принудительно производит разблокировку фрикционной муфты 11, т.е. принудительно включается планетарная передача с передаточным числом i_п. На фиг.3 штрих-пунктирной линией показан требуемый сдвиг характеристики устройства управления передачей 36 с помощью корректирующего устройства 57, что равносильно выключению из работы датчика частоты 37.

После включения в коробке передач второй ступени с передаточным числом i₂ и последующего полного включения сцепления, общее передаточное число трансмиссии будет равно i_2п i_пi₂. Рабочая точка, характеризующая максимальный крутящий момент на выходном валу 24, с кривой, соответствующей i₁, в точке Б переместится на кривую, соответствующею i_2п (фиг.7).

Дальнейший разгон транспортной машины (α = 1,0) опять происходит до частоты вращения n₄ после чего срабатывает фрикционная муфта 11 блокировки планетарной передачи и в точке В происходит переход с кривой, соответствующей i_2п, на кривую, соответствующую i₂.

Аналогичный процесс произойдет и при дальнейшем разгоне транспортной машины с переключением в точке Г (фиг.7) на третью ступень в коробке передач с передаточным числом i₃. В процессе указанного переключения фрикционная муфта 11 опять будет принудительно выключена. Поэтому в трансмиссии установится передаточное число i_3п i_пi₃, с автоматическим переходом по мере разгона транспортной машины в точке Д (фиг.7) на передаточное число i₃, которое будет реализовано до точке Е, соответствующей максимальной частоте вращения выходного вала 24 коробки передач 21.

В данном частном случае i₃ 1,0, поэтому выходной вал 24 коробки передач может разгоняться с частоты n'₄ n₄/i_п до максимальной частоты n_N.

В процессе трогания с места и разгона транспортной машины водитель выключает сцепление и включает в коробке передач только три ступени.

Однако, тяговые характеристики получились эквивалентными использованию 6-ступенчатой механической трансмиссии. Это позволяет получить отмеченные на фиг. 7 области дополнительной реализации мощности, что улучшает тягово-динамические показатели транспортной машины. При этом переключения с i_1П на i₁, с i_2П на i₂ и с i_3П на i₃ проводится автоматически фрикционной муфтой 11 без выключения сцепления, т.е. без разрыва потока мощности в трансмиссии, что также улучшает динамику разгона транспортной машины.

При увеличении сопротивления движению транспортной машины до значения, превышающего крутящий момент, соответствующий точке Е (фиг.7), начинается снижение частоты n₂₄. Если при этом частота n₂₄ уменьшится до значения n₂, то при α = 1,0, согласно характеристике устройства управления передачей 36 (фиг. 3), произойдет блокирование фрикционной муфты 11 и в трансмиссии установится передача i_3п i_пi₃, что повысит крутящий момент M₂₄.

При дальнейшем возрастании сопротивления движению транспортной машины и падении n₂₄ до значения n₂₄ ≅ n₅ (фиг.7), водитель будет вынужден включить в коробке передач 21 более низкую ступень i₂. Но, согласно графика фиг.3, в это время в трансмиссии работает планетарная передача с передаточным числом i_п. Поэтому, одновременно с началом выключения сцепления срабатывает датчик направления переключения ступеней 52, например, путем нажатия кнопки 67. Обмотка реле 50 подключается к аккумулятору 43, это реле срабатывает, а его контакты 51 перебрасываются вправо, переводя реле 50 в режим самоблокировки до момента окончания включения ступени с передаточным числом i₂ и полного включения сцепления. На выходе блока 46 появляется управляющее напряжение, под действием которого срабатывает корректирующее устройство 56, помогая скоростному датчику частоты 37 принудительно включать фрикционную муфту 11, т.е. заблокировать планетарную передачу. После полного включения сцепления 7 корректирующее устройство 56 отключается.

Аналогично происходит процесс переключения и на другие понижающие ступени в коробке передач 21. Таким образом, при последовательном переключении водителем понижающих ступеней в коробке передач также последовательно используется весь ряд передаточных чисел трансмиссии.

При движении на любой из ступеней в коробке передач, в зависимости от дорожных условий, устройство управления передачей 36 автоматически, без разрыва потока мощности, включает планетарную передачу с передаточным числом i_п, или ее блокирует фрикционной муфтой 11.

Изложенное показывает, что на всех режимах движения транспортной машины всегда последовательно используется весь ряд передаточных чисел трансмиссии. Благодаря этому, кроме указанных областей дополнительной реализации мощности, существуют и используются области повышенной топливной экономичности, также отмеченные на фиг.7.

Автоматическое управление планетарной передачей с помощью фрикционной муфты 11 обеспечивает при эксплуатации транспортной машины снижение требуемого количества производимых водителем переключений ступеней в коробке передач 21 и выключений сцепления, т.е. упрощается и облегчается управление трансмиссией.

Если датчик 37 работает по частоте вала двигателя, то для предотвращения появления цикличности включения-выключения фрикционной муфты 11 необходимо, чтобы устройство управления передачей 36 имело гистерезис Г n₄/n₂ > i_п Это связано с тем, что после блокировки планетарной передачи частоты двигателя и вала 6 становятся равными, поэтому разблокировка планетарной передачи практически происходит по частоте вала 6, т.е. по частоте вращения водила 4. Те же режимы по управлению планетарной передачей можно получить, если датчик частоты 37 приводится от вала 6, но с гистерезисом

где Г₁ Г/i_п.

Благодаря тому, что датчик сцепления 47 имеет заданную релейную характеристику (фиг.4), включение в работу корректирующих устройств 56 и 57 возможно только после полного выключения сцепления 7. Это предотвращает появление толчков в трансмиссии при принудительном управлении фрикционной муфтой 11. Такое техническое решение также ликвидирует возможность циклической работы фрикционной муфты 11 блокировки планетарной передачи, т.к. задействованное корректирующее устройство (56 или 57) отключается только после полного включения сцепления.

Известно, что наибольшая работа буксования в сцеплении происходит при трогании транспортной машины с места. Величина указанной работы буксования обратно пропорциональна квадрату передаточного числа трансмиссии. В связи с тем, что при каждом трогании транспортной машины включается планетарная передача с передаточным числом i_п, долговечность сцепления 7 повышается в i²_n раз.

При переключении ступеней в коробке передач во время движения транспортной машины корректирующие устройства 56 и 57, управляя блокировкой планетарной передачи, всегда снижают начальную разность угловых скоростей опорного 16 и ведомого 18 дисков. В процессе включения сцепления 7 это дополнительно снижает работу буксования в сцеплении, следовательно повышает долговечность сцепления.

Наличие датчика нагрузки двигателя 45 не является обязательным для работы устройства управления трансмиссией (фиг.2), однако его введение расширяет области экономичной работы транспортной машины.

Перечисленные преимущества, получаемые при эксплуатации транспортной машины, есть следствие применения в устройстве управления ее трансмиссии, состоящей из блокируемой планетарной передачи, сцепления и ступенчатой коробки передач, изобретенного нового способа управления. Изобретенный способ включает преобразование сигнала частоты вращения одного из валов планетарной передачи в релейную по упомянутой частоте характеристику звена, управляющего планетарной передачей. Используется также сигнал полного выключения и полного включения сцепления и сигнал направления переключения ступени в коробке передач. Из них формируется другой сигнал, взаимодействующий с упомянутым сигналом частоты вращения непосредственно, или через управляющее планетарной передачей звено, при этом при переключении с низшей ступени на высшую суммарное действие сигналов на управляющее звено уменьшается, а при переключении с высшей на низшую -увеличивается.

Режим торможения транспортной машины двигателем обеспечивается на любой ступени в коробке передач за счет заклинивания муфты свободного хода 10.

В трансмиссии транспортной машины по фиг.1 коробка передач может иметь любое число ступеней. В трансмиссии по фиг.1 взамен планетарной блокируемой передачи может быть использована вальная, блокируемая фрикционной муфтой передача.

На транспортных машинах часто применяется гидравлический привод сцепления. Гидропривод для управления сцеплением 7 содержит главный гидроцилиндр 68, соединенный трубопроводом 69 с исполнительным гидроцилиндром 70, шток 71 которого связан с рычагом 25 сцепления (фиг.8). Датчик сцепления 47 (фиг.8) содержит соединенные с трубопроводом 69 электрические датчики давления 72 и 73. Контакты датчика давления 72 срабатывают (замыкаются) при малом давлении в трубопроводе 69, соответствующем начальному ходу (l₀) педали 26. Контакты датчика давления 73 замыкаются при более высоком давлении, соответствующем полному выключению сцепления 7 и ходу (l_вс) педали 26. Кроме того, датчик сцепления по фиг.8 содержит реле с обмоткой 74 и контактами 75, а также диод 76.

На начальном этапе нажатия педали 26 замыкаются контакты датчика давления 72, однако клемма 49 с массой не соединяется, т.к. контакты 75 реле и контакты датчика давления 73 разомкнуты.

При полном выключении сцепления 7 замыкаются контакты датчика давления 73. Выходная клемма 49 датчика сцепления соединяется с массой, т.е. происходит срабатывание датчика сцепления 47. Одновременно происходит срабатывание реле 74, его контакты 75 замыкаются, переводя реле в режим самоблокировки через замкнутые контакты датчика давления 72. При отпускании педали 26, в процессе включения сцепления 7, размыкаются контакты датчика давления 73. Но так как реле 74 находится в режиме самоблокировки через контакты датчика давления 72, то клемма 49 остается соединенной с массой. При полном включении сцепления 7 размыкаются контакты датчика давления 72, что приводит к разрыву электрической цепи между клеммой 49 и массой, т.е. к выключению датчика сцепления. Таким образом, датчик сцепления по фиг.8 имеет релейную характеристику выключения-включения сцепления в соответствии с фиг.4. Поэтому датчик сцепления по фиг.8 может применяться в блоке направление-время переключения ступеней 46 (фиг.2).

Вариант схемы управления трансмиссией (фиг.9) отличается тем, что осевое перемещение золотника 33 клапана 32 осуществляется непосредственно рычагом 39 устройства управления передачей 36. Корректирующие устройства 56 и 57, выполненные в виде электромагнитов, имеют возможность воздействия на рычаг 39 через переключающие клапаны 77 и 78, соединенные трубопроводами с сервоцилиндрами 79, 80 и источником давления 81, например, с пневморесивером. В остальном схема управления по фиг.9 работает аналогично с ранее описанной схемой по фиг. 2. Вариант схемы управления трансмиссией по фиг.9 целесообразно применять на транспортных машинах, снабженных компрессором. В качестве датчика сцепления в схеме по фиг.9 могут применяться технические решения по фиг.5 и 8.

Вариант блока направление-время переключения ступеней 46 содержит делитель напряжения, выполненный на резисторах 82 85, и концевые выключатели 86 88, управляемые от механизма переключения 22 коробки передач 21 (фиг.10). При включении любой ступени в коробке передач 21 происходит замыкание контактов одного из выключателей 86 88.

Конструктивная схема управления концевыми выключателями 86 88, например, от штоков 89 механизма переключения 22 показана на фиг.11. Штоков 89 может быть несколько. В блок (фиг.10) также входит конденсатор 90, резисторы 91 95, реле 96 с контактами 97, реле 98 с контактами 99 и диоды 100 103. Кроме того, блок содержит полупроводниковые триоды 104 106. Полупроводниковый триод 104 является усилителем, реагирующим на ток заряда конденсатора 90, а полупроводниковые триоды 105 и 106 образуют усилитель, реагирующий на ток разряда конденсатора 90.

В положении нейтрали в коробке передач 21 включатели 86 88 разомкнуты и все полупроводниковые триоды находятся в закрытом состоянии, поэтому на обмотках реле 96 и 98 практически отсутствует напряжение. Следовательно, контакты реле 97 и 99 разомкнуты и на клеммах выходов 54 и 55 блока нет управляющего напряжения.

При нажатии педали 26 водитель выключает сцепление 7, при этом срабатывает датчик сцепления 47 и его клемма 49 соединяется с массой.

Если теперь водитель включит первую ступень (i₁) в коробке передач 21, то произойдет замыкание контактов концевого выключателя 86. При этом на конденсатор 90 ступенчато передается напряжение с резистора 82 делителя напряжения. Конденсатор 90 начинает заряжаться через переход эмиттер-база полупроводникового триода 104. Полупроводниковый триод 104 открывается и на обмотке 96 реле возникает напряжение. Реле 96 срабатывает, его контакт 97 замыкается, переводя реле 96 в режим самоблокировки от датчика сцепления 47. На выходе 55 блока появляется управляющее напряжение, подаваемое в корректирующее устройство 57.

Через определенное время конденсатор 90 зарядится и полупроводниковый триод 104 снова закроется. Однако, на корректирующее устройство 57 будет подаваться с выхода 55 управляющее напряжение до момента полного включения сцепления, когда разомкнется электрическая цепь датчика сцепления 47.

Величина емкости конденсатора 90 выбирается таким образом, чтобы в процессе его заряда и, соответственно, открытия полупроводникового триода 104, реле 96 могло сработать и перейти в режим самоблокировки.

При переключении на вторую ступень (i₂) в коробке передач 21 опять срабатывает датчик сцепления 47, концевой выключатель 86 разомкнется, а замкнутся контакты концевого выключателя 87. На конденсатор 90 с делителей 82 83 ступенчато подается более высокое напряжение. Поэтому конденсатор 90 начинает подзаряжаться до нового напряжения и весь описанный процесс повторяется. Аналогичный процесс произойдет и при переходе на третью ступень в коробке передач, когда замкнутся контакты концевого выключателя 88.

Если же происходит переключение на понижающую ступень в коробке передач, например, с i₂ на i₁, то опять срабатывает датчик сцепления, а конденсатор 90 начинает разряжаться через базовую цепь полупроводникового триода 105. В результате этого полупроводниковые триоды 105 и 106 открываются, срабатывает реле 98, а его контакты 99 замыкаются. Реле 98 переводится в режим самоблокировки от датчика сцепления 47, а на выход 54 блока подается управляющее напряжение для управления другим корректирующим устройством 56. При этом полупроводниковый триод 104 будет находиться в закрытом состоянии.

Таким образом, блок направление-время переключения ступеней по фиг.10 независимо от водителя подает управляющее напряжение на корректирующее устройство 57 при каждом переключении на более высокую ступень в коробке передач, или подает управляющее напряжение на корректирующее устройство 56 при каждом переключении на понижающую ступень в коробке передач, что обеспечивает требуемые режимы работы устройства управления передачей по фиг.1, 2, 9.

При переводе рычага 23 переключения ступеней в нейтраль все концевые выключатели 86 88 размыкаются. Благодаря введению резистора 95 с большим сопротивлением в нейтрали постепенно (за 5 10 с) конденсатор 90 полностью разряжается, подготавливая тем самым блок по фиг.10 к новой работе.

Диоды 100 и 102 введены для защиты полупроводниковых триодов от ЭДС самоиндукции при отключении обмоток реле 96 и 98. Резисторы 91 и 93 ограничивают максимальный ток в управляющих цепях полупроводниковых триодов. Диоды 101 и 103 препятствуют нагрузке полупроводниковых триодов 104 и 106 токами, проходящими через корректирующие устройства 56 и 57.

Устройство управления (фиг.12) трансмиссией по фиг.1 содержит дроссель 107, индуктивность которого может изменяться (уменьшаться) при нажатии педали 45 подачи топлива в двигатель. Через конденсатор 108 и замкнутый контакт 109 реле с обмоткой 110, посредством клемм 111, дроссель 107 подключен к импульсному датчику частоты, приводимому от двигателя, например, к фазе генератора переменного тока (не показан), которыми в настоящее время оборудованы все автомобили.

Через выпрямительный мост, состоящий из диодов 112 115, дроссель 107 также соединен с одной из обмоток двухобмоточного реле 116, которое для схемы фиг.12 является управляющим звеном. Реле 116 имеет нормально разомкнутые контакты 117. Контакты 117 реле 116 посредством электромагнита 34 могут воздействовать на золотник 33 клапана управления передачей 32. Обмотка реле 110 подключена к выходу 55 блока направление-время переключения ступеней 46. К другому выходу 54 блока 46 подключена вторая (правая) обмотка 56 реле 116. В реле 116 обе обмотки включены согласно, поэтому при прохождении токов по этим обмоткам общий магнитный поток в реле возрастает.

Конденсатор 108 и дроссель 107 образуют электрический фильтр верхних частот, поэтому при увеличении частоты вращения двигателя n, следовательно, и частоты сигнала на клеммах 111, напряжение на обмотке реле 116, соединенной с дросселем 107, будет возрастать.

При отпущенной педали 45 подачи топлива (α = O) реле 116 сработает на частоте n₃ (фиг.3), а при нажатой на частоте n₄, т.к. индуктивное сопротивление дросселя 107, а следовательно и падение напряжения на нем, уменьшится.

При срабатывании реле 116 его контакт 117 замыкается, что приводит к включению электромагнита 42, перемещению вправо золотника 33 и к включению фрикционной муфты 11 блокировки планетарной передачи, как это ранее было описано на фиг.1 и 2.

При снижении частоты вращения двигателя, если педаль подачи топлива отпущена (α = O) то контакты реле 117 разомкнутся на частоте n₁. Если же педаль подачи топлива полностью нажата (α = 1,O) то при уменьшении частоты двигателя до n₂ произойдет размыкание контактов 117 реле 116. Необходимая петля гистерезиса Г=n₄/n₂ в схеме по фиг.12 получается за счет характеристики реле 116.

При переключении в коробке передач 21 на повышающую ступень блок направление-время переключения ступеней 46 формирует на выходе 55 напряжение, подаваемое до полного включения сцепления на обмотку реле 110, которое отключает сигнал скоростного датчика. Это приводит к включению в работу планетарной передачи (фиг.1).

Если же водитель производит переключение на понижающую ступень в коробке передач, то блок направление-время переключения ступеней 46 формирует на другом выходе 54 до полного включения сцепления напряжение, подаваемое на правую обмотку 56 реле 116. Это приводит к принудительному срабатыванию реле 116. Его контакты 117 замыкаются, следствием чего является блокировка фрикционной муфтой 11 планетарной передачи. В остальном схема по фиг.12 работает аналогично с ранее описанными схемами по фиг.2 и 9.

В схеме фиг. 12 может быть использован блок направление-время переключения ступеней по фиг.2 или 10.

В соответствии с изложенным, в схеме по фиг.12 корректирующее устройство 57 выполнено в виде отключающего датчик частоты реле, а корректирующее устройство 56 в виде обмотки реле.

Устройство управления передачей и блок направление-время переключения ступеней могут быть выполнены с использованием электронных, гидравлических и другого вида реле и усилителей.

Описанная работа устройства управления трансмиссией транспортной машины и ее узлов обеспечивает последовательное и полное использование всего ряда передаточных чисел трансмиссии, равного удвоенному числу ступеней коробки передач, на всех режимах движения транспортной машины. Благодаря этому обеспечивается улучшение тягово-динамических и топливно-экономических показателей транспортной машины при одновременном упрощении управления трансмиссией за счет автоматического включения в работу или блокировки планетарной передачи, производимой без разрыва потока мощности.

Отмеченные преимущества, реализуемые при эксплуатации транспортной машины, получаются благодаря изобретению нового способа управления трансмиссией, на основе которого также изобретено устройство управления трансмиссией транспортной машины, выбраны функциональные звенья и характеристики звеньев устройства управления.

Приведенные варианты устройства управления трансмиссией (фиг.2, 9 и 12) работают по изобретенному способу, включающему преобразование сигнала частоты вращения вала трансмиссии в релейную по упомянутой частоте характеристику звена, управляющего передачей, использование сигнала полного выключения и включения сцепления и сигнала направления переключения ступени в коробке передач, формирование из них другого сигнала, взаимодействующего с упомянутым сигналом частоты непосредственно или через управляющее передачей звено, при этом при переключении с низшей ступени на высшую суммарное действие сигналов на управляющее звено уменьшается, а при переключении с высшей на низшую увеличивается.

По совокупности эксплуатационных характеристик трансмиссия транспортного средства с изобретенным устройством ее управления является новым типом полуавтоматической механической трансмиссии.

Наиболее рационально использовать настоящее изобретение на городских автобусах, автомобилях повышенной проходимости, грузовых автомобилях, а также на легковых автомобилях малого и среднего класса.

Формула изобретения

1. Способ управления трансмиссией транспортной машины, содержащей блокируемую передачу, сцепление и ступенчатую коробку передач, заключающийся в преобразовании сигнала частоты вала трансмиссии в релейную по указанной частоте характеристику звена, управляющего передачей, отличающийся тем, что снимают сигналы полного включения и выключения сцепления и сигнал направления переключения ступени в коробке передач и формируют из них другой сигнал, взаимодействующий с указанным сигналом частоты непосредственно или через управляющее передачей звено, при этом при переключении с низшей ступени на высшую суммарное действие сигналов на управляющее передачей звено уменьшают, а при переключении с высшей ступени на низшую увеличивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на указанное управляющее передачей звено дополнительно подают сигнал нагрузки двигателя транспортной машины.

3. Устройство управления трансмиссией транспортной машины, содержащее датчик частоты вращения вала трансмиссии, кинематически связанный с управляющим передачей звеном с релейной характеристикой, отличающееся тем, что оно снабжено электрическим датчиком полного включения и выключения сцепления и датчиком направления переключения ступеней в коробке передач, электрически связанными с двумя корректирующими устройствами, выходные звенья которых выполнены с возможностью избирательного взаимодействия до полного включения сцепления с управляющим передачей звеном, кинематически связанным с золотниковым клапаном управления передачей.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что управляющее передачей звено с релейной характеристикой кинематически связано с датчиком нагрузки двигателя транспортной машины.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит блок "направление-время переключения ступеней", имеющий два электрических входа - от датчика сцепления и датчика направления переключения ступеней, и два связанных с корректирующими устройствами выхода, включающий по меньшей мере одно реле, управляемое от датчика направления переключения ступеней и поддерживаемое в режиме самоблокировки от датчика сцепления.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что датчик направления переключения ступеней коробки передач выполнен в виде электрического выключателя, кнопка управления которым расположена в торце Т-образной рукоятки рычага переключения передач.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что электрический датчик сцепления выполнен в виде расположенного в цилиндре и перемещаемого внутри него с трением кольца, имеющего скос для управления электрическим выключателем, внутри которого проходит каретка, торцы которой выполнены с возможностью осевого воздействия на указанное кольцо при полном выключении или полном включении сцепления.

8. Устройство по пп. 3 и 5, отличающееся тем, что блок "направление - время переключения ступеней" содержит реле, обмотка которого соединена с датчиком направления переключения ступеней, который через диод соединен с одним из выходов блока, а датчик сцепления через контакты реле выполнен с возможностью соединения с одним из выходов блока.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что датчик сцепления включает в себя два электрических датчика давления, управляемых от гидропривода сцепления, при этом контакты первого датчика давления соединены с обмоткой реле, которая через контакты реле соединена с контактами второго датчика давления, а коммутирующая цепь датчика сцепления соединена с обмоткой реле через диод.

10. Устройство по пп.3 и 5, отличающееся тем, что корректирующее устройство выполнено в виде электромагнита.

11. Устройство по пп. 3, 5 и 10, отличающееся тем, что корректирующее устройство содержит переключаемый клапан, соединяющий сервоцилиндр с источником давления.

12. Устройство по пп.3 и 5, отличающееся тем, что корректирующее устройство выполнено в виде реле, отличающего датчик частоты вала трансмиссии.

13. Устройство по пп. 3 и 5, отличающееся тем, что датчик направления переключения ступеней выполнен в виде электрического делителя напряжения, включающего в себя резисторы, соединенные с электрическими выключателями, управляемыми от механизма переключения передач, соединенными через конденсатор с управляющими цепями двух полупроводниковых усилителей, один из которых выполнен с возможностью управления током заряда, а другой током разряда конденсатора, а выходные цепи указанных усилителей посредством самоблокирующихся реле соединены с выходами блока "направление время переключения степеней".

14. Устройство по пп.3, 5 и 13, отличающееся тем, что конденсатор датчика направления переключения ступеней соединен через резистор с цепью питания делителя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12