СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ
METHOD OF GEARBOX CONTROL

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в системах автоматического или командного переключения передач транспортных средств с механической трансмиссией.
Известны способы управления коробкой передач. Механический привод управления синхронизаторами (Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» направления подготовки дипломированных специалистов «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы». - Машиностроение, 2004. - 592 с. (стр. 136)) отличается простотой изготовления и управления. Алгоритм управления при этом задается водителем (оператором). Отличается тем, что не обеспечивается оптимальный режим управления, время переключения увеличивается. При этом трудно обеспечить необходимую точность управления, надежность и ресурс.
Известен также способ электронного управления коробкой передач и устройство для его осуществления (Патент РФ 2013227, МПК В60К 41/06, F16D 23/06; опубл. 30.05.1994), при котором перед подачей сигнала на включение каждой передачи изменяется усилие включения путем регулирования рабочей среды в исполнительных механизмах, предварительно запоминается для каждой передачи оптимальный характер перемещения переключаемых элементов в процессе переключения передач и давление рабочей среды, обеспечивающее блокирование и разблокирование синхронизаторов, перемещение переключаемых элементов при «пробое» синхронизатора и при неразблокировании, а при подаче сигнала на включение данной передачи считывается и запоминается информация о реальном характере перемещения переключаемых элементов, сравнивается с предварительно заданным значением и в случае его совпадения не изменяется, в случае «пробоя» синхронизатора перед подачей сигнала на последующее одноименное переключение передач подается сигнал на снижение давления рабочей среды, в случае неразблокировки синхронизатора в процессе включения передачи подается сигнал на увеличение давления рабочей среды до достижения разблокировки синхронизатора. Недостатком способа является низкая точность управления, время переключения также увеличивается.
Цель предлагаемого способа - повышение точности управления, сокращение времени переключения передач.
Для достижения указанной цели для включения синхронизатора на электромагнит до контакта конусов подается одна величина тока, а после контакта - другая, время изменения тока при этом задается как параметр и подбирается экспериментально, для выключения синхронизатора на электромагнит подается своя, третья, величина тока; нейтральное положение муфты синхронизатора, положение, при котором происходит контакт конусов, момент синхронизации, включенные положения передач синхронизатора, задаются с допускаемыми отклонениями; положение, при котором происходит контакт конусов, определяется по отсутствию движения муфты; момент синхронизации определяется по выравниванию частоты вращения ведомых валов синхронизатора на смежных передачах по сигналам датчиков оборотов, а также по движению муфты синхронизатора; датчик оборотов определяет также направление движения транспортного средства; используются программы с ПИД-регуляторами для включения-выключения синхронизаторов, для контроля положения и регулирования положения; положения муфты синхронизатора при включениях и выключениях контролируются в соответствии с заданными значениями и допусками и регулируются в случае превышения отклонений от допускаемых путем изменения величины управляющего тока с использованием ПИД-регуляторов обратной связи; величины токов выключения-включения синхронизатора также регулируются в зависимости от частоты вращения ведомого вала синхронизатора, силы тока включения-выключения задаются как параметр и уточняются экспериментально; коэффициенты ПИД-регуляторов обратной связи также сохраняются в энергонезависимой памяти.
С целью сокращения времени переключения передач при выключении-включении синхронизаторов процессы выключения-включения синхронизаторов совмещаются, сигнал на выключение первого синхронизатора и включение второго подается одновременно. За время выключения зубчатой муфты первого синхронизатора муфта второго синхронизатора перемещается в положение, при котором происходит контакт конусов, при дальнейшем перемещении втулки первого синхронизатора в нейтральное положение во втором включаемом синхронизаторе начинается процесс синхронизации.
С целью обеспечения последовательного переключения передач (1-2-3-4 и обратно) с перекрытием процессов выключения-включения по времени один из сдвоенных актуаторов управляет 1 и 3 передачами, а второй сдвоенный актуатор управляет 2 и 4 передачами, совмещенное выключение и включение синхронизатора всегда производятся разными актуаторами и разными синхронизаторами.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На Фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства изменения направления движения и переключения передач. На Фиг. 2 приведен фрагмент схемы электрогидравлической системы управления коробкой передач. На Фиг. 3 - схема включения передач. На Фиг. 4 - временные характеристики выключения-включения синхронизаторов (Фиг. 4, а - сигнала на выключение, Фиг. 4, б - положений муфты выключаемого синхронизатора, Фиг. 4, в - сигнала на включение синхронизатора, Фиг. 4, г - положений муфты включаемого синхронизатора, Фиг. 4, д - частоты вращения ведомых валов синхронизаторов).
В систему управления синхронизаторами переключения передач входят: транспортное средство со ступенчатой коробкой передач с датчиками оборотов, с системой гидро- или пневмоуправления, в которой переключение передач (или диапазонов) производится при помощи инерционных сдвоенных синхронизаторов, управляемых пропорциональными электрогидравлическими или пневматическими клапанами; сдвоенные актуаторы с датчиками положения для обратной связи; стандартная электронная система управления.
Крутящий момент от двигателя передается на вал 1 (Фиг. 1) устройства изменения направления движения, на коробку передач, далее через выходной вал 2 к заднему мосту. Устройство изменения направления движения включает фрикцион переднего хода 3 и фрикцион заднего хода 4, которые на время переключения передач выключаются. Коробка передач состоит из двух синхронизаторов 5 и 6. Включение 1 и 3 передач производится синхронизатором 5, включение 2 и 4 передач - синхронизатором 6. Первая передача включается при перемещении муфты синхронизатора 5 вправо, вторая передача включается при перемещении муфты синхронизатора 6 вправо, 3 передача включается при перемещении муфты синхронизатора 5 влево, 4 передача включается при перемещении муфты синхронизатора 6 влево.
Датчик 7 определяет не только частоту вращения деталей коробки передач, но и направление вращения шестерни, что позволяет определить фактическое направление движения транспортного средства. Датчик для определения скорости транспортного средства установлен на заднем мосту. Частоту вращения вала двигателя определяет электронная система управления двигателем.
На Фиг. 2 схематично показаны два сдвоенных актуатора 8 и 9 с шариковыми фиксаторами 10, с датчиками положения 11 и с пропорциональными электромагнитными клапанами управления передач 12, 13, 14, 15 для включения, соответственно, 1, 2, 3, 4 передач. Поводок 16 актуаторов 8 и 9 взаимодействует с муфтой синхронизатора 5 и 6. Управление фрикционами переднего и заднего ходов также производится пропорциональными электрогидравлическими клапанами (на Фиг. 2 не показаны).
31
42
На Фиг. 3 приведена схема включения передач. Синхронизаторы (Фиг. 2) имеют три положения. В нейтральном положении муфты (Н) синхронизатор не передает крутящий момент. В левом (Л) и правом (П) крайних положениях муфты крутящий момент передается, то есть включаются передачи. Муфта синхронизатора М при перемещении вправо включает 1 передачу, при перемещении влево - 3 передачу, муфта М, соответственно, - 2 и 4 передачи.
31
Синхронизатор работает следующим образом. При подаче сигнала на электромагнит 12 актуатор 8 (Фиг. 2) из нейтрального положения переместит муфту синхронизатора M вправо и включит 1 передачу. При подаче сигнала на электромагнит 14 актуатор 8 переместит муфту синхронизатора влево, в нейтральное положение, то есть выключит 1 передачу, если продолжить подавать сигнал на электромагнит 14, то муфта переместится дальше и включится 3 передача. Также включаются 2 и 4 передачи. 1 и 3, 2 и 4 передачи попарно работают в режиме противовключения. Переключение с 1 передачи на 3 и обратно, со 2 на 4 и обратно можно производить только последовательно, через нейтральное положение.
31
42
Для того чтобы совместить по времени выключение и включение двух смежных передач необходимо, например, выключить 1 передачу и одновременно начать включение 2 передачи. Выключение 1 передачи осуществляется актуатором 8 и муфтой синхронизатора М, а включение второй передачи - актуатором 9 и муфтой синхронизатора М. Также происходят переключения со 2 передачи на 1, со 2 передачи на 3 и обратно, с 3 передачи на 4 и обратно. Таким образом, приведенная на Фиг. 2 и Фиг. 3 схема переключения позволяет совмещать по времени выключение-включение передач.
1
0
1
31
2
1
1
3
4
Для выключения, например, 1 передачи, дискретно подается ток I (Фиг. 4) на электромагнит 14 (Фиг. 2) системы управления. За время t-t (Фиг. 4) актуатор 8 переместит муфту синхронизатора М, из положения h в положение h за это время зубчатая муфта синхронизатора выходит из зацепления с шестерней 1 передачи. При дальнейшем перемещении за время t-t муфта переместится в нейтральное положение. Муфта фиксируется в нейтральном положении шариковым фиксатором 10 (Фиг. 2). Электрический сигнал в точке t отключается. Датчик положения и электронная система фиксируют положение муфты синхронизатора и продолжают контролировать положение муфты с использованием ПИД-регуляторов. В случае отклонения от заданного положения запускается программа регулирования положения с учетом заданных допусков также с использованием ПИД-регуляторов.
2
0
1
3
1
1
2
2
3
1
5
1
2
5
6
2
7
3
Вместе с сигналом на выключение первой передачи (в качестве примера рассматривается переключение с 1 передачи на 2, остальные переключения происходят подобным образом) электрический сигнал I одновременно подается на электромагнит 6 второй передачи. За время t-t актуатор 9 переместит муфту синхронизатора 6 из нейтрального положения в положение h. В этой точке происходит касание конусов трения синхронизатора. В точке t шестерня 1 передачи уже вышла из зацепления, но касание конусов синхронизатора второй передачи еще только начинается. t-t - время нарастания силы тока с I до I. За время t-t скорости вращения ведомых валов синхронизаторов на 1 (n) и 2 (n) передачах выравниваются. В течение времени t-t включается зубчатая муфта 2-й передачи, муфта синхронизатора также фиксируется шариковым фиксатором во включенном положении 2-й передачи. В течение времени t-t на электромагнит 6 подается сигнал I. Электронная система также контролирует и регулирует положение муфты. Использование ПИД-регуляторов повышает точность позиционирования муфты синхронизатора и сокращает время переключения передач.
Предложенный способ управления переключением передач реализован в системах управления трансмиссиями на тракторах Агромаш-160ТК, Агромаш-180ТК.