СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВХОДНОГО ВАЛА МЕХАНИЗМА НЕЗАВИСИМОГО ОТБОРА МОЩНОСТИ
METHOD FOR CONTROL OF ROTARY SPEED OF INPUT SHAFT IN MECHANISM FOR INDEPENDENT POWER TAKEOFF

Изобретение относится к способу регулирования частоты вращения приводимого во вращение двигателем входного вала механизма независимого отбора мощности, установленного на двигателе транспортного средства (называемого далее для краткости - автомобиль) и приводимого им в действие.
Для эффективного выполнения различных погрузочно-разгрузочных работ в настоящее время широко используются грузовые автомобили, оборудованные для этого специальными устройствами и механизмами. К таким устройствам или механизмам относятся, в частности, различные кантователи и краны. Кроме кранов или опрокидывающихся кузовов самосвалов на грузовых автомобилях часто устанавливают различные манипуляторы, оборудование для уборки улиц и переработки мусора, бетономешалки, поливальное оборудование и воздушные компрессоры, предназначенные для работы с сыпучими материалами.
Для привода установленного на автомобиле вспомогательного оборудования необходимо иметь соединенный с двигателем механизм отбора мощности. Отбираемая от двигателя автомобиля мощность передается установленному на автомобиле оборудованию либо механически через соединенный с механизмом отбора мощности трансмиссионный вал или ременную передачу, либо гидравлически от соответствующего насоса, соединенного с механизмом отбора мощности.
Механизмы отбора мощности от установленного на автомобиле двигателя делятся на две группы - механизмы независимого отбора мощности и механизмы зависимого отбора мощности. Частота вращения и мощность, передаваемая механизмом независимого отбора мощности, напрямую зависят от режима работы двигателя и не зависят от того, находится автомобиль в движении или стоит на месте. Механизмы независимого отбора мощности предназначены в первую очередь для привода оборудования, используемого во время движения автомобиля, в частности, оборудования для уборки и переработки мусора, бетономешалок, холодильного/морозильного оборудования и оборудования для уборки снега. Входные валы механизмов независимого отбора мощности соединяют непосредственно с двигателем или устанавливают между двигателем и трансмиссией перед, т.е. со стороны двигателя, расположенным между двигателем и трансмиссией дисковым сцеплением. Примеры автомобилей с механизмом независимого отбора мощности описаны в ЕР 1147936 и GB 2272542.
В последнее время на грузовых автомобилях с автоматическими трансмиссиями автоматизированных коробок передач все большее применение находят микропроцессорные системы управления с компьютерами и большим количеством устройств управления, в частности серводвигателей, предназначенных для точного регулирования частоты вращения вала двигателя, включения и выключения расположенного между двигателем и трансмиссией дискового сцепления и синхронизации муфт сцепления коробки передач и плавного переключения передач.
Преимущество таких автоматических трансмиссий по сравнению с обычными автоматическими трансмиссиями с планетарными зубчатыми передачами и гидродинамическим преобразователем крутящего момента на входе заключается частично в их сравнительно простой технологии изготовления и высокой надежности и существенно меньшей стоимости, особенно при использовании в тяжелых грузовых автомобилях, и частично в более высокой экономичности и соответственно меньшем расходе топлива.
В известных в настоящее время автомобилях, оборудованных такими автоматизированными коробками передач и механизмом независимого отбора мощности, для регулирования частоты вращения выходного вала, установленного на автомобиле двигателя внутреннего сгорания, от которой зависит скорость вращения входного вала механизма отбора мощности, и автоматизированного сцепления (обычно на автомобилях без педали сцепления) необходимо выполнить несколько операций. Необходимость в выполнении таких операций ограничивает возможность выполнения водителем определенных действий. Так, например, в самосвалах с гидравлической системой поворота кузова, соединенной с механизмом независимого отбора мощности, для повышения скорости маневрирования и более быстрого опрокидывания заполненного сыпучим материалом кузова необходимо увеличивать скорость работы механизма отбора мощности. В настоящее время для более быстрого опорожнения кузова водитель самосвала обычно вынужден сильнее нажимать на педаль акселератора. При этом трансмиссия находится в нейтральном положении. В некоторых достаточно частых случаях водитель по мере разгрузки кузова должен одновременно подавать самосвал вперед или назад. Очевидно, что для этого ему необходимо во время работы двигателя на больших оборотах включить одну из передач коробки и медленно и аккуратно подать машину вперед или назад. Иными словами, в существующих в настоящее время автомобилях с механизмом независимого отбора мощности, автоматизированной коробкой передач и автоматизированным сцеплением одновременное выполнение таких операций (быстрая разгрузка самосвала и его медленное передвижение) оказывается практически невозможным.
Один из известных автомобилей с автоматизированной коробкой передач и механизмом отбора мощности описан, например, в патенте US 5522778.
Таким образом, в настоящее время существует необходимость в создании автомобиля с механизмом независимого отбора мощности и автоматизированной коробкой передач, который мог бы перемещаться вперед или назад при любой скорости вращения вала механизма отбора мощности.
Для решения указанной выше задачи в изобретении предлагается способ, заявленный в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответственно, в настоящем изобретении предлагается способ регулирования скорости вращения приводимого от установленного на транспортном средстве (автомобиле) двигателя механизма независимого отбора мощности. Двигатель соединен с трансмиссией автоматизированной муфтой сцепления. На автомобиле установлен по меньшей мере один блок управления муфтой сцепления и двигателем, который регулирует частоту вращения вала двигателя в зависимости от положения первого элемента управления. Предлагаемый в изобретении способ отличается тем, что при соединенном с двигателем механизме отбора мощности и установленном в положение движения избирателе переключения передач частоту вращения вала двигателя регулируют вторым устройством управления, а скольжение муфты сцепления регулируют первым элементом управления.
Преимущество предлагаемого в изобретении способа заключается в том, что водитель автомобиля может регулировать скорость вращения входного вала механизма отбора мощности во время движения автомобиля вперед или назад. Включив определенную передачу и соединив механизм отбора мощности с двигателем, водитель может регулировать скорость вращения вала механизма отбора мощности вторым устройством управления и регулировать движение автомобиля первым элементом управления. Первым элементом управления может служить, например, рычаг управления дроссельной заслонкой, в частности педаль акселератора.
В первом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа в качестве второго устройства управления используют установленное на автомобиле устройство круиз-контроля. Устройство круиз-контроля обычно управляет работой ограничителя скорости автомобиля. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа при соединенном с двигателем механизме отбора мощности и находящемся в положении движения устройстве управления коробкой передач устройство круиз-контроля выполняет еще одну функцию. Очевидно, что использование одного и того же устройства для выполнения нескольких функций является несомненным преимуществом предлагаемого в изобретении способа. Во втором предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа в качестве второго устройства управления используют установленную на автомобиле систему устройств управления/регулирования, связанных с механизмом отбора мощности. Еще в одном варианте осуществления изобретения скорость вращения вала механизма отбора мощности регулируют отдельным элементом управления.
Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения при приближении соединенного с механизмом отбора мощности оборудования к крайнему положению частоту вращения вала двигателя, а тем самым и скорость вращения соединенного с ним вала механизма отбора мощности автоматически снижают. Частоту вращения вала двигателя и скорость вращения вала механизма отбора мощности начинают снижать в тот момент, когда до достижения крайнего положения остается определенное расчетное время.
Такое автоматическое снижение частоты вращения вала двигателя и скорости вращения вала механизма отбора мощности позволяет избежать резких толчков и ударов, обычно возникающих в тот момент, когда приводимое от механизма отбора мощности оборудование достигает своего крайнего положения. За счет этого соответственно снижается износ и самого оборудования, и всех элементов его привода.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере нескольких предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания с механизмом отбора мощности, дисковым сцеплением и коробкой передач и
на фиг.2 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания с дисковым сцеплением, коробкой передач и механизмом отбора мощности, расположенным непосредственно в корпусе двигателя.
На фиг.1 позицией 1 обозначен шестицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, например, дизельный двигатель, коленчатый вал 2 которого соединен с расположенным в кожухе 4 и обозначенным в сборе позицией 3 сухим однодисковым сцеплением. Коленчатый вал 2 соединен выходным валом 51 двигателя с (не показанным на чертеже) маховиком, который в свою очередь соединен с корпусом 5 сцепления 3, диск 6 которого соединен с расположенным в корпусе 8 входным валом 7 обозначенной на чертеже позицией 9 коробки передач. В корпусе 8 расположены также вращающиеся в соответствующих подшипниках главный вал 10 и промежуточный вал 11 коробки передач. Между двигателем 1 и кожухом 4 сцепления внутри промежуточного кожуха 35 расположена зубчатая шестерня 15. Шестерня 15 зацепляется с зубчатым колесом 16 и приводит во вращение входной вал обозначенного на чертеже позицией 32 механизма (независимого) отбора мощности.
На фиг.2 показан другой вариант, отличающийся от варианта, показанного на фиг.1, тем, что входной вал механизма 32 отбора мощности приводится во вращение не расположенной в промежуточном кожухе 35 зубчатой передачей, а непосредственно от двигателя 1 через расположенные в его корпусе 1 зубчатые колеса 17 и 18.
Автомобильная коробка 9 передач обычно состоит из входного вала 7, промежуточного вала 11 по меньшей мере с одной шестерней, которая зацепляется с шестерней, расположенной на входном валу 7, и главного вала 10 с шестернями, которые зацепляются с шестернями, расположенными на промежуточном валу 11. Главный вал 10 соединен с выходным валом, соединенным соответствующим образом, например, передающим крутящий момент валом, с ведущими колесами автомобиля. Передаточное отношение каждой пары зацепляющихся шестерен отличается от передаточного отношения других пар зацепляющихся шестерен. Различные передаточные отношения коробки передач получают путем введения в зацепление разных пар шестерен, передающих крутящий момент от двигателя ведущим колесам автомобиля.
Описанная выше коробка 9 передач имеет также соответствующие (не показанные на чертеже) сервоприводы, например, пневмоцилиндры, выпускаемые под названием I-Shift.
Управление сервоприводами осуществляется с помощью электронного блока 45 управления, содержащего микропроцессор, по сигналам от установленных на двигателе и в других местах автомобиля датчиков, выдающих информацию по меньшей мере о частоте вращения вала двигателя, скорости автомобиля, положении дроссельной заслонки (обычно педали акселератора), а в некоторых случаях и о торможении двигателя, когда соединенное с блоком 45 управления электронный избиратель 46 переключения передач находится в положении автоматического переключения передач. Когда избиратель 46 переключения передач находится в положении ручного переключения передач, переключение передач осуществляется водителем с помощью ручки 46 переключения передач. Изменение передаточного отношения коробки передач осуществляется с помощью соответствующих пневмоцилиндров по сигналам, поступающим в них из блока 45 управления. При выборе с помощью избирателя переключения передач нейтрального положения коробка передач переходит в нейтральное положение. В отличие от нейтрального положения другие положения избирателя переключения передач, в частности положение автоматического переключения передач и положение ручного переключения передач, называются положениями движения. Когда избиратель переключения передач находится в положении движения, автомобиль при воздействии водителя на дроссельную заслонку (педаль акселератора) может двигаться вперед или назад.
Блок 45 управления получает данные о частоте вращения вала двигателя и/или развиваемым им крутящем моменте от блока 50 управления двигателем, который регулирует подачу в двигатель топлива.
Механизм 32 отбора мощности обычно имеет отдельный корпус, установленный на промежуточном кожухе 35 или на самом двигателе. С помощью специальных соединительных и разъединительных (не показанных на чертеже) устройств входной вал механизма отбора мощности можно соединять с выходным валом 51 двигателя, как в варианте, показанном на фиг.1, или с коленчатым валом 2 двигателя, как в варианте, показанном на фиг.2. В обоих вариантах соединение и отсоединение входного вала механизма отбора мощности осуществляется по команде из блока 45 управления. Водитель автомобиля соединяет с двигателем или отсоединяет от него механизм 32 отбора мощности соединенным с блоком 45 управления элементом 33 управления. При соединении с двигателем входного вала механизм 32 отбирает от двигателя часть развиваемой им мощности. Скорость вращения входного вала механизма 32 отбора мощности прямо пропорциональна частоте вращения вала двигателя 1. Механизм 32 отбора мощности может иметь и несколько промежуточных зубчатых передач с разным передаточным отношением, соединяющих его входной вал с выходным валом. Отбираемая от двигателя мощность через выходной вал механизма 32 отбора мощности передается на привод установленных на автомобиле вспомогательных устройств и механизмов.
В первом варианте осуществления изобретения блок 45 управления запрограммирован таким образом, что при получении сигнала от элемента 33 управления о том, что механизм 32 отбора мощности соединен с двигателем и избиратель 46 переключения передач находится в положении движения, блок 45 управления по сигналам, поступающим в него из устройства 60 круиз-контроля, регулирует частоту вращения вала двигателя 1, а тем самым и скорость вращения входного вала механизма 32 отбора мощности. Одновременно блок 45 управления обеспечивает возможность регулирования скольжения дискового сцепления 3 рычагом 61 управления дроссельной заслонкой (педалью акселератора). В этом варианте величина крутящего момента, передаваемого от двигателя на ведущие колеса автомобиля, определяется скольжением сцепления. При небольшой величине момента, отбираемого (через сцепление) от двигателя ведущими колесами автомобиля, частота вращения вала двигателя практически не зависят от положения педали акселератора. Таким способом водитель может регулировать скорость вращения входного вала механизма 32 отбора мощности во время движения автомобиля вперед или назад.
Во втором варианте скорость вращения входного вала механизма 32 отбора мощности регулируют отдельным установленным для этого на автомобиле устройством управления. На чертежах это устройство обозначено позицией 60. В качестве такого устройства можно использовать (в том числе и одновременно) элемент управления устройства круиз-контроля или отдельное устройство управления.
При соединении механизма 32 отбора мощности с двигателем и установке избирателя 46 переключения передач в нейтральное положение водитель регулирует скорость вращения входного вала механизма 32 отбора мощности обычным способом педалью 61 акселератора или элементом управления устройства 60 круиз-контроля либо отдельным устройством 60 управления (при наличии на автомобиле такого устройства). В нейтральном положении избирателя переключения передач движение автомобиля от двигателя 1 вперед или назад невозможно.
В предпочтительном варианте в тот момент, когда установленное на автомобиле и соединенное с механизмом отбора мощности оборудование приближается к крайнему положению, частота вращения вала двигателя 1 внутреннего сгорания, а тем самым и скорость вращения входного вала механизма 32 отбора мощности снижаются. Так, например, когда при повороте соединенного с механизмом отбора мощности кузова самосвала в блок 45 управления поступает сигнал о том, что по истечении заданного промежутка времени кузов самосвала окажется в крайнем верхнем положении, запрограммированный определенным образом блок 45 управления начинает снижать частоту вращения вала двигателя. Такое предварительное снижение частоты вращения вала двигателя до определенной величины позволяет избежать сильного удара и резкого толчка в тот момент, когда кузов самосвала дойдет до своего крайнего положения.
В еще одном варианте водитель автомобиля в любой момент может убедиться в том, что механизм отбора мощности соединен с двигателем, по загоранию контрольной лампочки и/или по информации на экране дисплея либо с помощью какого-либо иного установленного на автомобиле информационного устройства.
В качестве коробки 9 передач можно использовать автоматическую, автоматизированную (как в описанном выше варианте) или ручную коробку передач либо простую зубчатую передачу с постоянным передаточным отношением.
В качестве приводного двигателя 1 можно использовать любой двигатель, например, электродвигатель, гидравлический двигатель или гибридный двигатель, состоящий из электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания.
Сцепление может быть выполнено в виде дисковой муфты (как в рассмотренном выше варианте), а также в виде конической, цилиндрической, гидродинамической или электромагнитной муфты. Общим у всех этих муфт является возможность их регулирования.
Для управления дроссельной заслонкой можно использовать обычную педаль акселератора или другое механическое устройство, с помощью которого водитель автомобиля может напрямую регулировать частоту вращения вала двигателя внутреннего сгорания.
Блоки 45 и 50 управления могут иметь не только рассмотренное в приведенном выше примере, но иное исполнение. Так, в частности, для выполнения всех операций, необходимых для осуществления предлагаемого в изобретении способа, можно использовать один блок управления или несколько разных установленных на автомобиле блоков управления.
Предлагаемый в изобретении способ регулирования может быть реализован в виде соответствующей компьютерной программы, выполняемой процессором данных в блоке 45 управления.
Предлагаемая в изобретении компьютерная программа представлена в программном коде, позволяющем при выполнении программы процессором, интегрированным в имеющийся на автомобиле компьютер или соединенным с ним, определенным образом контролировать и управлять работой двигателя 1, коробки 9 передач, дискового сцепления 3 и механизма 32 отбора мощности.
Предлагаемую в изобретении компьютерную программу может храниться на соответствующем носителе и считываться компьютером, встроенным в систему управления автомобиля. Таким носителем может служить, например, дискета, модуль памяти, компакт-диск или иной носитель информации. Предлагаемую в изобретении программу предпочтительно загружать в память компьютера во время изготовления автомобиля и/или во время обновления заложенной в его компьютер программы. Программное обеспечение автомобиля можно обновлять, например, периодически с определенными интервалами или в соответствии с потребностями заказчика. Обновлять программное обеспечение можно и подключением к сети Интернет, например, к серверу, на котором хранится программа.
Изобретение не ограничено рассмотренными выше вариантами его осуществления и не исключает возможности внесения в них различных изменений и усовершенствований, не выходящих за объем изобретения, определяемый его формулой.