Устройство системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к автомобилестроению, и может быть использована в конструкциях автопоездов.
Известна система блокировки складывания автопоезда, включающего тягач, снабженный седельно-сцепным устройством, взаимодействующим со шкворнем, жестко закрепленным на раме полуприцепа, содержащая дополнительно установленные по бортам полуприцепа параллельно продольной оси два гидроцилиндра с блоками на концах штоков, трубопроводы, соединяющие поршневые и штоковые полости гидроцилиндров, направляющий диск, шарнирно установленный на шкворне полуприцепа, электромагнитный клапан, связанный с электронным блоком управления автомобиля и установленный на трубопроводе, соединяющем поршневые полости гидроцилиндров, металлический канат, прикрепленный в одной точке к направляющему диску со стороны передней части полуприцепа, связанный с полуприцепом через блоки на штоках гидроцилиндров и огибающий направляющий диск, при этом конструктивно предусмотрена возможность фиксации направляющего диска относительно седельного устройства при стыковке полуприцепа с тягачом (см. патент на полезную модель №166072, МПК B62D 53/04, опубл. 10.11.2016).
За ближайший аналог-прототип принимаем систему блокировки складывания автопоезда, включающего тягач, снабженный седельно-сцепным устройством, взаимодействующим со шкворнем, жестко закрепленным на раме полуприцепа, параллельно продольной оси которого установлен гидроцилиндр с блоками на концах штоков, трубопровод, соединяющий штоковые полости гидроцилиндра, направляющий диск, шарнирно установленный на шкворне полуприцепа с возможностью фиксации относительно седельного устройства при стыковке полуприцепа с тягачом, электронный блок управления автомобиля, электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе, металлический канат, прикрепленный в одной точке к направляющему диску со стороны передней части полуприцепа и огибающий направляющий диск, дополнительно содержащий датчик удара, установленный на трубопроводе и связанный с электронным блоком управления, при этом гидроцилиндр закреплен вдоль одного из бортов полуприцепа, электромагнитный клапан соединяет штоковые полости гидроцилиндра друг с другом, а концы металлического каната связаны между собой на седельно-сцепном устройстве через блоки на штоке гидроцилиндра (см. патент на полезную модель №177344, МПК B62D 53/08, опубл. 16.02.2018).
Недостатки данных технических решений заключаются в их узкой направленности, связанной с повышением безопасности эксплуатации большегрузных автопоездов за счет уменьшения вероятности их складывания в процессе резкого или экстремального торможения, а также при возникновения внешнего удара в процессе движения автопоезда. Они направлены на снижение вероятных негативных последствий от аварийной дорожной ситуации, их применение при иных условиях эксплуатации автопоезда, например, при движении автопоезда по мокрому или обледеневшему дорожному полотну, когда снижено или непостоянно сцепление шин колес автопоезда с дорожным покрытием, невозможно, так как они активно не влияют на курсовую устойчивость автопоезда в различных дорожных условиях.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение безопасности эксплуатации автопоезда в составе седельного тягача с полуприцепом в более широких условиях эксплуатации, в том числе и повышение управляемости и курсовой устойчивости такого автопоезда в разных дорожных условиях.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда, включающего тягач, снабженный седельно-сцепным устройством, взаимодействующим со шкворнем, жестко закрепленным на раме полуприцепа, параллельно продольной оси которого установлен гидроцилиндр с блоками на концах штоков, трубопровод, соединяющий штоковые полости гидроцилиндра, направляющий диск, шарнирно установленный на шкворне полуприцепа с возможностью фиксации относительно седельного устройства при стыковке полуприцепа с тягачом, электронный блок управления автомобиля, электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе, металлический канат, прикрепленный в одной точке к направляющему диску со стороны передней части полуприцепа и огибающий направляющий диск, датчик удара, установленный на трубопроводе и связанный с электронным блоком управления, при этом гидроцилиндр закреплен вдоль одного из бортов полуприцепа, электромагнитный клапан соединяет штоковые полости гидроцилиндра друг с другом, а концы металлического каната связаны между собой на седельно-сцепном устройстве через блоки на штоке гидроцилиндра при этом конструктивно предусмотрена возможность фиксации направляющего диска относительно седельного устройства при стыковке полуприцепа с седельным тягачом, дополнительно содержит масляный насос с электрическим приводом, емкость для масла, два трехходовых и один сдвоенный нормально закрытый электромагнитные клапаны, связанные трубопроводами с гидроцилиндром и датчик положения частей автопоезда, при этом управление трехходовыми электромагнитными клапанами и масляным насосом осуществляется автоматически посредством имеющейся связи с электронным блоком управления автомобиля, а электромагнитный клапан, соединяющий штоковые полости гидроцилиндра, выполнен с возможностью управления как в ручном, так и в автоматическом режимах. Кроме этого, емкость для масла и масляный насос могут быть установлены на тягаче, а масляный насос может иметь механический привод.
Совокупность существенных признаков, заключающаяся в том, что устройство системы блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда дополнительно содержит масляный насос с электрическим приводом, емкость для масла, два трехходовых и один сдвоенный нормально закрытый электромагнитные клапаны, связанные трубопроводами с гидроцилиндром и датчик положения частей автопоезда, при этом управление трехходовыми электромагнитными клапанами и масляным насосом осуществляется автоматически посредством имеющейся связи с электронным блоком управления автомобиля, а электромагнитный клапан, соединяющий штоковые полости гидроцилиндра, выполнен с возможностью управления как в ручном, так и в автоматическом режимах, повышает безопасность эксплуатации автопоезда за счет того, что устройство системы блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда выполняет функции по блокировке складывания автопоезда в аварийной ситуации, а также повышает его управляемость с учетом дорожных условий.
Предлагаемое устройство системы блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда оказывает содействие водителю в управлении автомобилем при его движении и на стоянке и отличается сравнительной простотой и надежностью.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда.
Устройство системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда состоит из: седельного тягача 1 связанного с полуприцепом 2 через свободную кинематическую связь седельно-сцепного устройства 3 со шкворнем 4 полуприцепа. Для управления положением седельного тягача 1 относительно оси шкворня 4 полуприцепа имеющаяся кинематическая связь дополнительно оснащается механизмом блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда предполагающего применение автоматической системы управления. Устройство системы блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда включает в себя взаимосвязанные гидравлическую систему и кинематическую цепь. Гидравлическая система заполняется специальным маслом, имеющим вязкостно-температурную характеристику, мало изменяющуюся в пределах температурных условий при эксплуатации автомобиля. Гидравлическая система состоит из гидроцилиндра 5, закрепленного вдоль одного из бортов на днище полуприцепа параллельно его продольной оси, штоковые полости гидроцилиндра 5 связаны между собой трубопроводом 6. Трубопровод 6 подбирается исходя из обеспечения наименьшего сопротивления перетекания жидкости. На трубопроводе 6, соединяющем штоковые полости гидроцилиндра 5, установлен электромагнитный нормально открытый клапан 7 управления состоянием гидроцилиндра, связанный с электронным блоком управления 8 автомобиля. Кинематическая цепь построена на гибкой связи 9 в виде металлического каната дополнительно, кроме седельно-сцепного устройства 3, связывающего седельный тягач 1 с полуприцепом 2. На концах гибкой связи 9 имеются петлеобразные заделки, которые связаны через специальные опоры блоков 10, 11 с крепежными головками 12, 13 штока 14 гидроцилиндра 5. Специальные опоры 10 и 11 позволяют проводить натяжение гибкой связи 9 при установке и регулировке механизма системы блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда. Гибкая связь 9 пропускается через промежуточную опору 15, направляющий диск 16, шарнирно установленный на шкворне 4 полуприцепа 2 и имеющий возможность фиксации от поворота относительно седельно-сцепного устройства 3 седельного тягача 1. Это может достигаться либо при помощи крепления направляющего диска 16 к передней части седла при помощи кронштейна-серьги 17 после стыковки полуприцепа с седельным тягачом 1 фиксируемого с седельно-сцепным устройством 3, либо наличием в конструкции направляющего диска 16 цапфы 18, которая входит в паз 19 седельно-сцепного устройства 3 при стыковке полуприцепа с седельным тягачом 1. Также для осуществления действий по обеспечению управляемости автопоезда, а именно для организации переменной управляемой силовой связи между седельным тягачом 1 и полуприцепом 2, предусмотрены управляемые автоматически через электронный блок 8 управления автомобиля связанные трубопроводами в гидравлической системе два трехходовых и один сдвоенный электромагнитные клапаны 20, 21, 22, приводной от электродвигателя 23, связанного с бортовой сетью автомобиля, масляный насос 24 с предохранительным клапаном 25, емкость 26 масла, датчик 27 положения полуприцепа относительно седельного тягача, связанный электрически с электронным блоком 8 управления автомобиля и механически с частями автомобиля.
Работа устройства системы блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда происходит следующим образом.
Свободный поворот седельного тягача 1 относительно полуприцепа 2, например, влево, при малых скоростях до 5 км/ч движения автопоезда, в т.ч. и при трогании с места, происходит следующим образом. Сигнал на клапан 7 не подается, и он остается открытым, также не подается сигнал и на клапан 22 и на привод масляного насоса 24. Воздействие кинематической цепи на гидроцилиндр 5, вызывает перемещение штока 14 и поршня гидроцилиндра 5 по направлению к тягачу 1. При этом происходит вытеснение жидкости из одной штоковой полости гидроцилиндра 5 и перетекание ее в другую. Так осуществляется относительно свободное взаимодействие штоковых полостей гидроцилиндра 5 в замкнутом гидравлическом контуре. Ход поршня гидроцилиндра 5 выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимально допустимый угол поворота полуприцепа 2 относительно седельного тягача 1, что необходимо для удовлетворительного маневрирования автопоезда, в т.ч. и для разворота автопоезда.
Для безопасности движения автопоезда в различных условиях его эксплуатации возникает необходимость не только блокировки положения полуприцепа 2 от поворота относительно седельного тягача 1 в горизонтальной плоскости относительно оси шкворня 4, но также и в управлении взаимным положением седельного тягача 1 и полуприцепа 2.
При свободном повороте частей автопоезда по отношению друг к другу относительно оси шкворня 4, происходит вынужденное перемещение поршня гидроцилиндра 5 за счет связанных между собой штоковых полостей гидравлически и механически. Задача по блокировке составных частей автопоезда решается тем, что подается сигнал на электромагнитный клапан 7 с целью его закрытия, сигнал на клапан 22 и на привод масляного насоса 24 не подается. При этом свободное перетекание жидкости в гидравлической системе становится невозможным, а шток 14 гидроцилиндра 5 не может перемещаться. При таком состоянии гидроцилиндра 5 возникает реакция гибкой связи 9, которая, также не имеет свободы перемещения, и не дает возможность поворачиваться относительно оси сцепки, проходящей через ось шкворня 4 полуприцепу 2 относительно седельного тягача 1. Таким образом, при срабатывании электромагнитного клапана 7, поршень гидроцилиндра 5, расположенный на полуприцепе 2 гидравлически блокируется, тем самым не дает возможности свободно перемещаться гибкой связи 9, связанной с седельно-сцепным устройством 3 седельного тягача 1. Это приводит к блокировке положения полуприцепа 2 относительно седельного тягача 1. При движении автопоезда в штатной ситуации электромагнитный клапан 7 нормально открыт, а при необходимости блокировки находится в заданном положении, препятствуя протоку жидкости в гидравлической системе. Возможна ручная постоянная принудительная блокировка водителем с панели приборов на рабочем месте водителя специальной клавишей «блокировка автопоезда», например на стоянке автомобиля.
Датчик 27 положения полуприцепа относительно седельного тягача, связанный электрически с электронным блоком 8 управления автомобиля и механически с его частями позволяет организовать обратную связь в автоматической системе управления при задающем воздействии определяемого датчиком 28 положения рулевого колеса. Предварительно в электронном блоке управления закладывается характеристика (при движении автопоезда по дороге с высоким коэффициентом ее сцепления с колесами) соответствия значений с данных датчиков 27 и 28, связанная с маневром автомобиля и относительным положением его частей. Запрограммированным в электронном блоке управления 8 автомобиля рабочим алгоритмом процесса «подруливания» определяется положение рулевого колеса и положение частей автопоезда для выявления их соответствия или для определения необходимых воздействий для выполнения их соответствия. При эксплуатации автопоезда действия водителя и фактические дорожные условия в электронном блоке управления 8 автомобиля анализируются по сигналам с антиблокировочной системы 29 по ее датчикам частоты вращения колес автомобиля, с автомобильных датчиков 30 положения педали тормоза, 28 положения рулевого колеса и 31 удара. В результате данного анализа согласно выполнению рабочего алгоритма с учетом сигнала с датчика 27 положения полуприцепа относительно седельного тягача происходит соответствующее генерирование управляющих сигналов на электродвигатель 23 привода насоса 24 электромагнитные клапаны 7, 20, 21, 22 и воздействие самого устройства системы на автомобиль.
Эффект «подруливания» полуприцепа 2 относительно седельного тягача 1, взаимное расположение которых определяется датчиком 27 положения частей автопоезда, осуществляется при следующих условиях. При необходимости «подруливания» автопоезда в движении устройство системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда подает сигнал на клапан 7 для его закрытия, сигнал на клапан 22 на открытие его, затем на клапаны 20, 21 электронный блок управления 8 автомобиля подает соответствующие дискретные сигналы, также подается сигнал и на привод масляного насоса 24. Для перемещения штока 14 гидроцилиндра 5 с целью поворота седельного тягача 1 относительно полуприцепа 2, например, влево, масло под действием насоса 24 попадает в полость гидроцилиндра 5 через клапан 21 в направлении «А-С» и покидает полость гидроцилиндра 5 через клапан 20 в направлении «В-С». Для перемещения штока 14 гидроцилиндра 5 с целью поворота седельного тягача 1 относительно полуприцепа 2, например, вправо, масло под действием насоса 24 попадает в полость гидроцилиндра 5 через клапан 21 в направлении «А-В» и покидает полость гидроцилиндра 5 через клапан 20 в направлении «А-С». Масло после клапана 20 направляется через клапан 22 на слив в емкость 26 масла. Необходимое воздействие устройства системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда на автомобиль при этом определяется исходя из сопоставления сигналов задающего направление движения автомобиля датчика 28 положения рулевого колеса и датчика 27 положения частей автопоезда. При работе клапанов устройства системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда масло в гидравлическую систему направляется под давлением из емкости 26 масла, в нее же проводится и слив его из гидравлической системы. Нагнетаемое насосом 24 масло по соединительным трубопроводам гидравлической системы через клапаны 20, 21 поступает и отводится от полостей гидроцилиндра 5, перемещая его поршень, воздействуя на кинематическую цепь. Согласно рабочему алгоритму управления определяемые показания вышеуказанных датчиков 28 положения рулевого колеса и 27 положения частей автопоезда и определяют необходимое взаимное силовое воздействие гидравлической системы и кинематической цепи на части автомобиля при его движении.
Помимо указанных взаимосвязанных элементов управления состоянием устройства системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда предусматривается для повышения эффективности ее срабатывания (помимо воли человека, всякое с ним может быть) датчик удара 31. Сигнал с датчика, направляемый в электронный блок управления 8 автомобиля свидетельствует о столкновении тягача с каким-либо препятствием и приводит к блокировке положения составных частей автопоезда. Вследствие этого, при движении автопоезда курсовая устойчивость повышается, например, в момент совершения дорожно-транспортного происшествия, снижаются его последствия. Автопоезд, подбитый встречным автотранспортным средством, может остаться на проезжей части не сложенный, даже может быть остаться стоять на колесах, а не в кювете на боку или с поврежденной кабиной тягача. Помимо этого на остальных участников дорожной ситуации автопоезд может оказать минимум воздействия или вообще не оказать такового.
Таким образом, реализуется задача повышения надежности и безопасности путем фиксации/изменения положения седельного тягача 1 относительно полуприцепа 2, связанного с тягачом через седельно-сцепное устройство 3, обеспечивающего подвижность сцепки как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях. Такой системой предусматривается наименьшее число силовых элементов, соответственно общая масса системы за счет простой конструкции снижается, автоматическое управление устройством системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда осуществляется от электронного блока 8 управления автомобиля.
Предлагаемое устройство системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда требует для срабатывания только поступления сигнала на электромагнитные клапаны устройства, причем сам сигнал может быть подан как связанный с различными видами торможения автопоезда и дорожной ситуацией, так и принудительный - с панели водителя для постоянной ручной блокировки от поворота полуприцепа автопоезда, например, на стоянке автопоезда. Техническое решение не связано с воздушной системой автопоезда и не влияет на надежность шкворня полуприцепа, при этом имеет широкое предназначение по условиям эксплуатации автопоезда: не только предотвращает складывание автопоезда при резком торможении, но может быть задействовано для обеспечения управляемости автопоезда при движении в различных дорожных условиях, связанных со снижением коэффициента сцепления со скользким дорожным покрытием в условиях дождя, гололеда и др.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить безопасность эксплуатации автопоезда в составе седельного тягача с полуприцепом путем применения конструктивных мероприятий (связанных с применением специальной системы), препятствующих складыванию и позволяющих обеспечить дополнительную управляемость автопоезда.
Конструкция устройства системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда предлагаемой конструкции соответствует условию промышленной применимости, и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением ранее освоенных технологий.