автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Выбор законов управления гидромеханической передачей легкового автомобиля с целью улучшения плавности переключения передач и снижения потерь мощности

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ . И

1.1. Обзор и анализ электронно-гидравлических систем управления ГШ легковых автомобилей.II

1.2. Обзор и анализ работ, посвященных исследованиям процессов переключения передач, определению потерь мощности в ГШ, оценке плавности переключений передач ГШ с автоматическим управлением

1.3. Постановка задачи и основные направления исследований

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ШЕЕКЛЮЧЕНШ

ПЕРЕДАЧ ГШ.

2.1. Разработка математической модели легкового автомобиля с ГШ, выполненной по двухпоточной планетарной схеме.

2.2. Разработка алгоритма и программы расчета процессов переключения передач на ЭЦВМ.

2.3. Результаты теоретических исследований процессов переключения передач ГШ.

2.3.1. Исследование процесса переключения передач с включением одного фрикционного элемента.

2.3.2. Исследование процессов переключения передач с одновременным включением и выключением двух фрикционных элементов.

2.3.3. Исследование процессов переключения передач с автоматическим управлением дроссельной заслонкой двигателя.

В Директивах ХХУ1 съезда КПСС отмечено, что увеличение выпуска новых, более совершенных моделей автомобилей должно быть неразрывно связано с работами по дальнейшему повышению показателей их качества [1]. Главным направлением развития современного отечественного легкового автомобилестроения является совершенствование конструкций автомобилей с целью обеспечения их высокого технического уровня и прежде всего, повышения топливной экономичности, надежности, долговечности, комфортабельности и конкурентоспособности [2].

Решение поставленных задач в определенной мере обеспечивается использованием гидромеханических передач (ГМП).

Применение гидромеханических передач с автоматическим управлением на легковых автомобилях массового производства позволяет:

- облегчить и упростить управление автомобилем;

- повысить безопасность движения;

- улучшить комфортабельность автомобиля;

- уменьшить динамические нагрузки в процессе трогания автомобиля и при переключении передач, повысить надежность и долговечность агрегатов трансмиссии и двигателя, и, следовательно, уменьшить потребность в запасных частях [3];

- снизить токсичность выхлопных газов вследствие уменьшения количества переключений в 1МП, отсутствия режима принудительного холостого хода при переключении передач под нагрузкой, более стабильной работы двигателя.

Несмотря на сложность конструкции и некоторое ухудшение тошшвно-экономических и динамических качеств автомобилей с ГМП (на 5-8 % по сравнению с механическими коробками передач) спрос на эти автомобили за рубежом остается на достаточно высоком уровне.

Распространенность применения ГШ на легковых автомобилях в Европе и Японии подтверждается данными каталога [4] , из которого видно, что из 826 моделей предлагаемых на швейцарском рынке - 101 (12,2 %) имеет ШП, как стандартное оборудование, 268 моделей (32,4 %) могут оборудоваться ШП за дополнительную плату (5-10 % от цены автомобиля).

В последнее время появились следующие изменения в традиционной схеме ГМП, направленные, в основном, на повышение топливной экономичности, снижение веса ШП и повышение надежности:

- вводится блокировка гидротрансформатора (Крайслер, Амери-кан Моторс, ШЖ-ЧЗМ-НАМИ), позволяющая получить экономию топлива до 6 % на шоссе и 2 % в городе (по сравнению с обычной ГМП);

- вместо традиционного 3-х ступенчатого редзуктора начинает применяться 4-х ступенчатый, обеспечивающий снижение расхода топлива до 6 % (Мерседес-Бенц, Отомотив Продактс, Борг-Уорнер);

- механический редуктор выполняется по дифференциальной двухпоточной схеме (Форд, УВМВ-ЧЗМ-НМЖ), при этом гидротрансформатор используется полностью только на I передаче (на остальных передачах поток мощности или делится и через гидротрансформатор проходит его меньшая часть, или направляется минуя гидротрансформатор) , что позволяет увеличить общий К.П.Д. передачи по сравнению с однопоточными ШП;

- в связи с распространением переднеприводных автомобилей появилось большое количество специфических малогабаритных конструкций, в частности, выполнение коробки передач в блоке с двигателем и главной передачей.

Дальнейшее совершенствование конструкций ШП связано с оснащением их электронно-гидравлическими системами управления. Работы б этом направлении ведут, в частности, такие известные фирмы, как Кадиллак (США.) и Цанрадфабрик (ФРГ). Серийно электронно-гидравлическими системами оснащают 1МП легковых автомобилей фирмы Рено (Франция) и Тойота (Япония).

По сравнению с известными гидравлическими применение электронно-гидравлических систем управления ПШ позволяет:

- реализовать более сложные законы переключения передач ГШ для получения оптимальных тягово-динамических и топливно-экономических качеств автомобиля;

- обеспечить требуемое качество процессов переключения передач и снижение внутренних потерь мощности с использованием гидравлических элементов простой конструкции;

- повысить надежность и стабильность работы ПШ за счет замены гидравлических датчиков электрическими, применения электромагнитных переключающих клапанов вместо золотников, имеющих более низкую надежность, уменьшение количества гидравлических элементов и их упрощение;

- на основе применения микропроцессорной электроники комплексно решить задачу оптимизации работы двигателя и трансмиссии в различных условиях движения автомобиля.

Реализация оптимальных законов переключения передач достигается за счет увеличения числа информативных параметров электронного блока и применения многопрограммного переключения передач в зависимости от режимов работы двигателя, ГШ и условий движения автомобиля. Пути и средства для решения этой задачи в настоящее время достаточно подробно изучены и изложены в работах [5,6,7,8, 9,10,II,12,13], поэтому в данном исследовании не рассматриваются.

Требуемое качество процессов переключения передач и снижение потерь мощности в ГШ обеспечивается управлением внутренними процессами Ш1 по определенным законам в зависимости от режимов работы двигателя и трансмиссии автомобиля. Вопросам выбора этих законов для их реализации электронно-гидравлической системой управления ГШ уделено недостаточно внимания. Зто связано с тем, что у специалистов не было достаточно опыта по применению этих систем управления на автомобилях. Б настоящее время накоплены определенные данные по надежности и долговечности электронных, электромагнитных элементов МП [14,15,16], что создало предпосылки проведения работ по функциональному усложнению электронно-гидравлических систем, в частности, для управления переходными процессами в Ш1.

Целью настоящей работы являются исследования переходных процессов в ГМП при переключении передач и регулировании давления рабочей жидкости, которые обеспечиваются электронно-гидравлической системой управления без использования гидравлических устройств плавного включения фрикционов, и на их основе выбор законов управления фрикционными элементами, работой двигателя при переключении передач и регулировании давления в главной магистрали для улучшения плавности переключений передач, снижения потерь мощности на создание рабочего давления, на трение фрикционных элементов при переключении и за счет этого обеспечение комфортабельности и снижения расхода топлива автомобиля.

Научную новизну составляют следующие результаты работы:

- математическая модель автомобиля с двухпоточной гидромеханической передачей планетарного типа и программа расчета на ЭЦВМ процессов переключения передач, процессов, протекающих в системе маслопитания ШП, которая позволяет исследовать эффективность электронно-гидравлической системы управления;

- экспериментальные и расчетные данные о переходных процессах, протекающих при переключении фрикционных элементов, и обоснование выбора способов регулирования перекрытия фрикционных элементов при переключении передач с помощью электронно-гидравлической системы управления;

- исследования влияния закона регулирования давления в главной магистрали на плавность переключений передач, на внутренние потери мощности ГМП и влияние этих потерь на топливную экономичность автомобиля;

- исследование влияния управления дроссельной заслонкой двигателя при переключении передач на параметры процесса;

- экспериментальная оценка плавности переключений передач ГШ легковых автомобилей малого класса.

Проведенные исследования позволили разработать техническое задание на ШП с электронно-гидравлической системой управления для перспективных моделей БАЗ и АЗЛК [17].

Предложенные способы управления исполнительными элементами ГМП позволяют упростить конструкцию гидравлического блока, улучшить качество процессов переключения передач, снизить внутренние потери мощности ГМП.

Разработанная матештичеекая модель и методика расчета процессов переключения передач повышает качество проектирования элементов системы маслопитания и электронных управляющих устройств.

Разработанная методика экспериментальной оценки плавности переключений ШП может быть использована при решении практических задач, связанных с исследованиями и разработкой новых механизмов и устройств для снижения динамических нагрузок при переключении передач, а также для сравнения уровня комфортабельности автомобилей с ШП.

Результаты расчетных и экспериментальных исследований были использованы при выполнении работ, предусмотренных тематическим планом НИР НАМИ (темы Ж 20-73, 36-80, 107-81, 92-84), и планами контрактов (В6 70241, 70552) между В/О "Внештехника" и П/0 "Политехна" (ЧССР) по созданию семейства гидромеханических передач для автомобилей ВАЗ и АЗЛК.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

I.I. Обзор и анализ электронно-гидравлических систем управления ГШ легковых автомобилей.

Система автоматического управления (CAУ) ГШ должна обеспечивать: переключение передач по заданным программам, создание давления масла для передачи фрикционными элементами крутящего момента, смазку деталей механического редуктора, питание и охлаждение гидротрансформатора, необходимую плавность переключения передач, переключение без разрыва потока мощности, минимальные потери мощности в IMI.

Гидравлические САУ получили в настоящее время преимущественное распространение. Однако, они конструктивно сложны, например, САУ ГМП Дженерал-Моторс имеет 16 гидравлических элементов, ШП Мерседес-Бенц-34 элемента [18] (схемы систем управления этих ШП приведены в приложении на рис. П.1 и П.2).

Так как все элементы в гидравлических САУ тлеют между собой связь - каналы, то большое их количество не позволяет получить блок золотников компактным и легким. Изготовление корпусных деталей таких блоков, с большим количеством каналов и отверстий под золотники представляет определенные технологические трудности.

В гидравлических САУ основными исполнительными элементами являются редукционные и переключающие золотники. Эти элементы имеют одни и те же датчики (скорости автомобиля, нагрузки двигателя и т.д.). Наличие постоянной связи между редукционными и переключающими золотниками через датчики не позволяет выбирать раздельно законы регулирования давления в главной магистрали и переключения передач. Это ограничивает функциональные возможности гидравлических САУ в отношении выбора законов регулирования давления в главной магистрали.

В электронно-гидравлических САУ все сигналы с датчиков поступают в электронный блок, который выдает команду отдельно электромагнитным переключающим клапанам и отдельно клапанам регулирования давления [19, 20, 2l]. Такие САУ позволяют получать более сложные законы переключения передач, регулирования давления в главной магистрали и от большего числа параметров, т.к. электрические датчики можно устанавливать в разных местах автомобиля, без обеспечения жесткой механической или гидравлической связи мевду собой и блоком САУ. Наличие раздельного включения фрикционных элементов позволяет в электронно-гидравлических САУ применять управление включением фрикционных элементов по более сложным законам, чем в гидравлических САУ.

Применение электрических датчиков и электромагнитных переключающих клапанов в электронно-гидравлических САУ улучшает стабильность работы ШП в соответствии с выбранными законами, т.к. в этом случае в меньшей мере, чем в гидравлических САУ, на величину регулируемых параметров, например, давления в главной магистрали или времени перекрытия фрикционов, оказывают влияние нестабильность характеристик пружин, технологические отклонения от номинальных размеров золотников и корпусных деталей, температурные изменения вязкости рабочей жидкости и т.д.

Наличие перечисленных особенностей электронно-гидравлических САУ определяет отличный от ранее принятого подход к управлению внутренними процессами ГМП. Это, в первую очередь, относится к регулированию давления в главной магистрали и обеспечению плавности переключений передач.

Системы регулирования давления в главной магистрали ГШ1 в электронно-гидравлических САУ должны обеспечивать минимальное давление только из условия работоспособности фрикционных элементов. Величина этого давления определяется крутящими моментами, которые передаются фрикционами при работе Ш1 на различных режимах.

В общем случае крутящий момент, действующий на фрикционный элемент равен: Мф-(Ме~Ммн) К-1гс' фгб , где

Ме ~ крутящий момент двигателя;

Ммн - крутящий момент, затрачиваемый на привод масляного насоса;

К - коэффициент трансформации момента гидротрансформатора;

2¿ ^ - передаточное число и К.П.Д. зацепления между валом турбины и фрикционным элементом.

Как видно из приведенной формулы, нагруженность фрикционного элемента зависит от характеристик двигателя и гидротрансформатора, конструкции механического редуктора и места расположения в нем фрикционного элемента. На рис. 1.1. показано как изменяется крутящий момент, передаваемый фрикционом на I передаче, во всей зоне работы ШП УБМВ-ЧЗМ-НАМИ [19]. На этой передаче диапазон нагрузок фрикциона максимальный, т.к. коэффициент трансформации гидротрансформатора изменяется от максимального значения до единицы и величина Цс имеет наибольшее значение. На остальных передачах гидротрансформатор работает при постоянных значениях К, либо блокируется, поэтому диапазон изменения крутящего момента, передаваемого фрикционами, зависит от нагрузки двигателя при меньших значениях ¿¿¿- . Для наглядности график (рис. 1.1) построен в зависимости от скорости автомобиля и угла открытия дроссельной заслонки (в процентах), т.к. эти параметры являются основными в системах регулирования давления. Кривые получены путем расчета совместной работы двигателя ВАЗ-2ЮЗ и гидротрансформатора ЛГ-230 конструкции НАМИ по их экспериментальным характеристикам. Как видно из графика, момент, передаваемый фрикциоI

Рис. 1.1. Изменение крутящего момента, передаваемого фрикционом ГШ УВМБ-Ч31-НАЛШ на I передаче. ном, изменяется от 560 Н-м (точка А) на режиме максимального коэффициента трансформации при полностью открытой дроссельной заслонке до 40 Н.м (точка Б) при минимальном открытии дроссельной заслонки на режиме гидромуфты.

Как было отмечено, нагруженность фрикционных элементов зависит также от конструкции механического редуктора ГМП. Для анализа влияния кинематической схемы ГМП на нагруженность фрикционных элементов были выбраны схемы трех ГШ: Рено, Хонда, УЖВ-ЧМЗ--НАМИ. Эти ГМП отличаются типами механических редукторов, местом расположения элементов и порядком их включения на передачах. Кривые крутящих моментов, передаваемых фрикционными элементами ГМП на передачах, показаны на рис. 1.2. Кривые расчитывались для одного двигателя (при полностью открытой дроссельной заслонке) и гидротрансформатора. Точки переключения передач были выбраны при одинаковой частоте вращения двигателя.

Б Ш1 Хонда и Рено на Ш, П, I (при К=1) передачах фрикционы нагружены примерно одинаковым крутящим моментом. В ГМП УВМВ-ЧЗМ--НАМИ нагруженность фрикциона Зц на I и III передачах существенно различается. Так как фрикционы у этих ГМП имеют различное расположение в кинематической схеме, то диапазон передаваемых фрикционами моментов на I передаче различен (а-б-в, а-б-в', а"-б"-в").

Из анализа приведенных кривых видно, что нагруженность фрикционных элементов,а, следовательно, и диапазон регулирования давления в главной магистрали, изменяется в больших пределах в зависимости от конструкции ШП, ее режима работы и характеристики двигателя. На рис. 1.3. показано как должно изменяться давление в рабочих органах фрикционных элементов ВАЛ УВМВ-ЧЗМ-НАМИ при полном и минимальном открытии дроссельной заслонки во всем бо 80 /оо т Но км/ч

Рис. 1.2. Нагруженность фрикционов при полном открытии дроссельной заслонки.

20 40 60 80

6400X № /40 у км/ч м I

Рис. 1.3. Изменение давления в рабочих органах фрикционных элементов ГМП УВМВ-Ч5М-НАМЙ при полном и минимальном открытии дроссельной заслонки двигателя. рабочем диапазоне скоростей. Это давление можно считать оптимальным для данной конструкции ГМП.

На графике точками обозначены давления на следующих режимах работы ШП; а-б (а'-б') - зона работы гидротрансформатора на режиме трансформации крутящего момента на I передаче; б-в (бнв) - зона работы гидротрансформатора на режиме гидромуфты на I передаче; г-д (г^-дО - зона работы 1МП на П передаче; е-ж (е-яО - зона работы ГШ на Ш передаче. Б реальных конструкциях ШП давление в главной магистрали регулируется по закону, приближенному с различной степенью точности к оптимальному. В качестве параметров регулирования, наиболее часто применяют угол открытия дроссельной заслонки двигателя или разрежение во впускном трубопроводе, скорость автомобиля, момент на валу реактора гидротрансформатора, а также регулирование главного давления в зависимости от включенной передачи.

Регулирование давления в главной магистрали осуществляется с помощью систем, которые по функциональным возможностям можно разделить на две группы: с дискретным регулированием и с постоянным регулированием. В системах с дискретным регулированием главного давления поддерживается оптимальный уровень давления только во время короткого интервала времени при переключении передач. В остальное время на различных режимах работы ШП устанавливается максимально необходимое давление. В системах с постоянным регулированием на всех режимах работы ГМП поддерживается низкое давление, необходимое для нормального функционирования ГШ.

С помощью системы с дискретным регулированием решается только одна задача: поддержание оптимального коэффициента запаса по сцеплению при включении фрикционного элемента. Системы с постоянным регулированием позволяют оптимально решить задачу регулирования главного давления в зависимости от режима работы ГМП.

Исполнительным органом электронных систем регулирования давления является электромагнит, связанный с элементом регулирования.

На рис. 1.4а показан электромагнитный клапан сливного действия, работающий в импульсном режиме. Если конический клапан электромагнита закрывает слив, то в системе устанавливается повышенное давление, определяемое параметрами редукционного золотника. При пропускании тока через обмотку электромагнита конический клапан отжимается и сливает часть масла из полости А. При этом в системе устанавливается давление, пропорциональное давление в этой полости. Описанные конструкции наиболее часто встречаются в электронных системах регулирования главного давления. Другой вариант исполнения таких систем - редукционный золотник с непосредственным воздействием электромагнита (рис. 1.46). В этом случае электромагнит выполняет функцию слежения и его усилие воздействия на золотник регулируется величиной тока в обмотке.

С помощью рассмотренных электромагнитных элементов можно обеспечить различные способы регулирования давления рабочей жидкости. Так, в разработке фирмы Ниссан (Япония) величина снижения давления масла при переключении определяется электронным блоком в зависимости от разрежения во впускном трубопроводе двигателя и скорости движения автомобиля (патент США № 3640156, кл. 74-866).

В разработке концерна Тойота (Япония) сочетается дискретное уменьшение давления масла и постоянное, в зависимости от специального параметра управления (пат. США № 3750495, кл. 74-866). Для этого в гидравлический блок вводятся два электромагнитных клапана: клапан контроля давления масла, включенный в цепь ре

Цатчик нагрузки сумматор

Аатиик вкороети цоимтель

Р* ,] л рп тп

Заг Т а) Л 5 б)

Рис. 1.4. Схема электромагнитных клапанов регулирования давления: а) сливного действия; б) с силовым воздействием электромагнита. дукционного золотника, и клапан плавности, который срабатывает только при переключении передач.

Система с постоянным регулированием давления применена в разработке фирмы Форд (США), в которой величина давления регулируется в зависимости от нагрузки двигателя и скорости автомобиля (пат. США 16 3709066, кл. 74-866).

Для обеспечения плавности переключений передач фирма Дженерал Моторс разработала систему, в которой регулирование давления масла производится в зависимости от ускорения солнечной шестерни планетарного редуктора (пат. США № 3719096, кл. 74-866).

Плавность переключений передач в электронно-гидравлических САУ можно обеспечить применением следующих способов:

- регулированием рабочего давления при переключении передач (системы регулирования рассмотрены выше);

- синхронизацией по времени управления фрикционов, обеспечивающей получение необходимого перекрытия;

- совместной синхронизацией частоты вращения двигателя и фрикционов ГМП во время переключения.

Синхронизация управления фрикционов с целью обеспечения их перекрытия применена в ряде систем управления фирмы Ниппонденсо (Япония). При этом имеются разработки, в которых задается как постоянное время перекрытия (патент США й 3662625, класс 74-86в), так и однопараметровое регулирование времени в зависимости от нагрузки двигателя (патент Японии $ 47-51616, класс 801032). Гидравлическая часть таких САУ дополнительных устройств плавности не имеет и состоит только из электромагнитных переключающих клапанов.

В системе управления ГМП САУ~ 488 английской фирмы С£№ [21] для повышения плавности переключений передач автоматически уменьшается подача топлива в двигатель во время переключения.

После включения последующей ступени подача топлива возобновляется до первоначального уровня.

Устанавливаемые в настоящее время на легковых автомобилях ГМП с электронно-гидравлическими САУ были разработаны в 70-х годах. Электроника в этих САУ выполняет только функцию переключения передач. Регулирование давления в главной магистрали и плавности переключений передач обеспечивается с помощью традиционных гидравлических устройств [14].

Система управления гидропередачи Рено.

В ГШ Рено применяется электронно-гидравлическая система управления, при этом переключение передач осуществляется с использованием гидравлического шагового переключателя. Такое решение позволяет существенно упростить конструкцию гидравлической части системы автоматики и использовать 4 золотника и 2 электромагнитных клапана.

На рис. 1.5. показана гидравлическая схема системы управления автоматической передачи Рено. Регулирование давления в главной магистрали осуществляется золотником 8 в зависимости от величины разрежения в задроссельном пространстве (при помощи вакуумного регулятора 9), а также в зависимости от включенной передачи.

В гидротрансформатор и на смазку масло поступает из канала нагнетения масляного насоса.

Давление масла в системе смазки регулируется редукционным клапаном 2.

Система переключения передач включает: электронный блок, золотник выбора режимов движения 7, шаговый переключатель 6, электронно-магнитные клапана слива масла 4 и 5.

9[1гЩ длкиучныи реефгя/гтор

С/ги£

Рис. 1.5, Гидравлическая схема ГМП Рено.

Переключение передач происходит в зависимости от скорости автомобиля и нагрузки двигателя посредством включения или выключения соответствующего электромагнитного клапана слива 4 и 5. Датчик скорости выполнен в виде тахогенератора. Параметр нагрузки двигателя вводится в виде вращающихся магнитных полюсов тахогенератора, угол поворота которых равен 60°.

При установке золотника 7 в позицию "А" давление поступает к цилиндру фрикциона включаемого на всех передачах переднего хода. При этом золотник шагового переключателя 6 находится в крайнем левом положении, так как включены оба электромагнита. Все другие цилиндры фрикционных элементов соединены со сливом. При этом включена первая передача.

На второй передаче выключается электромагнит 4 и происходит слив масла из-под правого торца золотника 6, который занимает среднее положение. При этом масло из главной магистрали поступает к левому торцу золотника 3 и далее на включение тормоза Т2. Цилиндры тормоза и фрикциона соединяются со сливом.

При выключении электромагнита 5 золотник 6 перемещается вправо до кромки отверстия, соединяющего эту полость с электромагнитным клапаном 5. Перемещение золотника 6 осуществляется давлением масла, действующего на разные площади с его обоих торцов. При этом масло под давлением поступает к цилиндру фрикциона Ф^, одновременно золотник 3 смещается влево и соединяет тормоз Т2 со сливом.

Таким образом, обеспечивается включение третьей передачи. При перемещении золотника 7 в позиции "I", "2", и 11 £ 11 включаются соответствующие фрикционные элементы этих передач.

Блокировка одновременного включения двух передач обеспечивается золотниками 6 и 3 (посредством слива масла из рабочих цилиндров на кавдой передаче), блокировка включения заднего хода обеспечивается в контроллере, блокировка включения первой передачи при скорости движения выше заданной, осуществляется в электронном блоке.

Плавность переключения передач обеспечивается подбором соответствующего бумажного материала и масла. Во фрикционных элементах применены диски с бумажными накладками.

Кроме этого, золотник 3 осуществляет перекрытие фрикционов при переключении 2-3 и 3-2. Это обеспечивает переключение передач без разрыва потока мощности.

Система управления гидропередачи Тойота.

В ШП Тойота переключение передач осуществляется электронным блоком при помощи двух электромагнитов, связанных с золотниками переключения 1-2 и 2-3.

Гидравлическая схема (рис. 1.6.) включает (кроме насоса) 5 золотниковых элементов.

В ШП применено только ступенчатое регулирование давления в главной масляной магистрали: повышение давления на первой передаче и передаче заднего хода. Регулирование давления в главной магистрали осуществляется главным редукционным золотником 2.

На первой передаче и передаче заднего хода давление в главной масляной магистрали определяется параметрами золотника 2 и пружины. Золотник находится в крайнем нижнем положении.

На второй и третьей передачах под нижний торец золотника 2 подается давление. Золотник 2 поднимается вверх, открывая канал слива. Давление в главной масляной магистрали понижается.

В гидротранефорлатор масло поступает через редукционный золотник 2 после того, как в главной магистрали давление достигнет нужной величины. После гидротрансформатора часть масла поступает на слив через теплообменник 8, другая часть масла поступает через редукционный клапан 9 в систему, смазки.

Ия снм*У

Рис. 1.6. Гидравлическая схема ШП Тойота.

Переключение передач происходит в зависимости от нагрузки двигателя и скорости автомобиля. В качестве датчика нагрузки применяется ступенчатый потенциометр, связанный с педалью акселератора, в качестве датчика скорости - индуктивный датчик, устанавливаемый на выходном валу 1М1.

При установке золотника 7 в позицию " V " давление масла поступает к цилиндру включения фрикциона работающего на всех передачах переднего хода. При этом через золотник 5 и 6 обеспечивается слив масла из цилиндров фрикциона Ф2 и тормозов Т^и Т2. При включении фрикциона ф£ включается первая передача.

При включении второй передачи электромагнит 1-2 перемещает золотник 6 влево, соединяя главную магистраль с магистралью включения тормоза Тр При этом через золотник 5 масло из фрикциона Ф2, а через золотник 6 - из тормоза Т2 поступает на сдав.

При включении третьей передачи электромагнит выключен, золотник 6 смещается усилием пружины вправо, электромагнит 2-3 перемещает золотник 5 влево, соединяя главную магистраль с магистралью включения фрикциона Ф2. При этом через золотник 6 масло из цилиндров включения тормозов Т^ и Т2 поступает на слив.

При перемещении золотника 7 в позицию "2", главное давление подается только к золотнику 6. Этим обеспечивается включение только первой и второй передач.

При перемещении золотника 7 в позиции " "К " и " Ь " включаются соответствующие элементы. Из нерабочих элементов масло поступает на слив.

Блокировка одновременного включения второй и третьей передач обеспечивается подачей масла в цилиндр включения фрикциона Ф£ и цилиндр отключения тормоза Т^.

Блокировка включения заднего хода обеспечивается в контроллере. Блокировка включения первой передачи на большой скорости осуществляется в электронном блоке.

Плавность переключения обеспечивается подбором оптимального фрикционного материала и масла. Кроме того, в САУ применен аккумулятор для обеспечения плавности включения первой и второй передач.

Система управления гидропередачи УВМВ-ЧЗМ-НАМИ.

Электронно-гидравлическая система управления ШП УВМВ-ЧЗМ--НАМИ (рис. 1.7.), содержит 7 золотниковых элементов. Давление в системе регулируется с помощью редакционного золотника 16,причем величина его зависит от следующих параметров:

- от предварительного усилия пружины;

- от величины давления, поступающего к обратному торцу золотника в полость 21, определяемой параметрами золотника 14: усилием его пружины и включенной передачей (если давление поступает по каналу 4 на выключение фрикциона - I передача, задний ход, нейтраль - то давление в системе повышается).

Величина давления в главной магистрали 15 составляет на I передаче, заднем ходу и нейтрали 10-12 кгс/см2, на П и Ш передачах 5-6 кгс/см2. В гидротрансформатор I масло поступает по каналу 20 только в случае, если его величина в главной магистрали достигнет значения, достаточного для надежного включения фрикционных муфт. Давление на входе в гидротрансформатор регулируется золотником 6. Из гидротрансформатора масло поступает через дроссель в теплообменник 19 и далее на слив в поддон.

Переключение передач в гидромеханической передаче осуществляется с помощью двух двухобмоточных электромагнитов М^ и М2 золотил каш 8 и 12. В нейтральное положение (0) оба электромагнита возвращаются усилием пружины, а в положения А и В в зависимости от включенной обмотки электромагнита.

Последовательность включения электромагнитных золотников и фрикционных элементов гидромеханической передачи УВШ-ЧЗМ-НАШ дана в таблице 1.1. го со

Рис. 1.7. Гидравлическая схема ГШ УВМВ-ЧЗМ-НШ.

Таблица 1.1.

Позиция

Включенная

Включаемый элемент передачи контроллера передача I 2 Б1 В2 м2

Р Н — — — — А 0

3.x. — — + + А А

А I — + — — 0 0

2 + — — — В 0

3 + -!- — — в в

2 I — + + — 0 А

2 + — + — в А

I I — + + 0 А

Плавность переключения передач и переключение без разрыва потока мощности обеспечиваются наличием золотника 9, согласующего включение фрикционных муфт и £г>, наличием муфты свободного хода в кинематической схеме гидромеханической передачи, регулированием давления масла в системе маслопитания, выбранным типом фрикционных накладок и масла.

Электронная система автоматики обеспечивает переключение передач в зависимости от двух параметров: скорости автомобиля и нагрузки двигателя.

Сигнал скорости автомобиля вводится с помощью бесконтактного импульсного датчика, установленного в картере передачи.

В качестве датчика нагрузки двигателя использован герметичный потенциометр, установленный в приводе дроссельной заслонки двигателя. Система автоматики имеет решил "кик-даун", который используется для интенсивного обгона, кнопка режима выполнена отдельно и установлена под педалью подачи топлива в двигатель.

В настоящее время ведутся работы по созданию ГМП с электронно-гидравлической системой управления нового поколения. В этой САУ предусмотрено регулирование давления в главной магистрали и обеспечение перекрытия фрикционных элементов с помощью электромагнитных клапанов. Такая САУ позволит реализовать более сложные законы управления внутренними процессами ГМП [17].

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны математическая модель легкового автомобиля с ГМП, выполненной по двухступенчатой планетарной схеме, программа расчетов на ЭЦВМ процессов переключения передач, которые позволяют исследовать эффективность электронно-гидравлической системы управления.

2. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали возможность обеспечения требуемых параметров процессов переключения передач без применения гидравлических устройств плавного включения фрикционных элементов, за счет регулирования давления в главной магистрали и обеспечения оптимального перекрытия переключаемых фрикционов.

3. Экспериментальные и расчетные исследования потерь мощности в ГМП показали, что применение регулирования давления в главной магистрали, обеспечивающее поддержание коэффициента запаса фрикционов ГМП постоянным, позволяет снизить потери мощности в ГМП, что положительно повлияет на топливную экономичность автомобиля.

Наилучшие показатели по плавности переключения со П передачи на Ш и наименьшие потери мощности на привод масляного насоса имеет ГМП с системой, регулирующей давление в главной магистрали в зависимости от режима работы гидротрансформатора, включенной передачи и нагрузки двигателя.

Для получения лучших показателей процесса переключения с I передачи на П при таком законе регулирования давления в главной магистрали необходимо обеспечить время задержки выключения фрикциона равное О,А- с.

4. Применение автоматического управления дроссельном заслонкой при переключении передач по полученному в результате расчетных исследований закону, позволяет существенно улучшить показатели процессов переключения. По сравнению с рассмотренным выше (п.З) законом управления фрикционных элементов, управление дроссельной заслонкой позволяет: для переключения 2-3 - снизить величину критерия плавности в 2 раза и работу буксования включаемого фрикциона в 1,8 раз; для переключения 1-2 - при сохранении плавности на том же уровне уменьшить работу буксования включаемого фрикциона в 2 - 2,5 раза.

5. Проведенные испытания нескольких автомобилей, оборудованных различными моделями ИШ, подтвердили возможность объективной оценки плавности переключений передач с помощью критерия - размаха колебания производной продольного ускорения автомобиля, при сравнении моделей ГМП, а также доводке опытных образцов.

6. Выбранные законы управления фрикционными элементами при переключении передач ГШ проверены на макетном образце системы управления ГШ и показали удовлетворительную сходимость с результатами расчетов, что позволило выдать рекомендации по при менению такой системы управления при разработке технического задания на перспективные модели ГМП для переднеприводных легковых автомобилей.

7. Создана и защищена авторским свидетельством конструкция гидравлического блока системы управления, которая позволяет регулировать давление в главной магистрали и обеспечивает необходимое перекрытие фрикционов с помощью электромагнитных золотников.

3. Целесообразно продолжение исследований процессов управления дроссельной заслонкой при переключении передач ГМП с целью отработки конструкции исполнительного механизма и блока управления.

1. Материалы ХХУТ съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981, - 223 с.

2. Титков А.И. Автомоибльная техника в XI пятилетке. Автомобильная промышленность, 1982, 1Ш, с.1-5.

3. Лукъянчук А.Д. Исследование и выбор режимов форсированных испытаний гидромеханических трансмиссий легковых автомобилей малого класса.-Дисканд. техн. наук. Минск, 1981,с.123.

4. Katalog der Automobil revue , 1984, 593 с.

5. Диваков H.B. Теоретическое и экспериментальное исследование некоторых вопросов, связанных с переключением передач приразгоне автомобиля. Автореферат дис канд. техн. наук.- М.,1964, 21 с.

6. Вильковский Е.К. Исследование режимов и показателей работы городских автобусов методами имитации и моделирования условий движения. Автореферат дис канд. техн. наук. - Львов,1971, 24 с.

7. Выбор закона автоматического переключения ступеней в гидромеханической передаче./ О.И.Гируцкий,Н.Д.Мазалов,В,Н.Паухи др. в сб.: Автомобилестроение. -М. :НШНавтопром, 1971, вып.4,с.51-55.

8. Крайнык Л.В. Определение оптимальных законов переключения ступеней ГШ, обеспечивающих максимальные динамические качества автомобиля. Львов, 1977. - 24 с. - Рукопись представлена Львовским политехи, институтом. Деп. в УкрНИИНТИ II мая 1978, 1016 ДР.

9. Крайнык Л.В. Исследование и оптимизация режимов управлениягидромеханическими передачами городских автобусов. Дисканд. техн. наук. М.,1978. - 210 с.

10. Островцев А.Н. ,Крайнык Л. В. Основы системной оптимизации управления гидромеханическими передачами автомобилей. Автомобильная промышленность,1980, ЖЕ, с.13-16.

11. Плужников Б.И., Полунгян A.A., Кондрашкин С.И. Определение законов переключения передач для автомобиля с ГШ. Известия ВУЗов. Машиностроение, 1981, МО, с.79-83.

12. Плужников Б.И. Исследование законов переключения передач автоматической гидромеханической трансмиссии легкового автомобиля на режиме разгона. Дисканд. техн. наук.- М.Д982, 244 с.

13. Раскин В.Е.»Гируцкий О.И.,Гау А. Пути снижения расхода топлива легковых автомобилей с гидромеханическими передачами.- Автомобильная промышленность, 1982, №5, с.12-14.

14. Гируцкий О.И. ,Есеновский-Лашков 10.К. ,Фисенко И.А. Автоматические коробки передач современных легковых автомобилей.-М.: НИИНавтопром, 1981, 48с.

15. Гируцкий О.И., Есеновский-Лашков Ю.К., Скоков Е.М., Фисен-ко И.А., Сытин К.Ю., Шатров Е.И. Результаты испытаний автоматической гидромеханической передачи для легковых автомобилей. Автомобильная промышленность, 1978, М, с.27-30.

16. Есеновский-Лашков Ю.К., Гируцкий О.И., Скоков Е.М., Фисенко И.А., и др. Исследование работы автоматической гидромеханической передачи для легкового автомобиля класса 1,5- 2,5 л.: Отчет/ НАМИ. MS8I37I5.-М.,1979. - с.237.

17. Есеновский-Лашков Ю.К., Гируцкий О.И., Гау А. Автоматическая гидромеханическая коробка передач для легковых автомобилей класса 1,2 2,0 л. - Автомобильная промышленность, 1977,1. 5, c.II-14.

18. Крайнык Л.В., Вильковский Е.К., Дзядык М.Н. Электронные системы управления автомобилей. М.:ВИИНавтопром, 1978, часть I,- 51 с.

19. Крайнык Л.В., Вильковский Е.К., Дзядык М.Н.}Электронные системы управления автомобилей. М. :НИИНавтопром, 1978, часть II,- 34 с.

20. Айзерман М.А. Автоматика переключения передач. М.: Машгиз, 1948. 139 с.

21. Прокофьев В.Н. Основы теории гидромеханических передач. -М.: Машгиз, 1957. 422 с.

22. Зельцерман И.М., Каминский Д.М., Онопко А.Д. Фрикционные муфты и тормоза гусеничных машин.-М.: Машиностроение, 1965. -24 -240 с.

23. Золотник М.И., Ковьяров И.С. Трансмиссии современных промышленных тракторов.-М.: Машиностроение, 1971. 248 с.

24. Тарасик В.П. Основы синтеза вальных коробок передач с фрикционными муфтами переключения ступеней. В кн.: Конструкции автомобилей.'-М. :НШНавтопром, 1972, вып.2, с.13-21.

25. Тарасик В.П. Методика комплексных исследований переходных процессов в трансмиссии автомобиля с гидромеханической передачей. Автомобильная промышленность, 1972, № 2, с.13-15.

26. Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач.-Минск: Наука и техника, 1973, 320 с.

27. Automative product. Manumatic transmission-motor Industry, 1967, 75, & 782,с.52-66.

28. Тарасик В.П. К вопросу исследования процесса включения фрикционных муфт гидромеханических передач. В кн.: Автомобиле- и тракторостроение. - Шнек: Вышэйша школа, 1974,вып.5, с. 92-104.

29. Тарасик В.П. Проектирование внедорожных автомобилей и колесных тракторов на основе методов оптимизации сложных динамических систем. Автореферат дис канд. техн. наук. - М.,1983,- 44 с.

30. Нарбут А.Н., Шапко В.Ф., Дзядык М.Н., Архипов А.И. Исследования процесса переключения фрикционов с периферийными клапанами,- Автомобильная промышленность, 1979, J& 10,с.22-24.

31. Архипов А.И. О способах улучшения плавности переключения в гидромеханических передачах. М.: Труды МАДИ, 1976, вып.116, с. 99-102.

32. Архипов А.И. Исследование процессов переключений в гидромеханической передаче с устройствами, снижающими динамические нагрузки. Автореферат дис. канд. техн. наук. - М., 1974, -24 с.

33. Шапко В.Ф. Исследование формирования нагрузок в гидромеханической передаче автомобиля при переключениях. Автореферат дис.;. канд. техн. наук. - М. ,1974, - 23 с.

34. Leorat F. Diwers aspects de la' commutation sous couple dans ime bort e de witesses automatigye. — Ingeniuers de 1$,' auto— mobil, 1971, N 11, p. 666-690.

35. Петров В.А. Основы теории автоматического управления трансмиссией автомобиля. ГЛ.: Машгиз, 1957, - 160 с.

36. Петров В.А. Автоматические системы транспортных машин. М.: Машиностроение, 1974, - 332 с.

37. Еялоцкий В.Ф. Исследование работы фрикционных муфт в ГШ автобуса. Дне. канд. техн. наук. - М., 1969, - с.183.

38. Грунауэр А.Л., Вернигор В.А. Исследование переходных процессов в машино-тракторных агрегатах при переключении передач на ходу. Тракторы и сельхозмашины, 1975, 4, с. 9-12.

39. Салонокий Н.Т., Мелешко A.C. О буксовании фрикционных муфт тракторных коробок передач на ходу. Тракторы и сельхозмашины, 1975,№ 2, с. 10-12.

40. Харитонов Н.П.,Анохин В.А. К вопросу о плавности переключения гидромеханических передач. Автомобильная промышленность, 1963, № 5, с. 10-15.

41. Довжик В.Л., Вербовецкий Э.Э., Кийко В.В., Лукьянов A.B. Выбор давлений в гидросистеме трансмиссии промышленного трактора с переключением передач на ходу. Тракторы и сельхозмашины, 1978, ^ 3, с. 12-14.

42. Гируцкий О.И.,Мазалов Н.Д. Системы маслопитания гидромеханических передач. М.: НИИНавтопром, 1971, - 50 с.

43. Гируцкий О.И. Исследование гидромеханической передачи, грузового полноприводного автомобиля. Автореферат дис канд.техн. наук. М.,1972, - 24 с.

44. Гапоян Д.Т. Фрикционы автоматических коробок передач. М.: Машиностроение,1966, - 167 с.

45. Надь A.A. Об условиях работы и параметрах дисковых сцеплений гидропередач легковых автомобилей. М.: Труды ЗиЛа,1969, вып.З, с.177-211.

46. Малашков И.И. Исследование процесса включения сцепления, его износостойкости и динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля. -Автореферат дисканд. техн. наук. М. ,1974, -24с.

47. Семёнов В.М., Кондрашкин С.И., Контанистов С.П. Определение динамической нагруженноети трансмиссии и. работы буксования муфты сцепления при. троганш автомобиля с места. Автомобильная промышленность, 1978,№ 2, с.23-26.

48. Гирко М.Д. Проекторование клапанов плавного включения фрикционов гидромеханической передачи. Автомобильная промышленность, 1970,№ 3, с. 20-30.

49. Гирко М.Д. Применение устройств, обеспечивающих плавное включение фрикционов ГШ. В кн.: Гидромеханические передачи автомобиля, - М. ,1970, с.31-42.

50. Гируцкий О.И., Мазалов Н.Д. Выбор систем регулирования давления масла в главной магистрали гидромеханической передачи.- В сб. Автомобилестроение. М.: НИИНавтопром, 1971, вып.3,с. 11-14.

51. Сироткин З.Л., Бренч М.П., Тарасик В.П. О матеметическом и натурном исследовании гидромеханической передачи автомобиля. Автомобильная промышленность, 1963,№ 9, с.11-14.

52. Харитонов Н.П. Исследование процессов переключения гидромеханической передачи автомобиля. Автореферат дис канд. техн.наук. М.,1965,-24 с.

53. Кондрашкин A.C. Состояние и перспективы развития автоматических гидромеханических передач для легковых автомобилей. Автомобильная промышленность, 1972, № 5, с.9-11.

54. Кондрашкин A.C., Умняшкин В.А., Мазалов Н.Д., Скоков Е.М. Уменьшение внутренних потерь в автоматических гидропередачах легковых автомобилей.- В сб. Автомобилестроение. М.: НИИНавтопром, 1973, вып.9, с.18-20.

55. Кондрашкин A.C. Исследование и разработка автоматической гидропередачи для легковых автомобилей класса 1,2-2,0 л.:- Автореферат дис канд. техн. наук. М., 1977, - 25 с.

56. Косов В.П. Исследование потерь мощности в гидромеханической передаче с целью их снижения. Автореферат дис. канд. техн. наук. - Челябинск, 1974, - 24 с.

57. Вернигор В.А. Исследование на математических моделях процесса переключения передач в тракторных трансмиссиях. Тракторы и сельхозмашины, 1977, № 5, с.8-10.

58. Исследование динамической нагруженноети гидромеханической трансмиссии, легкового автомобиля./ В.Н. Ксендзов, В.Я. Павловский, А.Д. Лукьянчук и др. В кн. : Методы и средства повышения надежности машин. - Минск, 1976, с. 17-18.

59. Применение АВМ для расчета нагруженноети. гидромеханических трансмиссий при трогании. и переключении передач./ Н.Л. Остро-верхов, В.Н. Ксендзов, А.Д. Лукьянчук, Г.В. Оаенко. Операт. информ. материалы. - Минск.: ИНДМАШ АН БССР, 1981,- 43 с.

60. Winchell F.J., Route W.D. Ratio Changing the passenger car automatic transmission. SAE Preprint,1961,N 311A,s.1-34#

61. Шейнкер И.Г., Гирко М.Д., Захаров В.И., Лойко A.A. К вопросу обеспечения плавного включения фрикционных муфт гидромеханической передачи. ^ Автомобильная промышленность, 1966, Jfe I, с. 9-12.

62. Надь A.A., Чередниченко Ю.И., Марков Ю.С. Об оценке плавности переключения в гидромеханических передачах легковых автомобилей,- Автомобильная промышленность, 1975, № 9, с.21-24.

63. Чередниченко Ю.И., Надь A.A. Методика объективной оценки, плавности, переключения передач ГШ. М.; Труды ЗиЛа, 1977, вып.7, с.41-56.

64. Чередниченко Ю.И. Испытания автомобильных гидромеханических передач. М.: Машиностроение, 1969, - 195 с.

65. Электронное устройство для переключения автоматической коробки. передач. Экспресс-информация. Автомобилестроение, 1973, 32, с.11-12.70.- Мороз С.М. Электроника в управлении автомобилем. Автомобильная промышленность, 1981, № 9, с. 13-16.

66. Корбка передач с автоматическим электронным управлением. Автомобильная промышленность США, 1977, № 10, с. 30-31.

67. Полунгян A.A. Динамика колесных машин. М.: МВТУ, 1976, - 68с.

68. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967, - 185 с.

69. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на Фортране. М.: Мир, 1977,- 580 с.

70. Фисенко И.А., Еоеновский-Лашков Ю.К.,Скоков Е.М. Оценка плавности переключений гидромеханических передач легковых автомобилей. Автомобильная промышленность,1982,1. В 5, с. 17-18.

71. Нарбут А.Н. К.П.Д. планетарного механизма двух- и трехступенчатых коробок передач легковых автомобилей. Автомобильная промышленность,I960,Is 8, с. 13-15.

72. Нарбут А.Н. Гидротрансформаторы. М.: Машиностроение, 1966, - 187 с.

73. Левин И.А. Автомобильные гидродинамические передачи. М.: МАШ, 1970, - 31 с.

74. Мазалов Н.Д.,Трусов С.М. Гидромеханические передачи. М.: Машиностроение,1971, - 294 с.

75. Фисенко И.А. Выбор систем регулирования давления в главной масляной магистрали, гидромеханических передач легковых автомобилей. Автомобильная промышленность,1980,№ 10,с. II-I3.

76. Гируцкий 0.И.,Фисенко И.А. Анализ систем регулирования главного давления в гидромеханических передачах легковых автомобилей. В сб. Конструкции автомобилей. - М.: НИИНавтопром, 1981,вып.4, с. 27-34.

77. Длин A.M. Математическая статистика в технике. М.: Машгиз,1958, - 466 с.