Устройство определения характеристики двигателя механической трансмиссии в процессе движения мобильной машины

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ В ПРОЦЕССЕ ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Басалаев Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство определения характеристики двигателя механической трансмиссии в процессе движения мобильной машины, содержащее контроллер, входы которого подключены к датчикам угловых скоростей двигателя, входного и выходного валов коробки передач с фрикционными муфтами, а также к датчику нагрузки двигателя, отличающееся тем, что оно снабжено аналоговым датчиком давления рабочей жидкости, установленным на входе в гидроцилиндр одной из фрикционных муфт коробки передач, при этом выход указанного датчика подключен к входу контроллера, а выход контроллера подключен к электрогидравлическому клапану включения упомянутой фрикционной муфты. 57802009.12.30 Предлагаемая полезная модель относится к транспортной технике и может быть использована в устройствах автоматического управления механическими трансмиссиями мобильных машин, в которых переключение передач осуществляется с помощью фрикционных муфт. Для работы ряда устройств автоматического управления механическими трансмиссиями мобильных машин часто используется крутящий момент двигателя, определяемый по заданной скоростной характеристике двигателя в управляющем устройстве. Известно,что существует разброс скоростных характеристик выпускаемых двигателей, а также в процессе эксплуатации мобильной машины снижается их мощность, что влечет изменение скоростной характеристики двигателя, заданной в управляющем устройстве. В результате этого снижается точность вычисления крутящего момента двигателя, что не позволяет выбирать оптимальные параметры управления трансмиссией, обеспечивающие требуемое качество управляемого процесса в соответствии с заданными оценочными показателями этого процесса. Иногда это является сдерживающим фактором использования автоматических устройств управления трансмиссиями. Известно устройство определения характеристики двигателя гидромеханической трансмиссии в процессе движения мобильной машины, содержащее компьютер, датчики угловой скорости двигателя и турбинного колеса гидротрансформатора, а также датчик нагрузки двигателя 1. В бортовом компьютере данного устройства задаются характеристики двигателя и гидротрансформатора, а также массово-инерционные и конструктивные параметры мобильной машины. В процессе движения машины с разблокированным гидротрансформатором информация о параметрах движения при опросе указанных датчиков поступает в бортовой компьютер,где определяются угловая скорость турбинного колеса гидротрансформатора, а также угловая скорость, ускорение и нагрузка двигателя, задаваемая положением педали подачи топлива. Здесь же вычисляется передаточное отношение гидротрансформатора и крутящий момент его насосного колеса при использовании характеристики гидротрансформатора, заданной в бортовом компьютере. Учитывая, что характеристика гидротрансформатора в процессе эксплуатации мобильной машины не изменяется, для гидромеханической трансмиссии реальный крутящий момент Мд двигателя может быть найден из уравнения движения инерционных масс Мд(дн)Мн,где д и н - соответственно моменты инерции двигателя и насосного колеса гидротрансформатора- угловое ускорение двигателя Мн - крутящий момент насосного колеса гидротрансформатора. Полученная величина момента Мд сравнивается с соответствующей величиной крутящего момента Ме характеристики двигателя, заданной в бортовом компьютере, и определяется коэффициент Ке изменения крутящих моментов двигателя из уравнения Все значения крутящих моментов скоростной характеристики двигателя, заданной в бортовом компьютере, в случае их изменения корректируются путем умножения на коэффициент е. Таким образом, в процессе движения мобильной машины с гидромеханической трансмиссией реальный крутящий момент и скоростная характеристика двигателя могут быть получены при вычислении в бортовом компьютере режимов работы двигателя и гидротрансформатора. 2 57802009.12.30 В механической трансмиссии мобильной машины отсутствие гидротрансформатора не позволяет определять реальные крутящий момент и скоростную характеристику двигателя таким способом. Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является устройство обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при переключении передач механической трансмиссии, содержащее контроллер, датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, включающей фрикционные муфты переключения передач, датчик нагрузки двигателя, источник давления,входные, выходные и сливные гидролинии, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач подключены к входам контроллера, причем, согласно техническому решению, оно снабжено электрогидравлическими релейными клапанами включения фрикционных муфт коробки передач, электрические входы которых подключены к выходам контроллера, выходные гидролинии этих клапанов соединены с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт,а их входные гидролинии - с источником давления 2. Для работы данного устройства в микропроцессорном контроллере задается скоростная характеристика двигателя, массово-инерционные и конструктивные параметры мобильной машины. Работает устройство следующим образом. Во время движения мобильной машины двигатель при переключении передач нагружается моментом трения МТ включаемой буксующей муфты, определяемым из уравнения,где С- заданный темп изменения момента трения во включаемой муфте- текущее время буксования муфты. Расчетная величина углового ускорениядвигателя определяется из уравнения движения инерционных масс ведущих частей трансмиссии при использовании характеристики двигателя, заданной в контроллере, и вычислении в нем момента трениябуксующей муфты. Полученная расчетная величина абсолютного углового ускорениядвигателя на каждом шаге буксования муфты сравнивается с фактической текущей величиной абсолютного углового ускорения ф, определяемой в контроллере при опросе датчика угловой скорости двигателя. Если текущий темп нарастания момента трения в буксующей муфте выше заданного темпа С, то абсолютное фактическое ускорение ф двигателя превышает абсолютное расчетное ускорениедвигателя, т.е. ф. В этом случае контроллер выключает электрогидравлический клапан муфты на время. При выключении этого клапана давление рабочей жидкости в гидроцилиндре муфты снижается, что влечет за собой снижение темпа С нарастания момента трения в муфте. Если же после выключения муфты на времяоказывается, что ф,то контроллер вновь включает электрогидравлический клапан, и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр муфты. Такие импульсные включения и выключения контроллером электрогидравлического клапана муфты позволяют обеспечить в ней заданный темп С нарастания момента трения в этой муфте за счет использования в данном устройстве в процессе буксования муфты обратной связи по фактическому ускорению ф двигателя. В контроллере вследствие разброса характеристик выпускаемых двигателей может быть не совсем точно задана характеристика двигателя, а также она может изменяться 3 57802009.12.30 вследствие снижения мощности двигателя и его крутящего момента в процессе эксплуатации мобильной машины, что сказывается на точности обеспечения заданного темпа С нарастания момента трения М в буксующей муфте. Точность обеспечения заданного темпа С момента тренияможет быть повышена за счет определения реальной характеристики двигателя в процессе эксплуатации мобильной машины. Задачей настоящего технического решения является повышение точности определения характеристики двигателя в процессе эксплуатации мобильной машины. Поставленная задача решается в устройстве определения характеристики двигателя механической трансмиссии в процессе движения мобильной машины, содержащем контроллер, входы которого подключены к датчикам угловых скоростей двигателя, входного и выходного валов коробки передач с фрикционными муфтами, а также к датчику нагрузки двигателя, причем, согласно техническому решению, оно снабжено аналоговым датчиком давления рабочей жидкости, установленным на входе в гидроцилиндр одной из фрикционных муфт коробки передач, при этом выход указанного датчика подключен к входу контроллера, а выход контроллера подключен к электрогидравлическому клапану включения упомянутой фрикционной муфты. Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности за счет поступления информации об изменении скоростных и силовых параметров движения мобильной машины от датчиков в бортовой компьютер, а также проведению в нем вычислений с использованием характеристики двигателя, массово-инерционных и конструктивных параметров мобильной машины, заданных в контроллере. На чертеже дана схема устройства определения характеристики двигателя механической трансмиссии в процессе движения мобильной машины. Устройство содержит два датчика 1 угловых скоростей, один из которых установлен на валу двигателя 2, другой - на выходном валу 3 коробки передач 4, содержащей фрикционную муфту 5 для включения передачи датчик нагрузки 6 двигателя 2, задаваемой положением педали 7 подачи топлива аналоговый датчик давления 8, подключенный к гидроцилиндру 9 муфты 5 контроллер 10, выход которого подключен к электрогидравлическому клапану 11 включения муфты 5 при этом входы контроллера 10 соединены с выходами датчиков 1 угловых скоростей двигателя 2, выходного вала 3 коробки передач 4 и выходом датчика 6 нагрузки двигателя 2, а также выходом аналогового датчика давления 8 причем выход контроллера 10 подключен к электрогидравлическому клапану 11 включения фрикционной муфты 5. Устройство работает следующим образом. Для работы устройства в контроллере 10 задается скоростная характеристика Ме(, ) двигателя 2,где е - угловая скорость двигателя 2- нагрузка двигателя 2, задаваемая положением педали 7 подачи топлива. В компьютере задаются также массово-инерционные и конструктивные параметры мобильной машины. Во время движения мобильной машины реальные крутящий момент и характеристика двигателя 2 определяются при вычислении момента трения М фрикционных дисков муфты 5 во время снижения давления в ее гидроцилиндре 9 при выключении передачи, обеспечиваемой муфтой 5. При снижении давления в гидроцилиндре 9 муфты 5 в определенной точке происходит пробуксовка ее фрикционных дисков. Эта точка является точкой перехода от статического коэффициента трения ст фрикционных дисков замкнутой муфты 5 к динамическому коэффициенту трения д фрикционных дисков буксующей муфты 5. В данной точке коэффициент трения фрикционных дисков муфты 5 может быть принят равным максимальному динамическому коэффициенту трения. д Тогда момент тренияфрикционных дисков муфты 5 в указанной точке может быть найден из уравнения ,д 4 57802009.12.30 где Р- давление рабочей жидкости в данной точке Ро - величина противодавления в гидроцилиндре 9 муфты 5, определяемая усилием отжимных пружин А - коэффициент, определяющий конструктивные параметры муфты 5. Определение давления Р в упомянутой точке начинается с момента выключения электрогидравлического клапана 11 муфты 5 в процессе выключения передачи, обеспечиваемой муфтой 5. При этом производится определение нагрузкидвигателя 2 при опросе контроллером 10 датчика 6 нагрузки двигателя 2. В процессе выключения указанной передачи давление в гидроцилиндре 9 муфты 5 снижается. По мере снижения давления в гидроцилиндре 9 муфты 5 периодически производится опрос датчиков 1 угловых скоростей д двигателя 2 и вм выходного вала 3 коробки передач 4 и вычисление этих скоростей. Условием начала пробуксовки муфты 5 является неравенство двмкп,где кп - передаточное число выключаемой передачи. При выполнении указанного условия производится опрос контроллером 10 датчика 8 давления рабочей жидкости в гидроцилиндре 9 муфты 5 и определяется давление Р в точке начала пробуксовки муфты 5. Реальный крутящий момент Мд двигателя в этой точке находится из уравнения движения инерционных масс ведущих частей трансмиссии МддМ,где д - момент инерции ведущих частей трансмиссии, включая ведущие фрикционные диски муфты 5, приведенный к валу двигателя 2- угловое ускорение двигателя 2 в точке начала пробуксовки фрикционных дисков муфты 5, определяемое при опросе датчика 1 угловой скорости двигателя 2 М - момент трения муфты 5, приведенный к валу двигателя 2. Момент трения М в указанной точке вычисляется в контроллере 10 по ранее приведенной формуле. В зависимости от угловой скорости д и нагрузкидвигателя 2 находится крутящий момент Ме двигателя по его скоростной характеристике, заданной в контроллере 10(,). Полученный реальный крутящий момент Мд двигателя 2 сравнивается с крутящим моментом Ме, заданным в компьютере 10, и определяется коэффициент Ке изменения крутящих моментов двигателя 2 из уравнения Все значения крутящих моментов скоростной характеристики двигателя, заданной в компьютере 10, в случае их изменения корректируются путем умножения на коэффициент Ке. Таким образом, в бортовом компьютере формируется реальная скоростная характеристика двигателя, что позволяет корректно определять оптимальные параметры управления механической трансмиссией мобильной машины. Источники информации 1. Весц НАН Беларус. Сер. фз.-тэхн. навук. - 2000. -1. - С. 38-44. 2.5144 , 2009. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5