Автоматизация управления сцеплением

Сцепление служит для разъединения двигателя и силовой пе-редачи при переключении передач и постепенного увеличения крутящего момента, передаваемого от двигателя на колеса при трогании. Сцепление позволяет соединять быстровращающийся вал с неподвижными колесами.

Автоматизация управления сцеплением упрощает работу води­теля при трогании и переключении передач. В настоящее время применяются автоматизированные и автоматические системы уп­равления. В первом случае в привод прямого действия устанавли­вают различного рода усилители для снижения усилия на педали сцепления. Во втором случае в сцеплении или приводе применя­ют систему автоматического управления. При этом отпадает необ­ходимость в педали сцепления и, следовательно, в традиционном приводе. Автоматическое сцепление должно обеспечить возмож­ность трогания с места с различной скоростью, осуществлять пе­реключение передач без рывков и так далее.

На рис. 2 показана структурная схема системы управления сцеплением, используемая в автомобилях КамАЗ. Включение в гидравлический привод прямого действия предварительного уси­лителя позволило существенно облегчить выключение сцепления и удерживание его в таком состоянии. При нажатии на педаль 1 при выключении сцепления усилие через рычаг и шток передает­ся главному цилиндру 2, откуда жидкость под давлением по тру­бопроводу поступает в рабочий цилиндр 6. Одновременно давле­ние с главного цилиндра поступает на устройство управления, включающее корректирующее звено обратной связи 3 и управля­ющий клапан 4. Управляющий клапан пропускает сжатый воздух к пневмоусилителю 5 и к звену обратной связи 3. Устройство уп­равления 4, цилиндр пневмоусилителя 5 и рабочий цилиндр 6 выполнены в одном агрегате - пневмогидравлическом усилителе. Суммарное усилие, определяемое давлением воздуха в цилиндре пневмоусилителя и давлением жидкости в рабочем цилиндре, пе­редается на шток 8 и через рычаг 7 и вилку выключения сцепле­ния обеспечивает перемещение муфты, необходимое для выклю­чения сцепления.

Рис. 2. Структурная схема системы

управления сцепле­нием

10 9 8 7 6

Рис. 3. Принципиальная комбинированная схема

автоматизированной системы управления

сцеплением с гидроприводом и предвари­тельным пневмоусилителем

Система включает в себя: педаль 12 (орган управления); главный цилиндр 11 (преобразователь перемещения педали в давление рабочей жид­кости); гидроцилиндр 10 с клапаном управления 6 (устройство управления); пневмокамеру с мембраной 9, пружиной 8 и калиб­рованным дросселем 6 (суммирующее устройство и корректирую­щее звено обратной связи); рабочий цилиндр 4 с поршневым пнев­моусилителем одностороннего действия 5 (исполнительный меха­низм); рычаг вилки выключателя сцепления 3 (рабочий орган). Для работы в автоматическом режиме в устройство управления сцеплением введены два электромагнитных клапана 1, 2.

Работает система управления следующим образом. При нажа­тии на педаль 12 происходит перемещение поршня главного гид­роцилиндра 11. Жидкость под давлением из гидроцилиндра 11 по­дается в цилиндр 10 клапана управления 6 и в рабочей цилиндр 4, шток которого воздействует на рычаг 3 вилки выключателя сцеп­ления. Повышение давления в цилиндре 10 вызывает срабатыва­ние клапана управления 6, и сжатый воздух подается в цилиндр 5 пневмоусилителя, который воздействует на поршень рабочего цилиндра 4 и облегчает выключение сцепления. Диафрагма 9 на­гружена слева силой со стороны поршня звена обратной связи, а справа - силами со стороны пружины 8 и давления сжатого воз­духа, подводимого от пневмоцилиндра 5 через калиброванное от­верстие дросселя 7. С увеличением давления жидкости в главном цилиндре увеличивается давление воздуха в цилиндре 5 и, следо­вательно, снижается усилие на педали сцепления. Корректирую­щее звено обратной связи предназначено для формирования тре­буемого следящего закона управления. Калиброванное отверстие дросселя позволяет отслеживать не только положение педали, но и скорость ее перемещения, что позволяет улучшить динамиче­ские характеристики привода.

В автоматическом режиме управление осуществляется с по­мощью электромагнитных клапанов, выполняющих функции пе­реключателя вида управления «ручное - автоматическое». При по­ступлении команды с центрального блока управления клапан 1 открывается и подает сжатый воздух в пневмоцилиндр 5, который воздействует на вилку выключения сцепления через рабочий ци­линдр. Клапан 2 закрывается и отключает клапан управления 6 от пневмоцилиндра. В этом случае закон управления определяется программой работы центрального процессора. При снятии коман­ды управления клапаны переходят в первоначальное состояние.

По мере совершенствования электронных элементов автома­тизировались стандартные сцепления постоянного замкнутого типа, широко применяемые в силовых агрегатах автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями.

В современных системах автоматического управления реализу­ются два способа регулирования момента сцепления: в зависимо­сти от угловой скорости вала двигателя и от угла поворота педали управления двигателем. В первом случае момент сцепления явля­ется некоторой функцией угловой скорости вала двигателя, во втором случае изменение момента сцепления является функцией угла поворота педали управления двигателем.

Таким образом, за счет автоматического регулирования момен­та, передаваемого сцеплением, частота вращения коленчатого вала двигателя поддерживается на заданном уровне. Одновременно в микропроцессоре определяется разность частот вращения веду­щих и ведомых частей сцепления е_сц = п_кв-п_си. Рассматриваемая система управления является системой автоматического регули­рования по отклонению истинной частоты вращения от заданной. Причем последняя является функцией угла открытия дроссель­ной заслонки.

По мере уменьшения е_сц увеличивается общее время включе­ния атмосферного клапана. При е_сц = 0 подается сигнал на блоки­ровку сцепления, т.е. включается только атмосферный клапан, что вызывает перемещение штока в крайнее правое положение, соответствующее полному включению сцепления. Это уменьшает износ узлов привода сцепления.

Темп включения сцепления при переключении на высшие и низшие передачи различный. При переключении на высшие пере­дачи разность е_сц>0 и имеет небольшую величину, поэтому сцеп­ление включается быстро. При переключении на низшие переда­чи е_сц< 0 и достигает большой величины, особенно если переклю­чение осуществляется через передачу. В этом случае темп включе­ния сцепления замедляется.

Увеличение частоты вращения вала двигателя при воздействии водителя на педаль управления двигателем приводит к уменьше­нию разности частот вращения ведущей и ведомой частей сцепле­ния. При е_сц = 0 включается атмосферный клапан, что приводит к полной блокировке сцепления. Наличие в системе датчика часто­ты ведомого вала коробки передач позволяет в МП по соотно­шению частот вращения ведомых частей сцепления и выходного вала коробки передач определить, какую передачу включил во­дитель, и в зависимости от этого корректировать темп включе­ния сцепления.

Для плавного изменения момента М_сц при его регулировании, осуществляемом открытием и закрытием клапанов В1 и В2, дол­жны быть исключены значительные колебания разрежения в по­лости вакуумной камеры ВЗ. В рассматриваемой системе управле­ния это достигается за счет непрерывно повторяющегося откры­тия и закрытия данных клапанов на короткие периоды. При этом увеличение момента M_сц реализуется за счет того, что общая про­должительность открытого состояния клапана В1 оказывается боль­ше общей продолжительности открытого состояния клапана В2. Если же необходимо уменьшить момент М_сц, то это обеспечива­ется вследствие увеличения общей продолжительности открытого состояния клапана В2 (по сравнению с клапаном В1).

После того как значение М_сц устанавливается на заданном уров­не, оба клапана закрываются.

Если во время разгона автомобиля водитель постепенно уве­личивает открытие дроссельной заслонки, то это приводит к по­вышению п₃, вследствие чего и частота вращения п_кв также воз­растает.

При этом для повышения момента М_сц система управления по мере роста частоты вращения п_кв увеличивает общее время от­крытого состояния воздушного клапана В2, через который по­лость вакуумной камеры соединяется с атмосферой. Работа клапа­нов корректируется также в зависимости от значения ускорений (замедления) коленчатого вала и ведущего вала коробки передач.

По мере увеличения п₃ возрастает продолжительность импуль­сов тока, проходящего через обмотку электромагнита Y2, и умень­шается продолжительность импульсов тока, проходящего через обмотку электромагнита 77. В результате относительная продол­жительность открытого состояния воздушного клапана возраста­ет, а вакуумного клапана В1 - снижается, что и обеспечивает требуемое увеличение М_сц при повышении п_кв.

В результате поступления в процессор информации от датчи­ков частоты вращения ведущего и ведомого валов коробки пере­дач система управления определяет, какая из передач включена в каждый момент времени. Это позволяет в зависимости от порядка переключения передач реализовать различный темп включения сцепления после окончания переходного процесса. Данная осо­бенность системы управления позволяет после перехода с высших на низшие передачи уменьшить темп включения сцепления, что обеспечивает плавность движения автомобиля в процессе пере­ключения передач.

По приведенному описанию составляется блок-схема алгорит­ма управления, на основе которой разрабатывается программа управления, записываемая в память микропроцессора.

Применение микропроцессорных систем управления позволя­ет реализовать оптимальные алгоритмы управления двигателем и сцеплением. В ранее рассмотренных системах не предусматрива­лось автоматическое воздействие на двигатель в процессе пере­ключения передач. Поэтому процесс переключения передач в та­ких системах во многом определяется квалификацией водителя. Координация управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и сцеплением позволяет повысить качество управления.

Выравнивание частоты вращения ведущих и ведомых валов сцепления после переключения с высшей передачи на низшую с помощью регулирования ДВС снижает время буксования сцепле­ния и уменьшает вероятность появления в момент блокировки сцепления инерционных нагрузок в трансмиссии.

Для этого определяют разность частот вращения коленчатого вала и ведомого вала сцепления. По этому сигналу формируется управляющее воздействие на привод дроссельной заслонки. В таких системах можно достичь очень небольшого времени буксова­ния сцепления. Однако за время переходного процесса происхо­дит отключение колес от двигателя, что приводит к снижению скорости. Для сохранения скорости на постоянном уровне при вклю­чении сцепления необходимо, чтобы оно передавало момент, рав­ный приложенному к нему моменту сил сопротивления движению автомобиля.

Для этого в качестве управляемого параметра необ­ходимо использовать момент вращения. Однако в настоящее время еще не созданы простые и дешевые датчики крутящего момента. По­этому для реализации таких систем используют другие параметры, функционально связанные с моментом на валах агрегатов АТС.

Дата добавления: 2015-08-05