148402 (Микропроцессорные системы управления АМТС), страница 3

Рисунок 7. Изменение при разгоне автомобиля угла а, частот вращения п_к, n_ц и n_с, момента М_с я силы тока I₁₆ и I₁₈ в обмотках электромагнитов управления воздушным и вакуумным клапанами при микропроцессорной системе управления

Момент М_с возрастает по мере увеличения п_к, т. е. в конечном итоге рассматриваемая система управления обеспечивает получение именно такой зависимости M_с=f(n_к), которая является оптимальной для автоматизации действия сцепления. После окончания пробуксовывания сцепления, определяемого системой управления путем сравнения сигналов от датчиков 2 и 6 (рисунок 2), поступает команда на блокировку сцепления при t=t_бл (рисунок 7). Благодаря этому уменьшается износ узлов привода сцепления и, в первую очередь, его выжимного подшипника.

Ввиду неизбежного запаздывания в срабатывании исполнительных механизмов по отношению к изменению частоты вращения коленчатого вала для получения качественного процесса регулирования момента М_с необходимо исключить режимы работы двигателя без нагрузки, поскольку это приведет к чрезмерно высокому темпу изменения частоты вращения его вала.

Для удовлетворения данного требования в системе управления предусмотрено частичное включение сцепления, как только водитель откроет дроссельную заслонку на небольшой угол. Это достигается путем принудительного кратковременного открытия клапана 17 (рисунок 2) на 0,15 с несмотря на то, что в данный период n_кц. В результате последующее увеличение п_к будет происходить при наличии нагрузки на двигателе, создаваемой частично включенным сцеплением.

Для плавного изменения момента М_с при его регулировании, осуществляемом открытием и закрытием клапанов 15 и 17, должны быть исключены значительные колебания разрежения в полости 19 сервокамеры 20. В рассматриваемой системе управления это достигается вследствие непрерывно повторяющегося открытия и закрытия на короткие периоды данных клапанов. При этом увеличение момента М_с реализуется за счет того, что общая продолжительность открытого состояния клапана 17 оказывается больше общей продолжительности открытого состояния клапана 15. Если же необходимо уменьшить момент М_с, то это обеспечивается вследствие увеличения общей продолжительности открытого состояния клапана 15 (по сравнению с клапаном 17). После того как значение М_с устанавливается на заданном уровне, оба клапана закрываются.

Если во время разгона автомобиля водитель постепенно увеличивает открытие дроссельной заслонки, то это приводит к повышению «ц, вследствие чего и частота вращения п_к при разгоне автомобиля также возрастает.

При этом для повышения момента М_с система управления по мере повышения частоты вращения п_к увеличивает общее время открытого состояния воздушного клапана 17, через который полость 19 сервокамеры соединяется с атмосферой. Работа клапанов корректируется также в зависимости от значения ускорений (замедлений) коленчатого вала и ведущего вала коробки передач. По мере увеличения п_к возрастает продолжительность импульсов тока I₁₈ (рисунок 7), проходящего через обмотку электромагнита 18 (рисунок 2), и уменьшается продолжительность импульсов тока I₁₆, проходящего через обмотку электромагнита 17. В результате относительная продолжительность открытого состояния воздушного клапана возрастает, а вакуумного клапана 15 — снижается, что и обеспечивает требуемое увеличение М_с при повышении п_к.

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. Благодаря этому можно реализовать различный темп включения сцепления после окончания процесса переключения передач в зависимости от порядка их переключения. 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.

Результаты испытаний рассмотренной системы управления показали возможность применения микропроцессорных систем для автоматизации управления сцеплением.

Микропроцессорные системы управления в последнее время все чаще используют для управления ГМП автобусов, грузовых и легковых автомобилей. Система управления фирмы «Аллисон» с условным обозначением АТЕС предназначена для управления трех- пятиступенчатыми ГМП, оборудованными блоком электромагнитных клапанов (ЭМ ГМП). С помощью этих клапанов осуществляется управление исполнительными устройствами (фрикционами) ГМП. Система АТЕС (рисунок 8) является многофункциональной системой управления. В зависимости от сигналов, поступающих от датчика скорости ДС, контролирующего скорость автомобиля, и датчика нагрузки ДН двигателя, микропроцессор в соответствии с заложенной в него программой и с учетом положения контроллера управления KУ вырабатывает команды на переключение передач и блокировку гидротрансформатора. Эти сигналы усиливаются силовыми элементами системы управления и далее поступают к электромагнитам привода соответствующих гидравлических клапанов. Исполнительными устройствами ГМП являются фрикционы, включением и выключением которых управляют указанные гидравлические клапаны.

Рисунок 8. Структурная схема микропроцессорной системы управления ГМП грузовых автомобилей

Кроме выработки сигналов на переключение передач система управления осуществляет ряд функций защиты передачи от аварийных режимов, а также используется для диагностирования состояния узлов ГМП по сигналам датчиков температуры масла ДТ и давления в системе ДР.

ГМП является сложным и дорогостоящим агрегатом, поэтому своевременная сигнализация о возможных ее неисправностях позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность ГМП. Система может быть применена для управления трансмиссиями различного типа благодаря тому, что корректировка алгоритма управления применительно к различным типам трансмиссий требует лишь изменения программы, записываемой в ППЗУ, т. е. сама система не претерпевает никаких конструктивных изменений.

Рисунок 9. Структурная схема микропроцессорной системы управления ГМП

Использование микропроцессорной системы управления ГМП обеспечивает переключение передач при скоростях движения автомобиля, отличающихся не более чем на 1 % от их оптимальных значений. При применении гидравлической системы управления допуск скоростей, соответствующих переключению передач, составляет 5 — 10%.

Сравнительные испытания ГМП с гидравлической и микропроцессорной системами управления показали, что применение последней позволяет экономить до 7 — 8 % топлива.

Система управления АТЕС выполняет следующие защитные функции:

предотвращает возможность включения передачи заднего хода при скорости движения выше установленного предела;

запрещает переключений передач в случае пробуксовывания или блокировки колес автомобиля при торможении, благодаря чему исключается ошибочное действие системы управления;

предотвращает чрезмерное увеличение частоты вращения коленчатого вала при спуске с горы с включенным замедлителем.

Рисунок 10. Электронный блок микропроцессорной системы управления ГМП и электромагнитные клапаны

Кроме того, система управления,- будучи связанной с встроенными устройствами диагностирования, не только сигнализирует водителю о наличии каких-либо неисправностей или отклонении показателей ГМП от нормы (перегрев масла или недопустимое изменение давления в гидросистеме), но и записывает в памяти эти данные для последующего анализа причин появления неисправностей.

Микропроцессорная система управления для четырехступенчатой планетарной ГМП типа 4НР22 [39] предназначена для применения в легковых автомобилях (БВМ) большого класса. Структурная схема ее представлена на рисунке 9, а электронный блок на рисунке 10.

Режим автоматического переключения передач реализуется при установке контроллера управления KУ в положение D. При этом в зависимости от положения избирателя программ, заранее устанавливаемого водителем в то или иное положение, обеспечивается переключение передач по программе е, соответствующей наилучшей топливной экономичности или по программе s, позволяющей реализовать наивысшие динамические показатели автомобиля.

При переключении передач по программе s четвертая передача не включается. Данный режим переключения используют при эксплуатации автомобиля в горных условиях или при движении с прицепом.

Установка избирателя программ в положение ру (ручное управление) обеспечивает отключение автоматики, что позволяет водителю с помощью контроллера управления принудительно включать первую — третью передачи переднего хода, а также передачу заднего хода (рисунок 9, положение R). Положение Р контроллера используется для механического соединения ведущего вала 1МП с картером для обеспечения затормаживания неподвижного автомобиля во время стоянок.

Электронный блок выполняет следующие функции управления:

вырабатывает команды на переключение ступеней передачи и блокировку гидротрансформатора в зависимости от скорости автомобиля и нагрузки двигателя путем подключения к источнику электропитания электромагнитов ЭМ ГМП привода гидравлических клапанов управления тормозами ГМП;

воздействует на электронную систему зажигания двигателя для уменьшения крутящего момента двигателя, что позволяет снизить нагрузки в трансмиссии автомобиля и увеличить плавность процесса переключения в период переключения передач. Тем самым обеспечивается уменьшение работы буксования фрикционных элементов системы управления ГМП;

осуществляет регулирование давления в гидросистеме ГМП с учетом режима ее работы путем воздействия на электромагнит ЭЛ1р_Д системы регулирования давления, что позволяет снизить потери в ГМП, и благоприятно влияет на плавность процесса переключения передач:

корректирует режимы переключения в зависимости от теплового режима двигателя благодаря подключению электронного блока к датчику температуры ДТ;

обеспечивает режим переключения передач, соответствующий максимальному использованию мощности двигателя, при подаче сигнала от выключателя кикдаун 5_К - _Д;

защищает передачу от аварийных режимов в случае неправильных действий водителя или отказа элементов системы управления. В частности, система защиты предотвращает возможность ошибочного включения передачи заднего хода при движении автомобиля вперед со скоростью выше заданной. Также исключается возможность переключения с третьей на вторую и со второй на первую передачу при скоростях движения, превышающих их заданные максимальные значения.

Рисунок 11. Структурная схема микропроцессорной системы управления ГМП легковых автомобилей

В случае отключения системы управления от источника питания осуществляется автоматическое включение третьей передачи (с помощью подпружиненного гидравлического клапана).

Микропроцессорная система применяется для управления трехступенчатыми планетарными ГМП легковых автомобилей «Рено» мод. R9_S, 18_i и «Фуэго».

В зависимости от положения рычага контроллера управления KУ (рисунок 11) сигналы от него через интерфейс поступают в микропроцессор МП, что обеспечивает следующие режимы работы ГМП: автоматическое переключение всех трех передач (положение D контроллера), автоматическое переключение первой и второй передач (положение 2), принудительное включение первой передачи (положение 1), передачи заднего хода (положение R), установка в нейтраль (положение N) и блокировка передачи (положение Р).

Переключением передач при установке контроллера в положения D, 2 и 1 управляют два клапана с электромагнитным приводом (ЭМ1 и ЭМ2). Порядок включения этих клапанов на различных передачах приведен ниже (знаком + отмечено подключение электромагнитов их привода к источнику питания).

Примечание. Данные в скобках соответствуют режиму переключения передач.

При отключении электромагнитов от источника питания в случае установки контроллера в положения 1, 2 и D включается третья передача, а установка контроллера в положения R, N и Р обеспечивает включение соответственно передачи заднего хода, нейтрали и режима блокировки передач. Структурная схема рассматриваемой микропроцессорной системы управления представлена на рисунке 11. Основным элементом ее электронного блока ЭБ является микропроцессор типа 80А22, в состав которого входят собственно микропроцессор, счетчик, генератор, ОЗУ с памятью объемом 64 слова, ПЗУ с памятью объемом 2048 слов, 28 линий ввод-вывод, из которых две идут от входящего в состав микропроцессора аналого-цифрового преобразователя и еще две рассчитаны на выходной ток до 7 мА. Допустимое напряжение питания микропроцессора 4,5 — 6,5 В, рабочий температурный диапазон от — 40 до 100 С, число команд — более 70. По существу, данный микропроцессор является микро ЭВМ.

Автоматическое переключение передач осуществляется в зависимости от двух параметров — скорости движения автомобиля и нагрузки двигателя. Требуемые для этой цели сигналы поступают в электронный блок через усилитель-формирователь УФ от датчика скорости ДС автомобиля индукторного типа и через фильтр — от датчика нагрузки ДН двигателя, выполненного в виде потенциометра, приводящегося от педали подачи топлива. С помощью этого потенциометра реализуется и режим кикдаун, используемый для обгонов.

Связь потенциометра с педалью управления дроссельной заслонкой выполняется таким образом, что при полностью отпущенной педали напряжение на его выходе не снижается до нуля. Наличие на выходе потенциометра напряжения не ниже определенного уровня является индикатором его исправности и используется в системе защиты ГМП от неправильного срабатывания. С учетом сигналов, получаемых от датчиков скорости автомобиля и нагрузки двигателя, в соответствии с заданной программой микропроцессор вырабатывает команды управления клапанами ЭМ1 и ЭМ2, обеспечивающие требуемые переключения передач. Для того чтобы произошло переключение со второй на третью передачу, необходимо отключить от источника питания оба клапана. Однако нельзя гарантированно обеспечить строго одновременного выключения обоих клапанов, в связи с чем возможен случай, когда клапан ЭМ1 выключится несколько раньше клапана ЭМ2. В результате какое-то время при выключенном клапане ЭМ1 клапан ЭМ2 окажется включенным. Это соответствует включению первой передачи, т. е. вместо того, чтобы произошло переключение со второй на третью передачу, будет иметь место переход со второй на первую передачу.

Для предотвращения такой возможности микропроцессорная система управления после выработки команды перехода со второй на третью передачу, задерживает на небольшой период времени выключение клапана ЭМ1, благодаря чему в период переключения возможна только комбинация в виде открытого клапана ЭМ1 и закрытого клапана ЭМ2 с последующим закрытием обоих клапанов.

Помимо выработки команд на переключение передач микропроцессорная система управляет перекрытием включения фрикционов и тормозов ГМП, обеспечивая необходимую плавность процесса переключения.

Программой, заложенной в микропроцессорную систему, предусмотрено выполнение следующих защитных функций: предотвращение непредусмотренного переключения со второй или третьей на первую передачу при отказе датчика скорости. Для решения этой задачи сигнал датчика скорости автомобиля после его поступления в микропроцессор сравнивается с пороговым сигналом, соответствующим скорости движения 3 км/ч. Если при движении автомобиля на второй или третьей передачах сигнал преобразователя оказался ниже порогового сигнала, то это свидетельствует о неисправности преобразователя, и переключение на первую передачу запрещается. Одновременно выдается сигнал неисправности на контрольную лампу;

исключение неправильного функционирования системы управления в случае отказа датчика нагрузки. Если такой отказ происходит и напряжение на выходе датчика снижается до нуля, вместо заданного минимального его значения при исправном датчике, то система управления не принимает сигналов от датчика нагрузки и при этом включается третья передача;

контроль прохождения в микропроцессоре заданной программы. Для этой цели в конце выполнения микропроцессором отдельных участков программы выдается короткий импульс, который запускает одновибратор. Сигнал, вырабатываемый одновибратором, более продолжительный, чем период выполнения участка программы между двумя соседними импульсами. Благодаря этому при нормальном функционировании микропроцессора на выходе одновибратора все время поддерживается высокий уровень сигнала. Если же в работе микропроцессора происходят остановки или «зацикливание», то на выходе одновибратора появляется напряжение низкого уровня, что является сигналом неисправности. Этот элемент защиты, имеющий обозначение «Контроль МП» (рисунок 11) обеспечивает отключение усилителей Уэм питания электромагнитов клапанов;

проверка правильности прохождения команд через усилители уэм питания электромагнитов клапанов сопоставлением сигналов на входах и выходах усилителей. При несоответствии этих сигналов микропроцессор вырабатывает команду на выключение усилителей. Блок защиты Б3_пер предотвращает ошибочные переключения во время переходных процессов в системе.

Помимо выполнения защитных операций микропроцессор все обнаруженные неисправности через усилитель диагностики У_д отображает на индикаторе диагностики, сигнализируя о них водителю. Кроме того, код этих неисправностей записывается в память микропроцессора и сохраняется в ней до тех пор, пока к микропроцессору подведено напряжение питания.

Микропроцессорные системы управления ГМП, так же как и электронные системы управления с «жесткой» логикой, осуществляют переключение передач по одинаковому принципу, то есть в зависимости от двух параметров — скорости автомобиля и нагрузки двигателя. Особенность применения микропроцессорных систем включается в том, что с их помощью наилучшим образом могут быть решены задачи регулирования давления в гидросистеме, диагностирования состояния узлов ГМП, вопросы защиты передачи от аварийных режимов, а также вспомогательные информационные задачи (с помощью цифровых спидометров, тахометров и т. д.). Микропроцессорные системы могут быть использованы и для регулирования темпа включения фрикционов ГМП с целью обеспечения высокой плавности движения автомобиля во время переключения передач.

Заключение

В настоящее время непрерывно возрастает применение электронных устройств, начиная от легковых автомобилей особо малого класса и кончая большегрузными автомобилями и автобусами большой вместимости. При этом электронные устройства используют как для замены механических, гидравлических, пневматических и электромеханических систем управления, так и для создания принципиально новых систем автоматики автомобилей и автобусов.

В отличие от начальных периодов развития автомобильной электроники для современного ее периода характерно наличие следующих четырех направлений:

создание электронных устройств, для замены ими традиционных узлов автомобильного электрооборудования (регуляторы напряжения, управление световой и звуковой сигнализацией, регуляторы систем отопления, кондиционирования, подогрева двигателя, тахометры, спидометры и т. д.);

применение электронных устройств (в том числе и с использованием ЭВМ) для непрерывного контроля и выдачи текущей информации об эксплуатационных показателях автомобиля (например, текущий расход топлива, целесообразность включения той или иной передачи, оптимальный режим движения и т. д.). К этой категории устройств, следует отнести и системы диагностирования состояния агрегатов автомобиля;

разработка электронной аппаратуры управления зажиганием, топливоподачей и системами, обеспечивающими снижение токсичности отработавших газов двигателя;

создание электронных устройств для систем управления агрегатами трансмиссии, тормозными системами и другими узлами автомобиля (за исключением двигателя).

Применение электронной аппаратуры в системах управления агрегатами автомобиля создало возможность получения качественно новых их показателей, что в ряде случаев повлекло за собой целесообразность изменения конструкции самих агрегатов. Поэтому современная автомобильная электронная система управления фактически является комплексом собственно электронной аппаратуры и управляемых ею исполнительных устройств.

Список используемой литературы

1. Автомобильные электронные системы: Сб. статей/Под ред. Ю. М. Галкина. М.: Машиностроение, 1982. С. 27 — 38.

2. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие/ Под ред.. С. В. Якубовского. М.. Радио и связь, 1985. 432 с.

3. Гидромеханическая передача автобуса/В. В. Баранов, О. И. Гируцкий, М. Н. Дзядык и др. М,.: Транспорт, 1977. 133 с.

4. Крайнык Л. В., Вильковский Е. К., Дзядык М. Н. Электронные системы управления гидромеханическими передачами автомобилей. М.: НИИНавтопром, 1978. Ч. II. 34 с.

5. Трехступенчатая гидромеханическая передача автобуса/В. В. Баранов, О. И; Гируцкий, М. Н. Дзядык и др. М.: Транспорт, 1980. 152 с.

6. Левенталь Л. Введение в микропроцессоры: Программное обеспечение, аппаратные средства, программирование. М.: Энергоатомиздат, 1983. 464 с.

7. МикроЭВМ/Под ред. А. Дирксена. М.: Энергоатомиздат, 1982. 328 с.