Диссертация (Автоматизация управления муфтами блокировки дифференциалов в трансмиссии многоосной колёсной машины), страница 6

3.2).Конструктивно датчики скорости состоят из считывающего устройства иротора с зубьями или магнитными метками. Соответственно, считывающимустройством может быть либо оптический элемент, либо датчик Холла илииндуктивный датчик. Важной особенностью конструкции датчиков скоростиявляется равенство количества получаемых импульсов за один оборотколичеству кулачков полумуфт. В случае с оптическим датчиком количествозубьев ротора должно быть равно количеству кулачков на муфте.52Рис. 3.2.

Структура системы управления включением муфты блокировкиВарианты конструктивного исполнения датчиков показаны на Рис. 3.3. Вкачестве ротора датчика скорости могут выступать сами кулачки полумуфт, вэтом случае повышается точность определения взаимного положения.а)б)Рис. 3.3. Возможное исполнение датчиков скорости:а) оптический датчик; б) датчик Холла или индуктивный датчикСигнал, получаемый с датчика скорости после соответствующейобработки при вращении муфты, может представлять собой последовательностьпрямоугольных импульсов (Рис. 3.4).53Рис. 3.4. Форма сигнала от датчика скоростиВзаимное угловое положение роторов датчиков скорости должно бытьтаким, чтобы при вращении во включённом состоянии муфты происходилосинхронное срабатывание датчиков.

Пример сигнала от датчиков скорости вовключенном состоянии показан на Рис. 3.5. Таким образом, один из датчиковбудет фиксировать момент прохождения кулачка подвижной в осевомнаправлении полумуфты, а другой – впадины неподвижной в осевомнаправлении полумуфты.Рис. 3.5.

Сигналы датчиков скорости во включенном состоянии муфтыПри синхронном вращении полумуфт при нахождении кулачка одной изполумуфт напротив впадины другой, но в выключенном состоянии муфтысигналы будут иметь такую же форму как и во включенном состоянии.Таким образом, одновременное срабатывание датчиков в выключенномсостоянии муфты сигнализирует о нахождении в этот момент кулачков одной из54полумуфт над впадинами другой.

При разной скорости вращения полумуфтсигналы с датчиков буду различаться частотой следования импульсов, какпоказано на Рис. 3.6.Обозначим временной интервал между следованиями импульсов двухдатчиков как Tим п . По величине Tим п можно оценить взаимное расположениекулачков.Рис. 3.6. Сигналы датчиков частоты вращения при различных угловыхскоростях полумуфтЧастота следования импульсов определяет угловую скорость вращениякаждой из полумуфт. Обозначим угловую скорость одной из полумуфт как 1 , адругой как 2 .

Примем допущение, что угловая скорость остаётся постояннойза время прохождения муфтой углового шага зубьев ротора датчиков скорости.Тогда предполагаемый угол рассогласования, то есть угол между осьюсимметрии кулачка одной из полумуфт и осью симметрии впадины другой, равен р  1Tимп в случае 1  2 и  р  2 Tимп в случае 1  2 (Рис. 3.7).Предполагаемое время относительного движения до момента нахождениякулачка одной из полумуфт строго напротив впадины другой можно записать ввиде выражения:Tсинхр р1  2 .55Рис.

3.7. Угол рассогласования полумуфт при одновременном вращенииПусть время срабатывания исполнительного привода от момента подачикоманды на блокировку до подвода торца подвижной в осевом направленииполумуфты к торцевой поверхности неподвижной равно Tпр .

Тогда, если приводмуфты задействовать в тот момент, когда угол рассогласования  р станет таким,что Tсинхр станет равным Tпр ( Tсинхр  Tпр ), то включение муфты произойдёт безэтапов взаимодействия по торцам и фаскам.При небольшой разности угловых скоростей вращения полумуфт(например, в межосевом дифференциале) время Tсинхр окажется много больше,чем время срабатывания привода Tпр . Поэтому включение блокировкицелесообразно также производить при одновременном срабатывании датчиков( ∆имп ≈ 0), то есть при нахождении кулачков одной из муфт напротив впадиныдругой.Таким образом, алгоритм работы системы управления может бытьпредставлен в виде блок схемы, изображённой на Рис. 3.8.56Рис. 3.8.

Алгоритм реализации закона управления процессом включениякулачковой муфтыНа представленной блок-схеме введены следующие параметры: dT_имп– временная разность между следованиями импульсов; T_синхр – времясинхронизации; T_пр – время срабатывания привода муфты; w1,w2 – угловыескорости полумуфт; dw_max – максимально допустимая разность угловыхскоростей, обусловленная областью надёжного включения муфты (Рис. 2.22);dw_min – минимальная разность угловых скоростей, при которой возможно57включение муфты при выполнении условия ∆имп ≈ 0, то есть нахождениекулачков одной из полумуфт над впадинами другой.Предлагаемыйзаконвключенияблокировкибылреализованвимитационной модели включения кулачковой муфты в среде Matlab/Simulink(Рис.

3.9) с использованием математической имитационной модели кулачковоймуфты, представленной во второй главе.Рис. 3.9. Имитационная модель кулачковой муфты и контроллера управления всреде Matlab/SimulinkСодержание блока «SHIFT-CONTROLLER» показано на Рис. 3.10.Объектом исследования приведённой имитационной модели являетсямуфта с 8-ю кулачками и фасками для облегчения включения.

Блок «DOGCLUTCH» учитывает взаимодействие полумуфт в зависимости от разностиугловых скоростей, углового положения валов и силы включения. Блок «SHIFTCONTROLLER» определяет момент включения муфты по данным датчиковскорости, сигналы которых формирует блок «DOG CLUTCH».58Рис. 3.10.

Реализация алгоритма блока «SHIFT-CONTROLLER» в средеMatlab/SimulinkНа Рис. 3.11 показано графическое изображение параметров процессавключения кулачковой муфты с применением представленного алгоритмавключения. На Рис. 3.12 показан процесс включения без использованияпредлагаемого алгоритма, где обозначены фазы взаимодействия полумуфт: 0 –сближение полумуфт, 1 – взаимодействие по торцам, 2 – взаимодействие пофаскам, 3 – взаимодействие по боковым поверхностям.Как видно из представленных графиков, в случае использованияразработанного алгоритма процесс включения происходит быстро (0,02 с послеподачи команды на включение) и без отскока муфты, несмотря на достаточнобольшую разность угловых скоростей вращения полумуфт (15 рад/с). В случаезадействования муфты без использования алгоритма при взаимодействии поторцам полумуфт включение происходит за большее время (0,032 с) при тех жеусловиях проведения численного эксперимента.

Данный алгоритм позволяетповысить надёжность включения муфты, но имеет ограничение, связанное сбыстродействием привода.59Рис. 3.11. Процесс включения кулачковой муфты с использованиемразработанного законаРис. 3.12. Процесс включения кулачковой муфты без использованияразработанного закона603.2. Разработка масштабного стенда для проверки работоспособности законавключения кулачковой муфтыДля проверки работоспособности предложенного закона включениякулачковой муфты перед испытанием на действующей конструкции ведущегомостагрузовогоавтомобилябылразработанмасштабныйстендсиспользованием технологии быстрого прототипирования – 3D-печати изпластика ABS. Разработанная трёхмерная модель данного стенда показана наРис.

3.13.Рис. 3.13. Трёхмерная модель масштабного стенда проверки закона включениякулачковой муфтыКонструкция стенда показа на Рис. 3.14, на котором обозначеныследующие компоненты: 1 – электромоторы полумуфт; 2 – датчики скорости; 3– роторы датчиков скорости полумуфт; 4 –подшипниковые опоры; 5 –цилиндрические зубчатые передачи для вращения полумуфт; 6 – неподвижная восевом направлении полумуфта; 7 – подвижная в осевом направленииполумуфта; 8 – вилка включения подвижной муфты; 9 – привод включения; 10 –основание стенда; 11 – вал подвижной полумуфты.61Рис.

3.14. Конструкция масштабного стендаКаждый электромотор 1 через редуктор 5передаёт вращениеполумуфтам. Неподвижная полумуфта 6 и вал подвижной полумуфты 11вращаются на подшипниковых опорах 4. Привод 9 приводит в движение вилку8, которая перемещает подвижную полумуфту 7 в осевом направлении.Полумуфта 7 имеет шлицевое соединение с валом 11. Роторы датчиков скорости3 путём проворота относительно оси муфты настроены таким образом, чтобы вовключённом состоянии муфты они выдавали синхронный сигнал.

Количествозубьев роторов датчиков совпадает с количеством кулачков полумуфт.Конструкция оптического датчика скорости показана на Рис. 3.15.Рис. 3.15. Конструкция датчика скорости62На Рис. 3.16 показана электрическая схема стенда, на которойизображены: 1,4 – оптические датчики скорости; 2 – электромоторы; 3 – приводвключения; 5 – контроллер системы управления; 6 – плата расширенияуправления моторами; 7 – блок питания 220В-12В.Рис. 3.16. Электрическая схема системы управления стендомВ качестве контроллера управления применяется микроконтроллернаяплата Arduino Mega (Рис.

3.17), краткая характеристика которой представлена вТаблице 2.Рис. 3.17. Микроконтроллерная плата Arduino Mega63Таблица 2.Краткая характеристика платы контроллера Arduino MegaМикроконтроллерATmega1280Рабочее напряжение5ВВходное напряжение7-12В(рекомендуемое)Входное напряжение (предельное)Цифровые Входы/Выходы6-20В54 (14 из которых могутиспользоваться как выходы ШИМ)Аналоговые входы16Постоянный ток через вход/выход40 mAПостоянный ток для вывода 3.3 В50 mA128 KB (4 используются дляФлеш-памятьзагрузчика)ОЗУ8 KBЭнергонезависимая память4 KBТактовая частота16 MHzИзготовлениепрактическивсехдеталейстендапроводитлосьпосредством трёхмерной печати из ABS-пластика с помощью 3-D принтераPicaso Designer (Рис. 3.18).Рис.