Электронные системы управления трансмиссией

Развитие электронных систем управления двигателем привело к повышению топливной экономичности, чистоты отработавших газов, мощности, приемистости и других эксплуатационных свойств автомобиля. Для достижения этих же целей разработаны и внедрены электронные системы управления трансмиссией.

В данном разделе речь пойдет об электронных системах управления автоматической трансмиссией, а также сцеплением.

Задача управления трансмиссией состоит в передаче мощности двигателя на ведущие колеса с учетом условий движения автомобиля таким образом, чтобы достичь одновременно уменьшения потребления топлива и повышения тягово-скоростных свойств автомобиля.

Для этого на основании сигналов датчиков скорости автомобиля, угла открытия дроссельной заслонки и различных выключателей электронный блок управления определяет состояние автомобиля и рассчитывает моменты переключения передач, включения и выключения сцепления и выдает сигналы на переключение электромагнитных клапанов гидравлической системы.

(1) Функции

Ниже следует описание этой системы.

1) Управление сцеплением

2) Управление переключением передач

3) Управление в момент переключения передач

4) Законы управления переключением передач

5) Управление при трогании с места

(2) Датчики

1) Датчик угла открытия дроссельной заслонки

2) Датчик скорости автомобиля

(3) Исполнительные устройства

1) Электромагнитные клапаны широко используются для выработки сигналов регулирования гидравлическими элементами систем управления переключением передач и сцеплением.

На рис. 3.70 показана конструкция такого клапана.

В состав системы, изображенной на рис. 3.67, входят два электромагнитных клапана для переключения передач, один клапан — для обеспечения работы сцепления и три клапана —для измерений.

(4) Электронный блок управления

ЭБУ рассчитывает момент переключения передач и включения сцепления, изменяет время срабатывания сцепления с учетом переходных процессов, возникающих при переключении передач, и выдает сигналы на электромагнитные клапаны. Кроме того, на основании анализа входных и выходных сигналов ЭБУ выявляет отказы электромагнитных клапанов. При наличии отказа ЭБУ поддерживает работоспособность системы для достижения ближайшего места ремонта.

Источник

Электронные системы управления трансмиссией

Автоматическое сцепление английской фирмы «Automotive Products» (АР) позволяет использовать только две педали управления автомобилем с механической коробкой передач. Эта конструкция основана на старой концепции, возрожденной с помощью электроники. Идея простая: сцепление отключается, как только водитель берется за рычаг переключения передач, и включается снова, когда осуществлен переход на очередную ступень.

Вариатор (обиходное название – вариаторная коробка передач) является бесступенчатой коробкой передач, т.е. обеспечивает в заданном диапазоне плавное изменение передаточного числа. Основное преимущества вариатора по сравнению с другими коробками заключается в эффективном использовании мощности двигателя за счет оптимального согласования нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого вала, тем самым достигается .

Автоматическая коробка передач (сокращенное название АКПП, обиходное название – коробка-автомат) является самым распространенным устройством изменения крутящего момента, применяемым в автоматической трансмиссии автомобиля. Традиционно автоматической называют гидромеханическую коробку передач. Автоматическая коробка передач имеет следующее устройство:

-механическая коробка передач;

-система охлаждения рабочей жидкости;

На коробках-автоматах, устанавливаемых .

Одна из наиболее актуальных проблем современного автомобилестроения — упрощение и облегчение управления автомобилем не может быть решена без автоматизации управления трансмиссией. Как показывает более чем 50-летний опыт создания автоматических трансмиссий, их совершенствование идет по двум направлениям: автоматизация управления механическими трансмиссиями, состоящими из ступенчатой коробки передач и фрикционного сцепления (т.е. такими трансмиссиями, которыми оборудуется подавляющее большинство выпускаемых автомобилей), и оснащение автомобилей автоматическими специализированными трансмиссиями, обеспечивающими наиболее удобное, простое и легкое управление, высокую комфортабельность автомобиля.
По уровню автоматизации управления трансмиссии могут быть разделены на полуавтоматические, которые автоматизируют управление не целиком всей трансмиссией, а только отдельными ее узлами (например, сцеплением), и автоматические, управляемые без участия водителя.

Источник

Электронные системы управления трансмиссией

По уровню автоматизации управления трансмиссии могут быть разделены на полуавтоматические, которые автоматизируют управление не целиком всей трансмиссией, а только отдельными ее узлами (например, сцеплением), и автоматические, управляемые без участия водителя.
Чем выше уровень автоматизации, тем более сложные задачи должна решать система управления, что, естественно, связано с ее усложнением и удорожанием. Поэтому автоматические трансмиссии применяются преимущественно в автомобилях более высоких классов, хотя есть и конструкции, предлагаемые для установки на автомобилях малого класса. При этом основное применение в качестве автоматических трансмиссий в настоящее время получили гидромеханические передачи. Повысился интерес к полуавтоматическим и автоматическим механическим трансмиссиям.
Благодаря достижениям микроэлектроники решение проблемы автоматического управления обычными фрикционными сцеплениями обрело реальную базу, так как именно электроника способна сформировать необходимые режимы работы фрикционного сцепления: принудительное выключение на период переключения передач и при снижении частоты вращения коленчатого вала до уровня, соответствующего режиму холостого хода двигателя; принудительную блокировку, гарантирующую его работу без пробуксовки, после того как в процессе разгона автомобиля отпадает надобность в получении разности частот вращения коленчатого вала двигателя и ведущего вала коробки передач; регулирование момента трения по заданным законам во время разгона автомобиля с целью наименьшего буксования при одновременном сохранении высоких тягово-скоростных качеств автомобиля.

Первые два режима реализуются достаточно простыми средствами, поскольку для них необходимо только выработать команды либо полного включения, либо полного выключения сцепления. Последний режим, особенно с учетом того, что регулирование момента трения должно выполняться по законам, предусматривающим оптимальную работу сцепления при самых разнообразных условиях движения автомобиля, осуществить гораздо труднее. Но электронике это по силам, поскольку она может фотографически точно воспроизвести самые эффективные варианты действий водителя при обычном (неавтоматическом) управлении сцеплением.
Возьмем, к примеру, режимы трогания автомобиля с места и его разгон. При неавтоматизированном управлении передаваемый сцеплением крутящий момент в момент нажатия водителем на педаль подачи топлива (т.е. при увеличении частоты вращения коленчатого вала) и одновременном отпускании педали сцепления возрастает. Очевидно, что при переходе на автоматическое управление сцеплением такой закон регулирования крутящего момента должен быть сохранен. У водителя остается только одна функция — нажимать на педаль подачи топлива.
Функцию же управления отпусканием педали сцепления берет на себя электроника, реагирующая на положение педали подачи топлива или на частоту вращения коленчатого вала, либо на то и другое одновременно.

Источник

Электроника в управлении трансмиссией

Эксплуатационные свойства автомобиля во многом зависят от согласования характеристик трансмиссии и двигателя с учетом изменений сопротивления движению. Трансмиссия и движитель — это промежуточные звенья между двигателем и дорогой. Выбор оптимального передаточного отношения трансмиссии в зависимости от дорожного сопротивления (от нагрузки) позволяют осуществлять электронные системы управления.

При управлении автомобилем водитель получает информацию из окружающей среды. Ощущения субъективны, но на их основании водитель выбирает ту или иную передачу для движения. Субъективная оценка нагрузки на автомобиль не позволяет водителю с достаточной точностью оценить соответствие ей режима работы двигателя.

При работе исполнительного механизма электродвигатель через редуктор вращает вал с диском 7. Командный сигнал включения той или иной передачи через электронный управляющий блок подается на обмотку возбуждения одной из электромагнитных муфт. При этом к соответствующими поверхностям диска 7 или шестерни 75 притягивается корпус муфты 3, 5 или 9 и под действием сил трения поворачивается. Через палец 77 корпус перемещает пластину 12 и вместе с ней ползун 13 с вилкой 14 — включается заданная передача. После включения передачи соответствующим мик-ровыключателем отключается электродвигатель, но электромагнитная муфта остается включенной. Исполнительный механизм необратимый, поскольку первая ступень редуктора — червячная передача. Возвратные пружины не могут переместить ползуны в нейтральное положение. Для установки коробки передач в нейтральное положение необходимо выключить питание электромагнитных муфт.

Выбор передачи в коробке передач, обеспечивающей минимальный расход топлива в заданных условиях движения, определение оптимальных ускорения при разгоне или скорости движения при действующей нагрузке могут осуществлять исполнительные механизмы, управляемые бортовым микропроцессором. Для формирования командных сигналов управления исполнительными механизмами микропроцессор должен получать информацию о режимах работы двигателя и автомобиля, о текущих положениях органов управления в агрегатах трансмиссии автомобиля и двигателя.

При управлении трансмиссией микропроцессор должен формировать командные сигналы для согласования функционирования исполнительных механизмов топливоподачи, привода сцепления и переключения передач. Последнее в механической автоматизированной коробке передач невозможно без предварительного изменения топливоподачи и выключения сцепления.

В качестве привода исполнительных механизмов используют устройства гидравлические, пневматические, электромагнитные или с электродвигателями.

Развитие систем зажигания
Надежное воспламенение топлива искровым разрядом возможно при массовом соотношении воздух/топливо не более 17. При более бедных составах возникают пропуски зажигания, что приводит к увеличению токсичности отработавших газов.

Система отопления
Автомобиль с воздушной системой охлаждения двигателя, а также предназначенный для эксплуатации в условиях низких температур окружающего воздуха, оснащают независимой системой воздушного отопления. Система состоит из бензиновой отопительной установки и воздуховодов, обеспечивающих подачу нагретого воздуха в салон (кабину) автомобиля. Иногда установку используют также для прогрева поддона с маслом двигателя, направляя туда горячий воздух. После прогрева двигателя воздух поступает в салон. Отопительная установка работает автономно, что позволяет использовать ее при неработающем двигателе.

Электрооборудование системы кондиционирования воздуха
Под кондиционированием понимают подогрев и охлаждение воздуха, а также удаление из него влаги. Достигается это направлением воздушных потоков, циркулирующих в салоне, через теплообменники — нагреватели и охладители, которые часто располагаются в одном корпусе.

Автоматическое управление вентилятором системы охлаждения
В отличие от вентиляторов системы охлаждения двигателя, приводимых во вращение клиноременнои передачей от коленчатого вала, на многих современных автомобилях (чаще легковых) используется привод вентилятора от электродвигателя. Применение электродвигателя позволяет сравнительно простыми средствами автоматизировать процесс регулирования температуры двигателя путем включения-выключения электродвигателя привода вентилятора по командным сигналам, формируемым датчиком температуры.

Жидкостные предпусковые подогреватели
Жидкостные подогреватели предназначены для предпускового разогревания двигателя путем нагрева жидкости системы охлаждения, а также для прогрева воздуха в кабине автомобиля. Естественно, система охлаждения автомобиля должна быть заполнена незамерзающей жидкостью.

Свеча подогревателя впускного воздуха
Свеча подогревателя впускного воздуха имеет устройство для испарения дизельного топлива при движении через внутренние каналы в ее корпусе. Корпус 8 свечи наполнен теплопроводным изолирующим порошком, который также удерживает спираль от вибраций, повышая ее механическую прочность. Топливо подается к свечам при пуске двигателя топливоподкачивающим насосом низкого давления. Оно поступает через фильтр 10 и жиклер 11 в трубку 12.

Приборы для облегчения пуска двигателя при низких температурах
Для облегчения пуска двигателя в холодное время используют предпусковые подогреватели. В них электродвигатели обеспечивают работу вентилятора, подающего воздух в камеру сгорания для поддержания горения, топливного насоса подогревателя и циркуляцию жидкости в системе охлаждения.

Управление агрегатами автомобиля
Устройство управления топливоподачей — спидостат — используют для поддержания постоянства скорости движения. Эта функция выполняется при введении в электрическую схему отрицательной обратной связи (рис. 50.6, а), реализуемой с помощью датчика скорости автомобиля. При программном управлении спидостат является исполнительным механизмом для автоматического дистанционного регулирования топливоподачи.

Установка фар в зависимости от нагрузки
Установка фар в зависимости от нагрузки на автомобиль в положение, при котором они обеспечивают для водителя оптимальную освещаемую зону и в то же время не ослепляют водителей встречных автомобилей, выполняется с помощью электронной следящей системы автоматического регулирования с отрицательной обратной связью (рис. 50.5, б). Для этого в кузове над передним 12 и задним 1 мостами автомобиля размещают бесконтактные индуктивные датчики 3 вертикального перемещения кузова. Положение магнитных сердечников этих датчиков изменяется с помощью связанных с мостами тяг 2. Для каждого из мостов с помощью задатчиков 4 формируется эталонный сигнал, содержащий информацию о требующемся положении кузова над мостом. Сигналы о реальном и требующемся положениях кузова сравниваются в блоках 5 сравнения, представляющих собой алгебраические сумматоры. Разностные сигналы от блоков 5 подаются на входы сумматоров б следящей системы установки фар. С выходов этих сумматоров через усилители /управляющее напряжение поступает в исполнительные механизмы.

Управление положением фар
В зависимости от нагрузки на автомобиль и изменения высоты расположения кузова над поверхностью дороги из-за вертикальной деформации подвески изменяется положение фар, а следовательно, и граница освещенной зоны. Между тем граница освещенной зоны для ближнего света регламентируется стандартами всех стран. Обычно положение фар регулируют на специальном посту автопредприятия, где перед экраном с разметкой на расстоянии 10 м устанавливают автомобиль.

Электронные регуляторы
Кроме электромеханических устройств управления режимом работы стеклоочистителя на многих автомобилях зарубежных фирм применяют электронные регуляторы на транзисторах, обеспечивающие плавное регулирование частоты циклов работы. Задатчи-ком частоты служит, как и в прерывателях сигнализатора поворота, астабильный мультивибратор. Для автомобилей «Трабант» и «Вартбург» используют регуляторы на основе стандартной схемы мультивибратора (рис. 50.3, в). Включатель стеклоочистителя и переменный резистор R4 плавного регулирования частоты сблокированы на одной рукоятке управления. Длительность пауз при работе стеклоочистителя изменяется в пределах от 3 до 15 с. Включением и торможением электродвигателя управляет электромагнитное реле К, включенное в коллекторную цепь одного из транзисторов мультивибратора.

Стеклоочистители
Стеклоочиститель предназначен для механической очистки ветрового стекла, а в некоторых моделях автомобилей — также заднего стекла и стекол фар. Наиболее распространены электрические стеклоочистители (рис. 50.1). Привод осуществляется от электродвигателя 1 через червячный редуктор, состоящий из червячного вала 7 (выполненного заодно с валом якоря электродвигателя) и шестерни 8. Выходной вал редуктора через систему рычагов 2 обеспечивает угловое возвратно-поступательное движение щеток 3. Редуктор оснащен концевым выключателем, состоящим из эксцентрика 4 и контактной группы: подвижного 5 и неподвижного 6 контактов. С помощью концевого выключателя установка переключателя в позицию «выключено» в произвольном текущем положении щеток не дает им остановиться и позволяет продолжать двигаться до тех пор, пока они не дойдут до нижнего положения, т. е. пока не улягутся вдоль нижнего уплотнителя стекла. После этого питание электродвигателя концевым выключателем отключается.

Приводные устройства
К вспомогательному электрооборудованию относятся приборы:

Противобуксовочная система
Назначение противобуксовочной системы (ПБС) — предотвращать пробуксовку колес (одного или нескольких) при движении в тяговом режиме на дорогах с малым коэффициентом сцепления. Задача ПБС во многом сходна с задачей АБС: поддержание скольжения колес в режиме тяги на уровне, обеспечивающем максимальное значение коэффициента сцепления в продольном направлении. В этом случае увеличивается сила тяги при трогании с места, реализуется максимальное ускорение (в 3. 4 раза большее, чем без ПБС) при разгоне и сохранении устойчивости прямолинейного движения. Одновременно улучшается проходимость при движении по мягким грунтам, уменьшается нагрузка в трансмиссии и на двигатель при импульсном изменении коэффициента сцепления, снижаются расход топлива, особенно в зимних условиях, и изнашивание шин.

Антиблокировочная система для автомобилей с гидравлическим приводом тормоза
Антиблокировочная система для автомобилей с гидравлическим приводом тормоза (например, разработка фирмы «БОШ») содержит источник энергии в виде гидравлического насоса 3 с приводом от электродвигателя 4. Вспомогательным элементом является гидроаккумулятор 5. Модулятор давления представляет собой трехпозиционный электрогидравлический клапан 7. Управление антиблокировочной системой осуществляется от электронного блока 9 управления. Пусковой импульс начала работы АБС создается водителем, включающим гидровакуумный усилитель 8. В процессе растормаживания рабочие цилиндры на колесах отсекаются от главного цилиндра гидровакуумного усилителя с помощью клапана-модулятора 7. Последний получает командный сигнал от блока 9 управления, функционирующего на основе информации от датчика 1 частоты вращения колеса. В это время жидкость из тормозной системы насосом 3 перекачивается через гидроаккумулятор 5 и обратный клапан 6 в основную магистраль.

Электронная система управления АБС
Электронная система управления АБС содержит датчик 1 частоты вращения колеса (как правило, импульсного типа) и преобразователь 2 частоты вращения в непрерывный (аналоговый) сигнал в виде напряжения, пропорционального частоте вращения.

Управление антиблокировочной тормозной системой
Путь торможения зависит не только от скорости движения, но и от коэффициента сцепления шины с дорожной поверхностью. Естественно, эта зависимость сохраняется при создании в тормозной системе давления, достаточного для блокировки колес. После этого начинается их скольжение по дороге. Вследствие различных коэффициентов сцепления правого и левого колес автомобиля происходит занос при торможении.

Управление подвеской
Автоматизация управления подвеской позволяет повысить не только комфортабельность салона автомобиля для водителя и пассажиров, но и безопасность движения. Это достигается введением в подвеску исполнительных механизмов, управляемых с помощью электронных устройств, которые изменяют жесткость упругих элементов и сопротивление амортизаторов. Этим удается уменьшить крен кузова на повороте и его продольный наклон при разгоне и торможении. Разработаны устройства, обеспечивающие горизонтальное положение кузова при движении по неровным дорогам.

Автоматизация переключения передач
Для механических ступенчатых коробок передач используют исполнительные механизмы, реализующие двух- или одноэтапный процессы переключения. В Японии, например, фирма «Исузи» разработала микропроцессорную систему управления NAVI-5, которая устанавливается по заказу на пятиступенчатую коробку передач автомобиля «АСКА». Система (рис. 49.3) обеспечивает двух-этапный процесс переключения. В исполнительном механизме переключения используется давление жидкости для работы гидроцилиндров, перемещающих ползуны с вилками переключения передач. Для этого автомобиль оборудован гидронасосным агрегатом. Жидкость по гидромагистралям к исполнительным гидроцилиндрам распределяют электромагнитные клапаны. В комплект исполнительных гидроцилиндров входят гидроцилиндр привода сцепления ГЦС, гидроцилиндр избирателя передач ГЦИддя выполнения первого этапа процесса переключения и гидроцилиндр включения требуемой передачи ГЦВ.

Исполнительный механизм привода сцепления
Электровакуумный исполнительный механизм (рис. 49.2) привода сцепления разработан с учетом возможности его установки в гидравлический привод механизма легкового автомобиля любой модели. При этом практически все элементы штатного гидропривода (главный цилиндр 2 с педалью 1, рабочий цилиндр 3 и соединительные гидравлические трубопроводы) не изменяются и продолжают выполнять свои функции. Силовым элементом исполнительного механизма является сервокамера 4, корпус которой разделен на две части мембраной 8. Мембрана связана со штоком 7, который через рычаг 6 передает усилие на шток поршня разделительного гидроцилиндра 5. При работе вакуумной сервокамеры поршень гидроцилиндра отсекает гидромагистраль от главного цилиндра 2. Разрежение в вакуумной полости А сервокамеры регулируется с помощью электромагнитного клапана 9. Работой электромагнитного клапана по заданному закону управляет электронный блок, построенный на аналоговых и цифровых элементах. Разрежение к клапану управления подводится от впускного трубопровода 11 двигателя через трубопровод с обратным клапаном 10.

Источник