АКТИВНЫЕ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Транзисторы

В автомобильной электронной аппаратуре в основном применяются биполярные транзисторы [24, 32]. Поэтому в настоя­щем разделе рассматриваются характеристики и даются рекомен­дации по применению транзисторов только этого типа.

Свойства транзисторов характеризуются большим числом пара­метров, однако-!не все из них являются определяющими при вы­боре того или иного типа транзистора для автомобильной элек­тронной аппаратуры. С учетом этого при рассмотрении транзисто­ров различного типа их оценку следует проводить по следующим параметрам:

максимально допустимым постоянному Iк max и импульсному IК и mах

токам коллектора;

максимально допустимому постоянному току базы Iбmax;

напряжению насыщения коллектор — эмиттер Uкэ нас при за­данном токе коллектора;

напряжению насыщения база — эмиттер uбэ нас при заданных токах коллектора и базы;

максимально допустимому постоянному Uкэ max и импульсному Uкэ,

и mах напряжениям коллектор — эмиттер;

максимально допустимым постоянному Uкв max и импульсному Uкв,итах напряжениям коллектор — база;

постоянному напряжению эмиттер — база U эб ;

обратному току коллектора Iкбо, который измеряется при от­ключенном эмиттере и подведении к переходу коллектор — база заданного напряжения обратной полярности;

обратному току эмиттера Iэбо, который измеряется при отклю­ченном коллекторе и подведении к переходу эмиттер — база задан­ного напряжения обратной полярности;

обратным токам коллектор — эмиттер при отключенной базе Iкэо, при заданном сопротивлении в цепи база — эмиттер IкэR и при непосредственном соединении между собой базы и эмиттера Iкэк. Эти токи измеряются при подведении к переходу эмиттер — коллектор заданного напряжения обратной полярности;

статическому коэффициенту передачи тока в схеме с общим эмиттером h21э

, представляющему собой отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоян­ном напряжении коллектор — эмиттер Uкэ

и токе эмиттера Iэ;

максимально допустимой постоянной рассеиваемой мощности транзистора Ртах;



рабочему температурному диапазону.

В автомобильной электронной аппаратуре транзисторы исполь­зуют в качестве элементов силовых цепей, усилительных устройств средней мощности, а также маломощных цепей управления. Соот­ветственно этим условиям применения ниже рассматриваются транзисторы различных типов.

Транзисторы силовых цепей. К силовым цепям изделий автомо­бильной электронной аппаратуры относятся цепи с токами нагруз­ки порядка нескольких ампер. При использовании транзисторов для коммутации таких токов нагрузки необходимо снизить до минимума мощность, рассеиваемую в транзисторе, во избежание недопустимого его перегрева, а также для уменьшения размеров охлаждающего радиатора.

Для реализации этого требования необходимо обеспечить рабо­ту транзистора в режиме с минимальным падением напряжения в его переходе эмиттер — коллектор. Таким режимом является ре­жим насыщения транзистора, поэтому при выборе типа транзи­стора для коммутации токов в силовых цепях, в первую очередь, следует оценивать величину Uкэнас. Следует, однако, иметь в виду, что в случае работы транзистора с высокой частотой комму­тации тока, в особенности при растянутых фронтах его изменения, основным фактором, определяющим величину рассеиваемой мощ­ности, являются потери энергии в периоды нарастания и уменьше­ния силы тока. Поэтому для данных условий работы транзистора наиболее важным его параметром является величина Рmах.

Выше уже отмечалось, что в бортовой сети автомобиля воз­можны значительные перенапряжения. Поэтому для транзисторов силовых цепей весьма важным параметром является напряжение Uкэ, итах- Чем выше коэффициент hz1э

транзистора, тем меньший ток необходимо подавать в его базу для обеспечения режима насыщения транзистора при заданном токе нагрузки (токе коллек­тора). Соответственно уменьшается и мощность, рассеиваемая в элементах цепи управления силовым транзистором. Это позво­ляет использовать в данной цепи управляющие элементы (в том числе транзисторы) меньшей мощности.



Транзисторы, предназначенные в основном для применения в силовых цепях, используют и в некоторых устройствах, где токи нагрузки не превышают десятых долей ампера, но где транзи­сторы должны работать в активном режиме со значительным падением напряжения в цепи эмиттер — коллектор. В этом случае лимитирующим параметром транзистора становится величина Ртах- Такой режим, в частности, характерен для выходных тран­зисторов стабилизаторов напряжения, а также мощных эмиттер-ных повторителей.

Автомобильная электронная аппаратура не должна выходить из строя в случае ошибочного ее включения под напряжение обратной полярности. Наиболее просто эта задача решается уста­новкой в цепи питания аппаратуры полупроводникового диода. Однако в таком диоде имеется падение напряжения 0,8 — 1 В, что в некоторых случаях недопустимо. Кроме того, установка диода в силовой цепи приводит к значительному возрастанию мощности, рассеиваемой в аппаратуре, и, следовательно, увеличению ее нагрева.

Для обеспечения требуемой защиты элементов аппаратуры вместо диода может быть использован транзистор, переход эмиттер — коллектор которого включается в цепь питания аппаратуры. При правильно выбранных параметрах транзистора падение на­пряжения в его переходе эмиттер — коллектор может быть умень­шено до 0,2 — 0,3 В, а в некоторых случаях оказывается даже воз­можным совместить в транзисторе как основные его функции, так и функции защиты элементов цепей от напряжения обратной полярности. В обоих случаях обязательным условием является Применение транзисторов, у которых допустимое напряжение эмиттер — база не ниже напряжения источника питания аппа­ратуры.

В табл. 16 и 17 приведены характеристики некоторых типов мощных кремниевых транзисторов, которые могут быть рекомендо­ваны для применения в силовых цепях, а также устройствах ста­билизации напряжения и цепях усиления.

Транзисторы средней мощности. К этой группе условно могут быть отнесены транзисторы с максимальной силой постоянного тока Iкmах=0,3~0,8 А и рассеиваемой мощностью Ртах = 0,2ч-- l Вт. Их в основном применяют в качестве усилительных или коммутирующих элементов предвыходных каскадов усиления, а также в выходных цепях эмиттерных повторителей и стабилиза­торов напряжения небольшой мощности. Для транзисторов данной группы наряду со значениями Iк max и Рmах наиболее важными параметрами являются напряжение насыщения коллектор — эмит­тер Uкэ наг, постоянное напряжение эмиттер — база UЭБ



, стати­ ческий коэффициент передачи тока h21э, значения обратных токов IКБО и IЭБО.

Если источником питания транзисторов является непосредст­венно бортовая сеть автомобиля, то к числу наиболее важных параметров транзисторов следует отнести величины Uкэ, и max и Uкэmах, которые должны быть не ниже возможных уровней пере­напряжений в бортовой сети. В остальных случаях значение Uкэmах должно быть по крайней мере не ниже напряжения источ­ника питания транзисторов.

В табл. 18 приведены характеристики некоторых транзисторов, которые могут быть рекомендованы для применения в качестве усилительных и коммутирующих элементов устройств средней мощности.

Транзисторы малой мощности цепей управления. К данной группе условно можно отнести транзисторы с максимальной силой постоянного тока меньше 200 мА или с рассеиваемой мощностью ниже 250 мВт.

Для транзисторов этой группы наряду со значениями Iк max и Ртах наиболее важными являются следующие параметры: стати­ческий коэффициент передачи тока h21э, обратные токи Iкво

и IЭБО; постоянное напряжение эмиттер — база U ЭБ ; напряжение насыщения коллектор — эмиттер Uкэ наг и база — эмиттер Uвэ

нас-

Номенклатура выпускаемых транзисторов малой мощности весьма широка. Это позволяет, исходя из конкретных условий при­менения, выбрать наиболее соответствующий по параметрам тип транзистора. Вместе с тем в автомобильной электронной аппара­туре все же рекомендуется использовать ограниченную номенкла­туру таких транзисторов (см. табл. 18).

16. Характеристики транзисторов силовых цепей типа n-p-t

Тип транзистора	IК.А	IБ.А	Uкэ.В	UКЭ и max В	UЭБ, В	Температура окружающей среды, °С	Режим усиления	Я при 50°С, Вт	IКБО. МА	IЭБО, мА	IкэR мA	Диаметр, мм	Высота, мм
VA	икэ-в	Л21Э
КТ803А	10/5	-/1	60/2,5	80	4,5/ —	— 40 — +100	5	10	10 — 70	60 (30)		50	5	29	25,6
КТ805А	5/5	2/0,5	1/2,5	160	5/2,5	— 60 — +100	2	10	15	30(15)	60	100		28	23,5
КТ805АМ	5/5	2/0,5	1/2,5	160	5/2,5	— 60 — +100	2	10	15	30(15)	60	100	5	10Х16*2	4,8
КТ808АМ	10/6	4/0,6	120/ —	250	4/1,4	— 60 — +125	6	3	20	50		10	3	29	25,6
КТ815В	1,5/0,5	0,5/0,05	70/0,6		5/1,2	— 40 — +100	0,15	2	40	10*1	0,05			7,8х11*2	2,8
КТ815Г	1,5/0,5	0,5/0,05	100/0,6		5/1,2	— 40 — +100	0,15	2	30	10*1	0,05			7,8х11*2	2,8
КТ817В	3/3	1/0,3	60/1		5/1,5	— 60 — +125	2	2	20	25* *	0,1			7.8Х11*2	2,8
КТ817Г	3/3	1/0,3	100/1		5/1,5	— 60 — +125	2	2	15	25*1	0,1			7,8x11**	2,8
КТ827А	20/20	0,5/0,2	100/2,4	100	5/3	— 60 — +125	10	3	6000	125*1		2	3	39х26*2	10,3
КТ827Б	20/20	0,5/0,2	80/2,4	80	5/3	— 60 — +125	10	3	6000	125*1		2	3	39х26*2	10,3
КТ908А	10/10	5/2	100/1,5		5/2,3	— 60 — +125	10	2	8 — 60	50	25	300		. 29	25,6

<


*1 При температуре 25еС. *2 Размеры сечения.

Примечания: I. В числителе приведены максимально допустимые значения, в знаменателе — значения, соответствующие режиму насыщения 2. В скобках указана рассеиваемая мощность при максимальной температуре окружающей среды.

 

17. Характеристики транзисторов силовых цепей типа р-n-р

Тип транзи­стора	IК, А	IБ. А	Uкэ. в	UЭБ. В	Температура окружающей среды, °С	Режим усиления	P. при 25° С, Вт	IКБО мА	IЭБО, мА	IкэR мА	Размеры сечения, мм	Высота, мм
Iк. А	Uкэ.в	h21Э
КТ814В	1,5/0,5	0,5/0,05	70/0,6	5/1,2	— 40 ----- [-100	0,15	2	40	10	0,05	—	—	7,8X11	2,8
КТ814Г	1,5/0,5	0,5/0,05	100/0,6	5/1,2	— 40 — 1-100	0,15	2	30	10	0,05	—	—	7,8x11	2,8
КТ816В	3/3	1/0,3	60/1	5/1,5	— 60 ---- hi 25	2	2	20	25	0,1	—	—	7,8x11	2,8
КТ816Г	3/3	1/0,3	100/1	5/1,5	— 60 — [-125	2	2	15	25	0,1	—	—	7,8x11	2,8
КТ825Д	20/20	0,5/0,2	60/3	5/4	— 40 — [-100	10	10	750	125	—	—	—	39,2x26	10,3
КТ825Г	20/20	0,5/0,2	90/3	5/4	— 40 — f 100	10	10	750	125	—	—	—	39,2x26	10,3
КТ837Д	7,5/3	-/0,37	55/0,9	15/1,5	— 60 — 1-100	2	5	20 — 80	—	0,15	0,3	10	10x16	4,8
КТ837Е	7,5/3	-/0,37	55/0,9	15/1,5	— 60 ---- hi 00	2	5	50 — 150	—	0,15	0,3	10	10x16	4,8
КТ837М	7,5/3	— /0,37	70/2,5	5/1,5	— 60 ---- hi 00	2	5	20 — 80	—	0,15	0,3	10	10x16	4,8
КТ837И	7,5/2	-/0,3	40/0,5	15/1,5	— 60 — hi 00	2	5	20 — 80	—	0,15	0,3	10	10x16	4,8
КТ837К	7,5/2	— /0,3	40/0,5	15/1,5	— 60 — 4-100	2	5	50 — 150	—	0,15	0,3	10	10х10	4,8
КТ829А	8/-	0,2/ —	100/ —	—	— 40 — [-85	3	- 3	750	60	—	2	1,5	10x16	4,8

<


Примечание. В числителе приведены максимально допустимые значения, в знаменателе — значения, соответствующие режиму насыщения.

 

18. Характеристики транзисторов средней и малой мощности для цепей управления

Тип транзистора

IK , мА

IБ мА

Uкэ. в

UЭБ. В

Температура окружающей среды, °С

Режим усиления

IКБО, мкА

IЭБО, мкА

IкэR, мкА

р при 25СС, мВт

Диаметр, мм

Вы­сота, мм

IК, мА

UКЭ, в

h21Э

Средней мощности типа р-n-р

КТ209Б, В, Е, И, М КТ501Б, Д, Е, И, М КТ502А-Е КТ503А-Е

300/300 300/300 300/10 300/10

100/30 100/60 100/1 100/1

15 — 60/0,4 15 — 60/0,4 25 — 80/0,15 25 — 80/0,2

10 — 20/1,5 10 — 20/1,5 5/0,8 5/0,8

— 40 — + 100 — 60 — +125  — 40 — +100 — 50 — +85

30 30 10 10

1 1 5 5

40 — 240 40 — 240 40 — 240 40 — 240

1 1 1

1 1

200 350 350 350

5,2 4,95 5,2 5,2

5,3 5,3 5,2 5,2

Средней мощности типа n-р-n

КТ608Б КТ630А-Г КТ619А

400/400 1000/150 100/ —

— /80 200/150

60/0,4 100 — 150/0,3 250/ —

4/1 7/1,1 5/ —

— 40 — +85 — 50 — Ь85 — 50 — ^85

: 200 150 1

5 10 40

40 — 160 40 — 240 30

10

10 0,1 100

1 50

500 800 500

11,7 8,5 9,4

8 6,6 4,7

Малой мощности типа n-р-n

КТ315Б, В, Г, И КТ342А, Б КТ373А, Б, Г КТ3102А, Б, Г, Е

100/20 50/10 50/10 100/ —

-/2 — /1 -/1

20 — 60/0,4 25 — 30/0,1 30 — 60/0,1 20 — 50/ —

6/1,1 5/0,9 5/0,9 5/-

— 60 — [-100 — 60 — И 25  — 50 — f-85 — 40 — (-85

1 1 1 2

10 5 5 5

80 — 350 25 — 500 50 — 600 100— 1000

1 1 0,05 0,015; 0,05

30 30 30 10

1 30 30,100 0,1

150 250 150 250

7,2хЗ*3 4,95 5х2,5*3 4,95

5 5,3 4,5 5,3

Малой мощности типа р-n-р

КТ345Б, В КТ361Б, В, Г, К КТ3107Б, Д , КТ3107К, Л

200/100 50/20 100/100 100/100

-/10 — /2 50/5 5/5

20/0,3 20 — 60/0,3 30 — 50/0,5 20 — 30/0,5

4/1,1 4/0,85 5/1 5/1

— 40 — (-85 — 60 ---- (-100 — 60 — Hi 25 — 60 — (-125

100 1 2 2

1 10 5 5

50 — 1 05 40 — 350 120 — 460 380 — 800

1 1 0,1 0,1

! 0,1 0,1

1

100*1 150*2 300 300

4,2x2,5* 7,2хЗ*3 4,2x5,2* 4,2x5,2*

М 4,2 5 3 5,2 3 5,2

<


* 1 При температуре 40° С. *2 При температуре 35° С. *3.Размеры сечения.

Примечания: 1 . Значения UKэ max, UЭБ и диапазон h21Э зависят от буквенного обозначения транзистора каждого типа.

2. В числителе приведены максимально допустимые значения, в знаменателе — значения, соответствующие режиму насыщения.

Интегральные микросхемы

Отличительные особенности любой интегральной микро­схемы в первую очередь определяются ее функциональным назна­чением. При этом микросхемы одного и того же функционального назначения имеются в номенклатуре ряда серий интегральных микросхем и отличаются одна от другой по тем или иным показа­телям [3]. Основными из этих показателей являются следующие: напряжение источника питания Uи. п;

рабочий диапазон температур;

входной ток IВХ;

выходной ток Iпмх;

входное напряжение Uвх;

выходное напряжение UMttK;

максимально допустимая рассеиваемая мощность Pp.-,.-max;

коэффициент усиления сигналов (для усилительных схем).

Интегральная микросхема, как правило, представляет собой функционально законченное устройство, предназначенное для решения определенной схемотехнической задачи. Обычно одна и та же задача может быть решена,в результате применения анало­гичных по функциональному назначению микросхем, входящих в различные серии, а также с помощью электронной схемы, собранной из дискретных элементов. Поэтому важным фактором для оценки целесообразности использования микросхемы той или иной серии вместо электронной схемы, выполненной на базе дискретных элементов, является ее стоимость.

Номенклатура микросхем, выпускаемых промышленностью, чрезвычайно широка, в связи с чем затруднительно дать рекомен­дации по использованию конкретных типов интегральных микро­схем в той или иной автомобильной электронной аппаратуре. Однако, исходя из опыта создания такой аппаратуры, представ­ляется возможным оценить перспективность применения опреде­ленных серий интегральных микросхем, а также некоторых их типов.

Аналоговые микросхемы. Аналоговые микросхемы применяют для усиления уровня сигналов, их преобразования, а также при создании стабилизаторов тока и напряжения.



Для решения этих задач в основном используют интегральные микросхемы следующего функционального назначения: операцион­ные усилители (в том числе компараторы); генераторы сигналов специальной формы (одновибраторы, автоколебательные мульти­вибраторы); триггеры (в том числе триггеры Шмитта); стабилиза­торы напряжения.

Из числа аналоговых микросхем наиболее широко в автомо­бильной электронной аппаратуре применяются операционные уси­лители, осуществляющие усиление сигналов постоянного тока, а также выполняющие функции компараторов напряжения. Сле­дует отметить, что, несмотря на широкую номенклатуру опера­ционных усилителей, выпускаемых промышленностью, существуют определенные ограничения по их использованию в автомобильной электронной аппаратуре. Такими ограничениями являются необхо­димость обеспечения работоспособности операционного усилителя в диапазоне температур — 40 — j-85°C, а также при минимальных напряжениях бортовой сети автомобиля. В частности, для автомо­билей с номинальным напряжением бортовой сети, равным 12 В, минимально допустимое напряжение составляет 10,8 В. Поэтому для обеспечения нормальной работы электронной аппаратуры дан­ных автомобилей применяемые в ней операционные усилители должны нормально работать при напряжении источника питания 10 В (или ±5 В).

Таким требованиям удовлетворяют операционные усилители типов К153УД2 (серия 153) и К553УД2 (серия 553), работоспособ­ность которых гарантируется при напряжении питания ±5 В и температуре окружающей среды — 45 — +85°С. Важным положи­тельным качеством данных операционных усилителей является их низкая стоимость.

Указанные выше требования также удовлетворяют некоторые операционные усилители серии К140. При этом для усилителей типа К140УД11, К140УД14, К140УД17 и К1408УД2 (спаренный) допускается работа при минимальном напряжении питания ±5 В, а для усилителя типа К140УД12 — при минимальном напряжении ±1,5 В. Рабочий диапазон температур указанных усилителей составляет — 45 — i-850C.



При номинальном напряжении бортовой сети, равном 24 В, по­мимо названных типов усилителей в электронной аппаратуре могут применяться почти все операционные усилители, входящие в серию КНО, а также компараторы напряжения, входящие в серии К521 (типов К521СА1 и К521СА2) и К554 (типов К554СА1 и К554СА2).

Наряду с операционными усилителями очень перспективными для применения в автомобильной электронной аппаратуре явля­ются токоразностные дифференциальные усилители, которые иногда называют усилителями Нортона. Эти усилители, так же как и операционные, имеют инвертирующий и неинвертирующий входы. Однако в отличие от операционного усилителя, где выходное напряжение определяется соотношением напряжений, подводимых к его входам, у токоразностного усилителя напряжение на выходе зависит от соотношения сил токов, проходящих в цепях инверти­рующего и неинвертирующего входов. Промышленностью выпус­кается микросхема типа К1401УД1, состоящая из четырех незави­симо действующих токоразностных усилителей [3].

Важным положительным качеством токоразностного усилителя является возможность получения на его выходе минимального на­пряжения, не превышающего десятых долей вольта, в то время как у операционных усилителей этот уровень составляет не менее 1,5 — 2 В (по отношению к отрицательному полюсу источника питания).

Из выпускаемых интегральных стабилизаторов напряжения наиболее подходящими по характеристикам для применения в автомобильной электронной аппаратуре являются компенсацион­ные стабилизаторы с регулируемым стабилизированным напряже­нием, выполненные в виде интегральных микросхем типа К142ЕН1А (Uвх = 9-20 В, UВЫХ = 3-12 В) и К142ЕН2А (UR,= 15н-40 В, Uвых= 12-30 В).

Следует, однако, иметь в виду, что из-за имеющихся падений напряжения в регулирующих элементах этих стабилизаторов мини­мальная разность напряжений Uвх — Uвых

составляет около 3 В. Данное обстоятельство ограничивает возможность применения стабилизаторов данного типа в автомобилях с номинальным на­пряжением бортовой сети 12 В, поскольку в этом случае при минимально допустимом ее напряжении, равном 10,8 В, окажется невозможным получить стабилизированное напряжение выше 7 — 8 В.



Цифровые микросхемы. В автомобильной электронной аппара­ туре преимущественно применяются цифровые микросхемы сле­дующего функционального назначения: логические элементы типа И — НЕ, И, НЕ, ИЛИ и их комбинации; триггеры типа I-K и D; счетчики, сумматоры и регистры; дешифраторы.

Относящиеся к цифровым микросхемам элементы микропроцес­сорных комплектов в данном разделе не рассматриваются, по­скольку они составляют особый класс программируемых устройств.

Цифровые микросхемы по сравнению с аналоговыми имеют худшую помехоустойчивость, вследствие чего для них более веро­ятны сбои в работе при наличии помех в цепях питания, а также полевых (электромагнитных) помех. Особенно это характерно для микросхем, принцип действия которых основан на срабатывании не от уровня входного сигнала, а от его перепада. Поэтому очень важным показателем, определяющим целесообразность- примене­ния цифровых микросхем той или иной серии, является их помехо­устойчивость. Кроме того, должна быть обеспечена работоспособ­ность цифровых микросхем при минимально допустимых напряже­ниях бортовой сети автомобиля, а также в диапазоне температур окружающей среды — 40 — +70°С.

Наиболее широко представлены цифровые микросхемы самого различного функционального назначения в сериях К155 (транзи­сторно-транзисторная логика ТТЛ) и К.176, К561, 564 (на базе структуры КМОП). Номинальное напряжение микросхем серии К.155 составляет 5 В, в связи с чем для данной серии отсутствуют ограничения, связанные с возможным снижением напряжения бор­товой сети. Модификация серии К155, выпускаемая в металло-керамических корпусах (серия КМ 155), является работоспособной в диапазоне температур — 45 — +85°С.

Помехозащищенность микросхем серии К155 равна 0,4 — 1 В. Поэтому при использовании данных микросхем в автомобильной электронной аппаратуре необходимо принимать специальные меры по защите их от воздействия полевых помех и в особенности помех в цепях питания.

Вследствие жесткого допуска на величину напряжения питания (5 В±5%) микросхемы серии К155 обязательно должны подклю­чаться к стабилизатору напряжения с номинальным выходным напряжением 5 В. При номинальном напряжении бортовой сети 12 В и максимально допустимом ее напряжении 15 В регулирую­щий элемент выходной цепи стабилизатора должен быть рассчи­тан на падение в нем напряжения до 10 В. Соответственно этому КПД стабилизатора составит всего лишь около 30%, т. е. 70% мощности, подводимой к стабилизатору, будет расходоваться на его нагрев. Еще худшие показатели будет иметь стабилизатор при номинальном напряжении бортовой сети 24 В, чему соответст­вует максимальное ее напряжение 30 В. В данном случае выход­ной регулирующий элемент стабилизатора должен быть рассчи­тан на падение напряжения до 25 В, а КПД стабилизатора ока­жется равным примерно 15%, т. е. почти 85% мощности, подво­димой к стабилизатору, будет расходоваться на его нагрев.



По сравнению с микросхемами серии К155 более высокую помехозащищенность имеют микросхемы серии К511, относящиеся к высокопороговой логике ВПЛ. Микросхемы данной серии могут работать в диапазоне температур — 45 — +85°С, и они не реаги­руют на помехи с уровнем до 6 В (по сравнению с уровнем 1 В у микросхем серии К155). Кроме того, микросхемы серии К511 могут работать в диапазоне напряжений питания 10,8 — 25 В.

Следовательно, при номинальном напряжении бортовой сети 24 В и минимально допустимом ее напряжении 21,6 В для питания микросхем серии К511 может быть применен стабилизатор с вы­ходным напряжением порядка 20 — 21 В. В этом случае наиболь­шее падение напряжения в выходном регулирующем элементе ста­билизатора (при максимально допустимом напряжении бортовой сети 30 В) составит 9 — 10 В. КПД стабилизатора для данных условий его работы будет составлять около 65 %. Таким образом, при номинальном напряжении бортовой сети 24 В применение микросхем серии К511 является предпочтительным по сравнению с микросхемами серии К155. Однако это не всегда возможно, по­скольку номенклатура микросхем, входящих в серию К511, суще­ственно уже по сравнению с серией К155.

Нижний допустимый предел напряжения питания микросхем серии К511 составляет 10,8 В, что равно минимально допустимому напряжению бортовой сети, имеющей номинальное напряжение 12 В. Поэтому применение микросхем серии К511 в электронной аппаратуре автомобилей с номинальным напряжением бортовой сети 12 В возможно только при условии подключения микросхем непосредственно к бортовой сети, т. е. без стабилизатора напря­жения. В большинстве случаев такое подключение микросхем не­допустимо, что ограничивает возможности их применения.

Микросхемы серии К561 работоспособны при напряжении пита­ния 3 — 15 В и температурах — 45 — j-85°C, а их помехозащищен­ность (статическая) составляет 0,3 — 0,5 напряжения источника питания. Номенклатура микросхем, входящих в серию К561, не­сколько уже по сравнению с номенклатурой серии К155, но все же на их базе могут быть созданы многие изделия автомобильной электроники. Если же в серии К561 не оказывается микросхем с необходимым функциональным назначением, то требуемые мик­росхемы в ряде случаев могут быть взяты из серии 564, поскольку данная серия в основном имеет такие же показатели, что и се­рия К561. В этих случаях возможно также применение микросхем серии К176, поскольку для большинства микросхем, входящих в эту серию, допускается работа в диапазоне температур — 45 — 0°С. Допустимое напряжение питания микросхем серии К176 составляет 9 В±5 %, т. е. даже при минимально допустимом напряжении бортовой сети 10,8 В для их питания возможно приме­нение простейшего стабилизатора напряжения.



Нагрузочная способность микросхем серий К176, К561, 564 ниже, чем у микросхем серий КМ155 и К511. Поэтому между выхо­дом микросхем и их нагрузкой в ряде случаев приходится вклю­чать усиливающие элементы, например эмиттерные повторители. Микросхемы серий КМ155, К511, К561, К176 имеют аналогичную конструкцию. Они устанавливаются на платах со стороны, проти­воположной печатным проводникам, а шаг между выводными кон­цами их корпуса составляет 2,5 мм. Микросхемы серии 564 уста­навливают на платы со стороны печатных проводников с шагом ~между их выводными концами 1,25 мм. В силу указанных конструктивных отличий микросхем серии 564 от микросхем серий КМ155, К511, К561, К176 их по возможности, стараются не монти­ровать на одной и той же плате.

Перечисленными выше сериями микросхем, безусловно, не огра­ничивается их номенклатура, возможная для применения в авто­мобильной электронной аппаратуре. Так, например, при создании электронной аппаратуры, содержащей запоминающие устройства, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи, в ряде случаев приходится применять микросхемы иных серий. В этих случаях выбор тех или иных типов микросхем зависит от целевого назначения аппаратуры, особенностей ее работы и т. д.

 

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Системы автоматического управления сцеплением по­лучили наиболее широкое распространение в 50 — 60-х годах. Их особенностью являлось применение сцеплений специальных конст­рукций, которые легче поддавались автоматизации по сравнению с обычными фрикционными сцеплениями.

Рис. 55. Схема системы автоматического управления сцеплением «Драйв Матик»:

а — педаль управления дроссельной заслонкой отпущена, сцепление выключено; б — пе­даль управления дроссельной заслонкой нажата, сцепление выключено; в — педаль управ­ления дроссельной заслонкой нажата, сцепление включено; 1 — вакуумная сервокамера; 2 — полость сервокамеры; 3 — мембрана; 4 — шток; 5 — рычаг; 6 — трос педали сцепле­ния; 7 — педаль привода сцепления; 8 — педаль управления дроссельной заслонкой; 9 — трос педали привода дроссельной заслонки; 10 — рукоятка переключения передач; 11 — ры­чаг переключения передач; 12 — датчик скорости; 13 — электронный блок; 14 — потенцио­метр, id — отверстие для впуска воздуха; 16 и 26 — электромагниты; 17 — шланг; 18 и 20 — элементы золотника; 19 — золотник; 21 — полость золотника; 22 и 23 — каналы; 24 — воздушный клапан; 25 — вакуумный клапан; 27 — ресивер; 28 — обратный клапан; 29 — впускной коллектор двигателя; 30 — шланг

Широкое применение получили центробежные сцепления, а также электромагнитные (фрикционные и из порошковых мате­риалов), имеющие сравнительно простые релейные схемы управ­ления. Недостаток автоматически действующих сцеплений — не­возможность использования унифицированного силового агрегата. В конце 70-х годов за счет применения электронных систем оказа­лось возможным относительно простыми средствами автоматизи­ровать работу обычного фрикционного сцепления. Следует, однако, отметить, что системы автоматизации управления сцеплением пока что носят единичный характер. В качестве примера такой системы можно указать на выпускаемую в ФРГ систему управления «Драйв Матик». Эта система обеспечивает автоматизацию управ­ления обычным фрикционным сцеплением. Ее комплектуют только из навесных узлов, благодаря чему ее применение не связано с изменением конструкции серийных агрегатов автомобиля.

Исполнительным механизмом системы (рис. 55) является ва­куумная сервокамера 1 с мембраной 3, шток 4 которой через трос 6 воздействует на педаль 7 привода сцепления, осуществляя регу­ лирование момента Мс. Кроме того, шток 4 через приводной рычаг 5 связан с первым подвижным элементом 18 кольцевого золотника 19, регулирующего разрежение в полости 2 вакуумной сервокамеры 1. Второй подвижный элемент 20 кольцевого золот­ника посредством троса 9 соединен с педалью 8 управления дрос­сельной заслонкой.

 В элементах 18 и 20 имеются каналы 22 и 23, которые в зави­симости от взаимного расположения элементов либо соединяются между собой, либо разобщаются. При совмещении этих каналов внутренняя полость 21 золотника соединяется с атмосферой, а при разобщении связь указанной полости золотника с атмосферой прерывается. Полость 21 золотника посредством шланга 17 соеди­няется с полостью 2 сервокамеры 1, поэтому в зависимости от взаимного расположения элементов золотника полость 2 серво­камеры или соединяется или разъединяется с атмосферой.

Соединение полости 2 сервокамеры с атмосферой может осу­ществляться и через клапан 24, приводимый от электромагнита 16. При включении электромагнита клапан 24 разъединяет полость сервокамеры с атмосферой (соединяемые через отверстия 15), и разрежение в этой полости определяется только действием золотника 19. Если же электромагнит 16 выключен, то независимо от действия золотника в полости 2 сервокамеры устанавливается атмосферное давление.

Клапан 25 при срабатывании электромагнита 26 соединяет полость 2 сервокамеры с ресивером 27, который с помощью шлан­га 30 через обратный клапан 28 связан с впускным коллектором 29 двигателя. При этом клапан 25 одновременно осуществляет от­соединение полости 2 от остальной части системы регулирования разрежением.

Электронный блок 13 управляет включением и выключением электромагнита 16 в зависимости от скорости движения автомо­биля, получая входные сигналы от датчика 12 скорости авто­мобиля При его движении со скоростями ниже заданной выход блока (вывод K) соединен с массой, а при достижении автомобилем заданной скорости эта связь прерывается С по­мощью потенциометра 14 электронный блок настраивается на срабатывание при требуемой скорости. Когда водитель приклады­вает усилие к рукоятке 10 рычага 11 переключения передач в выключателе S1, встроенном в эту рукоятку, контакты замыка­ются на массу. В выключателе S2, расположенном в приводе переключения передач, контакты замыкаются при включении любой из передач. При нейтральном положении коробки передач контакты разомкнуты. С тросом 9 привода дроссельной заслонки связан микровыключатель S3, контакты которого замкнуты только при режиме холостого хода двигателя.



Система « Драйв Матик» действует следующим образом. При установке рычага переключения передач в нейтральное положе­ние и отпущенной педали управления дроссельной заслонкой вследствие размыкания контактов выключателей S1 и S2 электро­магниты 16 и 26 оказываются отключенными от источника пита­ния. Вследствие этого клапан 25 отсоединяет полость 2 серво­камеры от ресивера 27, а через открытый воздушный клапан 24 полость 2 сервокамеры соединяется с атмосферой, в результате сцепление включается.

Как только водитель при неподвижном автомобиле включает какую-либо из передач, создается цепь питания электромагнитов 16 и 26 через замкнувшиеся контакты выключателя S2 и замкну­тую выходную цепь электронного блока. В результате срабаты­вают оба электромагнита, и воздушный клапан 24 разъединяет полость 2 сервокамеры с атмосферой, а вакуумный клапан 25 со­единяет ее с ресивером 27. Это обеспечивает полное выключение сцепления.

При нажатии водителем на педаль 8 управления дроссельной заслонкой размыкаются контакты микровыключателя S3, в ре­зультате чего цепь питания электромагнита 26 разрывается и вакуумный клапан 25 закрывается, разъединяя полость 2 серво­камеры и ресивер. Поскольку вследствие включения электромаг­нита 16 воздушный клапан 24 оказывается также закрытым, вели­чина разрежения в полости 2 вакуумной камеры определяется только действием золотника 19, Элемент 18 золотника 19 установ­лен по отношению к элементу 20 так, что при отпущенной педали о и расположении штока 4 в крайнем левом положении (полное выключение сцепления) каналы 22 и 23 элементов золотника ока­зываются соединенными между собой. Вследствие этого полость 2 сервокамеры соединяется с атмосферой, что приводит к постепен­ному уменьшению в ней разрежения и, как следствие, к переме­щению штока 4 слева направо. Такое перемещение штока 4 будет продолжаться до тех пор, пока поворот элемента 18 не разобщит каналы 22 и 23. В этом случае связь полости 2 сервокамеры с атмосферой прервется и дальнейшее перемещение штока 4 пре­кратится.



Элементы золотника располагают таким образом, что при от­пущенной педали 8 шток 4 устанавливается в положении I, соот­ветствующем началу передачи сцеплением момента.

При нажатии водителем на педаль 8 вследствие поворота эле­мента 20 (положение II золотника) вновь произойдет соединение каналов элементов 18 и 20. Это обусловит соединение полости 2 сервокамеры с атмосферой и дальнейшее перемещение штока в направлении включения сцепления. Такое перемещение прекра­тится, когда шток 4 опять установится в положение III, соответст­вующее разобщению каналов 22 и 23. Очевидно, что чем на боль­ший угол была открыта дроссельная заслонка, тем дальше в на­правлении включения сцепления должен переместиться шток 4 для того, чтобы произошло разобщение каналов элементов. Таким образом, в системе «Драйв Матик» момент Мс регулируется в зависимости от угла а открытия дроссельной заслонки. Показа­тели такой системы управления были рассмотрены выше.

После того, как автомобиль разгонится до скорости, при кото­рой срабатывает электронный блок, вследствие отключения от массы вывода K блока разрывается цепь питания электромаг­нита 16. Это обеспечивает открытие воздушного клапана 24, и по­лость 2 сервокамеры соединяется с атмосферой независимо от взаимного положения элементов золотника. Диаметр отверстия 15 выбирают из условия обеспечения плавного включения сцепления в процессе его блокировки вследствие открытия воздушного кла­пана.

Принудительная блокировка сцепления после разгона автомо­биля до заданной скорости предотвращает повышенное изнашива­ние выжимного подшипника сцепления при движении автомобиля с малыми углами открытия дроссельной заслонки.

Система «Драйв Матик» обеспечивает только плавное увели­чение момента Мс по мере увеличения угла открытия заслонки. Если же водитель уменьшает угол открытия дроссельной заслонки, то момент Мс не снижается и остается равным тому значению, которое было достигнуто ранее при наибольшем угле открытия заслонки. Для того чтобы уменьшить момент Мс до значения, соответствующего меньшему углу открытия дроссельной заслонки, необходимо вначале полностью отпустить педаль 8 для того, что­бы замкнулись контакты микровыключателя S3 и полость 2 серво­камеры соединилась с ресивером, а затем перевести педаль 8 в требуемое положение. Данная особенность системы управления является положительной с точки зрения уменьшения опасности работы сцепления с длительным пробуксовыванием. Однако при этом усложняется маневрирование при движении автомобиля с низкими скоростями, а также уменьшается предельный угол подъема, на котором возможно трогание автомобиля с места.



Принудительное выключение сцепления в процессе переклю­ чения передач независимо от частоты вращения коленчатого вала и скорости движения автомобиля обеспечивается при замыкании контактов включателя S1. В этом случае включается электромаг­нит 26, благодаря чему через открывшийся вакуумный клапан 25 происходит соединение полости 2 сервокамеры с ресивером и, как следствие, полное выключение сцепления.

Система «Драйв Матик» обеспечивает все требуемые режимы работы автоматического сцепления. Но для этого она помимо сервокамеры и регулирующего золотника содержит значительное количество дополнительной управляющей аппаратуры (два кла­пана с электромагнитным приводом, три выключателя, датчик скорости, электронный блок управления блокировкой сцепления). Следует, однако, учесть, что электронный блок по функциональ­ному назначению представляет собой один из вариантов частот­ного компаратора, т. е. степень его сложности невелика и при­мерно соответствует сложности электронного блока управления экономайзером принудительного холостого хода, выпускаемого промышленностью для моделей автомобилей отечественного про­изводства.

Автоматический электровакуумный привод сцепления

Электровакуумный привод сцепления (ЭПС) представ­ляет собой универсальную систему автоматического управления стандартным фрикционным сцеплением автомобилей с двигате­лями, имеющими рабочий объем 0,65 — 2,5 л, которая изменяет момент трения Мс сцепления в зависимости от частоты вращения пк

коленчатого вала. Он комплектуется только из навесных узлов, не имеющих механической связи с другими агрегатами автомо­биля. Благодаря этому оборудование автомобилей ЭПС не тре­бует изменения конструкции их агрегатов.

Основными узлами ЭПС являются вакуумная сервокамера (рис. 56) и электронный блок автоматики, регулирующий силу тока в обмотке электромагнита 2 сервокамеры. Сцепление вклю­чается и выключается в результате перемещения поршня 6 (рис. 57) и связанного с ним штока 3 сервокамеры. Если, напри­мер, поршень 6 втягивается внутрь сервокамеры, то шток 3, воз­действуя на рычаг 2, перемещает слева направо поршень главного гидроцилиндра 22 сервокамеры. Это вызывает перемещение поршня рабочего гидроцилиндра 19 (слева направо на рис. 57), вследствие чего шток 15, нажимая на рычаг привода сцепления, передвигает выжимной подшипник сцепления, выключая его через пяту сцепления. При движении поршня 6 в обратном направлении сцепление включается.



Слева от поршня 6 расположена полость 5, постоянно соеди­ненная с атмосферой, а справа от поршня находится полость 9 регулируемого давления, в которой давление может меняться от атмосферного до разрежения 60 — 70 кПа. Чем выше разрежение в полости 9, тем большая разность сил действует на стенки поршня 6, в результате чего возрастает сила, стремящаяся переместить поршень внутрь сервокамеры. Под ее действием через приводные узлы сцепления сжимаются нажимные пружины, вслед­ствие чего уменьшается прижатие нажимного диска к ведомому и соответственно уменьшается момент, передаваемый сцеплением. По мере уменьшения разрежения в полости 9 снижается сила, действующая на поршень 6. В результате этого уменьшается уси­лие, действующее на нажимные пружины сцепления, что приво­дит к ослаблению силы прижатия нажимного диска к ведомому.

При этом обеспечивается возраста­ние момента, передаваемого сцепле­нием.

Разрежение в полости 9 регулиру­ется с помощью клапана 31, на кото­рый с одной стороны действует пру­жина 32, а с другой стороны — толка­тель 28. В свою очередь, на толкатель действует, во-первых, усилие последо­вательно установленных пружин 4 и 8, которое стремится передвинуть его слева направо, и, во-вторых, сила Fэм, развиваемая электромагнитом 12, направленная навстречу усилию указанных пружин. Пружина 8 создает гораздо меньшее усилие по сравнению с пружиной 4, поэтому она полностью сжимается после втягивания поршня 6 на 20 — 25 % полного его перемещения, в пределах которого момент Мс сохраняет максимальное значение. Так как пружина 8 не влияет на характеристики сервокамеры, то при рас­смотрении принципа действия ЭПС будет приниматься во внима­ние только действие пружины 4. Назначение пружины 8 будет указано ниже.



Рис. 56. Узлы электровакуумного привода сцепления:

а — электронный блок управления; б — сервокамера; 1 — шток; 1 — электромагнит; 3 — главный гидроцилиндр; 4 — регулируемая опора рычага; 5 — рычаг.

Электромагнит 12 в отличие от электромагнитов с втягиваю­щимся якорем обычного типа выполнен без центрального непо­движного сердечника. В результате по мере втягивания якоря внутрь полости электромагнита развиваемое им тяговое усилие не возрастает, как у обычных электромагнитов (рис. 58, кривые 1 и 2), а уменьшается (кривые 3 — 8). Тем самым за счет регулиро­вания силы тока в обмотке электромагнита создается возможность перемещать его якорь в любое положение, которое является устойчивым для данной силы тока. Такой вид тяговых характери­стик электромагнита является необходимым условием для функ­ционирования ЭПС.



Если усилие FSM превысит? усилие пружины 4 (см. рис. 57), то толкатель 28 сместится в левое положение и его подвижное седло 30 отойдет от клапана 31. В результате этого клапан 31 под действием пружины 32 переместится в крайнее левое положе­ние и прижмется к неподвижному седлу 29 (рис. 57, Л). В резуль­тате полость 9 через обратный клапан 13 соединится с впускным коллектором 14 двигателя, благодаря чему в данной полости воз­никнет разрежение, обеспечивающее втягивание поршня 6 внутрь сервокамеры, и, следовательно, уменьшится момент Мс. Если же усилие пружины 4 станет больше силы FSM то подвижное седло, во-первых, закроет центральное отверстие в клапане 31 и тем самым разъединит полость 9 с впускным коллектором двигателя, и, во-вторых, отодвинет клапан от неподвижного седла 29, благо­даря чему полость 9 через отверстие 33 в корпусе 34 клапана со­единится с атмосферой (рис. 57,5). В результате произойдет уменьшение разрежения в полости 9, вследствие чего, как отме­чалось выше, увеличится момент, передаваемый через сцепле­ние.

Усилие Fпр, пружины 4 зависит от положения поршня б, воз­растая по мере его втягивания внутрь сервокамеры, а сила FSM, развиваемая электромагнитом, — от силы тока, проходящего че­рез его обмотку. Если при каком-то положении поршня сила Рэм. будет больше усилия пружины ]4, то поршень будет втягиваться внутрь сервокамеры. Но в этом случае из-за сжатия пружины 4 возрастет развиваемое ею усилие, которое при определенном поло­жении поршня становится равным усилию электромагнита. В ре­зультате толкатель 28 установится в таком положении, при кото­ром его подвижное седло 30 только закроет центральное отвер­стие в клапане 31, не отодвигая сам клапан от неподвижного седла 29. В таком положении клапана 31 (рис. 57, Б) будет обес­печено отсоединение полости 9 как от впускного коллектора дви­гателя, так и от атмосферы, благодаря чему в данной полости установится постоянное разрежение, и дальнейшее перемещение поршня прекратится.





Рис. 57. Схема ЭПС:

1 — бачок системы гидропривода; 2 — рычаг сервокамеры; 3 — шток; 4 и S — пружины; 5 — полость атмосферного давления; 6 — поршень; 7 — мембрана; S — полость регулируемого давления; 10 — корпус сервокамеры; 11 — обмотка электромагнита; 12 — электромагнит; 13 — обратный клапан; 14 — впускной коллектор двигателя; 15 — шток рабочего гидроцилиндра; 16 — выключатель сцепления; 17 — элек­ тронный блок управления ЭПС; 18 — щиток управления; 19 — рабочий гидроцнлиндр: 20 — якорь электромагнита; 21 — сервокамера; 22 — главный гидроцилиндр сервокамеры; 23 я 24 — гайки; 2S — опора рычага; 26 — главный гидроцилиндр дублера привода сцепления; 27 — пе­даль дублера привода сцепления; 28 — толкатель; 29 — неподвижное седло; 30 — подвижное седло; 31 — клапан; 32 — пружина; 33 — от­верстие для впуска воздуха; 34 — корпус клапана

 

Если же в процессе работы сервокамеры при каком-то положе­нии поршня усилие Fпр, пружины 4 превысит силу Fэм, то в ре­зультате соединения полости сервокамеры с атмосферой это при­ведет к перемещению поршня 6 в направлении его выхода из сер­вокамеры. Но в результате уменьшится усилие пружины 4 и, когда оно сравняется с силой FSM, клапан 31 соприкоснется как с по­движным, так и неподвижным седлом. Полость 9 сервокамеры будет отсоединена как от источника разрежения, так и от атмо­сферы, в ней установится постоянное разрежение и положение поршня 6 не будет изменяться.

Данное положение клапана 31 и толкателя 28 соответствует установившемуся режиму работы сервокамеры. Практически же в процессе ее работы поршень колеблется с небольшой амплитудой и с высокой частотой относительно установившегося его положе­ния. При этом амплитуда колебаний поршня постепенно умень­шается и в случае постоянства силы FЭM, спустя некоторое время, поршень занимает установившееся положение.

Чем выше сила тока Iэм, проходящего через обмотку электро­магнита, тем при большем сжатии пружины 4 обеспечивается равенство развиваемого ею усилия Fпр и силы FSM электромаг­нита. Для обеспечения увеличения усилия пружины 4 поршень 6 должен дальше втянуться внутрь камеры, вследствие чего умень­шается момент Мс. Таким образом, рассматриваемый привод представляет собой следящую систему, в которой элементом обратной связи является пружина 4.



В исходном состоянии ЭПС, соответствующем силе тока Iэм

=0, поршень гидроцилиндра 22 занимает крайнее левое поло­жение, которое не зависит от длины опоры 25 рычага 2. Поэтому с увеличением длины опоры 25 при перемещении влево ее конца шток 3 (и поршень 6) будут втягиваться внутрь сервокамеры. В результате уменьшится полный ход штока 3, так как конечное его положение, соответствующее упору поршня 6 в корпус элек­тромагнита, не изменится. Благодаря этому уменьшается зазор между нажимным и ведомым дисками сцепления в конечном по­ложении штока 3, и для обеспечения начала трогания автомобиля с места нажимной диск должен от своего конечного положения пройти меньшее расстояние. Тем самым достигается начало тро­гания автомобиля с места при большей силе тока Iэм, чему соот­ветствует меньшее значение пк.

 



Рис. 58. Зависимости тягового усилия Fэм

от перемещения l якоря и силы тока Iэм в об-мотке электромагнита с втягивающимся яко­рем: 1 и 2 — с центральным неподвижным сердечником

Изменение исходного положения штока 3 вследствие его пере­мещения внутрь сервокамеры вызывает сжатие пружины 8. Одна­ко так как пружина 8 рассчитана на небольшое усилие и имеет малую жесткость, ее усилия при регулировании исходного поло­жения штока 3 будут изменяться незначительно. Вследствие этого общее усилие, создаваемое пружинами 4 и 8, при работе ЭПС будет практически зависеть только от характеристики пружины 4. В результате обеспечивается примерное постоянство изменения момента Мс

при перемещении штока 3. Для изменения длины опоры 25 нужно отвернуть гайку 24, а затем, вращая гайку 23, переместить опору в требуемое положение и зафиксировать ее, затянув гайку 24.

Таким образом, в результате изменения положения опоры 25 осуществляется изменение частоты вращения коленчатого вала, соответствующее началу трогания автомобиля с места, а для получения требуемой зависимости Mc=f(nK) достаточно обеспе­чить с помощью электронной системы управления необходимый закон изменения силы тока Iэм в обмотке электромагнита от час­тоты вращения пк.



Темп включения сцепления определяется скоростью заполне­ния полости 9 воздухом, поступающим в нее через отверстия 33 в корпусе 34 при установке клапана 31 в положение, согласно рис. 57,5. Диаметр отверстий 33 выбран таким, что при полностью открытом клапане 31 обеспечивается требуемое быстрое включе­ние сцепления после окончания процесса переключения передач и вместе с тем чрезмерно не увеличиваются нагрузки на узлы трансмиссии.

Принудительное выключение сцепления независимо от частоты вращения коленчатого вала выполняется с помощью входящего в состав ЭПС выключателя 16, установленного в головке рычага переключения передач. Контакты данного выключателя замы­каются, когда водитель прикладывает усилие к рычагу переключе­ния передач. В результате этого к обмотке электромагнита подво­дится полное напряжение источника питания, что обеспечивает прохождение через нее тока Iэм

=Iэм mах=3,5-4 А.

Законы управления ЭПС, реализуемые с по­мощью электронной сис­темы управления. Выше было установлено, что за­кон изменения момента Мс определяется зависи­мостью силы тока Iэм в обмотке электромагнита сервокамеры от частоты вращения пк коленчатого вала.

Для обеспечения тре­буемых режимов работы сцепления при различных условиях эксплуатации автомобиля системой управления ЭПС предусмотрена возможность реализа­ции двух режимов работы системы автоматического управления сцеплением — основного и вспомогательного.

Различие между этими режимами заключается в том, что при вспомогательном режиме зависимость Iэм =f(nк) по сравнению с аналогичной зависимостью для основного режима смещена в зону более высоких частот пк, как это показано штриховыми линиями на рис. 59. Благодаря этому при вспомогательном ре­жиме зависимость Mc=f(nK) также смещается в зону более вы­соких пк, что требуется в случае эксплуатации автомобиля в уо ловиях низких отрицательных температур с плохо прогретым двигателем или при движении автомобиля в тяжелых дорожных условиях (с большим сопротивлением движению).





Рис. 59. Зависимости силы тока Iэм

в обмотке электро­магнита ЭПС от частоты вра­щения пк:

1 — 4 — основной режим работы; 5 — доблокировка, основной ре­жим; 6 — 9 — вспомогательный ре­жим работы; 10 — доблокировка, вспомогательный режим

Для перехода от основного режима к вспомогательному води­тель должен переключить выключатель на щитке управления 18 (см. рис. 57).

Основной режим работы системы управления. На основном ре­жиме в диапазоне частот вращения пк от 800 мин-1 (режим холо­стого хода двигателя) до 2200 мин-1 сила тока Iэм

монотонно уменьшается от 2,2 до 1,2 А (рис. 59, кривая 1).

Вакуумная сервокамера ЭПС спроектирована таким образом, что при прохождении через обмотку ее электромагнита тока силой 2,1 — 2,2 А она обеспечивает полное выключение сцепления, а при силе тока 1,8 — 2 А (соответствующей гск =1100-1300 мин-1) сцепление передает момент Мс, достаточный для трогания авто­мобиля с места на горизонтальном участке пути. По мере уменьшения силы тока Iэм происходит увеличение момента Мс

и при силе тока 1,2 А (nк = 2200 мин-1), сцепление может передать момент Мс, несколько превышающий максимальный крутящий момент двигателя.

При частоте вращения nк>nб

= 2200 мин-1 происходит умень­шение силы тока от 1,2 А почти до нуля (линия 2), обеспечиваю­щее увеличение момента трения сцепления до максимального значения Мс max, благодаря чему гарантируется блокировка сцеп­ления. Указанное снижение силы тока происходит1 не мгновенно, а в течение примерно 1,5 с, что исключает возможность появления пиковых нагрузок в трансмиссии автомобиля даже при «несогла­сованной» характеристике Mc=f(nK).

После того, как реализуется режим блокировки сцепления, сила тока Iэм

остается близкой к нулю (линия 3) до тех пор, пока частота вращения пк

не уменьшится до значения ярб=1100 мин-1. При такой частоте вращения сила тока (линия 4) скачкообразно увеличивается до 2 А (режим разблокировки сцепления). Далее сила тока Iэм

в зависимости от частоты вращения пк изменяется по кривой 1 характеристики Iэм = f(nK).



Таким образом, если при движении автомобиля частота враще­ния коленчатого вала двигателя хотя бы кратковременно превы­сила 2200 мин-1 и вследствие этого произошла блокировка сцеп­ления, то в дальнейшем сцепление останется заблокированным до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала не станет ниже 1100 мин-1. Благодаря этому, как указывалось выше, значительно уменьшается опасность работы сцепления с пробуксовыванием в случае движения автомобиля с низкими скоростями, т. е. исклю­чается основной недостаток большинства известных систем авто­матизации управления сцеплением.



Рис. 60. Структурная схема системы управления ЭПС

При частотах вращения пк, меньших nб, имеется возможность подачи команды на включение блокировки сцепления. Такой ре­жим (А. с. 929471, СССР, МКИ3 В 60 К 41/02) реализуется в слу­чае, если во время переключения передач частота вращения пк оказывается больше nдб=1500 мин-1 (линия 5). При этом умень­шается опасность длительной работы сцепления с пробуксовыва­нием, которая могла бы быть в случае движения автомобиля с низкими скоростями при включенных высших передачах. Вместе с тем такое смещение режима блокировки не оказывает влияния на динамику автомобиля при его трогании с места, поскольку низ­шая передача, на которой начинается разгон автомобиля, вклю­чается еще до начала его разгона, чему соответствует условие nк<nдб. Рассмотренный режим называется доблокировкой сцепле­ния. Отметим, что обычно в системах автоматического управления сцеплением такой режим не предусматривается.

Вспомогательный режим работы системы управления. Зависи­мости Mc=f(nK) для основного и вспомогательного режимов имеют аналогичный вид и отличаются только тем, что для послед­него эта зависимость смещена в зону более высоких частот вра­щения пк. Вследствие этого во вспомогательном режиме сцепление начинает передавать момент, достаточный для трогания авто­мобиля с места, при частоте вращения пк= 1700-7-1900 мин-1 (см. рис. 59, линия 6), благодаря чему оказывается возможным увели­чить частоту вращения коленчатого вала ях. х



в режиме холостого хода двигателя до 1500 — 1600 мин-1 без опасности резкого вклю­чения сцепления при трогании автомобиля с места. В результате можно начинать эксплуатацию автомобиля при плохо прогретом двигателе, у которого во избежание его остановки приходится значительно уЬеличивать частоту вращения лх.х. Во вспомогатель­ном режиме точка пересечения зависимостей Mc = f (пк) и M=f(nK) соответствует частоте вращения nK = 2500-2700 мин-1, при кото­рой двигатель развивает момент, близкий к максимальному. В ре­зультате обеспечивается улучшение динамики автомобиля. Однако следует иметь в виду, что так как при вспомогательном режиме резко возрастает работа буксования сцепления, данным режимом нужно пользоваться только в течение короткого проме­жутка времени, во избежание ускоренного изнашивания накладок ведомого элемента сцепления.

Принцип действия электронной системы управления ЭПС, электрическая схема и конструкция электронного блока автома­тики. Структурная схема электронной системы управления ЭПС приведена на рис. 60, а ее принципиальная электрическая схема — на рис. 61.

Стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения СН предназначен для питания постоянным по величине напряжением (10 — 10,2 В) цепей управления электронного блока, и в том числе элементов частотно-аналогового преобразователя ПЧН и операционных усилителей, входящих в состав регулятора тока и узла блокировки сцепления. По схемотехническому решению стабили­затор СН аналогичен стабилизатору напряжения, выполненному по схеме рис. 6. Он поддерживает стабилизированное напряжение по отношению к положительному полюсу источника питания. Поэтому действие элементов СЯ, обеспечивающих стабилизацию его выходного напряжения, в данном разделе не рассматривается. В дополнение к указанным элементам в состав СН входят также элементы защиты цепей управления электронного блока от пере­напряжений в бортовой сети и от подключения блока под напря­жение обратной полярности.



Рис. 61. Схема электронной системы управления ЭПС



Защита от перенапряжений осуществляется с помощью стаби­литрона VD9 типа Д815Ж (см. рис. 61), включенного последова­тельно с диодом VD10. Опорное напряжение стабилитрона Д815Ж составляет (18±2,7) В, а падение напряжения в диоде VD10 рав­но ~0,7 В. При повышении напряжения бортовой сети до 16 — 21,4 В происходит пробой стабилитрона VD9 и создается дополни­тельная нагрузка для цепи питания электронного блока. Благо­даря этому предотвращается появление недопустимых напряже­ний в данной цепи, поскольку они ограничиваются указанным выше уровнем напряжений. Диод VD10 предотвращает выход ста­билитрона VD9 из строя при подключении электронного блока под напряжение обратной полярности. Для защиты цепей управ­ления блока используется транзистор VT24 типа КТ501Ж, переход эмиттер — коллектор которого включен между выводом +12 В блока и шиной +Uст, от которой осуществляется питание цепей управления блока.



Рис. 62. Изменение напряжения на входе элек­тронного блока

При правильном включении блока положительный полюс бор­товой сети соединяется с эмиттером, а отрицательный (масса) подключается к базе транзистора VT24. Это обеспечивает откры­тие транзистора VT24, благодаря чему к шине + UCT подводится напряжение, отличающееся от напряжения бортовой сети на вели­чину падения напряжения в переходе эмиттер — коллектор транзи­стора VT24 (0,Ы-0,15 В). Если же к электронному блоку подво­дится напряжение обратной полярности, то транзистор VT24 остается закрытым, а пробой его перехода база — эмиттер не мо­жет произойти, поскольку допустимое обратное напряжение для данного перехода у транзистора КТ501Ж составляет 20 В.

Частотно-аналоговый преобразователь. При движении автомо­биля происходит быстрое изменение частоты вращения коленча­того вала двигателя. При этих условиях нормальная работа ЭПС оказывается возможной лишь при условии обеспечения высокого быстродействия системы управления, в том числе максимального быстродействия преобразования сигнала, поступающего от дат­чика частоты вращения коленчатого вала, в напряжение постоян­ного тока, которое далее используется для изменения силы тока в обмотке электромагнита ЭПС. С учетом данного требовайия в электронном блоке применен ПЧН с преобразованием входного сигнала в течение полуцикла.





Рис. 63. Зависимость итых= =f(nк) для ПЧН при работе ЭПС: 1 — в основном режиме; 2 — во вспомогательном режиме

Входным сигналом для ПЧН является напряже­ние, подводимое от дат­чика частоты вращения пк

(прерывателя-распре­делителя) к выводу 1 электронного блока (рис. 61). Входное устройство ПЧН, состоящее из диода VD1, резисторов Rl, R2, R3 и R7, конденсатора С1 и транзистора VT1, преобразует входное напряжение блока в последова­тельность прямоугольных импульсов (рис. 62), поступающих на коллектор транзистора VTJ. Дальнейшее преобразование последовательности импульсов в напряжение- Uвых

постоянного тока на выходе ПЧН (коллекторе транзистора VT5) осуществляется таким же образом, как было описано при рассмотрении действия ПЧН, выполненного согласно схеме, приведенной на рис. 35. По сравнению с этой схемой в ПЧН системы управления ЭПС имеется лишь дополнительное устрой­ство изменения характеристики преобразователя (УИХ), осуществ­ляющее изменение зависимости Uвых=f(nк) при переключении ЭПС во вспомогательный режим (рис. 63). Такое переключение водитель осуществляет путем перевода переключателя 5 в поло­жение III (см. рис. 61), благодаря чему напряжение от бортовой сети подводится к выводу 6 блока и далее через резистор R37 к базе транзистора VT13. Это обеспечивает открытие данного транзистора, в результате чего при прохождении коллекторного тока через резисторы R32 и R33 создается дополнительное паде­ние напряжения, приводящее к уменьшению напряжения на базе транзистора VT14 и, сле­довательно, к снижению напряжения Uвых на вы­ходе ПЧН.

При переключении ЭПС во вспомогательный режим необходимо, чтобы в рабочем диапазоне час­тот вращения nк=1600-2600 мин-1, соответст­вующих данному режи­му, крутизна характеристики UBblK

= f(nK) была примерно такой же, как и в рабочем диапазоне частот вращения пк =1000-2000 мин-1 основного ре­жима работы ЭПС. Напряжение на выходе преобразующей части ПЧН (эмиттеры транзисторов VT9 и VT10) в зоне частот вращения nK =10004-2000 мин-1



изменяется более интенсивно, чем в диапа­зоне частот вращения пк= 1600-2600 мин-1. Поэтому для полу­чения одинаковой крутизны характеристики UBЫX=f(nK) ПЧН при обоих режимах работы ЭПС в нем применено решение, обеспечи­вающее во вспомогательном режиме уменьшение падения напря­жения в резисторах R32 и R33 по мере увеличения частоты вра­щения пк. Это достигается вследствие включения транзистора VT13 по схеме генератора тока. Кроме того, в цепь эмиттера транзистора VT13 включен делитель напряжения, состоящий из параллельно соединенных резисторов R35, R39* и резистора R36. К средней точке делителя через резистор R40 подключен эмиттер транзистора VT13, а к одному из выходов делителя — эмиттер транзистора VT12. Данный транзистор включен по схеме эмиттер-ного повторителя, поэтому напряжение на его эмиттере изменяется соответственно напряжению на базе транзистора, которая подклю­чена к указанному выходу преобразующей части ПЧН. По мере повышения частоты вращения коленчатого вала увеличивается напряжение на базе и эмиттере транзистора VTJ2. Соответственно возрастает и напряжение в средней точке делителя, к которой подключен резистор R40. В результате понижается сила тока в цепях базы и коллектора транзистора VT13, благодаря чему достигается требуемое уменьшение падения напряжения в резисто­рах 1R32 и R33.

С увеличением сопротивления подстроечного резистора R38* повышается напряжение на базе транзистора VT13, что увеличи­вает силу тока коллектора данного транзистора и, следовательно, уменьшает выходное напряжение ПЧН. При увеличении сопротив­ления подстроечного резистора R39* изменение напряжения на выходе преобразующей части ПЧН будет сильнее влиять на ре­жим работы транзистора VT13. Поэтому с увеличением сопротив­ления резистора R39* возрастает крутизна характеристики UВЫХ= =f(nк) во вспомогательном режиме.

Регулятор силы тока. При постоянном напряжении Uвых, под­водимом к входу регулятора силы тока РТ. от выхода ПЧН, дан­ный регулятор должен обеспечивать постоянное среднее значение силы тока Iэм



в обмотке электромагнита ЭПС независимо от напряжения бортовой сети автомобиля и сопротивления обмотки электромагнита. Только при выполнении данного требования мо­жет быть обеспечена стабильная работа ЭПС. Необходимо также, чтобы среднее значение силы тока Iэм

изменялось в зависимости от пк, причем по мере возрастания частоты вращения сила тока должна уменьшаться.

Регулятор силы тока (А. с. 901096, СССР, МКИ3 В 60 К 41/02) содержит два функциональных узла: элемент управления ЭУ и выходной усилитель УВ. По принципу действия элемент управления относится к устройствам Импульсного регулирования силы тока. Данный элемент РТ по схеме и принципу действия аналоги­чен РТ, описанному выше (см. рис. 39). Поэтому режимы работы элемента управления не рассматриваются, а описываются только УВ и некоторые особенности «настройки ЭУ.

В периоды, когда напряжение на инвертирующем входе 4 опе­рационного усилителя DA2 (см. рис. 61), входящего в состав ЭУ, выше напряжения на его неинвертирующем входе 5, напряжение на выходе 10 усилителя небольшое (примерно 1,5 В по отношению к шине — Uct). При этом необходимо с помощью выходного тран­зистора VT23 отключать обмотку электромагнита ЭПС от источ­ника питания, для чего требуется обеспечить выключение транзи­сторов VT22, VT21 и VT20, входящих совместно с транзистором VT23 в состав выходного усилителя. С этой целью эмиттер тран­зистора VT20 подключен к средней точке делителя напряжения, образованного резисторами R72 и R73, а база транзистора — к средней точке делителя напряжения, образованного резисторами R66 и R67.

При номинальных значениях сопротивлений резисторов, ука­занных на рис. 61, напряжение на эмиттере транзистора VT20 оказывается выше напряжения на его базе, вследствие чего тран­зистор закрыт.

Когда напряжение на неинвертирующем входе 5 усилителя DA2 выше напряжения на его инвертирующем входе 4, на выходе 10 усилителя появляется высокое напряжение (примерно 8,5 В). При подаче данного напряжения на базу транзистора VT20 через делитель (резисторы R6G и R67) транзистор открывается и рабо­тает в режиме насыщения. В результате происходит открытие транзисторов VT21, VT22 и VT23, и обмотка электромагнита ЭПС подключается к бортовой сети через резистор R78 (0,4 Ом).



Транзисторы VT22 и VT23 включены по одной из модификаций схемы составного транзистора. При этом падение напряжения на переходе эмиттер — коллектор включенного транзистора VT23 рав­но около 1 В, т. е. даже при максимально возможной силе тока нагрузки данного транзистора, не превышающей 3 А, рассеивае­мая мощность в транзисторе составит не более 3 Вт.

У транзисторов типа КТ837Х, использованного в качестве вы­ходного транзистора VT23, коллектор соединен с корпусом тран­зистора. С другой стороны, коллектор транзистора VT23 имеет электрическую связь с массой автомобиля. Это позволяет просто решить проблему охлаждения транзистора VT23 путем его уста­новки непосредственно на корпус электронного блока.

Выше уже отмечалось, что при постоянном напряжении UВЫХ РТ обеспечивает постоянное среднее значение тока Iэм незави­симо от сопротивления обмотки электромагнита. Это сохраняется и при коротком замыкании обмотки электромагнита. Однако в данном случае резко возрастает частота изменения тока Iэм (на 2 — 3 порядка), так как в короткозамкнутой цепи отсутствует индуктивность. Кроме того, увеличивается разница между минимальным и максимальным значениями силы тока в процессе его изменения, которая имеется при открытии и закрытии выходного транзистора VT23.

В результате указанного существенно увеличивается мощность, рассеиваемая на транзисторе VT23. Именно этот режим является определяющим для выбора размеров охлаждающего радиатора для транзистора VT23.

При применении в качестве выходного транзистора типа КТ837Х, у которого допустимое напряжение база — эмиттер равно 15 В, обеспечивается защита всех элементов усилителя от напря­жения обратной полярности. В случае такого подключения, не­смотря на соединение базы транзистора VT23 с положительным полюсом бортовой сети, переход база — эмиттер транзистора не будет пробит, а инверсное включение транзистора VT22 также не создаст каких-либо аварийных режимов, поскольку в цепь коллек­тора транзистора VT22 включен резистор R77 с номинальным сопротивлением 1 кОм.



За счет совместного действия ПЧН, элемента управления и вы­ходного усилителя РТ обеспечивается получение характеристик Iэм =f(пк), приведенных на рис. 59. Наклон этих характеристик можно корректировать с помощью подстроечных элементов РТ. При изменении напряжения UВых на выходе ПЧН напряжение на выводе 4 операционного усилителя DA2 будет меняться тем в больших пределах, чем меньше сопротивление подстроечного резистора R44*. В свою очередь, увеличение диапазона изменения напряжения на выводе 4 DA2 приводит к большим изменениям силы тока Iэм при том же диапазоне изменения частот враще­ния пк. Вследствие этого возрастает крутизна характеристики Iэм =f(nк). Очевидно, что в результате повышения сопротивления подстроечного резистора R44* будет обеспечено уменьшение кру­тизны этой характеристики.

В случае повышения сопротивления подстроечного резистора R53* для сохранения прежнего уровня напряжения на выводе 5 усилителя DA2 необходимо соответственно уменьшить напряже­ние, подводимое к резистору R49. Это возможно только при увеличении падения напряжения в измерительном резисторе R78, т. е. при повышении силы тока Iэм. Поэтому повышение сопро­тивления резистора R53* приводит к смещению зависимости Iэм = =f(nк) в зону более высоких значений пк, а уменьшение сопро­тивления резистора R53* — в зону меньших nк.

Узел блокировки сцепления. В состав узла блокировки (УБ) сцепления входят:

пороговое устройство ПУ, вырабатывающее при определенных значениях пк команды на осуществление блокировки и разблоки­ровки сцепления;

элемент плавного включения блокировки (ЭПВ), получающий от порогового устройства команду на блокировку сцепления и реализующий ее вследствие плавного уменьшения силы тока в об­мотке электромагнита ЭПС до значения, близкого к нулю. Продол-

жительность указанного процесса уменьшения силы тока состав­ляет 1,5 — 2 с;

элемент корректирования включения блокировки (ЭК), изме­няющий после переключения передач настройку порогового уст­ройства для включения блокировки сцепления при уменьшенном значении пк.



Пороговое устройство. Пороговое устройство (ПУ) выполнено в виде операционного усилителя DA1 с положительной обратной связью, реализуемой с помощью транзистора VT2 и резисторов R5 и R6 (см. рис.61).

Напряжение к неинвертирующему входу 5 DA1 подводится от выхода ПЧН, а инвертирующий вход 4 подключен к стабилизиро­ванному напряжению питания через делитель напряжения, обра­зованный резисторами R11, R12 и R14 *. При частоте вращения коленчатого вала, меньшей значения nб, напряжение Uвых на вы­ходе ПЧН и, следовательно, на входе 5 DA1 меньше напряжения на входе 4. Поэтому операционный усилитель DA1 работает в ре­жиме с низким уровнем напряжения на его выходе 10 (около 1,5 В). Этого напряжения недостаточно для открытия транзистора VT16 вследствие падения напряжения в диоде VD4 и подведения к эмиттеру транзистора VT16 напряжения от выхода ПЧН (через делитель напряжения, образованный резисторами R57 и R58), При выключенном, транзисторе VT16 команда на включение блокировки не подается. В этот период также закрыт и транзистор VT2, что обеспечивает отключение резисторов R5 и R8* от шины — Ucr. После того, как частота вращения пк возрастает до значения пб, при котором напряжение на входе 5 DA1 становится больше напряжения на его входе 4, операционный усилитель скачкообразно переходит в режим, характеризующийся появле­нием напряжения высокого уровня (около 8,5 В) на его выходе 10. Скачкообразное переключение DA1 обеспечивается тем, что еще в процессе нарастания напряжения на его выходе открывается транзистор VT2, вызывающий уменьшение напряжения на инвер­тирующем входе 4 усилителя вследствие подключения к шине — Uст резисторов R5 и R8*. Появление высокого напряжения на выходе 10 усилителя является командой на блокировку сцеп­ления.

После перехода усилителя DA1 в режим с высоким уровнем выходного напряжения вследствие уменьшения напряжения на инвертирующем входе 4 обратное переключение усилителя (в ре­жим с низким уровнем выходного напряжения) может произойти лишь после того, как напряжение UВЫК



на выходе ПЧН снизится до значения, равного уменьшенному напряжению на входе 4 уси­лителя. Для этого частота вращения коленчатого вала должна снизиться до значения nрб, которое меньше частоты вращения гсб. В результате обеспечивается требуемый характер изменения за­висимости Мс = f(nK), при котором снижается работа буксования сцепления. С увеличением сопротивления подстроечного резистора R14* повышается напряжение на инвертирующем входе 4 усилителя DA1. В этом случае для переключения усилителя в режим с высоким уровнем его выходного напряжения к входу 5 необ­ходимо подвести от выхода ПЧН более высокое напряжение. Указанное означает, что увеличение сопротивления резистора R14* смещает частоты вращения nб

и nрб в зону более высоких значе­ний пк. Уменьшение сопротивления резистора R14*, наоборот, уменьшает значения nб и nрб.

Уменьшение сопротивления подстроечного резистора R8* при­водит к тому, что после открытия транзистора VT2 снижение на­пряжения на инвертирующем входе 4 усилителя DA1 происходит в большей степени. В результате увеличивается разность частот вращения лб

и прб. Благодаря этому изменением сопротивления подстроечного резистора R8* обеспечивается регулирование ре­жима разблокировки сцепления.

Элемент плавного включения блокировки (ЭПВ). ЭПВ пред­назначен для преобразования скачкообразного возрастающего на­пряжения в плавно повышающееся напряжение, управляющее процессом уменьшения силы тока в обмотке электромагнита ЭПС. Для решения этой задачи в элемент входит интегрирующая цепь, состоящая из конденсатора С10 (см. рис. 61), резисторов R54 и R55 и транзистора VT16, образующих генератор тока.

После переключения операционного усилителя DA1 порогового устройства в режим с высоким напряжением на его выходе проис­ходит постепенная зарядка конденсатора СЮ, в ходе которой также постепенно возрастает напряжение, подводимое к базе транзистора VT16. В результате этого обеспечивается плавное увеличение силы тока коллектора транзистора VT16, следствием чего является уменьшение напряжения на неинвертирующем вхо­де 5 операционного усилителя DA2, сопровождающееся соответст­вующим уменьшением силы тока в обмотке электромагнита. Постоянная времени цепи зарядки конденсатора С10 выбрана такой, что сила тока Iэм



уменьшается от 1,2 — 1,4 А до значения, близкого к нулю, за 1,5 — 2 с, что достаточно для предотвращения излишне резкого включения сцепления после подачи команды на его блокировку.

Элемент корректировки включения блокировки (ЭК). В состав ЭК (см. рис. 61) входят пик-детектор (диод VD3, конденсатор С6 и резистор R27), эмиттерный повторитель (на транзисторе VT5 и резисторах R19 и R24*) и разделительный диод VD2. Элемент приводится в действие от выключателя сцепления SBC, встроен­ного в головку рычага переключения передач. Пока водитель не воздействует на рычаг, контакты выключателя SBC разомкнуты, и напряжение от эмиттера транзистора VT23 подводится к конден­сатору Сб.

Во время работы электронного блока происходят повторяю- щиеся включения и выключения транзистора VT23, причем когда транзистор VT23 выключен, на его эмиттере появляются импульсы напряжения, близкие по величине к напряжению источника пита­ния. От них происходит зарядка конденсаторов С6, в результате чего на эмиттере транзистора VT5, включенного по схеме эмиттер-ного повторителя, имеется напряжение высокого уровня, препятст­вующее прохождению1 тока через диод VD2. Тем самым при разомкнутых контактах выключателя sbc исключается влияние элемента корректировки на работу порогового устройства.

Однако когда водитель переключает передачи, автоматически замыкаются контакты выключателя sbc, и к конденсатору С6 перестает подводиться напряжение. В результате он быстро раз­ряжается, что вызывает открытие диода VD2 с подключением к входу 4 усилителя DA1 резисторов R19 и R24*. Уменьшение вследствие этого напряжения на инвертирующем входе 4 усили­теля DA1 обеспечивает смещение включения блокировки в зону более низких частот вращения коленчатого вала двигателя.

Если частота вращения nб выбирается на уровне 2100 — 2300 мин-|, то частота вращения пдб, соответствующая подаче команды от элемента корректировки на включение блокировки, устанавливается на уровне 1500 — 1600 мин-1.

На величину nрб элемент корректировки не оказывает влияния. Этот элемент подает команду на перенастройку порогового уст­ройства только при одновременном соблюдении двух условий: nк>nДб и наличие воздействия водителя на рычаг переключения передач для замыкания контактов выключателя sbc-



При трогании автомобиля с места водитель включает низшую передачу, когда двигатель работает с небольшой частотой враще­ния пк, которая меньше значения пдб. Поэтому в процессе разгона автомобиля на низшей передаче элемент корректировки не влияет на режим блокировки сцепления, что и требуется для быстрого увеличения частоты вращения коленчатого вала в начальной ста­дии разгона автомобиля. Но уже после перехода на следующую передачу элемент корректировки может вступить в действие для обеспечения скорейшей блокировки сцепления.

Работа ЭПС с электронной системой управления. При трога­нии автомобиля с места по мере увеличения частоты вращения пк коленчатого вала растет напряжение Uвых на выходе ПЧН, в ре­зультате чего уменьшается сила тока Iэм в катушке электромаг­нита ЭПС. ЭПС обычно регулируется так, что автомобиль тро­гается с места, когда сила тока Iэм становится равной 1,7 — 1,8 А, чему при основном режиме блока соответствует частота вращения nк= 1100-:-1300 мин-1.

После того, как частота вращения увеличивается до пб = =2100-4-2200 мин-1, напряжение U„ых возрастает до уровня, обес­печивающего срабатывание порогового устройства- узла блоки­ровки сцепления. Пороговое устройство включает элемент плав­ного включения блокировки, который в течение 1,5 — 2 с умень­шает силу тока в обмотке электромагнита ЭПС до нуля, следст­вием чего является блокировка сцепления.

После срабатывания узла блокировки сцепления обмотка электромагнита вновь может быть подключена к бортовой сети через регулятор тока (РТ), если вследствие снижения частоты вращения пк до значения Прб= 1100 — 1200 мин-1

напряжение на выходе ПЧН уменьшится до величины, при которой выключится пороговое устройство.

Если передачи автомобиля включаются, когда частота враще­ния коленчатого вала превышает 1500 — 1600 мин-1 и в процессе переключения она не падает ниже 1200 — 1300 мин*-1, то после окончания переключения передач сцепление будет заблокировано. И в этом случае разблокировка сцепления произойдет, когда час­тота вращения мк уменьшится до значения лрб, при котором вы­ключится пороговое устройство.

Работа блока во вспомогательном режиме будет протекать ана­логично, но трогание автомобиля с места начнется при значении Пк= 1700ч-1900 мин-1, а величины Пб и про составят соответственно 2700 — 3000 мин-1

и 1700 — 2000 мин-1.

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ И КОМАНДНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

Любой автоматический или полуавтоматический агрегат автомобиля содержит силовой исполнительный механизм и систе­му управления им. В зависимости от наличия в автомобиле того или иного источника энергии исполнительные механизмы выпол­няются с пневматическим, гидравлическим, электромеханическим или электромагнитным приводом.

При использовании для управления исполнительными механиз­мами электронных систем автоматики связующими элементами между выходными цепями их электронных блоков и исполнитель­ными устройствами является командная электромагнитная или электромеханическая аппаратура управления различного вида.

Наиболее широкое применение в автомобилях нашли исполни­тельные механизмы с гидравлическим приводом, типичным приме­ром которых являются гидроцилиндры включения фрикционов гидромеханической передачи (ГМП). Управление этими цилин­драми осуществляется с помощью клапанов или золотниковых устройств, на которые в случае применения электронной системы управления ГМП обычно воздействуют командные приводные электромагниты [8, 33].

Примером исполнительного механизма с пневматическим сило­вым приводом является устройство переключения ступеней меха­нической коробки передач, в котором для перемещения переклю­чающих вилок коробки используют пневмоцилиндры, управляемые клапанным механизмом с электромагнитным приводом клапанов. Необходимая последовательность работы электромагнитов обеспе­чивается электрической или электронной системой автоматики.

Исполнительные механизмы с электромеханическим или элек­тромагнитным приводом вследствие их неудовлетворительных мас­совых показателей применяются в основном для воздействия на такие агрегаты, управление которыми не требует создания боль­ших усилий в приводе. Эти исполнительные механизмы, в част­ности, могут быть использованы для управления узлами топливо-подачи двигателей (например, дроссельной заслонкой карбюратора). Они также конкурентоспособны с исполнительными меха­низмами, имеющими пневматический или гидравлический привод, в системах переключения передач легковых автомобилей особо малого и малого классов. Наличие электромеханического привода в исполнительном механизме предопределяет и систему управле­ния им, которую выполняют с электромагнитным, электрическими и электронными элементами автоматики.

В тех случаях, когда клапан или золотниковое устройство управления исполнительным механизмом должны иметь только два положения (открыты или закрыты), для их привода обычно используют электромагниты с втягивающимся якорем, имеющие центральный неподвижный сердечник. Концы якоря и централь­ного сердечника имеют форму усеченного конуса. Такая конструк­ция электромагнита обеспечивает получение наибольшего тягового усилия по сравнению с электромагнитами других конструктивных исполнений [28].



Рис. 2. Электромагнит следящего действия для привода дроссельной заслонки карбюратора и зависимость хода l якоря от тока I в обмотке:

1 — выводной провод обмотки; 2 — корпус; 3 — возвратная пружина; 4 — передний по­люс; 5 — чехол; 6 — шток; 7 — обмотка; 8 — центрирующая втулка; 9 — задний полюс; 10 — якорь; 11 — мембрана демпфера; 12 — крышка

Однако электромагнит с центральным неподвижным сердечни­ком вследствие наличия у него только двух устойчивых положений якоря не может быть использован в системах регулирования, где требуется постепенное перемещение якоря в зависимости от управ­ляющего сигнала. В этом случае возникает необходимость приме­нения электромагнитов так называемого следящего действия (рис. 2,а), якорь которых может занимать различное устойчивое положение при перемещении в зависимости от силы тока, прохо­дящего через обмотку электромагнита (рис. 2,6). Электромагниты такого типа выполняются либо без центрального неподвижного сердечника, либо с различного вида магнитными шунтами (13, 28].

Разработаны электромагниты следящего действия для привода дроссельной заслонки в системах ограничения скорости автомо­биля и автоматического управления приводом сцепления [1]. При­мером совместного применения электромеханического и электро­магнитного исполнительных устройств для создания автоматизи­рованной трансмиссии легкового автомобиля является система «Рено-автоматик» (рис. 3). Исполнительный электромагнит этой системы соединяет ползуны коробки передач с электродвигатель­ным приводом, с помощью которого осуществляется перемещение ползуна, требуемое для включения соответствующей передачи.



Рис. 3. Схема электромеханического исполнительного устройства переклю­чения передач системы «Рено-авто­матик»:

1 — электродвигатель с электромагнит­ным тормозом; 2 — ведущая шестерня; 3 — ведомое колесо; 4 — кулачок; 5 — ролик; б — вилка; 7 — возвратная пру­жина селектора: 8 и 11 — рычаги при­вода ползуна; 9 и 10 — ползуны вклю­чения передач; 12 — якорь электромаг­нита привода селектора; 13 — селектор; 14 — обмотка электромагнита

 

ЭЛЕКТРОННЫЕ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЕМ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Сцепление автомобиля предназначено для регулирова­ния момента, передаваемого от двигателя к коробке перемены передач.

Для установления требований к системе автоматического уп­равления сцеплением рассмотрим, какие действия совершает водитель, управляя неавтоматически действующим сцеплением. .Перед началом движения автомобиля водитель должен включить ту или иную передачу в коробке передач. При, работающем дви­гателе для этого необходимо предварительно полностью выклю­чить сцепление. Далее для трогания автомобиля с места водитель должен одновременно нажимать на педаль подачи топлива и по­степенно отпускать педаль управления сцеплением.

При правильно согласованном воздействии на эти педали бу­дет одновременно возрастать как частота вращения пк коленча­того вала, так и момент Мс, передаваемый сцеплением. После того как момент Мс превысит момент М$ сопротивления движе­нию (приведенный к коленчатому валу двигателя), автомобиль тронется с места. По мере увеличения момента Мс

будет возрас­тать частота вращения пс ведомого элемента сцепления и соответ­ственно увеличиваться скорость движения автомобиля.

Рис. 51. Изменение Мс, пн и лс при разгоне автомобиля с неавтоматически управляемым сцеплением: а и б — отпускание педали управления сцеплением соответственно медленное и быстрое

Когда в процессе разгона автомобиля водитель полностью от-пускает педаль управления сцеплением, момент Мс увеличивается до максимального Мстах, который превышает максимальный кру­тящий момент Mтах

двигателя. В результате сцепление блокируется, т. е. частоты вращения пс

и пк становятся одинаковыми. Таким образом, в процессе трогания автомобиля с места и после­дующего его разгона по мере увеличения частоты вращения пк коленчатого вала момент Мс, передаваемый сцеплением, посте­пенно возрастает от нуля до максимального значения.

Характер зависимости Mc = f(nK) при неавтоматическом управ­лении сцеплением определяется темпом нажатия водителем на педаль управления сцеплением. Если водитель быстро нажимает на педаль подачи топлива и медленно отпускает педаль управле­ния сцеплением, то это обусловливает интенсивное возрастание пк при незначительном увеличении пс (рис. 51, а). Последующее отпускание педали управления сцеплением вызывает соответст­вующее повышение момента Мс, что приводит к возрастанию на­грузки двигателя. В результате этого интенсивность увеличения частоты вращения коленчатого вала снижается и даже возможно замедление, если при неравенстве пк и пс момент Мс

В настоящее время практически все автомобильные автоматические трансмиссии массового производства создаются на базе гидромеханических передач (ГМП), которые состоят из гид­равлического преобразователя момента (гидротрансформатора) и нескольких автоматически переключаемых передач. Переключе­ние передач осуществляется с помощью фрикционов, имеющих гидро- или пневмопривод. В некоторых конструкциях ГМП такие же фрикционы используют для блокировки гидротрансформатора после того, как коэффициент преобразования их момента (коэф­фициента трансформации) приближается к единице. При блоки­ровке улучшается топливная экономичность автомобиля, так как при этом исключаются потери в гидротрансформаторе.

Рис. 70. Кинематическая схема двухступенчатой ГМП:

1 — коленчатый вал; 2 — поршень управления фпикционом блокировки гидротрансфор­матора; 3 — турбинное колесо; 4 — насосное колесо; 5 — реакторы; 6 — ведущий вал; 7 — шестерня понижающей передачи; 8 — поршень включения фрикциона понижающей передачи; 9 — поршень включения фрикциона прямой передачи; 10 — ведомое зубчатое колесо переднего хода; 11 — зубчатая муфта переключения передач; 12 — ведомое зуб­чатое колесо передачи заднего хода; 13 — ведомый вал; 14 — ведущее зубчатое колесо передачи заднего хода; 15 — промежуточная шестерня; 16 — ведущее зубчатое колесо пе­реднего хода; 17 — фрикцион включения прямой передачи; 18 — промежуточный вал; 19 — фрикцион включения понижающей передачи; 20 — зубчатое колесо привода промежуточ­ного вала; 21 — механизм свободного хода; 22 — фрикцион блокировки гидротрансфор­матора

В качестве примера выполнения гидромеханической передачи на рис. 70 приведена кинематическая схема ГМП типа ЛАЗ-НАМИ «Львив», устанавливаемой на городских автобусах ЛИАЗ-677 (8).

Особенность протекания процесса переключения передач ГМП можно рассмотреть на примере перехода с передачи, включаемой фрикционом 19, на передачу, включаемую фрикционом 17. При этом происходит одновременное плавное уменьшение момента, передаваемого фрикционом 19, и плавное возрастание момента, передаваемого фрикционом 17 (режим «перекрытия»). В течение всего процесса переключения передач оба фрикциона взаимно пробуксовывают, однако связь через них двигателя с ведущими колесами автомобиля сохраняется — процесс переключения пере­дач происходит без разрыва потока мощности. Во время переклю­чения передач обычно выключается и фрикцион 22 блокировки гидротрансформатора, демпфирующие свойства которого обеспе­чивают высокую плавность процесса переключения [8, 33].

становится больше момента двигателя М.

С увеличением момента Мс возрастает частота вращения ведо­мого элемента сцепления и, следовательно, уменьшается разность пк — пс. Начальная стадия разгона автомобиля заканчивается, когда эта разность становится равной нулю, т. е. сцепление бло­кируется и прекращается его пробуксовывание.

По-иному протекает процесс разгона автомобиля при быстром отпускании водителем педали управления сцеплением (рис. 51,6). Вследствие быстрого возрастания момента Мс, создающего зна­чительную нагрузку двигателю, частота вращения коленчатого вала будет увеличиваться менее интенсивно, а увеличение часто­ты вращения ведомого элемента сцепления начнется почти сразу же после начала отпускания водителем педали управления сцеп­лением. В результате существенно уменьшится продолжитель­ность пробуксовывания сцепления.

На основании анализа зависимостей, приведенных на рис. 51, можно сделать следующие выводы. При медленном отпускании водителем педали управления сцеплением вследствие быстрого повышения частоты вращения коленчатого вала еще в начальной стадии процесса (т. е. при неравенстве величин пк и ;лс) двига­тель работает в зоне высоких частот вращения, чему соответст­вует высокий крутящий момент. В результате обеспечиваются вы­сокие динамические качества автомобиля, но наряду с этим увеличивается работа буксования сцепления, что отрицательно влияет на его долговечность.

При быстром отпускании водителем педали управления сцеп­лением вследствие медленного увеличения частоты вращения коленчатого вала двигатель в начальной стадии процесса разви­вает относительно небольшой крутящий момент, что отрицательно сказывается на динамических качествах автомобиля. Для данного режима характерна также небольшая работа буксования сцепле­ния, что обеспечивает благоприятный его температурный режим и минимальное изнашивание фрикционных элементов.

Известно большое число различных систем автоматического регулирования момента, передаваемого сцеплением. Однако в на­стоящее время преимущественно применяются системы, обеспечи­вающие увеличение момента Мс с повышением частоты вращения nh коленчатого вала. Именно по такой закономерности, как это было показано выше, изменяется момент Мс



при неавтоматиче­ском управлении сцеплением.



Рис. 52. Влияние зависи­мости Мс=1(пн) на режи­мы совместной работы дви­гателя и сцепления

Если в автомобиле используется неавтоматическое сцепление, то водитель по своему усмотрению в зависимости от условий экс­плуатации может выбирать такой темп его включения, при кото­ром обеспечиваются оптимальные условия работы сцепления и движения автомобиля. При использовании автоматически дейст­вующего сцепления практически невозможно для всех условий эксплуатации автомобиля обеспечить оптимальный режим работы сцепления. Поэтому при создании системы автоматического уп­равления сцеплением зависимость Mc

= f(nK) приходится выби­рать, исходя из компромиссных требований обеспечения высоких динамических показателей автомобиля и минимальной работы буксования сцепления.

Рассмотрим влияние характера зависимости Mc=f(nK) на ре­жимы совместной работы двигателя и сцепления. На рис. 52 при­ведены три такие зависимости (кривые 1 — 3), имеющие различ­ный наклон, и внешняя характеристика двигателя M=f(nK) (кривая 4). Зависимость Mc = f(nK), изображенная кривой 1, пере­секает характеристику M=f(nK) в точке с координатами пк = = nм max и M = Mmах. Это означает, что в начальный период раз­гона, когда сцепление еще пробуксовывает, частота вращения коленчатого вала может увеличиваться до частоты вращения пк = — nм max, при которой двигатель развивает максимальный момент. Выше уже отмечалось, что при этом обеспечиваются наилучшие динамические показатели автомобиля, но повышается работа буксования сцепления.



Рис. 53. Влияние зависи­мости Mc=f(nK) на режи­мы блокировки сцепления

Пересечение кривой 3 зависимостью M = f(nK) характери­зуется значением пк = пу (где пу — минимальная устойчивая час­тота вращения коленчатого вала при работе двигателя на внеш­ней характеристике, т. е. с полной подачей топлива). В этом слу­чае сцепление пробуксовывает только при пк<пу, в результате чего значительно уменьшается работа буксования сцепления. Но одновременно заметно ухудшаются динамические показатели автомобиля, поскольку момент Му



существенно меньше момента Aimax- Поэтому системы автоматического управления обычно проектируют таким образом, чтобы в точке пересечения зависимо­стей Mс=f(nк) и M=f(nк) (при пк=лп) крутящий момент двига­теля составлял (0,85-f-0,9) Л1Шах (кривая 2). В этом случае обес­печивается как получение приемлемых динамических показателей автомобиля, так и относительно небольшой работы буксования сцепления. Следует иметь в виду, что в некоторых случаях мож­но получить не одну, а несколько различных зависимостей Mc=f(nK). Тем самым значительно улучшаются показатели авто­мобиля, оборудованного автоматически действующим сцеплением. Так, например, если при включении в коробке передач низшей передачи система управления позволяет получить зависимость MC=f(IK), соответствующую кривой 1 или 2, а при включении высших передач — кривой 3, то в процессе разгона автомобиля на низшей передаче достигаются заданные высокие динамические показатели автомобиля, а после перехода на высшие передачи уменьшается до минимума работа буксования сцепления.

В условиях эксплуатации автомобиля, характеризующихся многократно повторяющимися увеличениями и уменьшениями час­тоты вращения пк, значительное снижение продолжительности работы сцепления с пробуксовыванием может быть достигнуто при зависимости Mc=f(nK), изображенной на рис. 53 сплошными линиями.

При повышении частоты вращения пк от значения nх. х, соот­ветствующему режиму холостого хода двигателя, до пк<п6 (где nб — частота вращения, соответствующая блокировке сцеп­ления) изменение момента Мс соответствует участку 1 — 2 харак­теристики Mc=f(nK). После того, как частота вращения пк увели­чится до значения nб, момент Мс сцепления скачкообразно воз­растет до значения Mcmax (участок 2 — 3) и останется неизменным до тех пор, пока частота вращения пк

не уменьшится до nу, при которой еще возможна устойчивая работа двигателя на его внеш­ней характеристике (участок 3

— 4 характеристики Мс=f(nк)). Очевидно, что в диапазоне частот вращения пу



— nб будет исклю­чена работа сцепления с пробуксовыванием, поскольку на участке 3 — 4 Mc = Mcmai>M. Лишь после уменьшения частоты вращения nK до значения пу произойдет скачкообразное уменьшение момента Afc (участок 4 — 5) с установлением его значения в соответствии с участком 1 — 2 характеристики Mc=f(nK) при пк=пу.

Таким образом, если в процессе разгона автомобиля хотя бы на одной из передач частота вращения пк достигла значения пб, то сцепление будет работать без пробуксовывания во всем рабо­чем диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Из рис. 53 следует, что при изменении момента Мс в соответ­ствии с участком 1 — 2 характеристики Mc=f(nK) после повышения частоты вращения коленчатого вала до частоты вращения лк=пп, при которой Mc=M, должно прекращаться пробуксовывание сцеп­ления. В связи с этим характер зависимости Afc=f(nK) при частотах вращения пк>nп

не влияет на нагрузочный режим как самого сцепления, так и других узлов трансмиссии, а также на динами­ческие показатели автомобиля. Следовательно, целесообразно сразу же после повышения частоты вращения коленчатого вала до пк=пп

обеспечивать увеличение момента сцепления до значе­ния Мсшах и тем самым уменьшать продолжительность работы элементов привода сцепления (например, его выжимного подшип­ника) под нагрузкой. Такой характер изменения момента Мс на­блюдается на участке 2 — 3 характеристики Mc = f(nK) при значе­нии nб, близком к nп.

Следует, однако, иметь в виду, что в условиях массового про­изводства невозможно получить точное совпадение характеристик M=f(nK) и Mc=f(nK) у различных двигателей и сцеплений. Кроме того, в процессе эксплуатации автомобиля данные характеристики также меняются. Поэтому практически невозможно во всех слу­чаях обеспечить равенство моментов Мс и М в точке, соответст­вующей пк = пп. В частности, если вследствие изнашивания рабо­чих поверхностей сцепления или уменьшения их коэффициента трения (например, из-за нагрева) уменьшатся моменты Мс, то это приведет к тому, что при частоте вращения пк = пи



мо­мент МС<M.



Рис. 54. Влияние зависимости Mс=f(а) на режимы совместной работы двига­теля и сцепления:

1 — 4 — Мс=f(лк) при различных углах а; 5 — 8 — M=f(nK) — соответственно при тех же углах а

Для иллюстрации на рис. 53 штриховыми линиями изображена зависимость Mc = f(nK), соответствующая применению сцепления с величинами Мс меньшими, чем у сцепления с характеристикой, очерченной линиями 1 — 2, 2 — 3, 3 — 4 и 4 — 5. В этом случае скач­кообразное увеличение момента Мс при частоте вращения пк = nп произойдет при МС<М, вследствие чего резко увеличится нагрузка в трансмиссии. В этом случае такую зависимость Mc = f (пк) назы­вают несогласованной. Для исключения возникновения подобного режима при реально встречающихся в эксплуатации изменениях характеристик двигателя и сцепления целесообразно после по­дачи команды на полное включение (блокировку) сцепления уве­личить продолжительность такого включения до I — 1,5 с. В этом случае при пк=пп будет обеспечено полное включение сцепления, исключающее его пробуксовывание, а сам процесс блокировки сцепления будет происходить без перегрузок в трансмиссии.

Применение систем автоматизации, обеспечивающих получе­ние указанных зависимостей М=f(nк), не является единственно возможным путем создания автоматически действующих сцепле­ний. Задача может быть решена и с помощью систем автоматиза­ции, повышающих момент Мс

с увеличением угла а открытия дроссельной заслонки.

Основным элементом таких систем является вакуумный уси­литель следящего действия, т. е. механизм, применяющийся в раз­личных приводах автомобильных агрегатов (например, в усилите­лях привода тормозных механизмов). Возможность применения для автоматизации управления сцеплением механизмов, широко используемых в автомобилестроении, очевидно, явилось одной из основных причин разработки данных систем несмотря на то, что по некоторым показателям они уступают системам автоматиза­ции, обеспечивающим функцио­нальную зависимость Mc=f(nK). Для исключения пробуксовы­вания сцепления при больших уг­лах а систему управления сцеп­лением проектируют так, чтобы при таких углах величина Мс была больше М при всех часто­тах вращения пк (рис. 54, кри­вые 4 и 8). Наряду с этим при малых и средних значениях а в определенном диапазоне значе­ний пк должно выдерживаться соотношение М>МС



(кривые 1 и 5, 2 и 6, 3 и 7). Данное условие является необходимым для обеспе­чения пробуксовывания сцепления в процессе разгона автомобиля. С ростом угла а увеличиваются частоты вращения пп1, nп2 и пп3, при которых М = МС

и, следовательно, прекращается про­буксовывание сцепления (рис. 54, точки А, Б и В). Поэтому чем больше угол а, тем в большем диапазоне величин пк

происходит пробуксовывание сцепления. По данному показателю рассматри­ваемая система управления не имеет отличий от систем с зависи­мостями Mc = f(nK).

Одним из существенных недостатков систем автоматизации с зависимостью Mc = f(a) является неполное включение сцепления при движении автомобиля при малых и средних углах а. Для исключения этого недостатка, создающего неблагоприятные усло­вия работы выжимного подшипника сцепления, в систему управ­ления сцепления вводят дополнительные устройства, вырабаты­вающие команду на полное включение сцепления при определен­ной частоте вращения коленчатого вала двигателя или скорости движения автомобиля. Реализация команд обычно обеспечивается клапанными устройствами с электромагнитным приводом, кото­рые действуют параллельно со следящим вакуумным усилителем. Использование рассматриваемой системы не позволяет в пол­ной мере реализовать динамические показатели автомобиля при разгоне в результате быстрого полного открытия дроссельной за­слонки. Так как Mc>M, при всех значениях пк произойдет оста­новка двигателя. По этой же причине у данной системы несколько хуже показатели и с точки зрения обеспечения возможности тро-. гания автомобиля с места на подъеме, а также в тяжелых дорож­ных условиях.

При автоматическом управлении сцеплением для обеспечения нормального переключения передач необходимо сразу же после подачи команды на переключение быстро выключить сцепление независимо от частоты вращения коленчатого вала (за 0,15 — 0,25 с). После же включения новой передачи должен быть выдер­жан оптимальный для данных условий эксплуатации темп вклю­чения сцепления, который обеспечивал бы без перегрузки транс­миссии требуемую динамику разгона автомобиля. С этой целью в некоторых системах автоматизации управления сцеплением пре­дусматривается изменение темпа включения сцепления в зависи­мости от разрежения во впускном коллекторе двигателя или поло­жения педали подачи топлива в двигатель, т. е. факторов, харак­теризующих нагрузку двигателя. Чем выше нагрузка двигателя, тем быстрее должно включаться сцепление.



С учетом изложенного система автоматического управления сцеплением, реализующая зависимость Mc=f(nK), должна удовле­творять следующим основным требованиям:

обеспечивать командными и исполнительными устройствами максимальную быстроту выключения сцепления (за 0,15 — 0,25 с) независимо от частоты вращения коленчатого вала;

осуществлять монотонное увеличение момента, передаваемого сцеплением, по мере повышения частоты вращения коленчатого вала двигателя (в заданном диапазоне частот вращения). При этом режиму холостого хода двигателя должно соответствовать полное выключение сцепления, а после увеличения частоты вра­щения коленчатого вала до заданного значения должна обеспе­чиваться блокировка сцепления, исключающая его пробуксовы­вание;

после! повышения частоты вращения коленчатого вала до за­данного значения последующее ее снижение не должно вызывать уменьшения момента, передаваемого сцеплением, до тех пор, пока частота вращения не снизится ниже заданного предела;

при единой для всех режимов движения автомобиля зависи­мости момента, передаваемого сцеплением, от частоты вращения коленчатого вала двигателя ее пересечение с внешней характери­стикой двигателя должно происходить в точке, соответствующей крутящему моменту двигателя, равному 85 — 90 % его максималь­ного значения;

обеспечивать возможность изменения характера зависимости момента, передаваемого сцеплением, от частоты вращения колен­чатого вала (при поступлении команд от аппаратуры, управляе­мой водителем, или срабатывающей автоматически);

после поступления команды на блокировку сцепления продол­жительность ее реализации должна составлять 1 — 1,5 с;

темп включения сцепления после переключения передач должен зависеть от режима движения автомобиля и нагрузки двигателя. Кроме выполнения указанных требований, система автомати­ческого управления сцеплением должна иметь высокую надеж­ность и минимальную стоимость. Минимальными также должны

быть масса и размеры электронного блока системы управления. Автоматически действующее сцепление может быть использовано в автомобиле и как самостоятельный узел, и как составной эле­мент полуавтоматической или автоматической трансмиссии.

При использовании автоматически действующего сцепления в составе автоматической трансмиссии требования, связанные с из­менением характеристики Mc = f(nK) в зависимости от условий работы автомобиля, как правило, являются обязательными для обеспечения высокого технического уровня такой трансмиссии.

 



Включение и выключение фрикционов 17, 19 и 22 осуществ­ляется с помощью гидроцилиндров соответственно 9, 8 и 2, управ­ляемых клапанами, на которые воздействуют электромагниты системы управления. Поэтому основной задачей автоматической системы управления ГМП является коммутирование тока в обмот­ках электромагнита в соответствии с требуемым законом. Систе­мы автоматического управления ГМП значительно проще, чем аналогичные системы коробок передач иных типов. Эти преиму­щества в сочетании с высокой плавностью переключения передач обусловили широкое применение ГМП в современном автомобиле­строении, несмотря на то что конструкция их существенно слож­нее (следовательно, выше стоимость), чем у обычных механиче­ских коробок передач и сцепления автомобилей, а КПД их ниже.

Ввиду широкого распространения гидромеханических передач улучшение их показателей представляет особый интерес. Это яв­ляется стимулом для создания электронных систем управле­ния ГМП.

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ

На некоторых моделях автобусов фирмы «Вольво» (Швеция) применяется электронная система управления ГМП с «жесткой логикой». В состав электронного блока системы управ­ления в основном входят дискретные элементы и только не­сколько интегральных микросхем. Управление переключением передач осуществляется в зависимости от скорости движения автобуса и нагрузки двигателя. В качестве датчика скорости автобуса используется индукторный датчик, частота выходного сиг­нала которого пропорциональна частоте вращения ведомого вала ГМП. Датчиком нагрузки двигателя является ступенчатый электрический переключатель, связанный с педалью подачи топ­лива.

Рис. 71. Структурная схема электронной системы управления ГМП автобусов

Опыт длительной эксплуатации автобуса, оборудованного ГМП с такой системой управления, показал высокую ее надежность. В качестве примера выполнения элементов, входящих в электрон­ную систему управления ГМП, ниже приведено описание отечест­венной системы управления ГМП автобусов большой вместимости.

 

Электронная система управления ГМП городских автобусов

Рассматриваемая электронная система предназначена для автоматического управления трехступенчатой гидромеханиче­ской передачей с блокируемым гидротрансформатором. По мере разгона автобуса происходит последовательное переключение передач с первой до третьей и далее блокируется гидротрансфор­матор. Кроме этого, электронная система выполняет защитные функции.

Структурная схема электронной системы управления показана на рис. 71, ее электрическая схема и электронный блок — на рис. 72 и 73, а подключение внешних устройств к электронному блоку — на рис. 74. Схема стабилизатора напряжения СИ и ПЧН приведена на рис. 5 и 17.

В качестве датчика скорости ДС автобуса (см. рис. 71) ис­пользован индукторный датчик (см. рис. 43), расположенный над одним из зубчатых колес, установленных на ведомом валу ГМП. Поэтому частота изменения ЭДС на выходе датчика ДС пропор­циональна частоте вращения данного вала ГМП, т. е. пропорцио­нальна скорости движения автобуса.

Рис. 72. Схема электронного блока системы управления ГМП автобусов

 



Рис. 73. Электронный блок системы управления ГМП автобусов

Датчик нагрузки ДН двигателя выполнен в виде двух пере­ключателей S1 и S2, приводимых от педали подачи топлива.



Рис. 74. Схема подключения аппаратуры уп­равления и электромагнитов системы управле­ния ГМП к электронному блоку: К.У — контроллер управления; Sгз — включатель гидрозамедлителя; S1, S2 — микропереключатели датчика нагрузки двигателя; ЭМ1, ЭМ2, ЭМ3, ЗМвд, ЭЛ1з.х — электромагниты системы управления

До тех пор, пока эта педаль находится в положениях, соответ­ствующих подаче менее 50 % максимального значения величины подачи топлива, ни один из переключателей датчика нагрузки не срабатывает (положение контактов переключателей показано на рис. 74). Переключатель S1 срабатывает, когда педаль устанавли­вается в любое из положений, при которых подача топлива в дви­гатель составляет от 50 до 100 % максимального ее значения.

Для обеспечения срабатывания переключателя S2 водитель должен установить педаль подачи топлива дальше Положения, соответствующего 100 % подаче топлива в двигатель, преодолев при этом усилие дополнительной пружины. Такой режим носит название «кикдаун», и используется для принудительного вклю­чения понижающей передачи автобуса с целью повышения его динамики в процессе обгона.

Помимо основного режима управления гидропередачей, при котором по мере разгона автобуса осуществляется автоматическое переключение всех передач и блокировка гидротрансформатора (положение ЗА контроллера), в системе управления предусмот­рены еще следующие режимы:

автоматического переключения первой и второй передач с бло­кировкой гидротрансформатора после разгона автобуса на второй передаче до заданной скорости (положение 2А контроллера);

принудительного включения первой передачи независимо от скорости дви­жения автобуса (положение 1 конт­роллера);

принудительного включения пере­дачи заднего хода независимо от ско­рости движения автобуса (положение З.Х. контроллера).



Кроме того, обеспечивается воз­можность установки передачи в ней­тральное положение (положение Н контроллера).

Задание необходимого режима ра­боты системы управления ГМП осу­ществляется с помощью контроллера управления КУ, схема подключения которого к электронному блоку при­ведена на рис. 74.

В табл. 19 указан порядок под­ключения электромагнитов системы управления к источнику питания в за­висимости от включаемой передачи и положения контроллера управления.

Узел пороговых устройств. Команды на переключение передач и блокировку гидротрансформатора вырабатывает пороговое устройство системы управления в зависимости от уровня напря­жения на выходе ПЧН и положения переключателей датчика на­грузки ДН. Эти пороговые устройства выполнены на базе токо-разностных усилителей DAI, DA2 и DA3 (см. рис. 71). В режимах автоматического переключения передач ЗА и 2А напряжение к резистору R1 не подводится, вследствие чего транзистор VT1 за­крыт, и резистор R10 отключен от массы.

В первом положении датчика нагрузки контакты переключа­телей S1 и S2 (см. рис. 74) замкнуты, что приводит к замыканию на массу (соответственно через диоды VD5, VD6, VD7, VD8, VD9, VD10) резисторов R14, R15, R16, R19, R20, R21 (см. рис. 72).

Во втором положении датчика нагрузки контакты S1 размыка­ются, вследствие чего с массой оказываются соединенными только резисторы R19, R20, R21.

Третьему положению датчика нагрузки соответствует размыка­ние и замыкание соответствующих контактов переключателя S2. В этом случае с массой оказываются соединенными резисторы

R42, R44 и R46 (соответственно через диоды VD12t VD13 и VDI4). Изменение подключения резисторов в зависимости от положения переключателей S1, S2 датчика нагрузки обеспечивает корректи­ровку переключения передач в соответствии с нагрузкой двигателя.

19. Порядок включения электромагнитов системы управления

Положение контрол­лера	Включаемая передача	Электромагниты
ЭМ1	ЭМ2	ЭМ3	ЭМ6Л	Мз.х
ЗА	Первая Вторая Третья Третья**	+ — — —	— + — —	— — + +	— — — +	— — — —
2А	Первая Вторая Вторая**	+ — —	— + +	— — —	— — +	— — —
1	Первая	+	—	—	—	—
3. X	Задний ход	—	—	—	—	+
Н	Нейтральное положе­ние	—	—	—	—	—

<


* + — электромагнит включен, — — выключен.

** С режимом блокировки гидротрансформатора.

Управление переключением с первой на вторую передачу и об­ратно осуществляется пороговым устройством на базе усилителя DA1. Если в автобусе педаль подачи топлива находится в поло­жении, соответствующем первому положению датчика нагрузки, то сила тока Iи, проходящего через инвертирующий вход усили­теля, определяется сопротивлением резисторов R7, R14, R19, R29 и установкой подвижного контакта регулировочного переменного резистора R24.

Сила тока Iн, проходящего через неинвертирующий вход уси­лителя DA1, зависит от напряжения Uy

на выходе ПЧН и сопро­тивления резистора R30. При низкой скорости движения автобуса величина Uy мала, в связи с чем Iи>Iн, усилитель закрыт и на его выходе напряжение близко к нулевому значению. Когда же вслед­ствие возрастания скорости автобуса до значения vI—II, соответст­вующего переключению с первой передачи на вторую, сила тока Iи становится больше, чем Iи, то на выходе усилителя появляется напряжение. Это напряжение через делитель напряжения, обра­зованный резисторами R41, R42 (см. рис. 72), и резистор R35 под­водится к неинвертирующему входу усилителя DA1. В результате возникающей положительной обратной связи происходит лавино­образное увеличение силы тока Iн, обеспечивающее переход уси­лителя в режим с высоким уровнем напряжения UВых на его вы­ходе. Появление напряжения UВЫХ является сигналом для пере­ключения с первой на вторую передачу.

Для переключения со второй на первую передачу скорость автобуса должна снизиться до значения VII-I, при котором сила тока Iн станет меньше значения Iи.

При включенной второй передаче, вследствие действия в дели­теле DA1 положительной обратной связи, уменьшение силы тока Iн до значения, соответствующего Iи, произойдет при скорости VII-I. которая меньше скорости VI-II. Тем самым предотвращается цикличность переключения передач.

При установке педали подачи топлива в положение, соответ­ствующее второму положению датчика нагрузки, вследствие от­ключения от массы резистора R14 (см. рис. 72), уменьшается падение напряжения в резисторе R7, благодаря чему возрастает сила тока Iи, проходящего через инвертирующий вход усилителя DA1. В результате переключение с первой на вторую передачу и обратно будет происходить при более высоких уровнях напряже­ния на выходе ПЧН и соответственно при больших скоростях дви­жения автобуса.



На режиме кикдаун вследствие отключения от массы резисто­ров R14 и R19 переключение с первой на вторую передачу и об­ратно будет происходить при еще более высоких скоростях движе­ния автобуса. Наряду с этим из-за подключения к массе резистора R42 уменьшится напряжение на средней точке делителя напряже­ния, образованного резисторами R41 и R48, что приведет к ослаб­лению эффекта положительной обратной связи в усилителе DA1. Это необходимо для расширения диапазона скоростей автобуса, где может быть реализовано действие режима кикдаун.

Управление переключением со второй на третью передачу и обратно осуществляется пороговым устройством на базе усили­теля DA2. Оно действует точно так же, как и пороговое устройство на базе усилителя DA1. Аналогичным образом действует и поро­говое устройство на базе усилителя DA3, управляющее включе­нием и выключением блокировки гидротрансформатора.

20. Таблица истинности дешифратора К511ИД1

Номер строки	Уровень напряжения на входах	Номер выхода, соединенного с массой
1	2	4
Предусмотренные комбинации входных сигналов
1	0	0	0	0
2	1	0	0	1
3	1	1	0	3
4	1	1	1	7
Непредусмотренные комбинации входных сигналы
5	0	1	1	6
6	1	0	1	5
7	0	1	0	2
8	0	0	1	4

Для создания оптимальных условий работы ГМП в режиме 2А необходимо, чтобы на данном режиме блокировка гидротрансфор­матора включалась при более низких скоростях движения авто­буса по сравнению с режимом ЗА. Для выполнения указанного требования резистор R3 соединяется с выводом 3 штепсельного разъема XI, к которому подводится напряжение от бортовой сети при установке контроллера в положение 2А. В этом случае от­крывается транзистор VT2, резистор R11 подключается к массе, что обеспечивает увеличение падения напряжения в резисторе R9 и, как следствие, уменьшение силы тока Iи, проходящего через инвертирующий вход усилителя DA3. Уменьшение силы тока Iи позволяет переключить усилитель DA3 в режим с высоким уровнем напряжения на выходе при меньшей силе тока I,„ т. е. при бо­лее низкой скорости движения автобуса.



Узел логики (УЛ). При движении автобуса с низкой скоростью напряжения на выходах усилителей DAI, DA2 и DA3 (см. рис. 72) близко к нулю, что соответствует уровню «логического 0» для устройств, осуществляющих последующую обработку данных сиг­налов. По мере разгона автобуса высокое напряжение вначале появляется на выходе усилителя DA1, а затем последовательно на выходах усилителей DA2 и DA3. Данный уровень напряжения является уровнем «логической 1» при последующей обработке сигналов, которая выполняется с помощью дешифратора DD1, в качестве которого применена интегральная микросхема типа К511ИД1. Дешифратор осуществляет преобразование различных комбинаций сигналов на выходе усилителей DAI, DA2 и DАЗ в сигналы, необходимые для включения в заданной последова­тельности усилителей питания электромагнитов системы управ­ления.

Дешифратор К511ИД1 имеет четыре входа, из которых исполь­зуются только три (1, 2 и 4). В зависимости от комбинации сиг­налов с уровнями «логического 0» или «логической 1», подводи­мых к входам дешифратора, какой-либо один из его выходов соединяется с массой.

Таблица истинности дешифратора (табл. 20) содержит указа­ния, каким комбинациям сигналов на входе дешифратора соответ­ствует соединение с массой того или иного его выхода.

При выполненном в схеме управления соединении выхода уси­лителя DA1 с входом 1 дешифратора и выходов усилителей DA2, DA3 соответственно с входами 2 и 4 дешифратора напряжение с уровнем «логической I» может появиться на входе с более вы­соким номером только при наличии такого уровня на входах с более низкими номерами. Такие комбинации сигналов, указан­ные в строках 1 — 4 табл. 20, в дальнейшем будут обозначаться термином «предусмотренные», поскольку они соответствуют нор­мальной работе пороговых устройств. Любая другая комбинация сигналов на входах дешифратора, указанная в строках 5 — 8 табл. 20, возможна только при нарушении нормальной работы пороговых устройств. Поэтому в дальнейшем такие комбинации сигналов обозначаются термином «непредусмотренные».



21. Подключение выходных усилителей питания электромагнитов к выходам дешифратора

Передача	Электро­магнит	Транзисторы усилителя	Номер выхода дешифратора, соединенного с усилителем
Выходной	Предвыходной
	Положение ЗА контроллера
Первая	ЭМ1	VT15	VT10	0
Вторая	ЭМ2	VT16	VT11	1
Третья	ЭМЗ	VT12	VT17	3
Третья*	ЭМЗ	VTJ2	VT17	3
	ЭМбл	VT13	VT18	7
Задний ход	ЭМз.х	VT14	VT8
	Положение 2А контроллера
Первая	ЭМ1	VT15	VT10	0
Вторая	ЭМ2	VT16	VT11	1
Вторая*	ЭМ2	VT16	VT11	1 или 3
	эмбл	VT14	VT18	7

*С режимом блокировки гидротрансформатора.

Для обеспечения в процессе разгона автобуса порядка вклю­чения электромагнитов, указанного в табл. 19, соединение входов усилителей питания электромагнитов с выходами дешифратора выполнено в соответствии с данными табл. 21 (режимы ЗА и 2А).

При работе гидрозамедлителя во время движения автобуса на второй и третьей передачах в системе управления осуществляется блокировка гидротрансформатора. Это необходимо для того, что­бы в дополнение к тормозному эффекту от работы гидрозамедли­теля получить дополнительное тормозное усилие за счет реализа­ции режима торможения двигателем. После включения в ГМП первой передачи во избежание остановки двигателя в процессе торможения автобуса осуществляется разблокировка гидротранс­форматора. Это обеспечивается подключением базы транзистора VT6 через резистор R73 к выводу 1 разъема Х2, в результате чего данный транзистор открывается одновременно с подачей команды на включение гидрозамедлителя. Вход усилителя включения бло­кировки гидротрансформатора (резистор R83) через переход коллектор — эмиттер транзистора VT6 и диоды VD22 и VD23 соеди­няется соответственно с выходом 1 или 3 дешифратора, один из которых оказывается соединенным с массой при включении в ГМП второй или третьей передач. Тем самым на данных пере­дачах обеспечивается блокировка гидротрансформатора, и ее от­ключение после включения в ГМП первой передачи,-поскольку при этом отключаются от массы выходы 1 и 3 дешифратора.



Принудительное выключение электромагнита ЭМЗ в режиме 2А обеспечивается за счет соединения вывода 3 разъема XI с ба­зой транзистора VT12 (через диод VD31). Благодаря этому в ре­жиме 2А напряжение от бортовой сети подводится к базе транзи­стора VTI2, что приводит к закрытию транзисторов VT12 и VT17, требуемому для выключения электромагнита ЭМЗ.

При установке контроллера в положение 2А электромагнит ЭМ2 должен оставаться включенным даже в том случае, когда вследствие разгона автобуса напряжение высокого уровня по­явится на выходе усилителя DA3 и входе 4 дешифратора, в ре­зультате чего произойдет отключение от массы выхода 1 дешиф­ратора (к которому подключен вход усилителя питания электро­магнита ЭМ2). Для обеспечения данного требования в схеме использован транзистор VT9, база которого через резистор R75 подключена к выводу 3 разъема XI. В положении 2А контроллера данный транзистор открывается, благодаря чему через его пере­ход коллектор — эмиттер и диод VD26 соединяются между собой выход 1 и выход 3 дешифратора, который подключается к массе, как только от нее отключается выход 1 дешифратора. В резуль­тате сохраняется замкнутой входная цепь усилителя питания электромагнита ЭМ2.

Блок выходных усилителей (БУ). Все выходные усилители вы­полнены по одинаковой схеме. Каждый из них содержит два ком­мутирующих транзистора (выходной и предвыходной). Коллектор выходного транзистора соединен с обмоткой электромагнита ГМП, а база предвыходного транзистора через резистор подключена к соответствующему выходу дешифратора. Эмиттер выходного транзистора через небольшой резистор узла защиты от перегрузки, контакты KALI (см. рис. 72) реле КА1 защиты и соответствую­щие контакты контроллера управления подключается к бортовой сети автобуса. Выходной усилитель открывается, когда соеди­няется с массой выход дешифратора, к которому подключена база предвыходного транзистора усилителя.

В положении 1 контроллера должны быть отключены электро­магниты ЭМ2 и ЭМЗ. Для выполнения этого требования база транзистора VT12 через диод VD3J, а база транзистора VT11 через диод VD37 подключены к выводу 4 разъема XI. В резуль­тате при установке контроллера в положение 1 напряжение бор­товой сети окажется подведенным к базе транзисторов VTJ1 и VT12, что обеспечит закрытие транзисторов VT11 и VT16, требуе­мое для выключения электромагнита ЭМ2, и транзисторов VT12 и VT17, необходимое для выключения электромагнита ЭМЗ.



Защита усилителей питания электромагнитов от перегрузки по току (в том числе при коротком замыкании в их выходной цепи) осуществляется элементами защиты, входящими в состав усилителя. Так, например, для защиты усилителя питания электро­магнита ЭМ1 первой передачи используются транзисторы VT20 и VT25, конденсатор С7 и резисторы R94, R99, R105 и R106. Прин­цип действия такой защиты был описан выше (см. рис. 40). После срабатывания данной защиты для ее отключения необхо­димо переключение дешифратора в положение, соответствующее размыканию входной цепи усилителя, защита которого сработала, или следует установить контроллер управления в положение Н для отключения электронного блока от источника питания.

Блок, принудительного включения передач. Блок БП обеспечи­вает возможность принудительного включения первой передачи и передачи заднего хода при установке контроллера управления в положения соответственно 1 и З.Х (см. рис. 74).

В положении 1 контроллера напряжение от бортовой сети через вывод 4 разъема XI, диод VD40 (см. рис. 72), контакты КА1.1 реле КА1 защиты и резистор R105 подводятся к эмиттеру тран­зистора VT15 усилителя питания электромагнита ЭМ1, а через , резистор R69 и стабилитрон VD21 данное напряжение подводится к базе транзистора VT8. Это обеспечивает открытие транзистора VTS, в результате чего включаются транзисторы VT10 и VT15, осуществляя подключение к бортовой сети электромагнита ЭМ1.

В положение З.Х контроллера через контакт 1 разъема XI на­пряжение от бортовой сети через резистор R103 подводится к эмиттеру транзистора VT14 усилителя питания электромаг­нита ЭМз.х- Кроме того, напряжение через диод VD41, резистор R70 и стабилитрон VD21 подводится к базе транзистора VT8, что обеспечивает его открытие. В результате включается транзистор VT14 и подключает электромагнит ЗМз.х к бортовой сети.

Для защиты ГМП от недопустимого включения первой пере­дачи или передачи заднего хода в случае движения автобуса со скоростями, выше заданных, используется транзистор VT7, вхо­дящий в БП. При движении автобуса с большой скоростью на вы­ходе усилителя DA1 создается высокий уровень напряжения. Это обеспечивает включение транзистора VT7 и тем самым предотвра­щается возможность включения транзистора VT8 в случае оши­бочной установки контроллера управления в положение 1 или З.Х. Разрешение на принудительное включение первой передачи и передачи заднего хода поступает лишь после того, как вследствие снижения скорости автобуса усилитель DA1 переключается в со­стояние с низким уровнем напряжения на его выходе.



При установке контроллера управления в положение З.Х на­пряжение от вывода 1 разъема XI подводится к резистору R1. Это обеспечивает открытие транзистора VT1, благодаря чему умень­шается сила тока, проходящего через инвертирующий вход усили­теля DA1. В результате переключение усилителя DA1 в режим высокого уровня напряжения на его выходе будет происходить при более низкой скорости автобуса, чем при установке контроллера в положение 1. Поэтому включение передачи заднего хода оказы­вается возможным при меньшей скорости автобуса по сравнению с допустимой для включения первой передачи.

Система защиты предохраняет ГМП от включения первой пере­дачи или передачи заднего хода, если они до этого не были вклю­чены. Однако в тех случаях, когда та или другая из этих передач уже была включена, то независимо от скорости движения авто­буса они не будут выключаться. Это достигается за счет действия транзистора VT5 (см. рис. 72), который открывается, как только происходит включение передачи заднего хода или первой пере­дачи. В результате к базе транзистора VT5 подводится напряже­ние (через резистор R80 от коллектора транзистора VT15 или через резистор R78 от коллектора транзистора VT14). Открытый транзистор VT5 независимо от уровня напряжения на выходе уси­лителя DA1 обеспечивает отсутствие напряжения на базе транзи­стора VT7. Поэтому транзистор VT7 оказывается закрытым и не будет препятствовать включению транзистора VT8.

Узел защиты (УЗ). Ошибочная подача команды на одновре­менное включение двух и более электромагнитов может иметь место при неисправностях элементов управления выходными уси­лителями электронного блока или в случае пробоя транзисторов этих усилителей, вследствие чего они становятся неуправляемыми.

Для того чтобы исключить аварийное включение ГМП при любой из указанных неисправностей, в системе управления ис­пользуется специальное электромагнитное реле защиты. Контакты реле размыкаются и отключают усилители питания электромагни­тов от бортовой сети при поступлении от системы управления команды на срабатывание защиты.



Основным управляющим элементом устройства защиты яв­ляется операционный усилитель DA6 (интегральная микросхема К553УД2).

К инвертирующему входу 4 усилителя (см. рис. 72) через рези­стор R28 подводится постоянное напряжение от делителя напря­жения, образованного резисторами R22 и R23.

Неинвертирующий вход 5 усилителя через резисторы R5, R6, R12, R13 и разделительные диоды VD1, VD2, VD3 и VD4 соеди­нен с коллекторами выходных транзисторов БУ. Кроме того, к входу 5 усилителя подводится напряжение от средней точки делителя напряжения, образованного резисторами R17 и R18. Номиналы указанных резисторов выбраны таким образом, что при включении одного (любого) из выходных усилителей питания электромагнитов напряжение на инвертирующем входе 4 усили­теля DA6 превышает напряжение на его неинвертирующем входе 5. В этом случае напряжение на выходе усилителя DA6 имеет низкий уровень, недостаточный для открытия транзисто­ра VT3. В результате обеспечивается открытие транзистора VT4 с подключением к бортовой сети обмотки КА1 реле защиты. При срабатывании этого реле замыкаются его нормально разомкнутые контакты KA1.1, благодаря чему через них подводится напряже­ние от бортовой сети к эмиттерам выходных транзисторов БУ. В случае же одновременного (непредусмотренного) включения двух и более выходных усилителей к неивертирующему входу 5 усилителя DA6 подводится напряжение, которое превышает на­пряжение, подводимое к его инвертирующему входу 4. Это при­водит к появлению напряжения высокого уровня на выходе уси­лителя, следствием чего является открытие транзистора VT3 и закрытие транзистора VT4 с отключением от бортовой сети об­мотки КА1 реле защиты. В результате происходит выключение реле с разрывом его размыкающих контактов и отключением БУ от бортовой сети. За счет замыкания при этом замыкаю­щих контактов KALI реле включается цепь питания лампы индикации срабатывания защиты. Через резистор R68 и диод VD19 подается напряжение на базу транзистора VT7, от­крытие которого обеспечивает выключение транзистора VT8, бла­годаря чему в случае непредусмотренного схемой включения двух выходных усилителей исключается возможность принудительного включения как первой передачи, так и передачи заднего хода. Как только на выходе усилителя DA6 появляется напряжение высокого уровня, оно через диод VD11 и резистор R38 подводится к входу 5 усилителя. Это обеспечивает повышение напряжения на неинвертирующем входе 5 усилителя до значения, которое превы­шает напряжение на инвертирующем входе 4 усилителя даже при условии выключения всех усилителей питания электромаг­нитов.



Под действием в усилителе DA6 положительной обратной свя­зи защита не отключается и после того, как в результате ее сраба­тывания выключаются все усилители питания и электромагнитов. Для отключения защиты водитель должен сначала перевести контроллер в положение Я, а затем вновь установить его в тре­буемое положение.

Устройство защиты от непредусмотренного включения низших передач при отказе датчика скорости является ответственным эле­ментом электронной системы управления ГМП, так как отказ дат­чика скорости воспринимается системой, как остановка автобуса. В результате этого должна последовать команда на включение первой передачи, что при движении автобуса с высокой скоростью может привести к созданию аварийной ситуации.

Принцип действия рассматриваемой защиты основан на конт­роле сопротивления обмотки датчика скорости. В состав устрой­ства защиты входят токоразностные усилители DA4, DA5, рези­сторы R55 — R63 и диоды VD17, VD18 (см. рис. 72).

Особенности работы такого устройства защиты были изложены выше. В случае отказа датчика скорости на выходе усилителя DA4 или DA5 появляется напряжение высокого уровня. Это напря­жение через резистор R47 подводится к базе транзистора VT3, что приводит к его открытию и закрытию транзистора VT4 с раз­рывом цепи питания обмотки КА1 реле защиты. В результате выключается реле, что обеспечивает отключение всех электромаг­нитов системы управления ГМП от бортовой сети автобуса.

В случае отказа порогового устройства на его выходе незави­симо от скорости движения автобуса может появиться сигнал, соответствующий либо уровню «логического О» или уровню «логи­ческой 1». Непредусмотренное при этом появление напряжения с уровнем «логической 1» на любом из выходов дешифратора не является опасным для эксплуатации автобуса, поскольку в таком случае может лишь произойти самопроизвольное переключение на высшую передачу. Значительно опаснее случаи непредусмотрен­ного уменьшения напряжения на выходе дешифратора до уровня «логического О», поскольку в результате этого может быть выра­ботана команда на самопроизвольное включение низших передач.



В рассматриваемой системе управления использование в каче­стве узла логики дешифратора DD1 позволило уменьшить опас­ность такого непредусмотренного включения низших передач.

Если во время движения автобуса с высокой скоростью вслед­ствие отказа усилителей DA1 или DA2 напряжение на входе 1 или 2 дешифратора снижается до уровня «логического О», то это приводит к появлению непредусмотренной комбинации сигналов на входе дешифратора (табл. 20). В результате отключаются от массы выходы 0, 1, 3 и 7 дешифратора, которые подключают цепи питания всех выходных усилителей. Тем самым предотвращается самопроизвольное аварийное включение низших передач. С целью предотвращения переключения ГМП в нейтральное положение, что в ряде случаев нежелательно с точки зрения безопасности эксплуатации автобуса, в схеме управления выполнено соединение между собой выходов 2 — 6 дешифратора, благодаря чему при любой непредусмотренной комбинации сигналов на входе дешиф­ратора во время движения автобуса с высокой скоростью обеспе­чивается включение третьей передачи.

22. Порядок переключения передач при отказе усилителей пороговых устройств

Скорость автобуса	Номер входа дешифратора	Номер выхода, соединен­ного с массой	Передача
1	2	4
Усилители исправны
0-VI-II	0	0	0	0	Первая
VI-II — VII-III	1	0	0	1	Вторая
VII-III-VIII-(III+Бл)*	1	1	0	3	Третья
Более VIII-(III+Бл)	1	1	1	7	Третья**
Отказ усилителя DA1
0—VI-II	0	0	0	0	Первая
VI-II — VII-III	0	0	0	0	»
VII-III —VIII-(III+Бл) Более VIII-(III+Бл)	0 0	1 1	0 1	2 6	Третья »
Отказ усилителя DA2
0-VI-II	0	0	0	0	Первая
VI-II — VII-III	1	0	0	1	Вторая
VII-III —VIII-(III+Бл)	1	0	0	1	»
Более VIII—(III+БЛ)	1	0	1	5	Третья
Отказ усилителей DA1 и DA2
0—VI-II	0	0	0	0	Первая
VI—II —VII-III	0	0	0	0	»
VII-III —VIII-(III+Бл) Более VIII-(III+Бл)	0 0	0 0	0 1	0 1	» Третья

<


* VIII-(III+Бл) — скорость, соответствующая вклкечению блокировки гидротрансформатора .

** С режимом блокировки гидротрансформатора.

В табл. 22 приведен порядок переключения передач при раз­личных скоростях движения автобуса для любых вариантов отка­зов усилителей DA1 и DA2. Анализ данных показывает, что в слу­чае отказа одного из этих усилителей в зоне средних и низких скоростей движения в худшем случае произойдет переключение «вниз» только на одну передачу.

Лишь в случае одновременного отказа обоих усилителей, что мало вероятно, в диапазоне скоростей VII-III-VIII-(III+Бл) возмож­но переключение «вниз» на две передачи, а в остальных диапазо­нах скоростей может иметь место переключение «вниз» только на одну передачу.

Следует отметить, что при незначительном усложнении схемы возможно предотвратить переключение «вниз» на две передачи в случае отказа обоих усилителей. Для этого достаточно соединить выход усилителя DA2 с инвертирующим входом усилителя DA3 (через резистор R52 и диод VD15, как это показано штриховой линией на рис. 72). Благодаря такому подключению в случае от­каза усилителя DA2 переход усилителя DA3 в режим с высоким уровнем выходного напряжения произойдет при более низкой ско­рости автобуса, т. е. наиболее опасная комбинация на входах дешифратора (000) сместится в зону меньших скоростей движения автобуса.

 

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ

Микропроцессорные системы управления в последнее воемя все чаще используют для управления ГМЛ 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 (рис. 75) 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 устрой- ствами ГМП являются фрикционы, включением и выключением которых управляют указанные гидравлические клапаны.





Рис. 75. 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.



Рис. 76. 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.



Рис. 77. 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 четырехступенча­ той планетарной ГМП типа 4НР22 [39] предназначена для приме­нения в легковых автомобилях (БВМ) большого класса. Струк­турная схема ее представлена на рис. 76, а электронный блок на рис. 77.

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 уп-авление) обеспечивает отключение автоматики, что позволяет водителю с помощью контроллера управления принудительно включать первую — третью передачи переднего хода, а также пере­дачу заднего хода (см. рис. 76, 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 ЭЛ1рД 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 5К — 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.



Рис. 78. 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. R9S, 18i и «Фуэго» [36, 40].

В зависимости от положения рычага контроллера управления KУ (рис. 78) 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).

Положение контроллера .........	D	D	D	D	2	2	1
Передача ......	Первая	Вторая	(Вторая — третья)	Третья	Пер­вая	Вторая	Первая
Включение электромаг­нитов:
ЭМ1 ........ ЭМ2 ........	— +	+ +	(+) (—)	— —	— +	+ +	— +

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 рис. 78. 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 микроЭВМ.

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 одновиб-ратором, 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» (см. рис. 78) 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 Б3пер

предотвращает ошибочные переключе­ния во время переходных процессов в системе.

Помимо выполнения защитных операций микропроцессор все обнаруженные неисправности через усилитель диагностики Уд 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.

 

АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ

Из теории автомобиля известно, что качение колеса в процессе его затормаживания может происходить только в том случае, когда тормозной момент, прикладываемый к колесу, урав­новешивается реактивным моментом, равным произведению нор­мальной нагрузки Pz, действующей на колесо, на продольный коэффициент его сцепления с дорогой фп. Величина коэффициента сцепления фп зависит как от состояния дорожного покрытия, так и от величины проскальзывания колеса по отношению к покры­тию. Величину проскальзывания колеса оценивают безразмерным коэффициентом



s = (va — vт)/va,

где va — скорость автомобиля; Vт

— скорость колеса в точке его соприкосновения с дорожным покрытием.

При увеличении s от нуля до определенной величины SKp (рис. 79) происходит увеличение коэффициента фп. В диапазоне значений s = sKp-:-l по мере увеличения значения s коэффициент фд уменьшается. Вследствие этого если тормозной момент MТ, при­кладываемый к колесу, не превысит значения Р2фпmах, то в про­цессе торможения автомобиля будет иметь место качение колеса при одновременном его проскальзывании. Величина этого про­скальзывания установится именно такой, какая необходима для получения коэффициента фпт» определяемого выражением фпт = MT/PZ.

Если же момент Мг окажется больше произведения P2фпmах, то даже при значении s=skp реактивный момент не сможет урав­новесить тормозной момент. В результате этого скольжение s пре­высит значение skp, что повлечет за собой дальнейшее уменьшение коэффициента фп и в конечном итоге вызовет блокировку колеса.

Поскольку при s=l коэффициент фп значительно меньше зна­чения фптах, тормозные качества автомобиля при блокировке колес существенно ухудшаются. Блокировка колес автомобиля крайне нежелательна еще и потому, что в этом случае про­исходит резкое уменьшение поперечного (бокового) коэф­фициента сцепления фб колеса с дорогой, как это показано на рис. 79. В результате могут быть потеряны устойчивость и управляемость автомобиля.



Рис. 79. Зависимость продольного фп и поперечного фб коэффициентов сцепления автомобильного колеса от величины его проскальзывания s:

------ сухая дорога;

- - - - скользкая дорога

Очевидно, что названные опасные последствия могут иметь место в случае торможения автомобиля при низких значениях ко­эффициентов сцепления Фп и Фб. Поэтому основной задачей анти­блокировочных тормозных систем является поддержание в про­цессе торможения автомобиля такого тормозного момента, кото­рый при данном состоянии дорожного покрытия исключит -возмож­ность блокировки колес и обеспечит максимально возможный эффект торможения.



Для решения данной задачи антйблокировочная система (АБС) должна в зависимости от характера изменения частоты вращения затормаживаемых колес автоматически изменять давление в цилиндрах или тормозных камерах исполнительных тормозных механизмов. При этом необходимо обеспечить высокое быстро­действие регулирования давления, для чего используют быстро­действующие клапанные устройства с электромагнитным приводом (так называемые модуляторы давления).

Многолетний опыт разработки и исследования антиблокиро­вочных устройств показал, что очень жесткие требования, предъяв­ляемые к этим устройствам, могут быть удовлетворены только при условии применения электронных систем управления. В на­стоящее время уже серийно выпускается ряд электронных анти­блокировочных тормозных систем на базе как электронных блоков с жесткой логикой, так и микропроцессорных комплектов. Они предназначены для автомобилей, имеющих гидравлический и пнев­матический привод тормозных механизмов, причем может быть обеспечено индивидуальное управление процессом торможения каждого из колес и одновременное воздействие на несколько за­тормаживаемых колес.



Рис. 80. Структурная схема электронной антиблокировочной системы управле­ния тормозами

Рассмотрим принцип действия различных АБС [6, 11, 22]. Сле­дует отметить, что для обеспечения нормального функционирова­ния системы она должна непрерывно сравнивать скорость авто­мобиля и частоту вращения затормаживаемого колеса.

Основная трудность решения этой задачи связана с отсутст­вием надежных и простых прямых методов определения скорости автомобиля, т. е. методов, не связанных с измерением частоты вращения его колес. Поэтому для оценки скорости автомобиля в АБС используют те или иные косвенные методы, в основном основанные на запоминании частоты вращения колес в определен­ные периоды времени. Способ решения данной задачи и после­дующая обработка получаемого сигнала являются факторами, существенно влияющими на алгоритм АБС.



Известно очень большое число самых различных алгоритмов АБС, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Однако по большинству показателей в настоящее время предпоч­тение отдается алгоритмам, основанным на сопоставлении реаль­ной частоты вращения колеса и так называемой опорной частоты вращения, рассчитываемой в каждый момент времени системой управления [22].

В большинстве современных АБС изменение давления в испол­нительных устройствах тормозных систем организовано по трех­фазовому циклу. При таком цикле наряду с процессами увеличе­ния или уменьшения давления в цилиндрах (или камерах) тор­мозного привода предусмотрена также фаза (называемая «отсеч­кой») поддержания в них постоянного давления. В течение этой фазы рабочая полость цилиндров (или тормозных камер) отсоеди­нена как от источника давления, так и от атмосферы (при пнев­моприводе тормозных механизмов) или от полости слива (при гидроприводе тормозных механизмов).

Благодаря высокой чувствительности системы управления про­цесс поддержания ею требуемого тормозного усилия обеспечи­вается за счет непрерывного повторения циклов регулирования давления. Частота следования этих циклов составляет 5 — 10 Гц. При этих условиях наличие фазы «отсечки» позволяет существен­но уменьшить расход сжатого воздуха или снизить подачу гидро­насоса.

На первом этапе применения АБС выявились их серьезные не­достатки, основной из которых — недостаточная надежность [38]. В результате последующей доработки АБС эти недостатки были устранены, и в настоящее время антиблокировочные системы по­лучают все большее распространение. Однако ввиду относительно высокой стоимости этих систем они в основном используются на магистральных многоосных автопоездах. Для легковых автомоби­лей массового производства АБС пока что являются слишком дорогим оборудованием.



Рис. 81. Изменение скорости vа, w и дw/dt и давления Р при работе антиблокировочной системы:

1 — частота вращения колеса, пропор­циональная скорости автомобиля; 2 — частота вращения колеса при «иде­альном» режиме торможения; 3 — фак­тическая частота вращения колеса



В качестве примера реализа­ ции АБС на базе аналоговой схемотехники рассмотрим прин­цип действия системы такого типа, разработанной для автомо­билей с пневмоприводом тормоз­ных механизмов. Система управ­ления действует по трехфазному циклу, а ее алгоритм основан на сопоставлении . «опорного» сиг­нала с сигналом, определяющим фактическую частоту вращения затормаживаемого колеса (А. с. 553142, СССР, МК№ В 60 Т 8/08). Рассмотрим принцип действия системы управления (рис. 80). Будем считать, что торможение автомобиля происходит на скольз­кой дороге, вследствие чего в процессе торможения частота вра­щения затормаживаемого колеса снижается быстрее, чем умень­шается скорость автомобиля иа

(рис. 81). На рис. 81 t{ — время начала торможения, a tz — время, при котором разность сигналов, определяемых кривыми 1 и 5, достигнет заданной величины. В момент времени tz тормозная камера отключается от источника давления и одновременно соединяется с атмосферой, что обеспе­чивает перевод системы регулирования в фазу «сброс» давления. Падение давления Р будет продолжаться до тех пор, пока вслед­ствие уменьшения тормозного момента не прекратится замедление колеса.

В этот момент времени (t=t3) произойдет изменение знака производной dwK/dt , в результате чего выработается сигнал для прекращения снижения давления в тормозной камере путем пере­вода системы регулирования в режим «отсечка».

Тормозная система обладает определенной инерционностью, поэтому замедление колеса несколько отстает по времени от паде­ния давления в тормозной камере. В результате к моменту, когда прекращается замедление колеса, давление в тормозной камере успевает снизиться в большей степени, чем это было бы необхо­димо в случае высокого быстродействия тормозной системы. Вследствие этого в период действия фазы «отсечка» будет иметь место разгон колеса. Когда в процессе этого Разгона при t=t4 ускорение колеса и, следовательно, производная dwK/dt достигнут максимума, это будет означать, что сцепление колеса с дорогой восстановилось, в связи с чем следует увеличить тормозной мо­мент. Исходя из этого, система управления подает команду к пере­ходу от фазы «отсечка» к фазе «увеличение» давления.



23. Режим работы задатчика

Состояние затормаживаемого колеса	Режим работы ЗД	Напряжение на входах А и Б задатчика	UЗД	Скорость изменения напряжения на входе эадатчика dUЗд/dt. В/с
UА	UБ
Не блокируется	Слежение	Н	Н	0,7Uпчн	<3,5
Замедление	Память		В	Постоянное,	>3,5
				равное U3до
Разгон	Перезапись	В	Н	0,7 Un4H	Любая

Примечания: В — высокий уровень напряжения; Н — низкий уровень напряжения; UЗДо — опорное напряжение на выходе задатчика.

После этого весь описанный процесс работы системы будет многократно повторяться, причем сигнал, определяющий частоту вращения колеса, в каждом новом цикле будет сравниваться с откорректированным для этого цикла «опорным» сигналом.



Рис. 82. Изменение давления в тормозной камере и электриче­ских сигналов элементов анти­блокировочной системы в процессе торможения автомобиля:

I — слежение; II — память; III — перепись; IV — сброс давления: V — отсечка; Uд

= — k dw/dt

В случае реализации «идеального» управления процессом тор­можения, во время которого поддерживалась бы постоянной вели­чина s=sKp, характер изменения частоты вращения соответство­вал бы кривой 2. Чем меньше отличаются кривые 2 и 3, тем совер­шеннее работа АБС.

Основным элементом АБС является задатчик ЗД «опорного» уровня скорости, с которым сопоставляется фактическая частота вращения колеса. Этот задатчик выполняет функции элемента памяти. В зависимости от сигналов, поступающих через резисторы Rl — R4 (см. рис. 80), на его входы, он работает в одном из трех режимов, указанных в табл. 23.

Приведенное в табл. 23 соотношение между напряжением Uпчн

на выходе ПЧН и напряжением Uзд на выходе задатчика, а также темп изменения напряжения Uзд в режиме слежения, исключают возможность уменьшения напряжения Uпчн

ниже зна­чения U зд в процессе торможения автомобиля, происходящего без блокировки колес, даже при максимально возможной его эффективности (замедление до 5 м/с2). Однако если в процессе торможения автомобиля появится тенденция к блокировке колеса, то частота его вращения резко уменьшится и задатчик не успеет «отследить» изменение напряжения Uпчн. В результате этого будет иметь место соотношение Uзд>Uпчн.



Вследствие этого в мо­мент времени tz напряже­ние, подводимое от выхода 4 задатчика к неинверти­рующему входу 1 компара­ тора скорости, окажется выше напряжения, подводи­мого к его инвертирующему входу 2 от выхода ПЧН. В результате на выходе 3 компаратора скорости и, следовательно, на входе Б задатчика появится напря­жение высокого уровня, под действием которого задат-чик перейдет в режим па­мяти. При этом напряжение на выходе задатчика уста­новится равным значению Uздо, которое на рис. 82 соответствует времени tz. После появ­ления напряжения высокого уровня на выходе 3 компаратора ско­рости через усилители УСб и Уотс (см. рис. 80) вырабатывается команда включения электромагнитов ЭМсб и ЗМОТС

управления модуляторами, осуществляющими сброс давления и «отсечку». В результате снижения при этом давления Р в тормозной ка­мере (см. рис. 82) уменьшится замедление колеса и, как следст­вие, снизится уровень положительного напряжения Uд на выходе дифференциатора. Когда замедление колеса прекратится и нач­нется его разгон, напряжение Uд изменит свой знак, т. е. станет отрицательным. В результате этого будет приведен в действие эле­мент Этах

обнаружения максимума ускорения (см. рис. 80).

Этот элемент выполнен таким образом, что напряжение на его выходе имеет высокий уровень только при одновременном соблю­дении двух условий:

напряжение на входе элемента должно быть отрицательным;

уровень отрицательного напряжения на сигнальном входе 1 элемента должен не меняться или возрастать. В случае же его уменьшения напряжение на выходе 4 элемента падает до низкого уровня.

Для четкой фиксации момента изменения полярности напряжения на выходе дифференциатора используется пороговое устрой­ство ПУ дифференциатора, которое преобразует плавно изменяю­щееся выходное напряжение дифференциатора в сигнал цпу пря­моугольной формы (см. рис. 82, штриховая линия). Данный сиг­нал подводится к блокирующему входу 2 элемента обнаружения максимума (см. рис. 80), благодаря чему появление высокого уровня напряжения на выходе 4 этого элемента может иметь место только в периоды, когда напряжение на выходе порогового устройства ПУ имеет отрицательную полярность, т. е. в периоды разгона колеса.



Соединение сигнального входа 1 элемента обнаружения макси­мума с выходом дифференциатора обеспечивает получение напря­жения высокого уровня на выходе элемента только в периоды, когда имеет место увеличение ускорения колеса. На рис. 81 этот период соответствует интервалу времени, ограниченному точками t3

и t4, а на рис. 82 — участкам, ограниченным точками t3 — t4, t6 — t7, t9 — t10.

За счет соединения выхода элемента обнаружения максимума с входом А задатчика (см. рис. 80) одновременно с появлением высокого уровня напряжения на выходе 4 элемента такое же на­пряжение подводится к входу А задатчика. Вследствие этого за-датчик переводится в режим «перепись».

Кроме того, благодаря соединению выхода элемента обнаруже­ния максимума с инвертирующим входом 2 компаратора скорости обеспечивается перевод этого компаратора в режим с низким уров­нем выходного напряжения.

Последнее приводит к выключению усилителя Усб электромаг­нита ЭМС6 модулятора, управляющего выпуском воздуха из тор­мозной сервокамеры, т. е. прекращению «сброса» давления. Но электромагнит ЭМОТС модулятора «отсечки» при этом продолжает оставаться включенным, поскольку к входу его усилителя подво­дится напряжение высокого уровня от выхода элемента обнару­жения максимума.

Отключение электромагнита ЭМОТС модулятора «отсечки» от источника питания происходит лишь после того, как вследствие уменьшения ускорения колеса (точки t4, t7, t10) напряжение Uд на выходе дифференциатора начинает уменьшаться (см. рис. 82), что приводит к уменьшению до нуля напряжения на выходе элемента обнаружения максимума.

Далее весь цикл регулирования давления в тормозной системе многократно повторяется.

Опорным сигналом для системы управления является напряже­ние Uздо, фиксируемое на выходе задатчика в периоды «па­мяти». В каждом новом цикле работы системы уровень запоми­наемого напряжения Uздо уменьшается по сравнению с его уров­нем в предшествующем цикле. Иными словами, «опорный» сигнал фиксируемый в точках t2, t5, U, все время изменяется соответст­венно скорости движения автомобиля, что и требуется для функ­ционирования системы управления.



Если в процессе торможения автомобиля на скользкой дороге имеет место особо интенсивное снижение частоты вращения ко­леса, то это вызывает соответствующее увеличение напряжения положительной полярности на выходе дифференциатора. Подклю­чение выхода дифференциатора к неинвертирующему входу 1 компаратора скорости приводит к повышению уровня напряжения на данном входе компаратора, вследствие чего напряжение высо­кого уровня на его выходе появляется раньше, чем вследствие замедления колеса напряжение на выходе ПЧН снизится до 70 % его первоначальной величины.

Благодаря этому сигнал на «сброс» давления будет выдан с опережением, что и требуется для повышения эффективности действия АБС.

Выход компаратора скорости соединен с входом 3 элемента обнаружения максимума (см. рис. 80). Особенность этой связи заключается в том, что при наличии напряжения на входе 3 эле­мента приводится в действие его блок запоминания данного на­пряжения, которое является разрешающим для действия эле­мента. Это запоминание является относительно непродолжитель­ным, поэтому для создания возможности появления напряжения высокого уровня на выходе элемента обнаружения максимума (при наличии соответствующего уровня напряжения на его сиг­нальном входе 1) необходимо, чтобы периодически к его разре­шающему входу 3 подводилось напряжение от выхода компара­тора скорости.

Данное условие окажется выполненным при торможении авто­мобиля на скользкой дороге, когда вследствие резкого уменьше­ния частоты вращения колес будет иметь место включение компа­ратора скорости с появлением на его выходе напряжения высокого уровня (в периоды «памяти»).

По-иному действует система управления в случае, например, движения автомобиля на спуске с увеличением его скорости. При этом водитель может начать подтормаживать автомобиль путем включения тормозов.

В процессе разгона автомобиля дифференциатор вырабатывает напряжение отрицательной полярности, которое является сигналом для включения элемента обнаружения максимума. Если при этом не предотвратить включение данного элемента, то будет реализо­ван режим «отсечка», т. е. самопроизвольно прекратится торможе­ние автомобиля, что совершенно недопустимо.





Рис. 83. Изменение угловой скорости W1,2 и W3, скорости иа, давлений Р1,2

и Ра при работе антиблокировочной системы тягача

Такое действие АБС, однако, оказывается невозможным, по­скольку в процессе разгона автомобиля Uпчн>UЗД, т. е. ком­паратор скорости не срабатывает и вследствие этого напряжение к разрешающему входу 3 элемента обнаружения максимума не подводится.

Очень важным элементом АБС является блок контроля ее ис­правности. В его задачу входит автоматическое выключение электромагнитов модуляторов сброса и отсечки при появлении неисправности в системе управления. Одновременно должна быть приведена в действие сигнализация, оповещающая водителя о на­личии неисправности в АБС.

На входы блока контроля подается напряжение от выходов ПЧН и задатчика. Сигналом неисправности АБС являются нару­шение нормального соотношения между Uпчн

и Uзд в течение периода времени более 1 с.

В этом случае на выходе блока контроля, во-первых, выраба­тываются команды выключения усилителей управления модулято-рами «сброса» и отсечки и, во-вторых, подается команда на вклю­чение сигнализатора отказа АБС (например, аварийной лампы).

В последнее время появилось большое число сообщений о соз­дании и серийном производстве различных антиблокировочных тормозных систем на базе микропроцессорных комплектов. Такой путь создания антиблокировочных систем является вполне оправ­данным, поскольку применение микропроцессоров позволяет наи­лучшим образом осуществлять оптимальное управление тормо­зами с учетом большого числа факторов, влияющих на процесс торможения автомобилей [11].

Можно, правда, отметить, что микропроцессорные АБС ввиду относительно высокой их стоимости пока что в основном приме­няются на большегрузных автомобилях и тягачах.

В качестве примера такого применения можно указать на мик­ропроцессорную АБС, которой оборудуются трехосные полупри­цепы большой грузоподъемности с пневмоприводом тормозных механизмов. Эта система содержит два канала управления тор­мозными механизмами, один из которых используется для регули­рования давления P1,2 в тормозных камерах первой и второй осей, а второй канал осуществляет регулирование давления Р3 в каме­рах третьей оси.



Сравнение характеристик изменения угловой скорости wK1,2 и wкз колес первой, второй и третьей осей и скорости автомобиля va (рис. 83) показывает, что применение АБС обеспечивает незна­чительное расхождение между ними в процессе торможения. Это свидетельствует об эффективности действия АБС.

У автомобилей, содержащих АБС, при выходе из строя тор­мозных систем сохраняется обычный привод тормозных механиз­мов. Опыт эксплуатации автомобилей с АБС показал, что при на­личии такой системы у водителя вырабатываются новые навыки управления процессом торможения. Поэтому в случае внезапного отказа АБС водитель может не обеспечить необходимой эффектив­ности торможения автомобиля. Вследствие этого к надежности АБС и в том числе к надежности электронного блока предъявляют особо жесткие требования.

Это особенно важно для микропроцессорных АБС. При разра­ботке схемотехники электронных блоков таких систем принимают специальные меры для предупреждения сбоев в их работе. Дости­гают этого как вследствие аппаратурного обеспечения, так и при­менением специальных -помехоустойчивых программ. Данные решения частично напоминают схемотехнику элементов защиты от неправильного функционирования микропроцессорных систем управления ГМП.

 

 

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

Основными комплектующими элементами для автомо­бильной электронной аппаратуры являются резисторы, конденса­торы, полупроводниковые диоды, транзисторы и интегральные микросхемы. Номенклатура указанных изделий, выпускаемых про­мышленностью, весьма широка. При этом элементы различных типов по ряду характеристик незначительно отличаются один от другого, в связи с чем разработчик электронной аппаратуры имеет возможность выбора того или иного типа комплектующего эле­мента с требуемыми номинальными данными. Такая возможность создает опасность, ао-первых, неудачного выбора типа элемента применительно к требуемым условиям работы автомобильной электронной аппаратуры и, во-вторых, излишнего расширения номенклатуры применяемых изделий.

При выборе комплектующих элементов учитывают следующие основные требования, предъявляемые к ним:

они должны относиться к числу серийно выпускаемых изделий;

их характеристики должны оставаться стабильными в заданных климатических условиях (диапазон рабочих температур, влаж­ность, давление и др.);

они должны обеспечивать работоспособность электронных уст­ройств в условиях воздействия на них помех в цепях питания и электромагнитных, в том числе полевых помех;

их масса и размеры должны быть минимальными при обеспе­чении высокой их надежности и длительного срока службы.

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Рассмотрим микропроцессорную систему, разработан­ную для легкового автомобиля «Фиат — Панда 30». Исполни­тельным механизмом системы (рис. 64) является вакуумная сервокамера 20, шток 21 которой через рычаг 22 воздействует на выжимной подшипник 4 сцеп­ления 5. Источником разрежения для вакуум­ной сервокамеры является впускной коллек­тор 7 двигателя, соединенный через.обратный клапан 13 с вакуумным ресивером 14.

Рис. 64. Схема размещения элементов микропроцессорной системы управления сцеплением:

1 — коробка передач; 2 — датчик частоты вращения ведомого элемента сцепления; 3 — вал ведомого элемента сцепления; 4 — выжимной подшипник; 5 — сцепление; 6 — датчик частоты вращения коленчатого вала; 7 — впускной коллектор двигателя; 8 — датчик по­ложения дроссельной заслонки; 9 — двигатель; 10 — выключатель рычага переключения передач; 11 — электронный блок управления; 12 — рычаг переключения передач; 13 — об­ратный клапан; 14 — вакуумный ресивер; 15 — клапан соединения сервокамеры с реси­вером; 16 и 18 — электромагниты; 17 — клапан соединения сервокамеры с атмосферой; 19 — полость регулируемого давления сервокамеры; 20 — сервокамера; 21 — шток серво­камеры; 22 — рычаг; 23 — ведомый вал коробки передач; 24 — датчик частоты вращения ведомого вала коробки передач

Рис. 65. Зависимость Mc = f(L)

При подключении к источнику питания электромагнита 16 открывается управляемый им вакуумный клапан 15, в результате чего вакуумный ресивер соединяется с полостью 19 сервокамеры 20. Если же клапан 15 за­крыт, то связь между вакуумным ресивером и полостью 19 сервокамеры прерывается. В случае подключения к источнику питания электромагнита 18 открывается приводимый им воздушный клапан 17, что приводит к со­единению полости 19 сервокамеры с атмосферой. При закрытом клапане 17 эта связь прерывается.

Таким образом, при открытии клапана 15 увеличивается разрежение в полости 19 сервокамеры, а при открытии клапана 17, наоборот, уменьшается. Когда оба клапана закрыты, разреже­ние в полости 19 остается неизменным.

Рис. 66. Структурная схема микропроцессорной системы управления сцеплением

В зависимости от разрежения в полости 19. сервокамеры меня­ется положение ее штока 21, и соответственно регулируется мо­мент Мс, передаваемый сцеплением. Из рассмотрения зависимости Мс от перемещения L рычага привода сцепления (рис. 65) сле­дует, что момент Мс

изменяется от нуля до значения Мс тах при перемещении рычага на 13 мм (полный ход рычага составляет 46 мм). Это учитывается алгоритмом системы управления.

Работой клапанов 15 и 17 (см. рис. 64) управляет микропро­цессорный электронный блок 11 управления, который вырабаты­вает необходимые команды для включения и выключения электро­магнитов 16 и 18 в зависимости от сигналов, получаемых от дат­чиков частоты вращения 6, 2 и 24 соответственно коленчатого вала, ведомого элемента сцепления, ведомого вала коробки пере­дачи и датчика 8 положения дроссельной заслонки карбюратора. Команду на принудительное выключение сцепления в про­цессе переключения передач микропроцессорное устройство выра­батывает при поступлении к нему сигнала от выключателя 10, контакты которого замыкаются, когда водитель прикладывает уси­лие к рычагу переключения передач.

Обработка информации, получаемой от всех элементов системы управления, выполняется центральным микропроцессором ЦПУ типа 8085 с тактовой частотой 2,2 МГц (рис. 66). Он связан с про­граммируемым постоянным запоминающим устройством ППЗУ с объемом памяти 2 кбайт и оперативным запоминающим; устрой­ством ОЗУ с объемом памяти 256 байт.

В ППЗУ записывается программа алгоритма, контакты, стан­дартные программы и т. д. ОЗУ используется для записи результатов промежуточных вычислений, текущих значений измеренных величин и других данных, требуемых для функционирования мик­ропроцессорной системы.

Работа системы в реальном масштабе времени, требуемая для выдачи в определенное время команд управления и организации временных задержек, реализуется таймером. Связь между управ­ляющими элементами системы и силовыми исполнительными устройствами (электромагнитами клапанов) осуществляется через так называемые порты ввода-вывода и усилительные каскады. ОЗУ, порты ввода-вывода и таймер выполнены в виде одной большой интегральной схемы (БИС) типа 8156.



Микропроцессоры могут обрабатывать сигналы только в виде двоичного цифрового кода. В связи с этим сигналы от датчиков частоты вращения пк коленчатого вала, частоты вращения пс ведомого вала сцепления и частоты вращения nп ведомого вала . коробки передач, имеющие вид последовательности импульсов, вначале с помощью ПЧН преобразуются в аналоговый сигнал (напряжения постоянного тока соответственно UK, Uc, Ua), а за­тем с помощью АЦП преобразуются в двоичный код. Также с по­мощью АЦП осуществляется преобразование аналогового сигнала датчика положения дроссельной заслонки (потенциометра) в циф­ровой двоичный код. Работой АЦП и ППЗУ управляют ключевые элементы, входящие в микросхему типа 8212.

Для исключения нечеткой работы системы управления в ре­жиме принудительного выключения сцепления, возможной при «дребезге» контактов выключателя ВС сцепления, используется устройство с элементом задержки разрыва цепи ЭЗ.



Основной задачей системы управ­ления является регулирование по за­данному закону момента Мс в зави­симости от угла открытия дроссельной заслонки, частоты вращения коленча­того вала, его ускорения .(замедле­ния) и включения в коробке передач той или иной передачи.



Рис. 68. Зависимости M=f(nК) и Mc=f(nK) для различных а при микропро­цессорной системе управления сцеплением

В зависимости от угла открытия дроссельной заслонки микропроцес­сор рассчитывает «целевую» частоту вращения пц, которая тем выше, чем на больший угол а открыта дроссельная заслонка (рис. 67). Система управления непрерывно сравнивает значение nЦ с текущей частотой вращения nKi коленчатого вала и опреде­ляет знак разности nKi — nц. Если пц>пкi, то система управления уменьшает момент Мс для того, чтобы снизить нагрузку на двига­тель и увеличить частоту вращения пк. Наоборот, при пц<пкi зна­чение Мс увеличивается и частота вращения пк снижается.

Таким образом, в рассматриваемой системе управления пара­метром обратной связи для системы регулирования момента Мс является разность между истинной и целевой частотами враще­ния, причем последняя является функцией угла открытия дрос­сельной заслонки.



Особенность действия системы управления заключается в том, что при постоянстве угла открытия дроссельной заслонки процесс разгона автомобиля в период до окончания пробуксовывания сцепления будет протекать при постоянстве частоты вращения коленчатого вала, которая окажется равной значению пц для данного угла открытия за­слонки. Величины момен­тов Мс в указанные пери­оды (рис. 68, точки А, В, С и D) будут равны кру­тящим моментам двига­теля М, развиваемым при данных значениях угла а и пц.



Рис. 69. Изменение при раз­гоне автомобиля угла а, час­тот вращения пк, nц и nс, момента Мс я силы тока I16 и I18 в обмотках электромаг­нитов управления воздушным и вакуумным клапанами при микропроцессорной системе уп­равления

Момент Мс

возрастает по мере увеличения пк, т. е. в конечном итоге рассматриваемая система управления обеспечивает получение именно такой зависимости Mс=f(nк), которая является опти­мальной для автомати­зации действия сцепле­ния. После окончания пробуксовывания сцепления, определяемого системой управления путем сравнения сигналов от датчиков 2 и 6 (см. рис. 64), посту­пает команда на блокировку сцепления при t=tбл

(рис. 69). 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 Мс 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 (см. рис. 64) на 0,15 с несмотря на то, что в данный период nк<nц. В результате последующее увеличение пк будет происходить при наличии нагрузки на двигателе, создаваемой частично включенным сцеплением.



Для плавного изменения момента Мс 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 Мс реализуется за счет того, что общая продолжительность открытого состояния клапана 17 оказывается больше общей продолжительности открытого состояния кла­пана 15. Если же необходимо уменьшить момент Мс, то это обес­печивается вследствие увеличения общей продолжительности от­крытого состояния клапана 15 (по сравнению с клапаном 17). После того как значение Мс

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 пк

при разгоне автомобиля также возрастает.

При этом для повышения момента Мс система управления по мере повышения частоты вращения пк 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 пк возрастает продолжительность импуль­сов тока I18 (см. рис. 69), проходящего через обмотку электромаг­нита 18 (см. рис. 64), 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 Мс при повышении пк.

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

Электронные системы управления, создаваемые на базе дискретных элементов и интегральных микросхем, выполняющих какую-либо определенную задачу управления, относятся к систе­мам с жесткой логикой, т. е. алгоритм их функционирования опре­деляется схемотехникой системы. У микропроцессорных систем такое ограничение отсутствует, т. е. при одной и той же структуре данные системы могут реализовывать различные алгоритмы управления вследствие соответствующего изменения записи команд в элементах памяти системы. Благодаря этому микропроцессорные системы образуют особый класс электронных систем управления и обладают рядом уникальных возможностей с точки зрения реали­зации самых сложных задач управления [2, 19, 20, 36).

В микропроцессорной системе обработка информации ведется в двоичном цифровом коде. Поэтому все многообразие поступаю­щих в систему сигналов должно быть сведено к единой двоичной кодовой структуре, т. е. структуре вида «логический О» или «логи­ческая 1». Сигналы, поступающие в систему управления, можно условно разделить на следующие группы:

сигналы от контактных или других датчиков, имеющие только два возможных состояния — открыт («логическая 1») и закрыт («логический О»);

сигналы от терминального устройства, т. е. от элементов сис­темы, на которые воздействует водитель для корректирования действия системы управления (например, датчик положения педа­ли управления подачей топлива либо контроллер управления). К этой группе могут быть отнесены и различные запросы на инди­кацию состояния тех или иных элементов системы управления;

информация о режимах работы агрегатов автомобиля (темпе­ратура узлов, их нагрузочный режим, напряжение бортовой сети, частоты вращения валов двигателя и трансмиссии и др.).

Преобразование различных сигналов в требуемый их вид (циф­ровой код) для последующей обработки центральным процессором (ЦПУ) выполняют предварительные устройства, к которым мож­но отнести аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи, преобразователи частоты в напряжение (ПЧН). АЦП применяют для преобразования непрерывного линейного сиг­нала датчиков температуры, давления, напряжения в цифровой код, а ЦАП — для обратного преобразования. Преобразование час­тот вращения валов в код может происходить как через промежу­точный ПЧН с последующим преобразованием напряжения в код, гак и путем непосредственного преобразования частоты в код. Для контактных датчиков преобразования не требуется, так как их вы­ходной сигнал имеет уровень, соответствующий или состоянию «логического О», или «логической 1». Сигналы терминального уст­ройства уже, как правило, имеют необходимую для обработки процессором структуру и поэтому дальнейшего преобразования не требуют.

Все сигналы от внешних источников, преобразованные к еди­ному виду, поступают на интерфейс ввода-вывода, который может входить в состав микросхемы процессора или выполняться в виде отдельных элементов. Устройство ввода-вывода обеспечивает сов­местную работу ЦПУ и всех других устройств системы, являю­щихся по отношению к ЦПУ внешними.

Работа с внешними устройствами выполняется либо по методу периодического опроса их состояния, либо посредством организа­ции системы прерываний от них. При работе микропроцессора с реализацией системы прерываний в нем осуществляется сле­дующий порядок действий:

1) в момент, когда одно из внешних устройств готово выдать или принять очередную информацию или оказать воздействие на функционирование системы управления, оно посылает в ЦПУ сиг­нал готовности (запрос на прерывание);

2) получив сигнал готовности от внешнего устройства, ЦПУ вначале заканчивает выполнение текущей команды, а затем при­останавливает выполнение действий, предусмотренных основной программой, и выдает сигнал готовности начать работу, связан­ную с возникшим прерыванием (разрешение прерывания);

3) при наличии обоих указанных сигналов готовности происхо­дит обработка прерывания, т. е. выполнение подпрограммы, преду­смотренной запросом данного внешнего устройства;

4) если во время решения ЦПУ текущей задачи сигнал готов­ности прислали несколько внешних устройств, то первой будет при­нята для обработки или выдана информация внешнему устройству со старшим приоритетом. Уровень приоритетности внешних уст­ройств задается либо при проектировании системы, либо заклады­вается в программу.

Далее обрабатывается информация внешних устройств с оче­редностью, определяемой старшинством их приоритета. Число гра­даций старшинства приоритетов (так называемая глубина преры­ваний) зависит от типа микропроцессора. Она колеблется от 2 до 8 и более.

Для обеспечения работы микропроцессорной системы управле­ния в реальном масштабе времени, т. е. с выдачей необходимых команд в определенные периоды времени, в ее состав вводят тай­мер, который обычно выполняют в виде отдельной интегральной микросхемы. Получив управляющую команду (управляющее слово), таймер формирует определенную последовательность вре­менных сигналов. К числу таких, например, относится деление тактовой частоты, формирование единичных импульсов (режим одновибратора), а также различных комбинаций импульсов. Сиг­налы от таймера наряду с сигналами от других внешних устройств поступают в ЦПУ, где в соответствии с заложенными алгоритмами происходят все необходимые преобразования и вычисления и вы­дается решение. Таким решением может быть, например, номер включаемой передачи, требование выключения сцепления, степень открытия дроссельной заслонки.



Для работы ЦПУ постоянно требуются дополнительные сведе­ния, различные константы, а также необходимо временное хране­ние промежуточной информации. Эти данные ЦПУ получает от за­поминающих устройств (ЗУ) системы. Для приема, хранения и выдачи всевозможных промежуточных данных, а также сведений о текущем состоянии элементов, т. е. всей той информации, кото­рая изменяется в процессе работы микропроцессорной системы управления, используется оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Для хранения информации, которая не изменяется при работе микропроцессора, а также записи алгоритма функционирования системы применяются постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) различного типа. Наиболее низкую стоимость имеют ПЗУ (ROM), программа в которые записывается при их изготов­лении. Такие устройства применяются при массовом изготовлении микропроцессорных систем.

В программируемые запоминающие устройства ППЗУ (PROM) запись программы может быть осуществлена и после их изготов­ления на заводе. Поэтому данные устройства целесообразно при­менять при изготовлении относительно небольших серий микропро­цессорных систем управления, особенно если в процессе их вы­пуска может возникнуть необходимость корректирования алго­ритма управления.

В репрограммируемые запоминающие устройства РПЗУ (EPROM) программа может быть записана несколько раз. Однако эти устройства имеют более высокую стоимость, чем ПЗУ и ППЗУ. Поэтому РПЗУ в основном целесообразно применять только на стадии отладочных работ по микропроцессорным системам.

Для связи между выходами микропроцессора и исполнитель­ными устройствами системы управления используются усилители сигналов или коммутационные элементы (силовые цепи).

Микропроцессорные системы отличаются большим разнообра­зием с точки зрения примененных типов устройств и их характе­ристик. Так, разрядность слова, т. е. число одновременно обраба­тываемых разрядов, составляет 4 — 16 бит, тактовая частота — от одного до нескольких мегагерц, число уровней прерывания 2 — 8, объем ОЗУ — от 128 байт до нескольких килобайт, объем ПЗУ и ППЗУ — несколько килобайт. Например, объем ПЗУ системы управления двигателем и трансмиссией «Тойота» составляет 7,5 кбайт, объем ППЗУ системы управления сцеплением «Фиат» — 2 кбайт. В качестве ЦПУ могут использоваться как специальные микропроцессоры (например, в системе «Тойота»), так и серийные [37, 40, 41].



Особо перспективным является применение в системах управ­ ления агрегатами автомобилей однокристальных ЭВМ. В состав такой ЭВМ, выполненной в виде одной интегральной схемы, входят центральный процессор, генератор тактовых импульсов, ОЗУ, интерфейс ввода-вывода, таймер, контроллер прерываний, а также какое-либо из постоянных запоминающих устройств (ПЗУ, ППЗУ или РПЗУ с ультрафиолетовой системой стирания программы). Часто в составе одной серии однокристальных ЭВМ выпускают модификации с различными вариантами ПЗУ. Основным преиму­ществом применения однокристальной ЭВМ является возможность значительного сокращения числа интегральных микросхем, обра­зующих систему управления. Однокристальная ЭВМ в зависимости от структуры микропроцессорной системы управления может заме­нить 5 — 10 корпусов интегральных микросхем, что помимо умень­шения размеров аппаратуры управления обеспечивает и существенное повышение ее надежности в результате сокращения внеш­них соединений между корпусами микросхем.



Рис. 4. Структурная схема микропроцессорной системы автоматического управ­ления переключением передач (на базе комплекта микросхем серии КР580)

На рис. 4 приведена структурная схема системы автоматиче­ского управления переключением передач, основанная на приме­нении микросхем, входящих в состав микропроцессорного комп­лекта серии КР580 [3, 5]. На вход системы подаются сигналы от датчиков скорости автомобиля и частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры двигателя, загрузки автомобиля и др., а также команды, поступающие от аппаратуры управления, на которые воздействует водитель (например, датчик положения педали управления подачей топлива, контроллер управления, за­просы на индикацию состояния тех или иных устройств управления или показателей двигателя и коробки передач).

Перед поступлением в собственно микропроцессорную систему управления все эти сигналы обязательно преобразуются в число­вой код с помощью соответствующих преобразователей (например, аналого-цифровых преобразователей, преобразователей частота — код и т. д.), входящих в состав блока ввода. Информация от блока ввода поступает в схему интерфейса. Причем в случае большого объема информации таких схем интерфейса может быть несколько.



ЦПУ рассматриваемой микропроцессорной системы состоит из трех микросхем. Большая интегральная схема микропроцессора типа КР580ИК80А обрабатывает всю информацию. Ее связь с ши­нами управления и данных осуществляется через системный.конт­роллер — шинный формирователь, а формирование тактовых после­довательностей импульсов, необходимых для работы БИС микро­процессора, происходит с помощью генератора, стабилизированного кварцевым резонатором. В зависимости от вырабатываемых ЦПУ сигнала на шине управления и кода на шине адреса в работу с ним включается то или иное устройство микропроцессорной системы. Например, когда ЦПУ выдает на шину адреса код, тре­буемый для активизации соответствующего канала интерфейса, а на шину управления подает сигнал ввода, информация от дан­ного канала интерфейса поступает в ЦПУ для последующей обра­ботки.

В случае необходимости аналогичным образом осуществ­ляется подача команд на обмен информации между ЦПУ и дру­гими элементами микропроцессорной системы. При этом для ра­боты с запоминающими устройствами ЦПУ выдает на адресную шину адрес ячейки памяти, а на шину управления команду «чте­ние» или «запись».

Для функционирования системы автоматического управления переключением передачи необходимо предусмотреть быстрое из­менение режимов работы системы в зависимости от некоторых факторов. К числу таких факторов можно, например, отнести от­казы тех или иных датчиков, приводящие к созданию аварийной ситуации, наличие юза при торможении автомобиля, непредусмот­ренные изменения напряжения питания системы.

Для того чтобы микропроцессорная система оперативно реаги­ровала на указанные отклонения от нормальной работы, в ней ис­пользуется система прерываний, реализуемая с помощью контрол­лера прерываний. К каждому входу или к части входов контрол­лера прерываний подводятся сигналы от внешних устройств. При появлении на каком-либо из входов контроллера сигнала с уров­нем, соответствующим состоянию «логической 1», он посылает по линии запроса в ЦПУ запрос на прерывание его работы по основ­ной программе. В зависимости от того, на какой из входов конт­роллера поступает сигнал с уровнем, соответствующим «логиче­ской 1», контроллер подготавливает информацию ЦПУ о том, на какую из подпрограмм ему следует перейти. Если сигналы с уров­нем, соответствующим «логической 1», будут поданы одновре­менно на несколько входов контроллера, то он подготавливает для ЦПУ информацию о переходе на подпрограмму, предусмотренную сигналом внешнего устройства с самым старшим приоритетом.



При поступлении запроса от контроллера на прерывание ЦПУ сначала заканчивает выполнение текущей команды, а затем выдает на управляющую шину сигнал разрешения прерывания, т. е. готов­ность перехода от основной программы к подпрограмме. После этого контроллер информирует ЦПУ, на какую из подпрограмм ему следует перейти. По окончании выполнения этой подпрограммы ЦПУ либо по сигналу контроллера прерывания переходит на но­вую подпрограмму, запрос на которую поступил к контроллеру от следующего по старшинству приоритета внешнего устройства, либо при отсутствии таких запросов возвращается к выполнению основ­ной программы.

Выполнение ЦПУ подпрограмм в порядке, определяемом старшинством приоритета внешних устройств, обеспечивает первооче­редную реализацию в системе управления переключением передач таких управляющих воздействий, которые являются наиболее важ­ными для автомобиля. В частности, старшим приоритетом, как правило, обладают внешние устройства, сигнализирующие о непо­ладках в системе управления, могущих создать для автомобиля аварийную ситуацию.

Микросхема контроллера прерываний КР580ВН59 имеет восемь входов для подключения к внешним устройствам. К одному или нескольким из этих входов могут быть подключены выходы тай­мера. Если при этом к входам таймера подвести сигналы от дат­чиков скорости и частоты вращения, то такое схемное решение позволит исключить из состава системы управления частотно-ана­логовые и аналого-цифровые преобразователи, поскольку выпол­няемые ими задачи могут быть решены совместным действием тай­мера и ЦПУ.

Таймер может быть также использован для создания программ микропроцессорных систем управления, устойчивых к сбоям под воздействием внешних помех. В этом случае таймер используется для периодического контроля состояния элементов микропроцес­сорных систем управления, которое зависит от того, правильно ли функционирует система или в ней имеют место сбои.

После того, как ЦПУ заканчивает обработку соответствующего объема информации, он выдает управляющую команду, которая далее через канал вывода интерфейса поступает к блоку усилите­лей питания электромагнитов исполнительных устройств, а также к блоку индикации режимов. В результате обеспечивается требуе­мый порядок срабатывания исполнительных устройств и получение индикации режимов их работы.



Если для управления переключением передач применить одно­кристальную ЭВМ, то по своим функциональным возможностям она будет эквивалентна микросхеме, очерченной на рис. 4 штрих-пунктирной линией. В этом случае микропроцессорная система существенно упрощается. По техническим возможностям она прак­тически не уступает системам, создаваемым с использованием не­скольких микросхем, входящих в микропроцессорный комплект. В частности, если объем памяти однокристальной ЭВМ окажется недостаточным, то его можно увеличить, подключив ЭВМ к внеш­ним устройствам.

Однокристальная ЭВМ содержит сотни тысяч элементов, и тех­нология ее изготовления значительно сложнее по сравнению с из­готовлением микросхем, входящих в микропроцессорный комплект. Вследствие этого стоимость однокристальной ЭВМ достаточно вы­сока. Поэтому вопрос о целесообразности создания микропроцес­сорных систем управления на базе однокристальной ЭВМ следует решать с учетом конкретных областей применения той или иной системы управления.

По сравнению с электронными системами управления микро­процессорные системы имеют следующие преимущества:

с их помощью возможна реализация алгоритма управления лю­бой сложности. При этом может быть учтено большое количество внешних параметров (помимо традиционно принимаемых во вни­мание частот вращения вала двигателя, выходного вала трансмис­сии и нагрузки двигателя) таких, например, как производные этих параметров по времени, температурный режим двигателя, темпе­ратура масла, полная масса автомобиля и т. д. Возникающие при этом трудности связаны лишь с необходимостью введения допол­нительных датчиков и преобразователей;

при необходимости обеспечивается корректирование алгоритма управления как при развитии системы, так и в рамках существую­щей системы с учетом, например, таких факторов, как изменение характеристик агрегатов вследствие их изнашивания. Следова­тельно, возможно создание адаптивных систем управления, кото­рые способны изменять свои характеристики в процессе эксплуа­тации автомобиля с целью обеспечения его наилучших показате­лей. Для достижения такого эффекта не требуется изменения аппаратурной части системы;



вследствие реализации широких возможностей микропроцессор­ ных систем возможно создание комплексной системы управления агрегатами автомобиля (например, двигателем, сцеплением, ко­робкой передач);

система управления на базе микропроцессорного комплекта или однокристальной ЭВМ требует минимального объема настрой­ки и регулировок, поскольку они необходимы только для таких вспомогательных элементов системы, как ПЧН, ЦАП и АЦП.

Основными недостатками микропроцессорных систем являются:

относительно высокая стоимость системы вследствие необходи­мости ее комплектования рядом вспомогательных элементов, из числа которых наиболее дорогостоящими являются устройства ввода-вывода информации. Кроме того, значительная часть расхо­дов по созданию микропроцессорных систем управления прихо­дится на разработку их математического обеспечения;

чувствительность к помехам, которые могут вызывать сбои в работе системы. Это особенно важно для автомобильных микро­процессорных систем управления, поскольку работа агрегатов автомобиля сопровождается значительными помехами в его борто­вой сети, а также полевыми (электромагнитными) помехами. Для устранения этого недостатка в настоящее время большое внимание уделяется разработке помехоустойчивых алгоритмов, т. е. таких, которые способны восстанавливать свою работу после непредви­денных сбоев [2].

Непрерывное совершенствование технологии производства элек­тронных приборов, в том числе элементов микропроцессорных систем управления, обусловливает снижение их стоимости и создает благоприятные предпосылки для расширения их примене­ния. Однако микропроцессорные системы целесообразно использо­вать в первую очередь для систем управления агрегатами автомо­биля со сложными алгоритмами. К таким системам следует отнести антиблокировочные системы управления тормозными меха­низмами, системы управления гидромеханическими и автоматизи­рованными механическими передачами и, конечно, комплексные системы управления несколькими агрегатами.

Одной из основных проблем создания микропроцессорных систем является разработка и реализация оптимального алгоритма управления. Многие различные микропроцессорные системы отли­чаются одна от другой в основном составом датчиков и видом алгоритма функционирования, который зависит от целевого назна­чения системы и сложности решаемых ею задач.

 

ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

Для автоматизации управления сцеплением разрабаты­вались различные системы. Наиболее перспективными из них являются системы, базирующиеся на использовании стандартного (штатного) фрикционного сцепления автомобиля. Автоматическое управление таким сцеплением возможно, даже если сохранить без изменения серийный силовой агрегат, что экономически наи­более целесообразно.

Для получения заданной функциональной связи между момен­том Л1С и частотой вращения пк необходимо на вход системы управления подавать сигнал, зависящий от пк. Выходной сигнал системы управления может быть различным в зависимости от того, на какую управляющую аппаратуру он должен воздействовать. Так, например, если для регулирования момента Мс

используется гидроавтоматика, то выходным сигналом системы управления должно быть давление жидкости, а необходимая функциональная связь между Мс

и пк может быть в принципе обеспечена путем включения в состав системы управления гидронасоса или центро­бежного регулятора давления с приводом от коленчатого вала. Если же для регулирования момента Мс

используется силовой пневмопривод, то в системе управления должен быть предусмот­рен регулятор давления воздуха, приводимый, например, от колен­чатого вала.

При использовании для автоматизации управления сцеплением электромагнитных или электромеханических устройств в состав системы управления должен входить преобразователь, выходное напряжение или выходной ток которого являются функцией час­тоты вращения коленчатого вала двигателя.

Для обеспечения принудительного выключения сцепления в процессе переключения передач независимо от частоты вращения коленчатого вала во всех известных системах автоматического управления сцеплением используется выключатель, встроенный в рычаг переключения передач. Когда водитель, переключая пере­дачи, прикладывает усилие к рычагу переключения, контакты дан­ного, выключателя замыкаются. При этом к источнику питания (бортовой сети автомобиля) подключается электромагнит системы управления, вследствие чего к исполнительному устройству привода сцепления поступает команда на выключение сцепления. Таким образом, в случае гидро- и пневмоавтоматики в составе системы автоматического управления сцеплением необходимо иметь как соответствующий регулятор давления с приводом от коленчатого вала двигателя, так и электромагнит принудитель­ного выключения сцепления. Если же применяется система элек­троавтоматики, то нет необходимости в центробежном регуляторе давления, так как электромагнит принудительного выключения сцепления может быть одновременно использован и в качестве регулятора давления при условии его подключения к блоку авто­матики, в состав которого входит преобразователь частоты вход­ного сигнала в напряжение (ПЧН) или в силу тока (ПЧТ).

В большинстве систем автоматизации управления сцеплением используют исполнительные механизмы с пневмо- или гидропри­водом. Для управления этими приводами до последнего времени преимущественно применялись различные виды центробежных регуляторов, воздействующих на клапанные устройства. Недостат­ком применения таких регуляторов (или гидронасосов) является необходимость их привода от коленчатого вала двигателя, что часто затруднительно, а иногда и даже невозможно из-за ограни­ченности места в моторном отделении двигателя. Кроме того, при использовании регуляторов давления такого типа не обеспечи­вается получение оптимальных зависимостей Mc=f(fiK) и, в том числе, различный характер их протекания на режимах разгона и замедления коленчатого вала.

Задачи реализации требуемых законов управления решаются относительно просто при использовании электрических и в особен­ности электронных систем управления для регулирования давле­ния в исполнительных механизмах привода сцепления. Наиболее сложными в системе автоматического управления сцеплением являются те ее элементы, которые обеспечивают получение тре­буемой зависимости Mc=f(nK). Поэтому целесообразность приме­нения электронной системы управления сцеплением в первую оче­редь зависит от возможности создания надежной электронной аппаратуры, осуществляющей преобразование входного сигнала (зависящего от частоты вращения коленчатого вала) в силу тока, поступающего в обмотку электромагнита управления исполнитель­ными механизмами привода сцепления.

При выборе типа системы управления следует сопоставить тех­нико-экономические показатели аппаратуры, основанные как на использовании только электронных устройств, так и элементов релейной автоматики в сочетании с электронными комплектую­щими изделиями. Следует иметь в виду, что вместо одного элек­тромагнитного реле, как правило, приходится использовать элек­тронное устройство, содержащее от 10 до 20 полупроводниковых и других комплектующих изделий. Поэтому экономические пре­имущества применения чисто электронной системы управления обычно обеспечиваются только при условии ее создания на базе оптимальных схемотехнических решений. Одним из условий реализации таких решений является рациональное использование в электронной аппаратуре интегральных микросхем массового производства.

Электронная система управления при унифицированном ее ис­полнении может применяться в автомобилях с различными тре­буемыми законами изменения Mc=f(nK). В этом случае доста­точно только изменить настройку электронной аппаратуры, исходя из условия обеспечения оптимальных условий совместной работы двигателя и сцепления на данной модели автомобиля. Вследствие унификации электронной системы уменьшается ее стоимость.

 

---

---