RU2650330C1

RU2650330C1 - Method of gearbox control

Info

Publication number: RU2650330C1
Application number: RU2017104602A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Гаев; Александр Владимирович Ижедеров; Алексей Афанасьевич Кириллов; Андрей Владимирович Черанев
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-04-11

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: invention relates to method of gear shifting control. Control method provides current control on solenoid valves for turning off and on synchronizers using position sensors and feedback PID controllers. Method also ensures synchronization of synchronization shutdown-synchronization processes in time. During time of switching off of first synchronizer clutch, second synchronizer clutch moves to position at which cones come into contact. With further transfer of sleeve of first synchronizer to neutral position in second synchronizer, synchronization process starts.

EFFECT: accuracy of control is achieved and switching time is shortened.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в системах автоматического или командного переключения передач транспортных средств с механической трансмиссией.The invention relates to a transport mechanical engineering and can be used in automatic or command gear shifting systems of vehicles with a mechanical transmission.

Известны способы управления коробкой передач. Механический привод управления синхронизаторами (Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» направления подготовки дипломированных специалистов «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы». - Машиностроение, 2004. - 592 с. (стр. 136)) отличается простотой изготовления и управления. Алгоритм управления при этом задается водителем (оператором). Отличается тем, что не обеспечивается оптимальный режим управления, время переключения увеличивается. При этом трудно обеспечить необходимую точность управления, надежность и ресурс.Known transmission control methods. A mechanical drive for controlling synchronizers (V. Sharipov, Design and calculation of tractors: A textbook for university students enrolled in the specialty “Automotive and Tractor Engineering”, specialized diplomas in “Transport vehicles and transport and technological complexes.” - Engineering, 2004. - 592 p. (p. 136)) is distinguished by the simplicity of manufacture and control. The control algorithm is set by the driver (operator). It differs in that the optimal control mode is not provided, the switching time is increased. At the same time, it is difficult to provide the necessary control accuracy, reliability and resource.

Известен также способ электронного управления коробкой передач и устройство для его осуществления (Патент РФ 2013227, МПК В60К 41/06, F16D 23/06; опубл. 30.05.1994), при котором перед подачей сигнала на включение каждой передачи изменяется усилие включения путем регулирования рабочей среды в исполнительных механизмах, предварительно запоминается для каждой передачи оптимальный характер перемещения переключаемых элементов в процессе переключения передач и давление рабочей среды, обеспечивающее блокирование и разблокирование синхронизаторов, перемещение переключаемых элементов при «пробое» синхронизатора и при неразблокировании, а при подаче сигнала на включение данной передачи считывается и запоминается информация о реальном характере перемещения переключаемых элементов, сравнивается с предварительно заданным значением и в случае его совпадения не изменяется, в случае «пробоя» синхронизатора перед подачей сигнала на последующее одноименное переключение передач подается сигнал на снижение давления рабочей среды, в случае неразблокировки синхронизатора в процессе включения передачи подается сигнал на увеличение давления рабочей среды до достижения разблокировки синхронизатора. Недостатком способа является низкая точность управления, время переключения также увеличивается.There is also known a method of electronic control of the gearbox and a device for its implementation (RF Patent 2013227, IPC BK 41/06, F16D 23/06; publ. 05/30/1994), in which the switching force is changed by adjusting the working environment in the actuators, pre-stored for each transmission, the optimal nature of the movement of the shifted elements in the process of gear shifting and the pressure of the working environment, providing locking and unlocking synchronizers, moving switching elements during “breakdown” of the synchronizer and during non-unlocking, and when a signal is sent to activate this transmission, information about the real nature of movement of the switched elements is read and stored, compared with a preset value and if it matches, does not change, in the case of “breakdown” of the synchronizer before applying the signal to the subsequent gear shift of the same name, a signal is sent to reduce the pressure of the working medium, if the synchronizer is not unblocked during A signal is sent to increase the pressure of the working medium until the synchronizer is unlocked. The disadvantage of this method is the low accuracy of control, the switching time also increases.

Цель предлагаемого способа - повышение точности управления, сокращение времени переключения передач.The purpose of the proposed method is to increase the accuracy of control, reducing the time of gear shifting.

Для достижения указанной цели для включения синхронизатора на электромагнит до контакта конусов подается одна величина тока, а после контакта - другая, время изменения тока при этом задается как параметр и подбирается экспериментально, для выключения синхронизатора на электромагнит подается своя, третья, величина тока; нейтральное положение муфты синхронизатора, положение, при котором происходит контакт конусов, момент синхронизации, включенные положения передач синхронизатора, задаются с допускаемыми отклонениями; положение, при котором происходит контакт конусов, определяется по отсутствию движения муфты; момент синхронизации определяется по выравниванию частоты вращения ведомых валов синхронизатора на смежных передачах по сигналам датчиков оборотов, а также по движению муфты синхронизатора; датчик оборотов определяет также направление движения транспортного средства; используются программы с ПИД-регуляторами для включения-выключения синхронизаторов, для контроля положения и регулирования положения; положения муфты синхронизатора при включениях и выключениях контролируются в соответствии с заданными значениями и допусками и регулируются в случае превышения отклонений от допускаемых путем изменения величины управляющего тока с использованием ПИД-регуляторов обратной связи; величины токов выключения-включения синхронизатора также регулируются в зависимости от частоты вращения ведомого вала синхронизатора, силы тока включения-выключения задаются как параметр и уточняются экспериментально; коэффициенты ПИД-регуляторов обратной связи также сохраняются в энергонезависимой памяти.To achieve this goal, to turn on the synchronizer, one current is supplied to the electromagnet before the cones contact, and another is applied after the contact, the current change time is set as a parameter and selected experimentally, to turn off the synchronizer, its own, third, current is supplied to the electromagnet; the neutral position of the synchronizer clutch, the position at which the cones contact, the synchronization moment, the included gear positions of the synchronizer, are set with tolerances; the position at which the cones contact is determined by the absence of coupling movement; the synchronization moment is determined by aligning the speed of the driven shaft of the synchronizer in adjacent gears according to the signals of the speed sensors, as well as by the movement of the synchronizer clutch; the speed sensor also determines the direction of movement of the vehicle; programs with PID controllers are used to turn on / off synchronizers, to control the position and regulate the position; the position of the synchronizer clutch when turning on and off is controlled in accordance with the set values and tolerances and is adjusted if deviations from the tolerance are exceeded by changing the value of the control current using PID feedback controllers; the values of the on-off current of the synchronizer are also regulated depending on the speed of the driven shaft of the synchronizer, the on-off current is set as a parameter and refined experimentally; PID feedback factors are also stored in non-volatile memory.

С целью сокращения времени переключения передач при выключении-включении синхронизаторов процессы выключения-включения синхронизаторов совмещаются, сигнал на выключение первого синхронизатора и включение второго подается одновременно. За время выключения зубчатой муфты первого синхронизатора муфта второго синхронизатора перемещается в положение, при котором происходит контакт конусов, при дальнейшем перемещении втулки первого синхронизатора в нейтральное положение во втором включаемом синхронизаторе начинается процесс синхронизации.In order to reduce the time of gear shifting when the synchronizers are turned off and on, the synchronizer off-on processes are combined, the signal to turn off the first synchronizer and turn on the second is supplied simultaneously. During the shutdown of the gear clutch of the first synchronizer, the clutch of the second synchronizer moves to the position at which the cones contact, when the sleeve of the first synchronizer is further moved to the neutral position, the synchronization process starts in the second synchronizer switched on.

С целью обеспечения последовательного переключения передач (1-2-3-4 и обратно) с перекрытием процессов выключения-включения по времени один из сдвоенных актуаторов управляет 1 и 3 передачами, а второй сдвоенный актуатор управляет 2 и 4 передачами, совмещенное выключение и включение синхронизатора всегда производятся разными актуаторами и разными синхронизаторами.In order to ensure sequential gear shifting (1-2-3-4 and vice versa) with the shutdown of the on-off processes in time, one of the dual actuators controls 1 and 3 gears, and the second dual actuator controls 2 and 4 gears, combined switching off and on of the synchronizer always produced by different actuators and different synchronizers.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства изменения направления движения и переключения передач. На Фиг. 2 приведен фрагмент схемы электрогидравлической системы управления коробкой передач. На Фиг. 3 - схема включения передач. На Фиг. 4 - временные характеристики выключения-включения синхронизаторов (Фиг. 4, а - сигнала на выключение, Фиг. 4, б - положений муфты выключаемого синхронизатора, Фиг. 4, в - сигнала на включение синхронизатора, Фиг. 4, г - положений муфты включаемого синхронизатора, Фиг. 4, д - частоты вращения ведомых валов синхронизаторов).In FIG. 1 shows a kinematic diagram of a device for changing the direction of movement and gear shifting. In FIG. Figure 2 shows a fragment of a diagram of an electro-hydraulic transmission control system. In FIG. 3 is a diagram for shifting gears. In FIG. 4 - temporal characteristics of switching off and on of synchronizers (Fig. 4, a - signal to turn off, Fig. 4, b - positions of the clutch of the synchronizer to be switched off, Fig. 4, c - signal to turn on the synchronizer, Fig. 4, d - positions of the clutch to turn on synchronizer, Fig. 4, d - rotational speed of the driven shaft synchronizers).

В систему управления синхронизаторами переключения передач входят: транспортное средство со ступенчатой коробкой передач с датчиками оборотов, с системой гидро- или пневмоуправления, в которой переключение передач (или диапазонов) производится при помощи инерционных сдвоенных синхронизаторов, управляемых пропорциональными электрогидравлическими или пневматическими клапанами; сдвоенные актуаторы с датчиками положения для обратной связи; стандартная электронная система управления.The gearshift synchronizer control system includes: a vehicle with a speed gearbox with RPM sensors, with a hydraulic or pneumatic control system, in which gears (or ranges) are shifted using inertial dual synchronizers controlled by proportional electro-hydraulic or pneumatic valves; dual actuators with position sensors for feedback; standard electronic control system.

Крутящий момент от двигателя передается на вал 1 (Фиг. 1) устройства изменения направления движения, на коробку передач, далее через выходной вал 2 к заднему мосту. Устройство изменения направления движения включает фрикцион переднего хода 3 и фрикцион заднего хода 4, которые на время переключения передач выключаются. Коробка передач состоит из двух синхронизаторов 5 и 6. Включение 1 и 3 передач производится синхронизатором 5, включение 2 и 4 передач - синхронизатором 6. Первая передача включается при перемещении муфты синхронизатора 5 вправо, вторая передача включается при перемещении муфты синхронизатора 6 вправо, 3 передача включается при перемещении муфты синхронизатора 5 влево, 4 передача включается при перемещении муфты синхронизатора 6 влево.The torque from the engine is transmitted to the shaft 1 (Fig. 1) of the device for changing the direction of movement, to the gearbox, then through the output shaft 2 to the rear axle. The device for changing the direction of movement includes forward clutch 3 and reverse clutch 4, which are switched off during gear shifting. The gearbox consists of two synchronizers 5 and 6. The 1st and 3rd gears are engaged by the synchronizer 5, the 2nd and 4th gears are engaged by the synchronizer 6. The first gear is engaged when the synchronizer clutch 5 is moved to the right, the second gear is engaged when the synchronizer clutch 6 is moved to the right, 3rd gear engages when the synchronizer clutch 5 is moved to the left, gear 4 is engaged when the synchronizer clutch 6 is moved to the left.

Датчик 7 определяет не только частоту вращения деталей коробки передач, но и направление вращения шестерни, что позволяет определить фактическое направление движения транспортного средства. Датчик для определения скорости транспортного средства установлен на заднем мосту. Частоту вращения вала двигателя определяет электронная система управления двигателем.The sensor 7 determines not only the frequency of rotation of the gearbox parts, but also the direction of rotation of the gear, which allows you to determine the actual direction of movement of the vehicle. A sensor for detecting vehicle speed is mounted on the rear axle. The engine speed is determined by the electronic engine management system.

На Фиг. 2 схематично показаны два сдвоенных актуатора 8 и 9 с шариковыми фиксаторами 10, с датчиками положения 11 и с пропорциональными электромагнитными клапанами управления передач 12, 13, 14, 15 для включения, соответственно, 1, 2, 3, 4 передач. Поводок 16 актуаторов 8 и 9 взаимодействует с муфтой синхронизатора 5 и 6. Управление фрикционами переднего и заднего ходов также производится пропорциональными электрогидравлическими клапанами (на Фиг. 2 не показаны).In FIG. 2 schematically shows two dual actuators 8 and 9 with ball locks 10, with position sensors 11 and with proportional solenoid valves for controlling gears 12, 13, 14, 15 for engaging, respectively, 1, 2, 3, 4 gears. The leash 16 of actuators 8 and 9 interacts with the synchronizer clutch 5 and 6. The forward and reverse gear clutches are also controlled by proportional electro-hydraulic valves (not shown in Fig. 2).

На Фиг. 3 приведена схема включения передач. Синхронизаторы (Фиг. 2) имеют три положения. В нейтральном положении муфты (Н) синхронизатор не передает крутящий момент. В левом (Л) и правом (П) крайних положениях муфты крутящий момент передается, то есть включаются передачи. Муфта синхронизатора М₃₁ при перемещении вправо включает 1 передачу, при перемещении влево - 3 передачу, муфта М₄₂, соответственно, - 2 и 4 передачи.In FIG. 3 shows a gear shift pattern. Synchronizers (Fig. 2) have three positions. In the neutral position of the clutch (H), the synchronizer does not transmit torque. In the left (L) and right (P) extreme positions of the clutch, the torque is transmitted, that is, the gears are engaged. When moving to the right, the synchronizer clutch M ₃₁ includes 1 gear, when moving to the left - 3 gears, the M ₄₂ clutch, respectively, 2 and 4 gears.

Синхронизатор работает следующим образом. При подаче сигнала на электромагнит 12 актуатор 8 (Фиг. 2) из нейтрального положения переместит муфту синхронизатора M₃₁ вправо и включит 1 передачу. При подаче сигнала на электромагнит 14 актуатор 8 переместит муфту синхронизатора влево, в нейтральное положение, то есть выключит 1 передачу, если продолжить подавать сигнал на электромагнит 14, то муфта переместится дальше и включится 3 передача. Также включаются 2 и 4 передачи. 1 и 3, 2 и 4 передачи попарно работают в режиме противовключения. Переключение с 1 передачи на 3 и обратно, со 2 на 4 и обратно можно производить только последовательно, через нейтральное положение.The synchronizer works as follows. When a signal is applied to the electromagnet 12, the actuator 8 (Fig. 2) from the neutral position will move the synchronizer clutch M ₃₁ to the right and will engage 1 gear. When a signal is applied to the electromagnet 14, the actuator 8 will move the synchronizer clutch to the left, in the neutral position, that is, turn off the 1st gear, if you continue to send the signal to the electromagnet 14, the clutch will move on and the 3rd gear will engage. Also included are 2 and 4 gears. 1st and 3rd, 2nd and 4th gears work in pairs in the opposition mode. Switching from 1st gear to 3 and vice versa, from 2 to 4 and vice versa, can only be done sequentially through the neutral position.

Для того чтобы совместить по времени выключение и включение двух смежных передач необходимо, например, выключить 1 передачу и одновременно начать включение 2 передачи. Выключение 1 передачи осуществляется актуатором 8 и муфтой синхронизатора М₃₁, а включение второй передачи - актуатором 9 и муфтой синхронизатора М₄₂. Также происходят переключения со 2 передачи на 1, со 2 передачи на 3 и обратно, с 3 передачи на 4 и обратно. Таким образом, приведенная на Фиг. 2 и Фиг. 3 схема переключения позволяет совмещать по времени выключение-включение передач.In order to combine the switching off and switching on of two adjacent gears in time, it is necessary, for example, to turn off 1 gear and at the same time start turning on 2 gears. The 1st gear is disengaged by the actuator 8 and the synchronizer clutch M ₃₁ , and the second gear is switched on by the actuator 9 and the synchronizer clutch M ₄₂ . There are also switching from 2 gears to 1, from 2 gears to 3 and vice versa, from 3 gears to 4 and vice versa. Thus, shown in FIG. 2 and FIG. 3 switching scheme allows you to combine the time off-switching gears.

Для выключения, например, 1 передачи, дискретно подается ток I₁ (Фиг. 4) на электромагнит 14 (Фиг. 2) системы управления. За время t₀-t₁ (Фиг. 4) актуатор 8 переместит муфту синхронизатора М₃₁, из положения h₂ в положение h₁ за это время зубчатая муфта синхронизатора выходит из зацепления с шестерней 1 передачи. При дальнейшем перемещении за время t₁-t₃ муфта переместится в нейтральное положение. Муфта фиксируется в нейтральном положении шариковым фиксатором 10 (Фиг. 2). Электрический сигнал в точке t₄ отключается. Датчик положения и электронная система фиксируют положение муфты синхронизатора и продолжают контролировать положение муфты с использованием ПИД-регуляторов. В случае отклонения от заданного положения запускается программа регулирования положения с учетом заданных допусков также с использованием ПИД-регуляторов.To turn off, for example, 1 transmission, the current I ₁ (Fig. 4) is discretely applied to the electromagnet 14 (Fig. 2) of the control system. During time t ₀ -t ₁ (Fig. 4), the actuator 8 will move the synchronizer clutch M ₃₁ from position h ₂ to position h ₁ during this time the synchronizer gear clutch disengages from gear 1 of the gear. With further movement during the time t ₁ -t _{3 the} clutch will move to the neutral position. The clutch is locked in neutral position with a ball lock 10 (Fig. 2). The electrical signal at point t _{4 is} turned off. A position sensor and an electronic system lock the position of the synchronizer clutch and continue to monitor the position of the clutch using PID controllers. In the event of a deviation from the set position, a position control program is started taking into account the set tolerances also using PID controllers.

Вместе с сигналом на выключение первой передачи (в качестве примера рассматривается переключение с 1 передачи на 2, остальные переключения происходят подобным образом) электрический сигнал I₂ одновременно подается на электромагнит 6 второй передачи. За время t₀-t₁ актуатор 9 переместит муфту синхронизатора 6 из нейтрального положения в положение h₃. В этой точке происходит касание конусов трения синхронизатора. В точке t₁ шестерня 1 передачи уже вышла из зацепления, но касание конусов синхронизатора второй передачи еще только начинается. t₁-t₂ - время нарастания силы тока с I₂ до I₃. За время t₁-t₅ скорости вращения ведомых валов синхронизаторов на 1 (n₁) и 2 (n₂) передачах выравниваются. В течение времени t₅-t₆ включается зубчатая муфта 2-й передачи, муфта синхронизатора также фиксируется шариковым фиксатором во включенном положении 2-й передачи. В течение времени t₂-t₇ на электромагнит 6 подается сигнал I₃. Электронная система также контролирует и регулирует положение муфты. Использование ПИД-регуляторов повышает точность позиционирования муфты синхронизатора и сокращает время переключения передач.Together with the signal to turn off the first gear (as an example, switching from 1st gear to 2 is considered, the remaining shifts occur in a similar way), the electric signal I _{2 is} simultaneously supplied to the electromagnet 6 of the second gear. During the time t ₀ -t _{1, the} actuator 9 will move the synchronizer clutch 6 from the neutral position to the h ₃ position. At this point, the friction cones of the synchronizer touch. At point t _1, gear 1 of gear has already disengaged, but touching the cones of the second gear synchronizer is only just beginning. t ₁ -t ₂ is the rise time of the current from I ₂ to I ₃ . During time t ₁ -t ₅ the rotation speeds of the driven shafts of the synchronizers on 1 (n ₁ ) and 2 (n ₂ ) gears are aligned. During time t ₅ -t ₆ , the 2nd gear gear clutch engages, the synchronizer clutch is also fixed with a ball lock in the 2nd gear engaged position. During the time t ₂ -t ₇ the electromagnet 6 receives a signal I ₃ . The electronic system also monitors and adjusts the position of the coupling. The use of PID controllers improves the positioning accuracy of the synchronizer clutch and reduces gear shifting times.

Предложенный способ управления переключением передач реализован в системах управления трансмиссиями на тракторах Агромаш-160ТК, Агромаш-180ТК.The proposed method of gear shifting control is implemented in transmission control systems on tractors Agromash-160TK, Agromash-180TK.

Claims

1. The method of controlling the gearbox, in which, before applying a signal to turn on each transmission, the switching force is changed by adjusting the working medium in the actuators, the optimal nature of the movement of the shifted elements in the process of gear shifting, which locks and unlocks the synchronizers and moves the shifted gears, is preliminarily stored for each gear elements during “breakdown” of the synchronizer and during non-unlocking, and when a signal is sent to activate this transmission information about the real nature of the movement of the switched elements is read and stored, compared with a pre-set value and if it coincides, it does not change, in case of a “breakdown” of the synchronizer, before applying the signal to the next gear shift of the same name, a signal is sent to reduce the pressure of the working medium, if the synchronizer is not unlocked in the process of turning on the transmission, a signal is sent to increase the pressure of the working medium until the synchronizer is unlocked, characterized in that In order to increase the control accuracy, reduce the gear shift time to turn on the synchronizer, one current is applied to the electromagnet before the cones contact, and another is applied after the contact, the current change time is set as a parameter and selected experimentally; To turn off the synchronizer, its own, third, current value is supplied to the electromagnet; neutral position of the synchronizer clutch; the position at which the cones contact; synchronization moment; the included gear positions of the synchronizer are set with tolerances; the position at which the cones contact is determined by the absence of coupling movement; the synchronization moment is determined by aligning the speed of the driven shaft of the synchronizer in adjacent gears according to the signals of the speed sensors, as well as by the movement of the synchronizer clutch; the speed sensor also determines the direction of movement of the vehicle; programs with PID controllers are used to turn on / off synchronizers, to control the position and regulate the position; the position of the synchronizer clutch when turning on and off is controlled in accordance with the set values and tolerances and is adjusted if deviations from the tolerance are exceeded by changing the value of the control current using PID feedback controllers; the values of the turn-off and turn-on currents of the synchronizer are also regulated depending on the rotation frequency of the driven synchronizer shaft; on-off currents are set as a parameter and are specified experimentally; PID feedback factors are also stored in non-volatile memory.

2. The method of controlling the gearbox according to claim 1, characterized in that in order to reduce the time of gear shifting when the synchronizers are turned on and off, the synchronizer turn-off and on processes are combined, the signal to turn off the first synchronizer and turn on the second is given simultaneously, while the gear clutch of the first is turned off synchronizer coupling of the second synchronizer moves to the position at which the cones contact, when the sleeve of the first synchronizer is further moved to the neutral position e in the second, included synchronizer, the synchronization process begins.

3. The method of controlling the gearbox according to claim 2, characterized in that in order to ensure sequential gear shifting (1-2-3-4 and vice versa) with the shutdown of the on / off processes in time, one of the actuators controls 1 and 3 gears, and the second actuator controls 2 and 4 gears, the combined shutdown and inclusion of the synchronizer are made by different actuators and different synchronizers.