3.2. Управление коробкой передач

Работы по автоматизации управления коробкой передач (КП) ведутся давно. Автоматическая КП была установлена уже на серийных автомобилях Рено-16 ТА фирмы "Рено" ("Renault") выпуска 1969 г.

Для управления КП широко используются электронные устройства западногерманской фирмы "Бош". Применение электронных устройств позволяет облегчить труд водителя, улучшить качество работы трансмиссии, использовать оптимальные законы управления. В среднем электронная система выполняет, переключение передач в 2 раза чаще, чем водитель [20]. Согласно принятому в США закону о транспорте, в моделях 1985 г. электронное управление КП должно быть применено в 93% автомобилей концерна "Дженерал моторе" и 85% автомобилей концернов "Форд" и "Крайслер" [20].

Электронные системы применяются для автоматизации переключения передач как в обычных механических, так и в гидромеханических трансмиссиях. В совместно разработанной концерном "Форд" и фирмой "Феранти" ("Ferrantu") коробке передач с электронной синхронизацией, водитель автобуса управляет лишь положением ручки переключения передач. Остальное система делает автоматически: управляет работой сцепления, механизма переключения передач, тормозного устройства для снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя. В системе обрабатываются сигналы датчиков частоты вращения коленчатого вала и положения диска

фрикционного сцепления. Электронный блок вычисляет относительные угловые скорости валов коробки передач и выдает команду на включение в зацепление соответствующих шестерен. Положение шестерен изменяется при помощи переключающих клапанов, которые управляют гидравлическими исполнительными механизмами.

Применение данной системы позволило увеличить скорость переключения и резко уменьшить усилие, необходимое для переключения передач. Это очень важно для водителей автобусов, где требуется частое изменение передач. Уменьшился также износ деталей КП.

В автомобиле Лагонда для управления КП необходимо нажать одну из шести кнопок, которые устанавливают следующие режимы работы коробки: стоянку, задний ход, нейтральное положение, первую скорость, вторую скорость, прямую передачу. При ошибочных действиях водителя, которые могут привести к поломкам КП (например, нажатии клавиши, соответствующей заднему ходу при движении автомобиля вперед на большой скорости), команда водителя не выполняется. Вопросы, связанные с использованием электронных систем управления гидромеханическими передачами, подробно рассмотрены в [12].

В качестве параметров управления для выбора ступени и момента переключения передач в автоматических КП, как правило, выбираются параметры, характеризующие режим работы двигателя (угол открытия дроссельной заслонки или положение педали управления дросселем и т. д.) и режим движения автомобиля (скорость, положение педали тормоза и т. п.).

Значения управляющих воздействий анализируются в устройстве управления и при необходимости подается команда на переключение передач. Исполнительные механизмы, осуществляющие переключение, бывают электромеханическими, электрогидравлическими и электро-пневматическими.

Использование микропроцессорной техники позволяет, помимо экономии электроэнергии, реализовать новые функции, выполнение которых ранее без применения больших интегральных схем было практически невозможным.

В микропроцессорных системах легко реализуются самые сложные законы управления. Система управления становится "гибкой", поскольку внесение любых дополнений связано лишь с изменением программы, а не с модернизацией всей конструкции узла управления.

На вход микропроцессорной системы управления КП (рис. 17) английской фирмы "Умист" ("UMIST"), заменившей релейную систему, подаются команды водителя и сведения о режиме работы автомобиля. Водитель, управляя пятипозиционным рычагом переключения передач, подает одну из следующих команд: Начало движения, Автоматический режим, 3-я передача, 4-я передача, Задний ход. В систему управления поступают сигналы о скорости движения автомобиля, о давлении воздуха в пневмомагистрали, о передаче, включенной в текущий момент времени.

Рис. 17. Структурная схема микро-ЭВМ, управляющей коробкой передач

Система управления выдает команды на включение одной из шести передач (пять передач предназначено для движения вперед и одна - назад). В связи с тем что при переключении передач возможно быстрое изменение скорости автомобиля и крутящего момента на ведущих колесах (что сказывается на плавности движения и проходимости на мягких грунтах), в момент переключения происходит коррекция положения дроссельной заслонки.

Система выполняет также функцию диагностики: при какой-либо неисправности загорается сигнальная лампочка на передней панели. Предусмотрен также анализ правильности действий водителя: не выполняется команда на включение передачи заднего хода при движении автомобиля вперед со скоростью, превышающей заданную.

Одной из основных особенностей развития электронных систем управления трансмиссией на современном этапе является использование в качестве критерия оптимальности параметров, характеризующих топливную экономичность автомобиля. Известно, что при обычной механической ступенчатой КП моменты переключения выбираются водителем субъективно и весьма часто движение автомобиля происходит на неоптимальных, с точки зрения топливной экономичности, режимах работы двигателя.

Для того чтобы помочь водителю правильно выбрать момент переключения ступеней механической КП концерн "Фольксваген" предложил полуавтоматический режим переключения передач. Водитель должен включить высшую передачу как только заметит загорание светодиода. Действие электронного устройства, управляющего светодиодом, основано на применении в качестве параметров управления значений частоты" вращения коленчатого вала и разрежения во впускном трубопроводе двигателя.

Однако наибольшая экономия топлива достигается при автоматическом управлении трансмиссией с использованием оптимальных законов управления. При этом необходимо плавное изменение в широких пределах передаточного числа КП. Этому требованию отвечает бесступенчатая коробка передач "Трансматик" фирмы "Фиат" ("Fiat SpA"). Вариация передаточного числа от 0,6 до 2,14 достигается благодаря изменению диаметра ведущего и ведомого шкивов. Момент передается при помощи работающего в условиях смазки под давлением V-образного резинового ремня, усиленного концентрическими стальными лентами, на которых укреплены блоки из закаленной стали. Изменение диаметра шкивов осуществляется осевым смещением их элементов.

Использование данной трансмиссии сокращает удельный расход топлива по сравнению с обычной КП с автоматическим управлением на 8%, и это не предел. Плавное переключение передач с применением микропроцессорной техники может дать 30%-ную экономию топлива [20].