Патент на изобретение №2398149

(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ГИДРООБЪЕМНОЙ ТРАНСМИССИЕЙ МНОГОПРИВОДНОГО КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для автоматического адаптивного управления бесступенчатыми приводами трансмиссий многоприводных транспортных средств. Устройство содержит не менее двух гидроприводов ведущих колес с независимым управлением, систему измерения параметров, управляющую вычислительную систему, содержащую вычислитель рассогласований сигналов, полученных от системы измерения, и базовых сигналов, и функциональный блок формирования сигналов управления. Система измерения выполнена с возможностью определения параметра, характеризующего нормальные усилия в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью. Вычислитель рассогласований выполнен с возможностью усреднения сигналов по каждому из измеренных параметров за установленный операционный промежуток времени, получения для каждой ведущей оси средних значений усредненных сигналов, получения для трансмиссии в целом средних значений усредненных сигналов, вычисления рассогласований сигналов. Функциональный блок формирования сигналов управления выполнен реализующим функции коррекции сигналов управления по предварительно вычисленным приращениям для каждого сигнала управления. Технический результат заключается в повышении точности и оперативности работы устройства. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для использования в различных многоприводных транспортных средствах с бесступенчатой гидрообъемной трансмиссией: автомобилях всех видов, тракторах, строительно-дорожных машинах и прочих транспортных и/или тяговых средствах, предназначено преимущественно для многоосных машин, эксплуатируемых в тяжелых условиях.

Известно устройство управления бесступенчатой гидрообъемной трансмиссией транспортного средства, в частности шестиколесного, с приводами, выполненными в виде трех гидроконтуров, каждый из которых образован насосом, входящим в общую насосную станцию, и двумя гидромоторами, связанными с колесами (RU 2264572, 2005 г.). В нем гидроконтуры приводов крайних (передней и задней) колесных пар сообщаются с гидроконтуром средней колесной пары и по разнице давлений в среднем гидроконтуре и в одном из крайних вырабатывается управляющий сигнал для соответствующего изменения давления и уравновешивания системы питания гидромоторов. Управление трансмиссией в этом аналоге осуществляется с помощью пороговых регулирующих элементов, команды на которые поступают с водительского места машины, и датчиков продольного и поперечного кренов, сигналы с которых поступают на органы регулирования насосов и гидромоторов, поэтому уровень адаптивности работы трансмиссии к условиям изменения нагрузки и параметров движения в нем незначителен.

Известно устройство автоматического адаптивного управления разнотипными бесступенчатыми трансмиссиями колесного транспортного средства (RU 35291 U1, 2003 г.), содержащее регуляторы, связанные с объектами регулирования в трансмиссии, например, насосами и гидромоторами; систему измерения и преобразования параметров нагрузки, управления и характеристики движения; управляющую систему, формирующую сигналы управления; функциональный блок регулирования, связанный с управляющей системой. На регуляторы, в этом устройстве подаются результирующие сигналы управления, формируемые не напрямую по данным измерений перечисленных выше параметров, а путем сопоставления установленного сначала по F_факт и _факт расчетного (предварительного) сигнала управления – i_упр с сигналом задания – i_зад, определяемым базовыми уставками по F_max (технический, так называемый «заводской» параметр трансмиссии) и по заданному предварительно диапазону номинального буксования .

К недостаткам этого устройства следует отнести сложность оценки текущего значения буксования ведущих колес машины из-за значительного влияния внешних факторов на точность измерения величин, необходимых для расчета буксования каждого движителя. Этим объясняются трудности в достижении заявляемой авторами приспособляемости машины к условиям движения и, следовательно, низкая эффективность устройства.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является устройство автоматического адаптивного управления бесступенчатой гидрообъемной трансмиссией (ГОТ) многоприводного колесного транспортного средства, включающей в себя не менее двух гидроприводов ведущих колес с независимым управлением, выполненных в виде гидроконтуров с замкнутой циркуляцией, образованных основным регулируемым насосом и двумя регулируемыми гидромоторами, включенными параллельно друг другу и связанными каждый со своим колесом одной оси машины, (книга «Теория силового привода колес автомобилей высокой проходимости», авторы: С.Б.Шухман, В.И.Соловьев, Е.И.Прочко. Под общей редакцией д.т.н., проф. С.Б.Шухмана – М.: Агробизнесцентр, 2007 г., стр.283-292, рис.9.14-9.17), содержащее систему измерения параметров, характеризующих режим работы каждого гидропривода и условия движения транспортного средства, с преобразованием их в соответствующие сигналы, подключенную к управляющей вычислительной системе, содержащей вычислитель рассогласований сигналов, полученных от системы измерения, и базовых сигналов, и функциональный блок формирования сигналов управления, выходы которого связаны с регулирующими исполнительными устройствами изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов и системой изменения подачи топлива в двигатель.

В прототипе система измерения имеет средства для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя транспортного средства, величин рабочих объемов регулируемых насосов и гидромоторов, давлений, создаваемых насосами в каждом из гидроконтуров, частот вращения валов гидромоторов, положения педали акселератора и угла поворота рулевого колеса. Управляющая вычислительная система (УВС) выполнена двухуровневой. Система управления верхнего уровня следит за параметрами, характеризующими положение педали акселератора и угол поворота рулевого колеса, получает сигналы о близости буксования того или иного ведущего колеса к критическому значению и формирует сигналы о необходимости изменения передаточных отношений гидроприводов. Количество подсистем нижнего уровня соответствует количеству гидроприводов, входящих в состав ГОТ. Каждая из них оценивает режим и условия работы своего гидропривода, в том числе и близость величины буксования ведущих колес, приводимых этим приводом, к критическому значению, и на основании этого, учитывая сигналы, поступающие от системы верхнего уровня, формирует сигналы управления, поступающие на исполнительные устройства изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее:

– реализуемый им несколько опосредованный метод формирования сигнала управления, при котором в качестве базового сигнала сравнения принимается теоретически устанавливаемый параметр предбуксования ведущих колес, не дает точного и достаточно результативного управления загрузкой приводов;

– выполнение УВС двухуровневой с разделением системы нижнего уровня на подсистемы с дополнительными разветвленными функциональными взаимосвязями между ними, требующими временных затрат на их осуществление, отрицательно сказывается на оперативности и точности срабатывания системы;

– в нем при формировании сигналов регулирования передаточными отношениями гидроприводов, входящих в ГОТ, не предусмотрено сравнение текущих режимов работы этих приводов и, соответственно, отсутствуют необходимые технические средства, что не позволяет защитить ГОТ от возможной в ней циркуляции мощности, причиной которой может послужить наличие в ней рассогласованности в работе гидроприводов.

Циркуляция мощности, как известно, вызывает неравномерную загрузку приводов ведущих колес, а следовательно, дополнительные потери энергии в ГОТ.

Перечисленные недостатки прототипа обусловлены тем, что в нем не предусмотрены средства для реализации способа определения сигнала управления по постоянно отслеживаемым в режиме реального времени параметрам, характеризующим текущие режимы работы приводов ГОТ, средние значения усредненных сигналов которых принимаются за базовые, а также отсутствуют необходимые технические средства для сравнения текущих загрузок приводов.

Задача, решаемая изобретением, направлена на повышение точности и оперативности автоматического адаптивного управления бесступенчатой гидрообъемной трансмиссией многоприводного транспортного средства, позволяющее исключить возможность возникновения в ГОТ циркуляции мощности, нормализовать загрузку гидроприводов, входящих в состав ГОТ, и снизить в ней потери энергии.

Технический результат, получаемый от реализации изобретения, состоит в исключении рассогласованности в работе гидроприводов ГОТ и уменьшении затрат энергии в ГОТ при изменении условий движения транспортного средства.

Для достижения технического результата в устройстве адаптивного автоматического управления бесступенчатой гидрообъемной трансмиссией многоприводного колесного транспортного средства, включающей в себя не менее двух гидроприводов ведущих колес с независимым управлением, выполненных в виде гидроконтуров с замкнутой циркуляцией, каждый из которых образован основным регулируемым насосом и двумя регулируемыми гидромоторами, включенными параллельно друг другу и связанными каждый со своим колесом одной ведущей оси машины, содержащем систему измерения параметров, характеризующих режим работы каждого гидропривода и условия движения транспортного средства, с преобразованием их в соответствующие сигналы, имеющую средства измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя транспортного средства, давлений, создаваемых насосами в каждом из гидроконтуров, частот вращения ведущих колес, положения педали акселератора и угла поворота рулевого колеса, подключенную к управляющей вычислительной системе, содержащей вычислитель рассогласований сигналов, полученных от системы измерения, и базовых сигналов, и функциональный блок формирования сигналов управления, к выходам которого подключены регулирующие исполнительные устройства изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов и система изменения подачи топлива в двигатель, согласно изобретению система измерения выполнена с возможностью определения параметров, характеризующих нормальные усилия в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, вычислитель рассогласований выполнен с возможностью усреднения сигналов по каждому из измеренных одноименных параметров за установленный операционный промежуток времени, получения для каждой ведущей оси средних значений усредненных сигналов, характеризующих среднее нормальное усилие в пятне контакта ведущих колес этой оси с опорной поверхностью и среднюю частоту вращения этих колес, получения для трансмиссии в целом средних значений усредненных сигналов, характеризующих среднее давление, создаваемое насосами в гидроконтурах, среднее усилие в пятне контакта всех ведущих колес с опорной поверхностью и среднюю частоту вращения этих колес, вычисления рассогласований усредненных сигналов, характеризующих давление в каждом гидроконтуре, частоту вращения каждого ведущего колеса, среднюю частоту вращения колес каждой ведущей оси машины, и соответствующих сигналов, принятых за базовые, а функциональный блок формирования сигналов управления, входы которого связаны с выходами вычислителя рассогласований, выполнен реализующим функции коррекции сигналов управления по предварительно вычисленным приращениям для каждого из этих сигналов управления, при этом его выходы, являющиеся выходами управляющей вычислительной системы, связаны с входами регулирующих исполнительных устройств изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов таким образом, что сигналы управления подаются либо на насосы, либо на гидромоторы, либо на насосы и гидромоторы одновременно.

Дополнительные существенные отличия устройства состоят в том, что в нем:

– для определения параметра, характеризующего нормальное усилие в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, система измерения содержит средства измерения величины деформации упругих элементов подвески этих колес;

– вычислитель рассогласований сигналов выполнен реализующим следующие функции:

,

,

,

где p_i – величина сигнала рассогласования, характеризующая давление, созданное насосом в i-м гидроконтуре;

– усредненный сигнал, характеризующий давление, созданное

насосом в i-м гидроконтуре;

– сигнал, характеризующий среднее значение давлений, созданных насосами в гидроконтурах;

– сигнал, характеризующий среднее значение усилий в пятне контакта ведущих колес i-й оси с опорной поверхностью;

– сигнал, характеризующий среднее значение усилий в пятне контакта всех ведущих колес машины с опорной поверхностью;

_i – величина сигнала рассогласования, характеризующая среднюю частоту вращения ведущих колес i-й оси;

– сигнал, характеризующий среднее значение частот вращения ведущих колес i-й оси;

– сигнал, характеризующий среднее значение частот вращения всех ведущих колес машины;

– коэффициент, корректирующий значение сигнала для ведущих колес i-й оси машины при криволинейном движении в зависимости от положения этой оси по отношению к полюсу поворота, при движении по прямой ;

_ij – величина сигнала рассогласования, характеризующая частоту вращения j-ого ведущего колеса i-й оси;

– усредненный сигнал, характеризующий частоту вращения j-го ведущего колеса i-й оси;

– коэффициент, корректирующий значение сигнала для j-го ведущего колеса i-й оси машины при криволинейном движении в зависимости от положения этого колеса по отношению к полюсу поворота, при движении по прямой ,

– в функциональном блоке формирования сигналов управления функции упомянутой корректировки этих сигналов осуществляются на основании результатов вычислений приращений по следующим соотношениям:

для насосов – ,

где: e_Hi – приращение сигнала управления рабочим объемом регулируемого насоса i-го гидропривода;

e_н0 – приращение сигнала управления, одинаковое для всех регулируемых насосов гидроприводов, определяющееся на основании значений усредненных сигналов, характеризующих частоту вращения коленчатого вала двигателя транспортного средства и положение педали акселератора;

– коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования p_i по величине давления в i-м гидроконтуре;

– коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования _i по величине средней частоты вращения ведущих колес i-й оси машины,

для гидромоторов – ,

где: e_Mij – приращение сигнала управления рабочим объемом j-ого регулируемого гидромотора i-го гидропривода;

e_М0 – приращение сигнала управления, одинаковое для всех регулируемых гидромоторов гидроприводов, определяющееся на основании значений усредненных сигналов, характеризующих частоту вращения коленчатого вала двигателя транспортного средства и положение педали акселератора;

– коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования p_i по величине давления в i-м гидроконтуре;

– усредненное значение сигнала, характеризующее нормальное усилие в пятне контакта j-го ведущего колеса i-й оси машины с опорной поверхностью;

– коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования _i по величине средней частоты вращения ведущих колес i-й оси машины;

k_Mj – коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования _ij по величине частоты вращения j-го ведущего колеса i-й оси машины.

В частных случаях реализации изобретения:

– управляющая вычислительная система выполнена в виде комплекса вычислительных блоков, и вычислитель рассогласований сигналов в ней содержит интегрирующие блоки усреднения по одному на каждый сигнал, поступающий от системы измерения, блок вычисления сигнала, соответствующего среднему давлению в гидроконтурах, блоки вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта колес одной ведущей оси с опорной поверхностью – по одному на каждую ведущую ось, блок вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта всех ведущих колес транспортного средства с опорной поверхностью, блоки вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения колес одной ведущей оси – по одному на каждую ведущую ось, блок вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения всех ведущих колес транспортного средства, блоки вычисления рассогласований между усредненными сигналами, характеризующими давление в каждом гидроконтуре, и соответствующим базовым сигналом, за который принимается их скорректированное среднее значение, по формуле: – по одному на каждый гидроконтур, блоки вычисления рассогласований между усредненными сигналами, характеризующими частоту вращения каждого ведущего колеса, и соответствующими базовыми сигналами, за которые принимаются их скорректированные средние значения для данной ведущей оси, по формуле: (для каждого ведущего колеса), а также между сигналами, соответствующими средним значениям частот вращения колес каждой ведущей оси, и соответствующим базовым сигналом, за который принимается их скорректированное среднее значение для всего транспортного средства, по формуле: (для каждой ведущей оси), при этом

входы блока вычисления сигнала, соответствующего среднему давлению в гидроконтурах, связаны с выходами соответствующих интегрирующих блоков усреднения,

входы блоков вычисления сигналов, соответствующих средним нормальным усилиям в пятне контакта колес одной ведущей оси с опорной поверхностью, связаны с выходами соответствующих интегрирующих блоков усреднения, входы блоков вычисления сигналов, соответствующих средней частоте вращения колес одной ведущей оси, связаны с выходами соответствующих интегрирующих блоков усреднения,

входы блока вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта всех ведущих колес с опорной поверхностью, связаны с выходами блоков вычисления сигналов, соответствующих средним нормальным усилиям в пятне контакта колес одной ведущей оси с опорной поверхностью, входы блока вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения всех ведущих колес, связаны с выходами блоков вычисления сигналов, соответствующих средним частотам вращения колес одной ведущей оси,

входы блоков вычисления рассогласований по значению давления в гидроконтурах связаны с выходами интегрирующих блоков усреднения сигналов, характеризующих давление в каждом гидроконтуре, выходами блоков вычисления сигналов, характеризующих средние нормальные усилия в пятне контакта колес каждой ведущей оси с опорной поверхностью, и с выходами соответствующих блоков вычисления сигналов, характеризующих средние значения давлений в гидроконтурах и нормальных усилий в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью для всего транспортного средства в целом,

входы блоков вычисления рассогласований по значению частот вращения ведущих колес связаны с выходами интегрирующих блоков усреднения сигналов, характеризующих частоты вращения ведущих колес и угол поворота рулевого колеса, выходами блоков вычисления сигналов, соответствующих средней частоте вращения колес каждой ведущей оси, и выходом блока вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения всех ведущих колес транспортного средства,

а к входам функционального блока формирования сигналов управления подключены выходы интегрирующих блоков усреднения сигналов, характеризующих нормальные усилия в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, частоту вращения коленчатого вала двигателя и положение педали акселератора, выходы блоков вычисления сигналов, характеризующих средние нормальные усилия в пятне контакта колес каждой ведущей оси с опорной поверхностью и выходы блоков вычисления рассогласований по значениям давлений в гидроконтурах и частот вращения ведущих колес;

– управляющей вычислительной системой может служить бортовой компьютер машины с программным продуктом, обеспечивающим реализацию всех оговоренных выше функций и связей вычислителя рассогласований и функционального блока формирования сигналов управления.

Система автоматического адаптивного управления ГОТ предлагаемой конструкции, благодаря наличию необходимых технических средств и их выполнению с возможностью реализации расширенного диапазона функций, постоянно в процессе движения транспортного средства определяет параметры, характеризующие режим работы каждого гидропривода, входящего в ГОТ, и каждого ведущего колеса, сравнивает их с базовыми, за которые принимаются их скорректированные средние значения для каждой ведущей оси и для всего транспортного средства. Используя результаты этого сравнения, система управления формирует управляющие сигналы, которые изменяют передаточные отношения гидроприводов ведущих колес машины таким образом, что обеспечивается ликвидация рассогласований в их работе и тем самым исключается вероятность возникновения в ГОТ циркуляции мощности. Работа гидроприводов, входящих в ГОТ, при этом соответствует режиму, необходимому для эффективной работы каждого ведущего колеса в конкретных условиях движения. Благодаря этому нормализуется загрузка гидроприводов, входящих в ГОТ, и обеспечивается уменьшение неэффективных затрат энергии на движение ТС.

Выполнением взаимосвязей всех систем устройства между собой напрямую (без промежуточных звеньев и связей как в прототипе) и расширением функциональных диапазонов этих систем обеспечивается оперативность и точность срабатывания устройства.

На представленных чертежах: на фиг.1 дана схема ГОТ с управляющей вычислительной системой и средствами измерения параметров, характеризующих режим работы ведущих колес ТС и гидроприводов, входящих в ГОТ (пример); на фиг.2 – примерная схема УВС, выполненной в виде комплекса вычислительных блоков; на фиг.3 приведены результаты математического моделирования движения ТС, оснащенного предлагаемым устройством, иллюстрирующие изменение параметров, характеризующих работу гидроприводов, входящих в состав ГОТ, во времени [с] (а – график изменения перепадов давлений [МПа], создаваемых насосами в гидроконтурах; б – график изменения частот вращения [рад/с] валов гидромоторов, связанных с ведущими колесами транспортного средства; в – график изменения параметров [-] регулирования рабочих объемов насосов и гидромоторов приводов гидротрансмиссии).

В трансмиссии с несколькими, например двумя, приводами в виде гидроконтуров с замкнутой циркуляцией 1 и 2 каждый из гидроконтуров образован основным регулируемым насосом и двумя гидромоторами, связанными с ведущими колесами одной оси машины. Гидроконтур 1 содержит насос 3 и гидромоторы 4 и 4, связанные с колесами 5 и 5, соответственно; а гидроконтур 2 – насос 6 и гидромоторы 7, и 7, связанные с колесами 8 и 8.

Система измерения параметров, характеризующих режим работы каждого гидропривода и условия движения ТС, с преобразованием их в соответствующие сигналы включает в себя: датчик положения педали акселератора и датчик угла поворота рулевого колеса (на схеме условно не показаны), датчик 9 измерения частоты вращения _e коленчатого вала двигателя ТС; датчики 10 и 11 давлений p_i, создаваемых насосами в гидроконтурах 1 и 2 соответственно; датчики 12 частот вращения _ij ведущих колес и средства измерения 13 параметров, характеризующих либо непосредственно нормальные усилия R_Zij в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, либо величины деформации упругих элементов подвесок этих колес, которые затем расчетным путем преобразуются в значения R_Zij.

Система измерения подключена известным образом к УВС 14, выполняющей функции: усреднения измеренных сигналов, вычисления их средних значений для гидроприводов ведущих колес одной оси и машины в целом, вычисления сигналов рассогласования и формирования сигналов управления: e_нi, е_мij и e_g. Выполнение УВС 14 вариантно: она может быть выполнена в виде комплекса вычислительных блоков, в соответствии с приведенными выше функциями, или в качестве ее может быть использован бортовой компьютер с соответствующей программой, обеспечивающей выполнение всех тех же функций.

При выполнении УВС 14 в виде комплекса вычислительных блоков (фиг.2) вычислитель рассогласований 15 в ней содержит: интегрирующие блоки 16 по одному на каждый сигнал, поступающий от системы измерения,

блок 17 вычисления сигнала, соответствующего среднему давлению в гидроконтурах,

блоки 18 вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта колес одной ведущей оси с опорной поверхностью – по одному на каждую ведущую ось,

блок 19 вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта всех ведущих колес транспортного средства с опорной поверхностью,

блоки 20 вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения колес одной ведущей оси – по одному на каждую ведущую ось,

блок 21 вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения всех ведущих колес транспортного средства,

блоки 22 вычисления величины рассогласования между усредненными сигналами, характеризующими давление в каждом гидроконтуре, и соответствующим базовым сигналом, за который принимается их скорректированное среднее значение, по формуле: – по одному на каждый гидроконтур,

блоки 23 вычисления величин рассогласований между усредненными сигналами, характеризующими частоту вращения каждого ведущего колеса, и соответствующими базовыми сигналами, за которые принимаются их скорректированные средние значения для данной ведущей оси, по формуле: (для каждого ведущего колеса), а также между сигналами, соответствующими средним значениям частот вращения колес каждой ведущей оси, и соответствующим базовым сигналом, за который принимается их скорректированное среднее значение для всего транспортного средства, по формуле: (для каждой ведущей оси).

Функциональный блок 24 формирования сигналов управления выполнен реализующим функции вычисления их приращений по следующим формулам: для насосов , для гидромоторов с последующей коррекцией величин сигналов управления, поступающих на входы каждого из исполнительных устройств изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов, путем алгебраического суммирования их величины с полученным в результате вычислений соответствующим приращением сигнала.

Входы функционального блока 24 подключены к выходам вычислителя рассогласований 15, при этом его выходы являются выходами УВС 14 и связаны с регулирующими исполнительными устройствами изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов и системой изменения подачи топлива (на чертежах условно не показаны), причем с исполнительными устройствами его выходы связаны таким образом, что сигналы управления в зависимости от значений рабочих объемов гидромашин поступают либо на насосы, либо на гидромоторы, либо на насосы и гидромоторы одновременно.

Предлагаемое выполнение устройства позволяет реализовать способ управления ГОТ, адаптивный в режиме «он-лайн» к текущим условиям движения машины, основанный на том, что в нем за каждый определенный оперативный промежуток времени УВС определяет базовые сигналы по каждому из измеренных параметров, сравнивает в процессе движения транспортного средства параметры, характеризующие режим работы гидроприводов, входящих в ГОТ, с базовыми сигналами, чтобы в результате обеспечить требуемый режим работы этих гидроприводов в данных условиях движения машины.

Работа предлагаемого устройства проиллюстрирована на конкретном примере его исполнения для трехосного полноприводного автомобиля с ГОТ, содержащей три гидропривода, каждый из которых образует гидроконтур с замкнутой циркуляцией, включающий в себя регулируемый насос и два регулируемых гидромотора, включенных параллельно друг другу и связанных каждый со своим колесом одной оси. Эффективность работы была определена первоначально методом математического моделирования условий движения, а затем по результатам проведенных испытаний такого автомобиля в реальных условиях.

На фиг.3 приведены графики, полученые в результате математического моделирования (горизонтальная ось всех графиков – расчетное время в секундах). При этом моделировалось прямолинейное движение по ровной горизонтальной дороге автомобиля, в трансмиссии которого до начала работы предлагаемого устройства (расчетное время от 0 до 1 секунды) имело место рассогласование, получившееся из-за того, что в гидроприводе передней оси параметр регулирования рабочего объема насоса e_H1=0,93, тогда как в двух других гидроприводах: e_H2=e_H3=0,9, а для гидромоторов всех ведущих колес величина е_М=1 (фиг.3в).

Из графиков на фиг.3а видно, что вследствие этого имеется существенное различие в работе гидропривода колес передней оси по сравнению с работой гидроприводов колес двух других осей: перепад давления в гидроприводе колес передней оси DPN1 составил ~4,0 МПа (ведущий режим качения колес), а в двух других приводах DPN2 и DPN3 оказались отрицательными и составили примерно 0,6 и 0,7 МПа соответственно (тормозной режим качения колес). Это означает, что при этом в трансмиссии автомобиля имеет место циркуляция мощности. Из графика на фиг.3б также видно, что при этом частота вращения валов гидромоторов, связанных с ведущими колесами передней оси, OMG11 составила ~121,7 рад/с, тогда как у гидромоторов, связанных с ведущими колесами двух других осей, частоты вращения OMG21 и OMG31 равны ~118,7 рад/с.

Далее, начиная с момента расчетного времени, равного 1 секунде, в математической модели осуществлялось включение предлагаемого устройства автоматического адаптивного управления ГОТ, для которого отмеченные выше значения перепадов давления в гидроприводах и частоты вращения валов гидромоторов являются параметрами, контролируемыми системой измерения, входящей в его состав. Результатом работы предлагаемого устройства являются ступенчатые (с интервалом: каждую 0,1 секунды) изменения параметров регулирования рабочих объемов насосов EN и гидромоторов EG ГОТ (фиг.3в), которые в данном случае являются управляющими сигналами, формируемыми УВС устройства. Эти изменения в математической модели получены путем вычисления соответствующих приращений этих величин по приведенным в описании выше зависимостям с использованием ограничений величины максимального допустимого приращения управляющего сигнала.

Следует также отметить, что в приведенном конкретном примере в моделируемом случае отсутствовали причины для текущих изменений нормальных усилий в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, поэтому УВС этот параметр не отслеживался. В то же время для проведения в дальнейшем сравнительного анализа в систему управления была включена корректирующая цепь, имитирующая функцию «идеального водителя», следящего за постоянством продольной скорости движения автомобиля.

Из приведенных графиков видно, что через 2 секунды после включения предлагаемого устройства перепады давлений в гидроприводах и частоты вращения ведущих колесах всех осей автомобиля стали практически одинаковыми. То есть, в результате проведенной коррекции передаточных отношений приводов ведущих колес автомобиля (см. характер изменения параметров регулирования рабочих объемов насосов и гидромоторов ГОТ на фиг.3в) циркуляция мощности в его трансмиссии ликвидирована.

В результате установлено, что в моделируемых условиях мощность, потребляемая трансмиссией от двигателя на движение автомобиля, уменьшилась с 29,1 кВт до 27,2 кВт. Снижение составило около 2 кВт или примерно на 7%. Условия движения и продольная скорость автомобиля при этом не изменялись, на основании чего сделан вывод, что полученный выигрыш достигнут за счет уменьшения потерь в трансмиссии.

Адекватность математической модели доказана результатами испытаний автомобиля «Гидроход-49061», проведенных на Дмитровском Центральном автомобильном полигоне.

Формула изобретения

1. Устройство автоматического адаптивного управления бесступенчатой гидрообъемной трансмиссией многоприводного колесного транспортного средства, включающее в себя не менее двух гидроприводов ведущих колес с независимым управлением, выполненных в виде гидроконтуров с замкнутой циркуляцией, каждый из которых образован основным регулируемым насосом и двумя регулируемыми гидромоторами, включенными параллельно друг другу и связанными каждый со своим колесом одной оси машины, содержащее систему измерения параметров, характеризующих режим работы каждого гидропривода и условия движения транспортного средства, с преобразованием их в соответствующие сигналы, имеющую средства измерения частоты вращения коленвала двигателя транспортного средства, давлений, создаваемых насосами в каждом из гидроконтуров, частот вращения валов гидромоторов, положения педали акселератора и угла поворота рулевого колеса, подключенную к управляющей вычислительной системе, содержащей вычислитель рассогласований сигналов, полученных от системы измерения, и базовых сигналов, и функциональный блок формирования сигналов управления, к выходам которого подключены регулирующие исполнительные устройства изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов и система изменения подачи топлива в двигатель, отличающееся тем, что в нем система измерения выполнена с возможностью определения параметра, характеризующего нормальные усилия в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, вычислитель рассогласований выполнен с возможностью усреднения сигналов по каждому из измеренных параметров за установленный операционный промежуток времени, получения для каждой ведущей оси средних значений усредненных сигналов, характеризующих нормальные усилия в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью и частоты вращения этих колес, получения для трансмиссии в целом средних значений усредненных сигналов, характеризующих давления в гидроконтурах, усилия в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью и частоты вращения этих колес, вычисления рассогласований сигналов, характеризующих давление в каждом гидроконтуре, частоту вращения каждого ведущего колеса, среднее значение частоты вращения колес каждой ведущей оси машины и соответствующих сигналов, принятых за базовые, а функциональный блок формирования сигналов управления, входы которого связаны с выходами вычислителя рассогласований, выполнен реализующим функции коррекции сигналов управления по предварительно вычисленным приращениям для каждого сигнала управления, при этом его выходы, являющиеся выходами управляющей вычислительной системы, связаны с входами регулирующих исполнительных устройств изменения рабочих объемов насосов и гидромоторов таким образом, что сигналы управления подаются либо на насосы, либо на гидромоторы, либо на насосы и гидромоторы одновременно.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем для определения параметра, характеризующего нормальное усилие в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, система измерения содержит средства измерения величины деформации упругих элементов подвески этих колес.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислитель рассогласований сигналов выполнен реализующим следующие функции:



где p_i – величина сигнала рассогласования, характеризующая давление, созданное насосом в i-ом гидроконтуре;
– усредненный сигнал, характеризующий давление, созданное насосом в i-ом гидроконтуре;
– сигнал, характеризующий среднее значение давлений, созданных насосами в гидроконтурах;
– сигнал, характеризующий среднее значение усилий в пятне контакта ведущих колес i-ой оси с опорной поверхностью;
– сигнал, характеризующий среднее значение усилий в пятне контакта всех ведущих колес машины с опорной поверхностью;
_i – величина сигнала рассогласования, характеризующая среднюю частоту вращения ведущих колес i-ой оси;
– сигнал, характеризующий среднее значение частот вращения ведущих колес i-ой оси;
– сигнал, характеризующий среднее значение частот вращения всех ведущих колес машины;
– коэффициент, корректирующий значение сигнала для ведущих колес i-ой оси машины при криволинейном движении в зависимости от положения этой оси по отношению к полюсу поворота, при движении по прямой ;
_ij – величина сигнала рассогласования, характеризующая частоту вращения j-ого ведущего колеса i-ой оси;
– усредненный сигнал, характеризующий частоту вращения j-ого ведущего колеса i-ой оси;
– коэффициент, корректирующий значение сигнала для j-ого ведущего колеса i-ой оси машины при криволинейном движении в зависимости от положения этого колеса по отношению к полюсу поворота, при движении по прямой

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в функциональном блоке формирования сигналов управления функции упомянутой корректировки осуществляются по следующим соотношениям: для насосов – е_нi=е_н0-k_pн–p_i-k_н·_i,
где е_Нi – приращение сигнала управления рабочим объемом регулируемого насоса i-ого гидропривода;
е_Н0 – приращение сигнала управления, одинаковое для всех регулируемых насосов гидроприводов, определяющееся на основании значений усредненных сигналов, характеризующих частоту вращения вала двигателя машины и положение педали акселератора;
k_Рн – коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования p_i, по величине давления в i-ом гидроконтуре;
k_н – коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования _i, по величине средней частоты вращения ведущих колес i-ой оси машины,
для гидромоторов –
где e_Mij – приращение сигнала управления рабочим объемом j-ого регулируемого гидромотора i-ого гидропривода;
e_M0 – приращение сигнала управления, одинаковое для всех регулируемых гидромоторов гидроприводов, определяющееся на основании значений усредненных сигналов, характеризующих частоту вращения вала двигателя машины и положение педали акселератора;
– коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования p_i, по величине давления в i-ом гидроконтуре;
– усредненное значение сигнала, характеризующее нормальное усилие в пятне контакта j-ого ведущего колеса i-ой оси машины с опорной поверхностью;
– коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования _i, по величине средней частоты вращения ведущих колес i-ой оси машины;
– коэффициент, характеризующий чувствительность системы управления к сигналу рассогласования _ij, по величине частоты вращения j-ого ведущего колеса i-ой оси машины.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляющая вычислительная система выполнена в виде комплекса вычислительных блоков, и вычислитель рассогласований в ней содержит интегрирующие блоки по одному на каждый сигнал, поступающий от системы измерения, блок вычисления сигнала, соответствующего среднему давлению в гидроконтурах, блоки вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта колес одной ведущей оси с опорной поверхностью – по одному на каждую ведущую ось, блок вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта всех ведущих колес транспортного средства с опорной поверхностью, блоки вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения колес одной ведущей оси – по одному на каждую ведущую ось, блок вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения всех ведущих колес транспортного средства, блоки вычисления величины рассогласования между усредненными сигналами, характеризующими давление в каждом гидроконтуре, и соответствующим базовым сигналом, за который принимается их скорректированное среднее значение, по формуле: – по одному на каждый гидроконтур, блоки вычисления величин рассогласований между усредненными сигналами, характеризующими частоту вращения каждого ведущего колеса, и соответствующими базовыми сигналами, за которые принимаются их скорректированные средние значения для данной ведущей оси, по формуле: (для каждого ведущего колеса), а также между сигналами, соответствующими средним значениям частот вращения колес каждой ведущей оси, и соответствующим базовым сигналом, за который принимается их скорректированное среднее значение для всего транспортного средства, по формуле: (для каждой ведущей оси), при этом входы блока вычисления сигнала, соответствующего среднему давлению в гидроконтурах, связаны с выходами соответствующих интегрирующих блоков усреднения, входы блоков вычисления сигналов, соответствующих средним нормальным усилиям в пятне контакта колес одной ведущей оси с опорной поверхностью, связаны с выходами соответствующих интегрирующих блоков усреднения, входы блоков вычисления сигналов, соответствующих средней частоте вращения колес одной ведущей оси, связаны с выходами соответствующих интегрирующих блоков усреднения, входы блока вычисления сигнала, соответствующего среднему нормальному усилию в пятне контакта всех ведущих колес с опорной поверхностью, связаны с выходами блоков вычисления сигналов, соответствующих средним нормальным усилиям в пятне контакта колес одной ведущей оси с опорной поверхностью, входы блока вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения всех ведущих колес, связаны с выходами блоков вычисления сигналов, соответствующих средним частотам вращения колес одной ведущей оси, входы блоков вычисления рассогласований по значению давления в гидроконтурах связаны с выходами интегрирующих блоков усреднения сигналов, характеризующих давление в каждом гидроконтуре, выходами блоков вычисления сигналов, характеризующих средние нормальные усилия в пятне контакта колес каждой ведущей оси с опорной поверхностью, и с выходами соответствующих блоков вычисления сигналов, характеризующих средние значения давлений в гидроконтурах и нормальных усилий в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью для всего транспортного средства в целом, входы блоков вычисления рассогласований по значению частот вращения ведущих колес связаны с выходами интегрирующих блоков усреднения сигналов, характеризующих частоты вращения ведущих колес и угол поворота рулевого колеса, выходами блоков вычисления сигналов, соответствующих средней частоте вращения колес каждой ведущей оси, и выходом блока вычисления сигнала, соответствующего средней частоте вращения всех ведущих колес транспортного средства, а к входам функционального блока формирования сигналов управления, подключены выходы интегрирующих блоков усреднения сигналов, характеризующих нормальные усилия в пятне контакта ведущих колес с опорной поверхностью, частоту вращения коленчатого вала двигателя и положение педали акселератора, выходы блоков вычисления сигналов, характеризующих средние нормальные усилия в пятне контакта колес каждой ведущей оси с опорной поверхностью и выходы блоков вычисления рассогласований по значениям давлений в гидроконтурах и частот вращения ведущих колес.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляющей вычислительной системой служит бортовой компьютер машины с программным продуктом, обеспечивающим реализацию всех оговоренных в предыдущих пп.1-5 функций и связей вычислителя рассогласований и функционального блока формирования сигналов управления.

РИСУНКИ