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.

 

 


Содержание раздела

---

---