Метод выбора рациональных характеристик процесса переключения в автоматической коробке передач автомобиля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Курочкин, Филипп Филиппович

• Курочкин, Филипп Филиппович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Курочкин, Филипп Филиппович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Обзор и анализ существующих систем управления автоматическими планетарными коробками передач.

1.2. Обзор и анализ работ, посвященных исследованию процессов переключения передач.

1.3. Постановка цели и задач исследования.

Глава 2. Теоретическое исследование процесса переключения передач.

2.1. Разработка математической модели и программы расчета.

2.1.1. Основные предпосылки.

2.1.2. Расчетная схема и математическая модель.

2.1.3. Моделирование работы фрикционных муфт и тормозов.

2.1.4. Моделирование работы коробки передач.

2.1.5. Моделирование работы движителей.

2.1.6. Моделирование двигателя.

2.1.7. Моделирование гидравлических элементов управления.

2.1.8. Программа расчета.

2.2. Результаты компьютерного моделирования процесса переключения передач.

2.2.1. Моделирование переключения передач с различной степенью перекрытия.

2.2.2. Переключения с различной скоростью нарастания крутящего момента, передаваемого включаемым фрикционным элементом.

2.2.3. Переключения с различной интенсивностью включения фрикционного элемента.

2.3. Выводы.

Глава 3.

Глава. Разработка метода переключения передач и методики определения закона изменения давления при переключении на высшую передачу.

3.1. Постановка задачи адаптивного управления.

3.2. Управление включаемым фрикционным элементом на стадии «передачи момента».

3.3. Управление включаемым фрикционным элементом на стадии «буксования».

3.4. Управление выключаемым фрикционным элементом на стадии «передачи момента».

3.5. Построение алгоритма управления процессом переключения передач.

3.6. Управление двигателем в процессе переключения.

3.7. Исследование вопроса нахождения оптимального соотношения работы буксования, критерия плавности переключения и времени буксования.

3.8. Выводы.

Глава 4.

Глава. Экспериментальное исследование процесса переключения.

4.1. Объект и задачи исследования.

4.1.1. Постановка задач исследования и характеристики объекта исследования.

4.1.2. Структурная схема системы управления АКП FT703.

4.1.3. Комплекс измерительной аппаратуры.

4.2. Сопоставление результатов математического моделирования с экспериментальными данными.

4.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод выбора рациональных характеристик процесса переключения в автоматической коробке передач автомобиля»

Актуальность проблемы. Увеличение производительности современных автотранспортных средств при одновременном улучшении их топливной экономичности и повышение безопасности эксплуатации неразрывно связано с решением проблем автоматизации управления агрегатами автомобилей и, в первую очередь, агрегатами трансмиссии.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили планетарные гидромеханические передачи (далее ГМП), позволяющие, во-первых, снизить динамические нагрузки в системе "двигатель-трансмиссия" за счет обеспечения плавности протекания переходных процессов, и, во-вторых, относительно простыми средствами автоматизировать процессы, связанные с управлением передачей мощности от двигателя к ведущим колесам. Благодаря этому упрощается управление автомобилем, снижается утомляемость водителя вследствие уменьшения объема его физической нагрузки, создается возможность усиления внимания к дорожной обстановке. Все это обеспечивает повышение безопасности движения, а также снижает степень влияния квалификации и индивидуальных особенностей водителя на эксплуатационные показатели автомобиля.

Однако у гидромеханических передач присутствуют и существенные недостатки, такие как наличие гидротрансформатора - узла, обладающего низким КПД (коэффициент полезного действия), большими осевыми и радиальными размерами, требующего использования большого количества рабочей жидкости для эффективной работы (столько же, сколько на систему смазки и управления). В связи с этим ведущие мировые производители автоматических коробок передач (далее АКП) в последние годы стараются отказаться от использования гидротрансформаторов. Однако отсутствие гидротрансформатора приводит к сужению динамического диапазона коробки передач, что приводит к необходимости увеличения числа ступеней. Наиболее рациональным с точки зрения соотношения размеров коробки передач, числа ступеней и возможности переключения передач без разрыва потока мощности является применения планетарных коробок передач с переключением при помощи индивидуальных фрикционов.

Еще одним направлением развития современных автоматических коробок передач является отказ от устройств плавного включения фрикционов. Это связано с тем, что современная коробка передач должна отрабатывать переключения в любых дорожных условиях, и при этом должна быть недорогой. А все дополнительные гидравлические элементы, такие как устройства плавного включения и, в частности, гидроаккумуляторы значительно повышают металлоёмкость и размеры коробки передач, а, следовательно, и её стоимость, при это уменьшают её надежность.

Разработка методики переключения передач в такого рода автоматических планетарных коробках передач и является целью данного исследования.

Цель работы. Целью данной работы является получение заданных эксплуатационных свойств переднеприводного автомобиля, оборудованного автоматической механической трансмиссией, путем управления процессом переключения передач.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

• анализ работ, выполненных по теме исследования;

• разработка математической модели прямолинейного движения автомобиля с автоматической механической планетарной коробкой передач, позволяющей моделировать все многообразие переходных процессов при переключении передач;

• выбор критериев оценки качества процесса переключения передач;

• анализ этапов процесса переключения;

• разработка метода переключения передач, обеспечивающего неразрывность потока мощности при переключении передач;

• разработка метода определения законов изменения моментов, развиваемых фрикционными элементами, обеспечивающих требуемую динамику переходных процессов при переключении коробки передач;

• сравнение расчетных и экспериментальных данных с целью определения точности и адекватности математической модели.

Методы исследования. В ходе решения поставленной задачи была разработана расчетная схема системы «двигатель - трансмиссия -автомобиль», составлена её математическая модель и проведено компьютерное моделирование переходных процессов, происходящих в механической системе. Проведен натурный эксперимент для проверки адекватности математической модели.

Научная новизна:

• Разработана математическая модель прямолинейного движения автомобиля, оборудованного автоматической механической планетарной коробкой передач, особенностью которой является наличие уравнений движения каждого отдельного звена в коробке передач оригинальной кинематической схемы, а также уравнения, описывающие работу электронно-гидравлической системы управления переключением передач.

• Разработан метод определения требуемых законов изменения передаваемого фрикционными элементами крутящего момента при переключении передач, обеспечивающих заданные параметры плавности процесса переключения и ограничивающие работу буксования, а также обеспечивающие неразрывность потока мощности при переключении передач.

Практическая ценность:

• Разработан алгоритм управления давлением во фрикционных элементах, обеспечивающий неразрывность потока мощности при переключении передач.

• На основе разработанной математической модели разработано программное обеспечение для ЭВМ, позволяющее исследовать переходные процессы при переключении передач

• Получены новые экспериментальные данные, на основе которых определены основные направления совершенствования управления процессом переключения.

На защиту выносятся:

• Математическая модель прямолинейного движения автомобиля, оборудованного автоматической механической планетарной коробкой передач с системой переключения передач.

• Метод определения закона изменения передаваемого фрикционным элементом крутящего момента при переключении передач.

• Метод и алгоритм переключения передач, обеспечивающий неразрывность потока мощности при переключении.

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований

Реализация работы. На основе разработанного метода определения законов изменения крутящих моментов, развиваемых фрикционными элементами при переключении передач, а также на основании разработанного алгоритма переключения, синтезирована программа управления для разрабатываемой фирмой «Кате» автоматической механической планетарной коробки передач РТ703 для переднеприводного легкового автомобиля. Разработанная программа моделирования транспортной машины применялась при отработке алгоритма переключения, корректировки конструкции разрабатываемой АКП.

Полученные в ходе исследования результаты были учтены при разработке технического задания на проектирование автоматической системы управления автоматической коробкой передач КАТЕ РТ703, а также при подготовке студентов по специальности 05.05.03 на кафедре «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э.Баумана

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Курочкин, Филипп Филиппович

Выводы по работе

1. Разработана математическая модель прямолинейного движения автомобиля, оборудованного автоматической механической планетарной коробкой передач, особенностью которой является наличие уравнений движения каждого отдельного звена в коробке передач, а также уравнения, описывающие работу оригинальной электронно-гидравлической системы управления коробки передач. Экспериментально подтверждена адекватность данной математической модели. Отклонение результатов моделирования различных параметров автоматической трансмиссии составляет не более 10% по сравнению с результатами замеров на экспериментальном образце.

2. В качестве критерия оценки плавности переключения передач был выбран размах колебаний производной продольного ускорения кузова автомобиля, называемый «джерк». Определены его предельные (3,4 §/с) и средние (0,5-2,5§/с) значения, полученные при исследовании плавности переключения на серийных автомобилях.

3. В соответствии с 5 характерными этапами переключения разработан метод управления включаемым и выключаемым фрикционным элементом, обеспечивающий неразрывность потока мощности при переключении передач. Установлено, что неразрывность потока мощности при переключении обеспечивается управлением выключаемым фрикционным элементом. При этом данным фрикционным элементом необходимо управлять по значению «скольжения», обеспечивая около нулевое значение данного параметра: допустимое значение «скольжения» лежит в пределах от 0 до 30-50 об/мин.

4. На основе выбранного критерия плавности переключения разработан метод определения требуемых законов изменения передаваемого фрикционными элементами крутящего момента при переключении передач, обеспечивающий заданные параметры плавности процесса переключения и ограничивающий работу буксования. При этом установлено, что на

142 ощущения водителя существенное влияние будет оказывать закон изменения давления на завершающем (IV) этапе буксования включаемого фрикционного элемента. Так, уменьшение давления на завершающем этапе переключения позволяет существенно (на 30%) уменьшить размах колебаний производной продольного ускорения (критерия плавности) автомобиля после окончания буксования.

5. Расчетно-экспериментальные исследования дают возможность утверждать, что давление в бустере включаемого фрикционного элемента необходимо корректировать в соответствии с фактической интенсивностью буксования, определяемое заданным («желаемым») значением ускорения входного вала коробки передач. Данный параметр наиболее достоверно отражает степень влияния изменения давления в бустере фрикционного элемента на процесс буксования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Курочкин, Филипп Филиппович, 2008 год

1. Абдулов C.B. Динамика переходных процессов и синтез оптимального управления переключением передач гидромеханической трансмиссии транспортных машин: Дисс. . канд. техн. наук. Курган, 2005. - 143 с.

2. Архипов А.И. О способах улучшения плавности переключения в гидромеханических передачах // Труды МАДИ (М.). 1976. - Вып. 116. -С. 99-102.

3. Архипов А.И. Исследование процессов переключений в гидромеханической передаче с устройствами, снижающими динамические нагрузки: Автореферат дисс. . канд. техн. наук. М., 1974. -24 с.

4. Бадр Э. О. X. Снижение динамической нагруженности механических трансмиссий автомобилей с автоматизированным переключений ступеней в коробках передач: Дисс. . канд. техн. наук. Минск: БГПА, 1994.- 134 с.

5. Вильковский Е.К. Исследование режимов и показателей работы городских автобусов методами имитации и моделирования условий движения: Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Львов, 1971. - 24 с.

6. Выбор закона автоматического переключения ступеней в гидромеханической передаче. О.И.Гируцкий, Н.Д. Мазалов, В.Н.Паух и др. // Автомобилестроение. 1971. - Вып. 4. С.51-55.

7. Гируцкий О.И. Есеновский-Дашков Ю.К. Фисенко И.А. Автоматические коробки передач современных легковых автомобилей, М.: НИИНавтопром, 1981. - 48 с.

8. Гируцкий О.И. Есеновский-Лашков Ю.К. Фисенко И.А. Результаты испытаний автоматической гидромеханической передачи для легковых автомобилей // Автомобильная промышленность. 1978. - №1. - С.27-30.

9. Гируцкий О.И. Есеновский-Лашков Ю.К. Поляк Д.Г. Электронные системы управления агрегатами автомобиля. М.: Транспорт, 2000. -213 с.

10. Громовой C.B. Автоматизация процесса разгона легкового автомобиля при создании автоматических механических ступенчатых трансмиссий: Дисс. . канд. техн. наук. Ижевск, 2003. - 203 с.

11. Даршт Я.А. Имитационное моделирование элементов гидропривода. Учеб. пособие к лекц. курсу: Гидропривод и средства гидроавтоматики. Ковров: КГТА, 2006. - 78 с.

12. Даршт Я.А. Расчетный комплекс машиностроительной гидравлики: Монография. Ковров: КГТА, 2003. - 412с.

13. Даршт Я.А. Учет газосодержания при имитационном моделировании гидроустройств // Приводная техника (М). 2004. - №4. - С. 58-61.

14. Даршт Я.А. Имитационные модели гидропередач // Вестник машиностроения. 2004. - №5. - С. 13-16.

15. Дьяченко Н.Х. Дашков С.Н. и др. Быстроходные поршневые двигатели внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1964. - 250 с.

16. Ждановский Н.С. Ковригин А.И. Соминин A.B. Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотранспортного типа. JL: Машиностроение, 1974. - 222 с.

17. Злотин Г.Н. Снова о коэффициенте неустановившегося режима работы двигателя // Двигателестроение, 1988. - №12. - С. 55-57.

18. Исследование работы двигателя ЗИЛ-114 на неустановившихся режимах. Отчет о НИР / МАДИ, Рук. проф. Архангельский В.М., М.: 1977, ГР № Б602381. инв.№ Ю17БА. - 172 с.

19. Кнороз В.И. Работа автомобильной шины. М.: Транспорт, 1976. - 236с.

20. Крагельский И.В. Добычин М.Н. Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроние, 1977. - 576 с.

21. Крайнык Jl.В. Исследование и оптимизация режимов управления гидромеханическими передачами городских автобусов: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1978. - 210 с.

22. Крайнык J1.B. Вильковский Е.К. Дзядык М.Н. Электронные системы управления автомобилей. М.: НИИНавтопром, 1978. - Часть 1.-51 с.

23. Крайнык JI.B. Вильковский Е.К. Дзядык М.Н. электронные системы управления автомобилей. М.: НИИНавтопром, 1978. - Часть 2. - 34 с.

24. Ксеневич И.П. Тарасик В.П. Системы автоматического управления ступенчатыми трансмиссиями тракторов. М.: Машиностроение, 1979. -280 с.

25. Кусяк В.А. Синтез алгоритма переключения передач в трансмиссии автомобиля: Дисс. . канд. техн. наук. Минск: БГПА, 2000. - 174 с.

26. Малашков И.И. Исследование процесса включения сцепления его износостойкости и динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля: Дисс. . канд. техн. наук. -М.: МАМИ, 1974. 142 с.

27. Мороз С.М. Электроника в управлении автомобилем // Автомобильная промышленность. 1981. - № 9. - С. 13-16.

28. Нагайцев М.В. Метод прогнозирования режимов работы ступенчатой коробки передач транспортной машины с системой автоматического переключения: Дисс. . канд. техн. наук. -М., 2003. 126 с.

29. Нагайцев М.В. Котиев Г.О. Математическое моделирование режимов работы ступенчатой коробки передач транспортной машины с системой автоматического переключения. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. - 36 с.

30. Надь A.A. Чередниченко Ю.И. Марков Ю.С. Об оценке плавности переключения в гидромеханических передачах легковых автомобилей // Автомобильная промышленность. 1975. - № 9, - С.21-24.

31. Нарбут А.Н. Шапко В.Ф. Архипов А.И. Исследования процесса переключения фрикционов с периферийными клапанами // Автомобильная промышленность. 1979. - №10. - С.22-24.

32. Петрушов В.А. Московкин В.В. Евграфов А.Н. Мощностной баланс автомобиля / Под общ. ред. В.А. Петрушова. М.: Машиностроение, 1984.- 160 с.

33. Плужников Б.И. Исследование законов переключения передач в автоматической гидромеханической трансмиссии легкового автомобиля на режиме разгона: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1982. - 244 с.

34. Полунгян A.A. Динамика колесных машин. М.: МВТУ, 1976. - 68 с.

35. Поляк Д. Г. Научные основы и промышленная реализация систем управления полуавтоматическими и автоматическими механическими трансмиссиями автомобилей: Дисс. . докт. дехн. наук. М.: МАМИ, 1992.-293 с.

36. Пришвин С.А. Эпштейн С.С. Исследования разгонов автомобильных двигателей требуют новых подходов. М.: Двигателестроение, - 1989. -№11. - С. 57-58.

37. Проектирование полноприводных колесных машин; В 2-х томах: Учеб. для ВУЗов / Б.А. Афанасьев, Н.Ф. Бочаров, Л.Ф.Жеглов и др; Под общ. ред. А.А.Полунгяна. М.: Издат. МГТУ им Н.Э.Баумана, 1999. - Т.1. -488 е.; 2000.-Т.2.-641 с.

38. Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник / А.И. Гришкевич, Б.У. Бусел, Г.Ф. Бутусов и др.; Под общ. ред. А.И. Гришкевича М.: Машиностроение, 1984. - 272с.

39. Расчет переходных процессов в системе двигатель-трансмиссия при управлении фрикционными элементами трансмиссии М.: ВА БТВ, 1963. - 54 с. (Информационный выпуск № 109).

40. Руктешель О.С. Динамические нагрузки в трансмиссии колесного трактора с переключением передач на ходу: Дисс. . канд. техн. наук. -Минск: БПИ, 1970,- 158 с.

41. Рынкевич С. А. Разработка рекомендаций по выбору характеристик и параметров системы управления гидромеханической трансмиссиейгусеничной машины: Дисс. . канд. техн. наук. Минск: БГПА, 1994. -127 с.

42. Савочкин В.А. Дмитриев A.A. Статистическая динамика транспортных и тяговых гусеничных машин. М.: Машиностроение, 1993, - 320с.

43. Семёнов В.М. Кондрашкин СИ. Контанистов С.П. Определение динамической нагруженности трансмиссии и работы буксования муфты сцепления при трогании автомобиля с места // Автомобильная промышленность. -1978. №2. - С. 23-26.

44. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.

45. Тарасик В.П. Основы синтеза вальных коробок передач с фрикционными муфтами переключения ступеней // Конструкции автомобилей (М.). -1972. Вып.2. - С. 13-21.

46. Тарасик В.П. Методика комплексных исследований переходных процессов в трансмиссии автомобиля с гидромеханической передачей // Автомобильная промышленность. 1972. - №2. - С.13-15.

47. Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач. Минск: Наука и техника, 1973. - 320 с.

48. Тарасик В.П. Рынкевич С.А. Интеллектуальные системы управления ГМП // Автомобильная промышленность. 2002. - №2. - С. 10-13.

49. Тарасик В.П. Рынкевич С.А. Интеллектуальные системы управления ГМП // Автомобильная промышленность. 2003. - №7. - С. 38-39.

50. Тарасик В.П. Проектирование внедорожных автомобилей и колесных тракторов на основе методов оптимизации сложных динамических систем: Автореферат дисс. . канд. техн. наук. М., 1984. - 44 с.

51. Фисенко И.А. Выбор законов управления гидромеханической передачей легкового автомобиля с целью улучшения плавности переключения передач и снижения потерь мощности: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1984.- 177 с.

52. Фисенко И.А., Есеновский-Лашков Ю.К., Скоков Е.М. Оценка плавности переключений гидромеханических передач легковых автомобилей // Автомобильная промышленность. 1982. - № 5. - С. 1718.

53. Френкель Н.З. Гидравлика. М.: Госэнергоиздат, 1956. - 455 с.

54. Двигатели внутреннего сгорания / A.C. Хачиян, К.А. Морозов, В.Н. Луканин и др. Под ред. В.Н. Луканина, 2-е изд., М.: Высшая школа, 1985.-311 с.

55. Харитонов С. А. Сологуб С. А. Нагайцев М. В. Автоматические коробки передач: Инструкция по эксплуатации, диагностике и техобслуживанию. М.: Легион-Авто дата, 2004. - 78 с.

56. Харитонов С. А. Егерев М. А. Нагайцев М. В. Автоматические коробки передач Mercedes 722.3, 722.4, 722.5 и 722.6: принцип работы, устройство, диагностика и ремонт. М.: Легион-Автодата, 2004. - 208 с.

57. Храмов Ю.В. Фигуров И.В. Щур О.З. Математическое моделирование движения автомобиля по дорогам с усовершенствованным покрытием. -М., НИИавтопром, 1973. 63 с.

58. Черванев А. Д. Разработка требований к алгоритмам управления процессом переключения передач в автоматизированных ступенчатых синхронизированных трансмиссиях: Дисс. . канд. техн. наук. Минск: БПИ, 1982,- 137 с.

59. Чередниченко Ю.И., Надь A.A. Методика объективной оценки плавности переключения передач ГМП // Труды ЗИЛа (М.). 1977. Вып.7. - С.41-56.

60. Чередниченко Ю.И. Испытания автомобильных гидромеханических передач. М.: Машиностроение, 1969. - 195 с.

61. Шехада Д. А. Обоснование схемы и выбор параметров исполнительного механизма ступенчатой коробки передач для автоматической системы управления трансмиссией легкового автомобиля: Дисс. . канд. техн. наук. Минск: БГПА, 1993. - 137 с.

62. Шмидт А.Г. Новохатный П.Н., Сытин К.Ю. Мощностные показатели двигателя на режиме разгона автомобиля // Автомобильная промышленность. 1977. - №7. - С.8-10.

63. Winchell F.J. Route W.D. Ratio Changing the passenger car automatic transmission / SAE Preprint. 1961. - № 311A. - P. 1-34.

64. Kurata K. Minowa T. Ibamoto M. A study of smooth gear shift control system with torque feedback // Electronic transmission control. Edited by Ronald K. Jürgen, SAE, 2005. P.217-221.

65. Minowa T. Ochi T. Smooth shift control technology for clutch-to-clutch shifting // Electronic transmission control. Edited by Ronald K. Jürgen, SAE, 2005. -P.253-258.

66. Patent № 5211080. US. Method Of Shift Control During A Coastdown Shift For An Electronic Automatic Transmission System / Maurice B. Leising, Howard L. Benford. 1990.