Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и обоснование задач исследования 10
1.1. Анализ существующих систем автоматического и автоматизированного управления переключением передач 11
1.2. Анализ существующих законов переключения передач 22
1.3. Интеллектуальные системы управления транспортной машиной 25
1.4. Задачи исследования 34
2. Теоретическое исследование динамической системы «двигатель - трансмиссия - транспортная машина» 35
2.1. Объект исследования. Основные характеристики объекта исследования 35
2.2. Расчетная схема механической системы «двигатель -трансмиссия — транспортная машина» 39
2.3. Математическая модель механической системы «двигатель — трансмиссия - транспортная машина» 41
2.4. Компьютерная процедура механической системы «двигатель — трансмиссия - транспортная машина» 50
2.5. Результаты компьютерного моделирования процесса трогания с места механической системы «двигатель - трансмиссия -транспортная машина» 59
2.6. Результаты компьютерного моделирования процесса переключения передач механической системы «двигатель - трансмиссия - транспортная машина» 67
2.7. Выводы 74
3. Экспериментальное исследование 75
3.1. Объект и задачи экспериментального исследования 75
3.2. Комплекс информационно-измерительной аппаратуры 76
3.3. Результаты экспериментального исследования 81
3.4. Выводы 95
4. Синтез программы оптимального управления транспортной машины 97
4.1. Трогание транспортной машины с места 97
4.2. Переключение передач вверх 102
4.3. Переключение передач вниз 106
4.4. Условие блокировки ГТ 106
4.5. Основные требования, предъявляемые к системе управления 107
4.6. Структура и функциональная схема системы автоматического управления ГМТ 109
4.7. Схема алгоритма работы системы автоматического управления ГМТ 111
4.8. Исполнительные механизмы системы 128
4.9. Выводы 132
Основные результаты по работе 133
С писок литературы 138
Приложение 144
- Интеллектуальные системы управления транспортной машиной
- Математическая модель механической системы «двигатель — трансмиссия - транспортная машина»
- Результаты компьютерного моделирования процесса переключения передач механической системы «двигатель - трансмиссия - транспортная машина»
- Структура и функциональная схема системы автоматического управления ГМТ
Введение к работе
Актуальность проблемы
В проектируемых и модернизируемых транспортных машинах широко используются гидромеханические трансмиссии. Основные эксплуатационные свойства (тягово-динамические, топливно-экономические, скоростные, динамическая нагруженность, долговечность элементов трансмиссии) транспортных машин во многом определяются законом переключения передач и программой управления агрегатами силовой установки. Эффективность перспективных транспортных машин, управляемость и устойчивость движения, топливная экономичность, другие эксплуатационные качества во многом определяются системой управления движением. Движение машин происходит в условиях взаимодействия с многопараметрической, случайной средой. Поэтому необходимо непрерывно регулировать поступательную скорость. Основной задачей управления является регулирование поступательной скорости при переходных процессах трогания с места, разгона (переключения передач), торможения, поддержания безопасной дистанции. В настоящее время рядом отечественных и зарубежных специалистов решаются проблемы динамики и управляемости транспортных машин. В связи с дальнейшей интенсификацией рабочих процессов, применением принципиально новых конструктивных решений, получением дополнительных экспериментальных данных, позволяющих углубить понимание физических процессов, необходимо совершенствовать математические модели и расчетные схемы движения машин, критерии оценки управляемости машин путем учета дополнительных факторов, существенно влияющих на управляемость. При этом необходимо уточнить принимаемые ранее ограничения и допущения, использовать достижения и результаты развития науки и техники в смежных отраслях - в теории управления, микропроцессорной и вычислительной технике. Это объясняется тем, что известные математические модели не позволяют в достаточной степени
учитывать реальные особенности конструкции, условия и режимы движения машин, динамику системы управления движением и многое другое.
Повышение скоростных качеств и многофункциональность машин, увеличение числа управляемых элементов, приводят к сложным алгоритмам управления. В настоящее время синтезированы структурные схемы и программы управления движением. При трогании машины с места программа управления обеспечивает требуемую динамику движения машины - ускорение и длительность разгона, уровень комфортабельности (продольных и вертикальных ускорений), ограничение работы буксования фрикционных механизмов и теплонапряженности их деталей, приемлемую динамичность нагрузки в трансмиссии, ограничение дымности, незаглыхание двигателя, ограниченное буксование движителя и др. Реализация такого алгоритма требует высокой квалификации водителя. Проведенным исследованием установлена возможность синтеза адаптивного управления процессом трогания, реализуемого автоматизированной системой. Подобные системы разрабатываются BMW Ficktel and Sachs, Automotive Produch (AP) automatic clutch and throttle system (ACTS) для концерна Ford и др. Тем не менее, созданные образцы автоматизированных систем управления не смогли обеспечить повышение эксплуатационных свойств машин, кроме снижения утомляемости водителя и уровня требований к его квалификации. Проблема объясняется сложностью переходных процессов при управляемом движении и недостаточным развитием теории управляемого движения. Эти аспекты объясняют актуальность проводимых исследований.
В настоящее время при автоматизации процесса переключения передач используются различные системы управления. Особенностью всех этих систем является жесткий закон, по которому происходит переключение.
Для машин высокой проходимости при интенсивно меняющемся сопротивлении движению такое управление трансмиссией не может обеспечить оптимальные тягово-динамические и топливно-экономические показатели. Необходимость адаптивного управления трансмиссией, при котором
учитывается изменяющийся характер условий движения и технического состояния агрегатов машины, и определяет актуальность проблемы. Цель и задачи исследования
Целью исследования является синтез программы управления гидромеханической трансмиссией транспортной машины, позволяющая минимизировать работу буксования фрикционных элементов и динамическую нагруженность элементов трансмиссии при переходных процессах трогания машины с места и переключения передач.
Для достижения цели в диссертации поставлены и решаются следующие задачи:
Проведение теоретического исследования динамики переходных процессов механической системы «двигатель — трансмиссия — транспортная машина» при трогании с места и переключении передач.
Определение зависимости работы буксования и динамической нагруженности узлов трансмиссии от законов управления исполнительными механизмами силового блока.
Проведение экспериментального исследования динамики механической системы «двигатель - трансмиссия - транспортная машина».
Создание алгоритма и разработка закона управления агрегатами моторно-трансмиссионной установки транспортной машины, обеспечивающего минимальную работу буксования фрикционных элементов трансмиссии при ограниченной динамической нагруженности.
Синтез программы управления гидромеханической трансмиссией, создание функциональной схемы и разработка конструкции основных исполнительных элементов.
Методы исследования
В ходе решения поставленной задачи была разработана расчетная схема механической системы «двигатель - трансмиссия - машина», составлена ее математическая модель и проведено компьютерное моделирование переходных
%
процессов, происходящих в механической системе, с учетом действия внешней среды.
Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программных пакетов Mathcad 2001 и Model Vision Studium.
Научная новизна
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана расчетная схема и обобщенная модель управляемого движения механической системы «двигатель - трансмиссия - транспортная машина». В расчетной схеме учтена дотрансформаторная зона, а также динамика угловых перемещений корпуса транспортной машины с учетом упруго-демпфирующих свойств гусеничного движителя и трансмиссии. Модель позволяет имитировать переходные процессы и исследовать их динамику.
При помощи программного пакета «Model Vision Studium» создана вычислительная процедура, позволяющая решать систему уравнений, которая описывает движение транспортной машины с учетом управляющих функций.
3.Получены новые экспериментальные данные о динамических процессах, протекающих в системе «двигатель - трансмиссия - транспортная машина» на переходных режимах работы. На основе этих данных определены основные направления оптимизации динамических процессов.
4. Синтезирована программа управления гидромеханической трансмиссией по которой выбор требуемой передачи осуществляется из условия минимизации разности ускорения на смежных передачах.
Практическая ценность
Синтезированная программа управления трансмиссией позволяет в значительной мере повысить тягово-динамические и топливно-экономические показатели машины, обеспечить минимальную работу буксования фрикционных элементов при ограниченной динамической нагруженности, а также улучшить условия работы водителя.
Разработанная программная процедура позволяет смоделировать процессы, происходящие в трансмиссии при изменении дорожных условий; выбрать параметры системы автоматизированного управления трансмиссией конкретной машиной; опробовать различные законы управления трансмиссией.
На защиту выносятся следующее:
Математическая модель механической системы «двигатель - трансмиссия-транспортная машина».
Программа оптимального управления гидромеханической трансмиссией транспортной машины.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Реализация работы
Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в двух отчетах о НИР, переданных ОАО «СКБМ».
Полученные в ходе исследования результаты легли в основу технического задания на проектирование автоматизированной системы управления гидромеханической трансмиссии ОАО «Электромашины» г. Челябинск; при разработке функциональной схемы и конструкции исполнительных механизмов системы управления в отделе гидросистем ОАО «СКБМ» а также при подготовке студентов специальности 150300 (190202) Курганского государственного университета.
Апробация работы
Основные положения и материалы работы докладывались и обсуждалась на Областной научно-практической конференции (Курган, 2000г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин» (Курган, 2003 г.); На XXTV российской школе по проблемам науки и технологий (Миасс, 2004г.). На III Международном технологическом конгрессе (Омск, 2005) В полном объеме работа обсуждалась на объединенном семинаре Южноуральского государственного университета в 2005 году.
Публикации
Все основные положения диссертации опубликованы в девяти печатных работах.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех разделов основного текста, выводов, списка использованных источников и приложений.
Содержание работы изложено на 144 страницах текста, включающих 64 рисунка, 9 таблиц, список литературы из 58 наименований.
*
Интеллектуальные системы управления транспортной машиной
В последнее время появилась тенденция создания интеллектуальных систем управления или систем с нечеткой логикой [24, 48, 50].
Давно уже доказано, что автоматизация управления любой сложной системой, в том числе автомобилем, существенно повышает качество процессов функционирования ее механизмов и подсистем. С этой точки зрения интеллектуальные системы управления еще более привлекательны, хотя бы потому, что работают не по жесткой (эталонной) программе, а по программе, самонастраивающейся под конкретно складывающиеся в данный момент условия.
Интеллектуальная система, как и человек, в процессе принятия решения не только оперирует понятиями, описываемыми количественно, но и использует качественные оценки (типа «сильно», «слабо», «быстро», «медленно», «резко», «плавно», «много», «мало» и т. д.). Поэтому при создании таких систем и рекомендуется применять математический аппарат теории нечетких множеств.
Реализуется эта рекомендация с помощью так называемых нечетких контроллеров (рис. 1.13), состоящих из четырех блоков-подсистем - управления базой данных, описания информационных переменных, нечеткого моделирования процесса принятия решений и дефазификатора. При его построении использован принцип параллелизма.
Так для одновременного выполнения г нечетких выводов параллельно установлены г блоков нечетких выводов, в которые из подсистемы управления базой данных одновременно (параллельно) вводятся нечеткие правила. Входная информация (информационные переменные) поступает через периферийные устройства в логический блок (блок нечеткой памяти), где записаны нормированные функции принадлежности, описывающие информационные переменные.
Подсистема нечеткого моделирования включает в себя нечеткие правила и механизм нечетких выводов. Дефазификатор выдает четкое решение, служащее корректирующей величиной логической части интеллектуальной системы управления транспортным средством. При моделировании процесса поиска решений с использованием нечеткого контроллера проблемную область формализуют, а стратегию поиска строят так же, как это делает квалифицированный человек (водитель автомобиля). Причем формализация выполняется по тем же человеческим правилам вида /?,: (если А? то В,), где А, и В.— нечеткие высказывания, которые формируются с помощью лингвистических переменных ("много", "мало" и т. п.) и их алгебраических и тригонометрических функций принадлежности. При моделировании нечетких заключений используются треугольные и трапециевидные функции принадлежности. И поскольку подзадачи выводятся посредством нечетких правил, а входные данные носят количественный характер, то перед использованием этих данных в качестве фактов необходимо произвести операцию фазификации. Процедура получения выходного решения на основе приведенных выше правил нечеткого управления включает три следующие операции. 1. Получение нечетких выводов по каждому правилу в отдельности, для чего над функциями принадлежности выполняется необходимая логическая операция (сложение либо умножение). Полученное в ее результате значение функции принадлежности накладывается на функцию принадлежности заключения. В результате слияния этих двух нечетких множеств (логическая операция И или взятие минимума) получается новая функция принадлежности. 2. Сложение результирующих функций, полученных на предыдущем этапе, по всем правилам одновременно (логическая операция ИЛИ, т.е. взятие максимума). В результате формируется результирующая функция принадлежности. 3. Получение четкого (однозначного) решения - дефазификация. Данная операция используется для оценки результата. Цель (выходное решение) принимает конкретное количественное или качественное выражение. Эти операции выполняет нечеткий контроллер. В каждый момент времени он анализирует информационные переменные - положение педали акселератора и ускорение автомобиля. Например, водитель желает совершить динамичный разгон, для чего быстро нажимает педаль акселератора до упора. Датчик ускорения фиксирует положительную величину ускорения автомобиля. Контроллер, в соответствии с заложенными в него правилами, учитывающими различные оттенки для различных сочетаний этих информационных переменных, выполняет необходимые логические операции. В результате получается несколько (по числу правил) результирующих функций принадлежности. Функции логически складываются. И, наконец, из итоговой функции формируется четкое однозначное решение, которое и служит командой исполнительному устройству интеллектуальной системы управления в данный момент времени [48].
Первыми на нечеткую логику обратили внимание японские автомобилестроители. В 1991 году компания Nissan впервые применила компоненты нечеткой логики в системе управления пятискоростной АКП, годом позже аналогичная система появилась на автомобилях Honda. Тогда же Mitsubishi Motors представила модель Lancer (каталоги относят ее к 1993 году, но зарубежные компании в таких случаях традиционно забегают вперед) с антиблокировочной системой на основе процессора с нечеткой логикой. Еще годом позже спохватились и американцы: концерн "Дженерал Моторс" применил подобную систему для управления АКП, но угнаться за японцами было не просто - к этому времени на том же Nissan была внедрена нечеткая логика в системах управления впрыском топлива для бензиновых двигателей. Ко второй половине прошлого десятилетия системами с использованием нечеткой логики штатно оснащались машины уже упомянутых Nissan, Mitsubishi и Honda, a BMW, Hyundai, Mazda, Mercedes и Peugeot планировали внедрить такие системы (вели подобные разработки и компании, сами автомобилей не производящие, например Bosh и Nippon Denso). [39]
Математическая модель механической системы «двигатель — трансмиссия - транспортная машина»
На режиме трансформации момента реактор неподвижен и обеспечивает увеличение крутящего момента на турбинном колесе.
Режим трансформации момента используется при трогании с места, переключении передач, движении по тяжелым дорогам, преодолении препятствий. Когда насосное и турбинное колеса начинают вращаться примерно с одинаковыми скоростями, поток рабочей жидкости, выходящий из турбинного колеса, воздействует на лопатки реактора с нерабочей стороны, вызывая дополнительные потери. Чтобы избежать этого, реактор установлен на муфту свободного хода, позволяющей реактору вращаться совместно с насосом и турбиной, не создавая потоку жидкости дополнительного сопротивления, гидротрансформатор автоматически переходит в режим гидромуфты. При работе гидротрансформатора в режиме гидромуфты есть потери мощности из-за проскальзывания турбинного колеса относительно насосного. Чтобы избежать потерь, турбинное и насосное колеса блокируются между собой с помощью фрикциона блокировки. Включение и выключение блокировки гидротрансформатора производится автоматически системой управления при трогании транспортной машины с места, переключении передач, остановке. При движении в ручном режиме управления, блокировка гидротрансформатора производится принудительно. Работа ГМ КП на различных передачах будет осуществляться следующим образом. При нейтральном положении в планетарной коробке передач все фрикционные элементы разомкнуты, и ни один из элемент планетарных рядов не заторможен; при этом отсутствует реактивный элемент, дающий возможность увеличить крутящий момент. В нейтральном положении планетарная коробка отсоединяет двигатель от трансмиссии автомобиля. Порядок включения исполнительных механизмов при работе ГМ КП, передаточные числа на передачах приведены в таблице 2.1. При включении передачи тормоз ТІ останавливает эпицикл планетарного ряда ТПМ2, а фрикцион делителя Фдл блокирует между собой солнечную шестерню и эпицикл планетарного ряда делителя На второй передаче тормоз ТІ останавливает эпицикл планетарного ряда ТПМ2, тормоз делителя Тдл через корпус фрикциона останавливает солнечную шестерню планетарного ряда делителя На третьей передаче тормоз Т2 останавливает эпицикл планетарного ряда ТПМ1, фрикцион делителя Фдл блокирует между собой солнечную шестерню и эпицикл планетарного ряда делителя. На четвертой передаче тормоз Т2 останавливает эпицикл планетарного ряда ТПМ1, тормоз делителя Тдл через корпус фрикциона останавливает солнечную шестерню планетарного ряда делителя. На пятой передаче фрикцион ФЗ блокирует между собой солнечную шестерню и водило планетарного ряда ТПМЗ, фрикцион делителя Фдл блокирует между собой солнечную шестерню и эпицикл планетарного ряда делителя. На шестой передаче фрикцион ФЗ блокирует между собой солнечную шестерню и водило планетарного ряда ТПМЗ, тормоз делителя Тдл через корпус фрикциона останавливает солнечную шестерню планетарного ряда делителя На первой передаче заднего хода тормоз Тзх останавливает водило планетарного ряда ТПМЗ, фрикцион делителя Фдл блокирует между собой солнечную шестерню и эпицикл планетарного ряда делителя. На второй передаче заднего хода тормоз Тзх останавливает водило планетарного ряда ТПМЗ, тормоз делителя Тдл через корпус фрикциона останавливает солнечную шестерню планетарного ряда делителя. В соответствии с кинематической схемой (рис.2.1) была разработана расчетная схема (рис. 2.2). Разработка расчетной схемы осуществлялось на основе работ различных авторов [12, 16, 17, 37, 48, 53, 56] с учетом необходимости получения зависимости между показателями качества переходных процессов и параметрами трансмиссии, оказывающими решающее влияние на характер протекания переходного процесса. Особенностью расчетной схемы является учет дотрансформаторной зоны и корпуса транспортной машины, соединенного с гусеничным движителем через упругодемпфирующий элемент (упругая гусеница или шина колеса). При переходных процессах подрессоренная масса может совершать колебательные движения вокруг поперечной оси, отклоняясь от состояния статического равновесия на угол а..
Экспериментальные исследования гусеничных машин, оснащенных системой автоматического переключения передач (АПП), показывает (раздел 3), что процесс трогания машины с .места характеризуется существенным ускорением в вертикальной плоскости на месте механика водителя и достигает величены (2,8-3)-g, а отклонение корпуса машины от статического положения до 18 град.
Результаты компьютерного моделирования процесса переключения передач механической системы «двигатель - трансмиссия - транспортная машина»
В последнее время появилась тенденция использования ГТ только в сложных дорожных условиях и при трогании с места. При этом заказчик выдвигает требование возможности трогания с места с блокированным ГТ с минимальной нагрузкой на элементы трансмиссии и фрикционные элементы.
При использовании компьютерной процедуры было проведено моделирование процесса трогания транспортной машины с места с разблокированным и заблокированным ГТ. В соответствии с расчетной схемой (рис. 2.2) процесс трогания машины с места рассматривается, как 2-х этапный [25]. В случае с разблокированным ГТ процесс трогания с места происходит следующим образом. На первом этапе, при предварительно включенной передаче, происходит нарастание момента двигателя. Это достигается путем увеличения подачи топлива и приводит к возрастанию момента на ведущих колесах и деформации упругих элементов трансмиссии и гусеничного движителя. Момент на ведущих колесах создает момент, поворачивающий корпус относительно поперечной оси машины, проходящей через центр упругости, на некоторый угол (р. При этом создается продольный дифферент корпуса с одновременной деформацией рабочих ветвей гусениц и упругих элементов подвески. Последнее, приводит к перемещению центра упругости по нормали к опорной поверхности на величину Z. Угловая скорость дифферента корпуса ф и скорость его вертикального перемещения Z зависят от изменения момента на ведущих колесах и определяются по уравнениям: где XCJ І-.,п - продольные координаты центра упругости, опорных катков и их число; С: - жесткость подвески;
Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что величина вертикального ускорения мала, и в дальнейшем не рассматривается. Момент сопротивления движению машины Мс в общем случае может быть задан спектральной плотностью или его математическим ожиданием Mc(t) =fcmgRBK, где fc — коэффициент сопротивления движению с учетом потерь в гусеничном движителе. Трогание машины с места происходит при возрастании момента на ведущих колесах Мвк до значения момента сопротивления Мс, Мвк Мс Угловые перемещения корпуса нарастают до начала трогания. После трогания машины с места возникает поворачивающий момент, от сил инерции. Далее угловое перемещение корпуса машины изменяется по гармоническому закону.
Экспериментально установлено, что амплитуда угловых перемещений может достигать величины до 18 град, а собственная частота составляет 13,7 рад/с. Главным отличием процесса трогания машины при заблокированном ГТ, заключается в том, что число управляющих элементов два (педаль подачи топлива, и давление в бустере фрикционных элементов).
Из результатов моделирования (рис.2.10) видно, что на первом этапе трогания, момент на ведущем колесе возрастает еще до начала продольного движения машины, при этом происходит поворот корпуса машины на угол (р и накопление потенциальной энергии. С началом продольного движения машины, на втором этапе, момент уменьшается, т.к. потенциальная энергия системы переходит в кинетическую, что способствует продольному движению. На этом этапе трогания целесообразно уменьшить подачу топлив. Процесс падения момента, ярко виден при плавном нарастании движущего момента ( графики 3,4, рис.2.10). При быстром протекании процесса трогания падение момента выражено не так ярко ( графики 1,2, рис.2.10).
На рисунке 2.10, также представлены результаты моделирования процесс трогания с места на гидротрансформаторе и остановочных тормозах и трогание с места на ГТ. При моделировании исследовалось влияние степени подачи топлива и темпа включения фрикционных элементов на такие оценочные показатели, как работа буксования фрикционных элементов и максимальный момент на выходном вале КП. Так же исследовалось влияние закона изменения момента трения фрикционных элементов на работу буксования и момента на выходном вале КП. Для исследования влияния характера изменения момента трения фрикционных элементов на величину работы буксования и момента на выходном валу КП выбрано три закона: линейный(линия 1, рис. 2.11), закон вогнутой параболы (линия 2, рис. 2.11), закон выпуклой параболы (квадратичный) (линия 3, рис. 2.11). 3) выпуклой параболы (квадратичный) (линия 3) Тек - время , за которое момент трения принимает максимальное значение. При расчетах принято: - время нарастания момента трения фрикционных элементов до максимального значения принималось (в с): 0.1, 0.5, 1,1.5,2,2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5. - степень подачи топлива (в отношении к максимальному): 0.2,0.4,0.6, 0.8,1 Результаты моделирования для линейного закона изменения давления показаны на рисунке 2.12 в виде зависимости работы буксования (а) и максимального момента (б) от параметров управления. Как следует из рисунков 2.12, 2.13, 2.14, при различных численных значениях работы буксования и момента наблюдается один характер изменения оценочных показателей в зависимости от параметров управления, следовательно, для поиска значений параметров управления при которых достигаются приемлемые значения оценочных показателей можно провести на примере одного из этих законов. Совместим на одном поле управляющих параметров значения работы буксования и максимального момента (рис.2.15).
Области 1 и 3 имеют максимальные значения работы буксования, а области 1, 2 и 4 имеют максимальные значения максимального момента. Значение параметров управления этих областей не удовлетворяют требованию минимальности оценочных показателей, следовательно, трогание с места машины с такими параметрами управления не является рациональным. Параметры управления, значения которых находятся в области 6 (рис.2.15) являются наиболее приемлемыми. Трогание с места с такими параметрами управления обеспечивает наилучшие свойства оценочных показателей.
Значения работы буксования и максимального момента во многом определяется законом по которому нарастает момент трения фрикционных элементов. На рисунках 2.16. и 2.17 представлены соответственно, зависимости работы буксования и максимального момента на выходном вале КП от времени нарастания момента трения фрикционного элемента при 80 % ой подаче топлива.
Структура и функциональная схема системы автоматического управления ГМТ
Графики 3 и 4 (рис.2.19) характеризуют ситуацию, при которой осуществляется синхронизация включаемых фрикционных элементов, т.е. происходит управление двигателем. При этом на графике 3 переключение происходит без перекрытия, а на графике 4 переключение передач происходит с перекрытием.
Ситуация, при которой присутствует управление двигателем и переключение передач происходит без перекрытия, отличается низкой работой буксования, а момент, при такой ситуации управления испытывает значительное падение и зависит от времени разрыва потока, т.е. от времени включения и выключения фрикционных элементов.
В ситуации, когда присутствует управление двигателем и переключение передач происходит с перекрытием, работа буксования не минимальная. Это вызвано некоторой циркуляцией мощности, которая и расходуется на увеличение работы буксования, т.е. осуществляется нагрев дисков. Исследование влияния перекрытия на работу буксования и на качество переходных процессов основывается на работах В.П. Косова [33] и О.И. Гируцкого [18]. Падение момента, как и его чрезмерный рост в такой ситуации не наблюдается, это обусловлено малым разрывом потока.
Ситуации, при которых управление двигателем отсутствует, отличаются значительной работой буксования, а максимальный момент, в этом случае практически не зависит от времени включения и выключения фрикционных элементов, но в случае, когда переключение передач происходит без перекрытия наблюдается значительно падение момента, вызванное разрывом потока мощности.
При переключении с III на II передачи (рис.2.20) процесс управления также оказывает значительное влияние на работу буксования и максимальный момент на выходном вале КП, но при этом еще большее влияние на переходные процессы оказывает наличие перекрытия при переключении передач. Во время перекрытия происходит циркуляция мощности. Такая циркуляция ведет к процессу торможения двигателем. В свою очередь это сказывается на динамических показателях, как машины в целом так и элементов трансмиссии. По результатам компьютерного моделирования процесса переключения передач можно сделать следующие выводы: наибольшее влияние на качество переходных процессов при переключение передач и оценочные показатели, такие как работа буксования и момент на выходном вале КП, оказывает процесс синхронизации включаемых фрикционных элементов; правильное управление двигателем обеспечивает требуемую синхронизацию, при этом позволяет значительно снизить работу буксования; время разрыва потока мощности практически не влияет на значение работы буксования, но оказывает значительно влияние на динамическую составляющую момента возникающего на выходном вале КП; переключение передач, при котором происходит перекрытие, в значительной мере влияет на динамическую составляющую момента, а правильный выбор величины перекрытия позволяет избежать циркуляции мощности и соответственно, работу буксования. На основе теоретического исследования можно сделать следующие выводы: 1. Математическая модель и пакет программ дает возможность моделирования процессов происходящих при управляемом движении транспортной машины. 2. Моделирование управляемого движения позволяет выявить режимы работы трансмиссии, при которых наблюдается наибольшая нагруженность ее узлов и агрегатов и принять соответствующие меры по снижению этой нагруженности. 3. Установлено, что наибольшее влияние на качество переходных процессов оказывает синхронизация включаемых элементов, обеспечивая равенство ускорений на смежных передачах.. Исследования показывают, что работа буксования минимальная (меньше на 60%) при высокой степени синхронизации включаемых элементов, что достигается, правильно выбранным моментом переключения передач и схемой управления двигателем. Работа буксования при переключении передач вверх с перекрытием в среднем больше на 30%, чем при переключении без перекрытия, динамический момент может снижаться до 2 раз. 4. Установлено, что работа буксования фрикционных элементов при трогании с места зависит как от темпов включения фрикционных элементов и нарастания момента двигателя, так и от выбора закона нарастания давления. Минимальная работа буксования обеспечивается при нарастании давления по закону выпуклой параболы. При таком законе нарастания давления работа буксования в 1,5 раза меньше по сравнению с линейным и в 2,1 раза — по сравнению с вогнутой параболой. Процесс трогания машины с места, управление которым осуществляется с использованием обратной связи по коэффициенту буксования и производным от действительной скорости обеспечивает не только минимум работы буксования и динамической нагруженности, а также снижение буксования движителя по грунту, плавность хода и снижение ошибок переключения передач в условии буксования движителя.
