Способ определения количеств шагов передачи - RU2513094C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу определения количеств шагов передачи для коробки передач в транспортном средстве. В частности, изобретение относится к способу согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение относится также к системе, транспортному средству, компьютерной программе и ее компьютерному программному продукту.

Уровень техники

На фиг.1 схематично изображены части силовой передачи транспортного средства 1, такого как пассажирский автомобиль или тяжелое транспортное средство, например грузовик или автобус. Силовая передача содержит двигатель 10, механически присоединенный посредством вала к первому концу коробки 20 передач через сцепление 40. Коробка 20 передач также механически присоединена у ее другого конца посредством карданного вала 50 к дифференциалу 30, связанному с задним мостом. Задний мост содержит соответствующие левый и правый ведущие валы 60, которые приводят ведущие колеса транспортного средства (не изображенные на диаграмме).

В этом хорошо известном устройстве механическая работа двигателя 10 передается через различные устройства трансмиссии (например сцепление 40, коробку 20 передач, карданный вал 50, дифференциал 30 и ведущий вал 60) на ведущие колеса для перемещения транспортного средства 1. Важным устройством в силовой передаче является коробка 20 передач, которая имеет некоторое количество передач переднего хода для перемещения транспортного средства 1 вперед и обычно одну или более передач заднего хода. Количество передач переднего хода изменяется, но современные типы грузовиков обычно предусмотрены с двенадцатью передачами переднего хода.

Коробка 20 передач может быть ручного или автоматического типа (автоматическая коробка передач), но также типа автоматической ручной коробки передач (автоматизированная механическая трансмиссия (АМТ)). Автоматические коробки передач и автоматические ручные коробки передач являются системами автоматизированных коробок передач, обычно управляемыми посредством управляющего блока 10 (электронный управляющий блок (ЭУБ)), который выполнен с возможностью управления коробкой 20 передач, например во время переключения передач, выбирая передачи на определенной скорости транспортного средства с определенным сопротивлением движению. ЭУБ может измерять частоту вращения двигателя и состояние коробки 20 передач и управлять коробкой передач посредством электромагнитных клапанов, присоединенных к пневматическим устройствам. Информация о двигателе 10, например о его частоте вращения и вращающем моменте, также посылается от двигателя 10 к ЭУБ, например через шину CAN (локальной сети контроллеров).

В обычных системах переключения передач управляющий блок 110 использует табулированные ограничения частоты вращения двигателя, также называемые точками переключения, которые представляют частоту вращения двигателя, на которой в коробке 20 передач должно быть осуществлено включение пониженной или повышенной передачи, то есть транспортное средство 1 переключает передачи, когда частота вращения его двигателя 10 проходит частоту вращения, представленную точкой переключения. Следовательно, точки переключения могут быть объяснены как предоставляющие информацию не только о том, когда должно происходить включение пониженной или повышенной передачи, но и о количестве шагов переключения передач, осуществляемых при каждом включении пониженной или повышенной передачи. Каждая точка переключения обычно содержит от одного до трех шагов переключения передач, но возможно больше шагов.

На фиг.2 схематично изображен пример различных табулированных точек переключения, представленных линиями SP1-SP6 на графике, на котором ось х представляет вращающий момент двигателя, и ось y представляет частоту вращения двигателя 10 в оборотах в минуту (об/мин). Пока частота вращения двигателя находится между линиями SP1 и SP4, переключение передач не происходит, но если она поднимается выше линии включения повышенной передачи, SP1-SP3, происходит включение повышенной передачи и наоборот происходит включение пониженной передачи, если частота вращения двигателя падает ниже линии включения пониженной передачи, SP4-SP6. В таблице 1 ниже показано несколько шагов вверх и вниз для каждой из линий SP1-SP6. Например, включение повышенной передачи за один шаг происходит, если частота вращения двигателя поднимается над линией SP1, и включение пониженной передачи за два шага происходит, если частота вращения двигателя падает ниже линии SP5.

Выборы точки переключения влияют в частности на характеристики движения и потребление топлива транспортного средства 1, так что точки включения должны быть аккуратно откалиброваны изготовителями транспортного средства. Их калибровка касается различных стратегий переключения передач, испытываемых в полевых условиях в разных ситуациях вождения, например с разными количествами прилагаемого ускорения, разными уклонами дороги и различными весами нагружения транспортного средства. Затем результаты испытаний тщательно анализируются для определения соответствующих точек переключения.

Количества шагов передачи в обычных системах также получаются посредством регулярного измерения ускорения транспортного средства 1 и использования измеренной информации для определения количеств шагов. В таких обычных системах высокое измеренное ускорение приводит к большему количеству шагов, и малое измеренное ускорение приводит к меньшему количеству шагов. После этого измеренное ускорение сравнивается с различными пороговыми величинами ускорения, хранимыми в таблицах, и определение упомянутых пороговых величин позволяет принять решение о том, сколько шагов должно быть выполнено при переключении передач в данной ситуации вождения. Пороговые величины зависят от двигателя и, следовательно, подходят для конкретного двигателя 10. Определение должных пороговых величин заставляет изготовителей транспортных средств выполнять обширные калибровки для того, чтобы достичь их. Процедура калибровки является дорогой и затратной по времени. Также нередко использование табулированных пороговых величин ускорения ведет к принятию неправильных количеств шагов передачи.

Краткое описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является предложение альтернативного способа определения количеств шагов передачи, требуемых при переключении передач в коробке передач. Другой задачей изобретения является предложение способа, который полностью или частично решает проблемы предшествующего уровня техники.

Согласно особенности изобретения, упомянутые выше задачи решаются способом определения количеств шагов N передачи для коробки передач в транспортном средстве, который содержит двигатель, присоединенный к коробке передач для ее приведения, причем количества шагов N передачи являются количеством включений пониженной передачи или количеством включений повышенной передачи, осуществлять которые коробка передач может, соответственно, в точке включения пониженной передачи или в точке включения повышенной передачи, причем точка включения пониженной передачи представляет собой первую частоту вращения двигателя, при которой коробка передач может осуществлять включение пониженной передачи, а точка включения повышенной передачи представляет собой вторую частоту вращения двигателя, при которой коробка передач может осуществлять включение повышенной передачи, и упомянутые количества шагов N передачи определяются на основании расчетного периода Т времени, который представляет собой время, которое требуется упомянутому двигателю для перехода с первой частоты ω₁ вращения в первой точке во времени на вторую частоту ω₂ вращения во второй точке во времени.

Варианты осуществления упомянутого выше способа описаны в зависимых пп.2-10 прилагаемой формулы изобретения.

Также изобретение относится к компьютерной программе, содержащей программный код, которая, когда упомянутый программный код выполняется в компьютере, заставляет упомянутый компьютер осуществлять способ по любому из пп.1-10. Также изобретение относится к компьютерному программному продукту, принадлежащему упомянутой компьютерной программе.

Согласно другой особенности изобретения, упомянутые выше задачи решаются системой определения количеств шагов N передачи, содержащей по меньшей мере один управляющий блок, выполненный с возможностью управления коробкой передач в транспортном средстве, который содержит двигатель, присоединенный к упомянутой коробке передач для ее приведения, причем упомянутые количества шагов N передачи являются количеством включений пониженной передачи или количеством включений повышенной передачи, осуществлять которые коробка передач может, соответственно, в точке включения пониженной передачи или в точке включения повышенной передачи, при этом точка включения пониженной передачи представляет собой первую частоту вращения двигателя, при которой коробка передач может осуществлять включение пониженной передачи, а точка включения повышенной передачи представляет собой вторую частоту вращения двигателя, при которой коробка передач может осуществлять включение повышенной передачи, и упомянутая система выполнена с возможностью определения упомянутых количеств шагов N передачи на основании расчетного периода Т времени, который представляет собой время, которое требуется упомянутому двигателю для перехода с первой частоты ω₁ вращения в первой точке во времени на вторую частоту ω₂ вращения во второй точке во времени.

Система согласно изобретению может быть также изменена согласно различным вариантам осуществления описанного выше способа. Изобретение дополнительно относится к транспортному средству 1, который содержит, по меньшей мере, одну систему, как описанная выше.

Преимуществом изобретения является то, что предусмотрено более адекватное измерение для определения количеств шагов передачи. Это измерение расчетного времени основано на соответствующих физических и механических параметрах. Это позволяет уменьшить количество неправильных выборов шагов, результатом которого являются меньшее потребление топлива, улучшенная возможность вождения и тому подобное. Другим преимуществом изобретения является то, что определение количества шагов передачи может быть выполнено быстрее со способом и системой согласно изобретению, чем в предшествующем уровне техники, так как измерения ускорения транспортного средства становятся ненужными.

Дополнительные преимущества и применения устройства и системы согласно изобретению обозначены в подробном описании, приведенном ниже.

Краткое описание чертежей

В подробном описании настоящего изобретения, приведенном ниже, варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид части силовой передачи для транспортного средства с задними ведущими колесами;

фиг.2 - график линий включения пониженной и повышенной передачи;

фиг.3 - блок-схема варианта осуществления изобретения; и

фиг.4 - управляющий блок, образующий часть системы согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

Как обозначено в приведенном выше кратком изложении, количество шагов передачи в обычной системе определяется посредством регулярного измерения ускорения транспортного средства 1. Эта процедура не учитывает некоторые фактические обстоятельства, которые влияют на адекватность измеренного ускорения в качестве входного параметра для определения количества шагов передачи.

Например, ускорение может изменяться при увеличении частоты вращения двигателя, когда транспортное средство 1 ускоряется. Причиной этого изменения может быть то, что вращающий момент, обеспечиваемый двигателем 10, изменяется между различными частотами вращения двигателя. Следовательно, если ускорение мало при малой частоте вращения двигателя, может оказаться, что ускорение является достаточным, когда двигатель 10 приближается к его максимально мощной частоте вращения, то есть его частоте вращения, при которой он обеспечивает наибольшую мощность. Следовательно, осуществление хороших выборов шагов (количеств шагов передачи) вызывает необходимость подгонки пороговых величин для ускорения, чтобы они принимали достаточно низкие величины для обеспечения должных выборов шагов при скоростях, при которых двигатель 10 обеспечивает меньшую мощность.

Другим фактором, влияющим на количество шагов передачи, являются эффекты приложения быстрого ускорения к двигателям 10 с турбонагнетателями. Двигатели 10 с турбонагнетателями не обеспечивают полный вращающий момент, пока они не нарастят достаточный воздушный поток через турбонагнетатель, что означает, что если в такой ситуации происходит переключение передач, ускорение транспортного средства 1 не будет соответствовать мощности, которая будет доступна с турбонагнетателем через некоторое время.

Результатом этих и других факторов является значительный риск того, что обычные системы переключения передач могут выбрать неправильные количества шагов передачи, так как измеренное ускорение не является оптимальным входным параметром для определения количества шагов передачи. Процедура измерения ускорения также ведет к задержке в определении количества шагов, поскольку сигналы от датчиков измерения ускорения должны быть проанализированы перед тем, как они смогут быть использованы в определении выбора шагов. Использование измеренного ускорения, как в предшествующем уровне техники, следовательно, может привести к неправильным выборам шагов из-за задержанной доступности результатов измерений.

Наоборот, решение согласно изобретению основано на предположениях о некоторых математических отношениях между различными физическими и механическими величинами, которые влияют на ускорение транспортного средства 1. На основании этих предположений возможно получить расчетный период Т времени, который затем используется в определении количества шагов N передачи для переключения передач в коробке 20 передач транспортного средства 1. Коробка 20 передач предпочтительно относится к типу, который образует часть автоматизированной системы переключения передач, управляемой управляющим блоком 110, например ЭУБ. В такой системе переключения передач осуществляются автоматически посредством управляющего блока 110, но также в такой системе обычно пользователь может выполнять ручные переключения передач, что известно как ручное переключение передач в автоматическом состоянии (автоматическом режиме). Коробка 20 передач также имеет множество передач, например обычно в современных грузовиках имеется двенадцать передач переднего хода и одна или более передач заднего хода. Количество шагов N передачи может изменяться, но предпочтительно составляет где-то от одной до восьми.

Использование расчетного периода Т времени обеспечивает входной параметр, который более адекватно представляет ускорение транспортного средства 1 для определения количества шагов N передачи. «Более адекватный» в этом контексте означает, что результатом использования расчетного периода Т времени являются лучшие определения количества шагов N переключения передач, поскольку расчетное ускорение является более правильной и более точной мерой для определения выбора шагов. Расчетный период Т времени предпочтительно может быть использован в качестве пороговой величины ускорения в определении выбора шагов, что означает, что разные пороговые величины периода Т времени представляют разные количества шагов N передачи.

Основной идеей изобретения является использование для определения количества шагов N передачи расчетного периода Т времени, который представляет собой время, которое требуется упомянутому двигателю 10 для перехода с первой частоты ω₁ вращения в первой точке во времени на вторую частоту ω₂ вращения во второй точке во времени. Первая точка во времени является действующей точкой во времени, и вторая точка во времени является временем начала включения пониженной или повышенной передачи.

Таким образом, в настоящем изобретении предложен альтернативный и лучший способ определения количеств шагов N передачи для коробки 20 передач. Как описано выше, причиной является то, что расчетный период Т времени является более адекватной мерой для определения выбора шагов, так как он лучше прогнозирует поведение транспортного средства 1.

Согласно варианту осуществления изобретения, период Т времени определяется на основании принятия отношений в уравнениях (1)-(3)

где М - ускоряющий вращающий момент, J - инерция транспортного средства, ω - частота вращения двигателя, М_е - вращающий момент маховика двигателя, F_res - сопротивление движению, r - радиус колес, i - общее передаточное число трансмиссии, m - вес транспортного средства и I_e - момент инерции двигателя;

причем эти отношения выражены уравнением (4)

результатом чего в итоге является период Т времени согласно уравнению (5)

Согласно другому варианту осуществления изобретения, период Т времени также выражается посредством отношения в уравнении (6)

где Δω=ω₂-ω₁, то есть представляет собой разницу между действующей частотой вращения двигателя и частотой вращения для начала переключения передач, и а является средним ускорением транспортного средства 1 за период Т времени. Таким образом, расчетный период Т времени также определяется на основании среднего ускорения транспортного средства 1 при известном Δω.

Расчетный период Т времени согласно изобретению также может быть рассчитан в реальном времени, например посредством управляющего блока, такого как ЭУБ, посредством приведенных выше уравнений. Результатом является моментальная регулировка выбора количества шагов N передачи под изменившиеся условия движения транспортного средства 1.

Вариант осуществления изобретения описан ниже со ссылкой на блок-схему на фиг.3. На фиг.3 изображены этапы выбора количеств шагов передачи при включении повышенной передачи. Выбор количеств шагов N передачи как функция расчетного периода Т времени содержит в этом варианте осуществления расчет расчетного периода Т времени для каждого количества шагов N передачи с соответствующими точками переключения, то есть расчетного времени от действующей частоты вращения двигателя до времени, когда достигнута точка переключения (частота вращения двигателя) и начато переключение передач. После этого следует проверка того, какие количества шагов N передачи ведут к хорошему комфорту движения, что может быть выражено, как если водитель и пассажир чувствуют, что система переключения передач переключает передачи гармонично. Например, для того чтобы выбранная передача обеспечивала хороший комфорт вождения, должно быть выполнено любое из трех следующих условий:

- количество шагов передачи N=1, поскольку всегда требуется по меньшей мере одна передача-кандидат;

- действующая частота вращения двигателя выше, чем точка переключения для N-ого шага передачи, или

- расчетный период Т времени между действующей частотой вращения двигателя и точкой переключения для N-ого шага передачи меньше, чем заданная пороговая величина, причем причина наличия пороговых величин времени заключается в том, что длинные шаги передачи (большие величины N) чувствуются хорошими только если точки переключения достигаются быстро, то есть с большим ускорением.

Эти три условия соответствуют С1-С3 на фиг.3. Величины N, которые удовлетворяют любому из них, поступают в прямоугольник В1 справа на фиг.3, который содержит всех возможных кандидатов для различных величин N. Величины N, которые не удовлетворяют ни одному из трех условий, в итоге попадают в прямоугольник В3 со всеми не-кандидатами. Наконец, в прямоугольнике В2 определяется самый большой из всех N кандидатов. По причине, упомянутой выше, N=1 всегда будет кандидатом. Например, если возможными кандидатами на количество шагов передачи являются N=1, 2, 3, 4, система переключения передач выберет N=4 согласно этому варианту осуществления.

Как опять видно из фиг.3, выбор количеств шагов передачи при включении пониженной передачи, согласно варианту осуществления изобретения, выполняется посредством определения того, меньше ли действующая частота вращения двигателя, чем точка переключения для N-ого шага передачи (в C2), и меньше ли расчетный период Т времени между действующей частотой вращения двигателя и точкой переключения для N-ого шага передачи, чем заданная пороговая величина (в С3).

Специалистам в данной области техники также будет понятно, что способ определения количеств шагов N передачи согласно настоящему изобретению также может быть осуществлен в компьютерной программе, которая при выполнении в компьютере заставляет компьютер осуществлять способ. Компьютерная программа содержится в считываемом компьютером носителе компьютерного программного продукта, который принимает форму подходящей памяти, например постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), программируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ), стираемого ППЗУ (СППЗУ), флэш-памяти, электрически программируемого ПЗУ (ЭППЗУ), жесткого диска и так далее.

Изобретение также относится к системе определения количеств шагов N передачи. Система содержит, по меньшей мере, один управляющий блок 110 (например, ЭУБ для коробки 20 передач), выполненный с возможностью управления коробкой 20 передач в транспортном средстве 1. Коробка 20 передач присоединена к двигателю 10, который приводит коробку 20 передач и другие части силовой передачи. Количества шагов N передачи являются количествами включений пониженной передачи или количествами включений повышенной передачи, осуществлять которые коробка 20 передач может, соответственно, в точке включения пониженной передачи или в точке включения повышенной передачи. Точка включения пониженной передачи представляет первую частоту вращения двигателя, при которой коробка 20 передач может осуществлять включение пониженной передачи, и точка включения повышенной передачи представляет вторую частоту вращения двигателя, при которой коробка 20 передач может осуществлять включение повышенной передачи. Система дополнительно выполнена с возможностью определения упомянутого количества шагов N передачи на основании расчетного периода Т времени, который представляет собой время, которое требуется упомянутому двигателю для перехода с первой частоты ω₁ вращения в первой точке во времени на вторую частоту ω₂ вращения во второй точке во времени.

На фиг.4 схематично изображен управляющий блок 110. Управляющий блок 110 содержит рассчитывающий блок 111, который может принимать форму, по существу, любого типа процессора или микропроцессора, например микросхемы для обработки цифрового сигнала (цифровой сигнальный процессор (DSP)) или микросхемы с заданной конкретной функцией (специализированная интегральная микросхема (ASIC)). Рассчитывающий блок 111 присоединен к блоку 112 памяти, который встроен в управляющий блок 110 и который предоставляет рассчитывающему блоку 111, например, хранимый код программы и/или хранимую информацию, которая требуется рассчитывающему блоку 111 для возможности осуществления расчетов. Рассчитывающий блок 111 также выполнен с возможностью хранения частичных или полных результатов расчетов в блоке 112 памяти.

Управляющий блок 110 дополнительно предусмотрен с устройствами 113, 114, 115, 116 для соответственного получения входных сигналов и отправки выходных сигналов. Эти входные и выходные сигналы могут содержать формы волны, импульсы и другие свойства, которые устройства 113, 116, получающие сигналы, могут определять как информацию и которые могут быть преобразованы в сигналы, обрабатываемые рассчитывающим блоком 111. Затем эти сигналы передаются в рассчитывающий блок 111. Устройства 114, 115, посылающие сигналы, выполнены с возможностью преобразования сигналов, полученных от рассчитывающего блока 111, для того чтобы создавать, например посредством модуляции сигналов, выходные сигналы, которые могут быть переданы к другим частям системы для определения точек включения пониженной передачи и включения повышенной передачи. Специалисту в данной области техники будет понятно, что упомянутый выше компьютер может принимать форму рассчитывающего блока 111, и что упомянутая выше память может принимать форму блока 112 памяти.

Каждое из соединений для соответствующих устройств для соответствующего получения входных сигналов и посылания выходных сигналов может принимать форму одного или более из следующих: кабель, шина данных, например шина CAN (локальной сети контроллеров), шина передачи данных мультимедийных систем (MOST) или некоторые другие конфигурации шины, или беспроводное соединение. Соединения 70, 80, 90, 100 на фиг.1 также могут принимать форму одного или более из этих кабелей, шин или беспроводных соединений.

Специалистам в данной области техники также будет понятно, что описанная выше система может быть изменена согласно различным вариантам осуществления способа определения количеств шагов N передачи согласно изобретению. Изобретение также относится к транспортному средству 1, например грузовику или автобусу, содержащему, по меньшей мере, одну систему определения количеств шагов N передачи согласно изобретению.

Наконец, настоящее изобретение не ограничено его вариантами осуществления, описанными выше, и относится к объему защиты независимого пункта прилагаемой формулы изобретения и содержит в нем все варианты осуществления.

Реферат

Группа изобретений относится к способу определения количеств шагов передачи, способу использования количеств шагов передачи, системе определения количеств шагов передачи и транспортному средству. Способ определения количеств шагов передачи заключается в том, что количество шагов передачи определяют на основании расчетного периода времени, который представляет собой время, которое требуется двигателю для перехода с первой частоты вращения в первой точке во времени на вторую частоту вращения во второй точке во времени. Точка включения пониженной передачи представляет собой первую частоту вращения двигателя. Точка включения повышенной передачи представляет собой вторую частоту вращения двигателя. Способ использования количеств шагов передачи заключается в использовании точек включения пониженной или повышенной передачи при переключении передач в коробке передач транспортного средства. Количества шагов передачи определяют согласно способу определения количеств шагов передачи. Система определения количеств шагов передачи содержит управляющий блок, выполненный с возможностью управления коробкой передач транспортного средства. Транспортное средство, такое как грузовик или автобус, содержит вышеуказанную систему. Технический результат заключается в адекватном определении количества шагов передачи для переключения передач в коробке передач транспортного средства. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Формула

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что период Т времени определяют согласно:

где М_е - вращающий момент маховика упомянутого двигателя (10), I_e - момент инерции двигателя (10) и F_res, r, i и m - соответственно сопротивление движению, радиус колеса, общее передаточное число и вес транспортного средства (1).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что период Т времени зависит от ускорения а следующим образом:

,
где Δω=ω₂-ω₁.