СИНХРОНИЗАЦИЯ УРОВНЕЙ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА В БЛОКАХ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ И ТРАНСМИССИИ
SYNCHRONISATION OF TORQUE LEVELS IN ENGINE AND TRANSMISSION CONTROL UNITS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к синхронизации максимальных уровней крутящего момента двигателя в блоке управления двигателя и блоке управления трансмиссии с целью адаптации выбора передач и стратегий переключения передач в блоке управления трансмиссии.
Настоящее изобретение также относится к носителю данных для компьютера, используемому в компьютере для осуществления упомянутого способа.
Предпосылки создания изобретения
Известно, что коммерческие транспортные средства (далее - автомобили) для тяжелых условий эксплуатации, такие как грузовые автомобили для сухопутных перевозок и автобусы, оснащают автоматическими механическими трансмиссиями (АМТ), которые действуют согласно заранее заданным программам. Эти трансмиссии обычно рассчитаны на обеспечение постоянных характеристик согласно заранее заданным программам. В течение ряда лет для управления работой двигателя также применяют электронные средства управления. Тем не менее, до настоящего времени отсутствовал обмен некоторой информацией между блоком управления двигателя и блоком управления трансмиссии. Так, в блоке управления двигателя мог храниться один набор условий, а в блоке управления трансмиссии - другой набор, что вызывало несогласованную работу.
Одним из частных примеров информации, которая обычно не использовалась совместно, являются изменения ограничений уровня крутящего момента двигателя. Двигатели часто способны создавать крутящий момент порядка 2000 Нм, а трансмиссии способны иметь передаточные отношения около девятнадцати к одному (19:1). Тем самым обеспечивается способность во столько же раз увеличивать крутящий момент, подаваемый на цепь привода транспортного средства. Задний мост и другие компоненты цепи привода часто не способны выдерживать крутящий момент с таким высоким уровнем, который может достигать 38000 Нм или более.
Во избежание избыточных уровней крутящего момента в цепи привода двигатель может быть запрограммирован на ограничение максимального допустимого крутящего момента для конкретного набора передач. За счет этого предотвращается подача двигателем чрезмерного крутящего момента на цепь привода. Хотя нормой является один уровень крутящего момента двигателя, может быть задано множество установок уровней крутящего момента, чтобы на цепь привода подавался максимальный допустимый крутящий момент для конкретного ряда передач. Эти установки различного максимального крутящего момента обычно осуществляют с учетом величины крутящего момента, которую способно выдерживать наиболее слабое звено цепи привода, т.е. согласно "теории наиболее слабого звена". В том случае, когда наиболее слабым звеном является задний мост, крутящий момент, создаваемый двигателем, может быть ограничен величиной, которую способен выдерживать задний мост. Таким образом, для каждого конкретного передаточного отношения трансмиссии может быть определен желаемый максимальный крутящий момент двигателя.
Обеспечение максимального крутящего момента двигателя для каждой передачи, когда она включена, является обременительной и сложной задачей. В связи с этим традиционно устанавливают ограничения максимального крутящего момента двигателя для групп передаточных отношений, создавая тем самым "диапазоны" максимальных крутящих моментов двигателя, при этом каждый диапазон применим к определенному числу следующих друг за другом передач. Например, могут быть предусмотрены три диапазона максимальных крутящих моментов двигателя. Эти диапазоны могут быть соотнесены с низким передаточным отношением, передаточным отношением среднего уровня и высоким передаточным отношением. Таким образом, максимальный крутящий момент двигателя в любой конкретный момент зависит от того, к какой группе передаточных отношений (низких, средних или высоких) относится передача, включенная в настоящий момент. Эти установки обычно осуществляют в блоке управления трансмиссии и двигателе при изготовлении.
Тем не менее, в случае модернизации двигателя или ухудшения его характеристик в будущем информация, касающаяся приемлемых уровней крутящего момента, почти непрерывно передается только блоку управления двигателя, а не блоку управления трансмиссии. Типичным является случай, когда грузовой автомобиль большой грузоподъемности перепродают после эксплуатации в парке, во время которой характеристики двигателя были ограничены с запасом прочности. Тем не менее, если новый владелец желает улучшить характеристики, блок управления двигателя перепрограммируют на более высокую выходную мощность, которая также преобразуется в более высокие выходные крутящие моменты, подаваемые на трансмиссию. В результате для каждого из "диапазонов передач" увеличиваются выходные крутящие моменты, но блок управления трансмиссии, в который не были внесены соответствующие изменения, исходит из старых уровней крутящего момента и действует соответствующим образом. Это выражается в несогласованности характеристик, поскольку оба блока управления (двигателя и трансмиссии) теперь действуют согласно двум различным запрограммированным условиям, не "зная" об этом. Таким образом, существует потребность в предоставлении блоком управления двигателя блоку управления трансмиссии обновленной информации, касающейся допустимых ограничений крутящего момента для конкретного набора передач, и тем самым обеспечении синхронизации условий, применяемых блоком управления двигателя, с условиями, применяемыми блоком управления трансмиссии.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предложен способ обеспечения синхронизации блока управления двигателя и блока управления трансмиссии транспортного средства большой грузоподъемности в отношении максимальных допустимых уровней выходного крутящего момента двигателя. В одном из предпочтительных вариантов осуществления транспортное средство оснащено автоматической механической трансмиссией. С целью обеспечения синхронизации блок управления двигателя запрограммирован автоматически сообщать блоку управления трансмиссии при всех или заданных обстоятельствах о существующей запрограммированной максимальной допустимой несущей способности по крутящему моменту двигателя. Таким способом обеспечивается синхронность характеристик двигателя и трансмиссии при выполнении стандартных программ, зависящих от наличия согласования программ обоих блоков управления, с целью соответствующего обеспечения желаемых характеристик транспортного средства.
Краткое описание чертежей
На приложенных чертежах различным образом проиллюстрированы особенности описываемых частных вариантов осуществления изобретения. Следует учесть, что проиллюстрированные варианты осуществления являются лишь примерами и не ограничивают объем правовой охраны. При этом чертежи является частью раскрытия описания, на которых:
на фиг.1 схематически показан автомобиль, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, автоматической механической трансмиссией и устройством для снижения токсичности выхлопа,
на фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая различные уровни ограничения крутящего момента, предусмотренные для двигателя на основании выбранных диапазонов передач,
на фиг.3 - альтернативная диаграмма, иллюстрирующая отличающуюся конфигурацию при сходных ограничениях крутящего момента двигателя, налагаемых исходя из выбранных диапазонов передач, и
на фиг.4 - применение изобретения с компьютерным устройством.
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предложены способ и устройство для эффективного и подробного обмена информацией между блоком управления двигателя и блоком управления трансмиссии, касающейся максимального допустимого крутящего момента, создаваемого двигателем в конкретном диапазоне передаточных отношений. Поскольку величина крутящего момента, передаваемого в цепь привода, может быть увеличена на текущее включенное передаточное отношение трансмиссии, необходимо ограничить максимальный допустимый крутящий момент двигателя, чтобы крутящий момент в цепи привода не превышал допустимые пределы.
По меньшей мере в одном из вариантов осуществления и, как в целом показано на фиг.1, изобретение реализовано в автомобиле 10 большой грузоподъемности, таком как грузовой автомобиль, имеющий двигатель 15 внутреннего сгорания. Двигатель 15 внутреннего сгорания посредством сцепления 18 связан с трансмиссией 20. Сцеплением 18 предпочтительно является фрикционное сцепление 18, которое может быть автоматизировано с целью управления включением и выключением трансмиссии 20. Трансмиссия 20 соединена с ведущими колесами 90 транспортного средства 10 карданным валом 80, шестерней 85 дифференциала и задними мостами 87.
Блок 25 управления двигателя (БУД) рассчитан на управление двигателем 15 и поддерживает связь с блоком 30 управления трансмиссии (БУТ), который рассчитан на управление трансмиссией 20. В качестве примера связь между блоками управления осуществляется посредством существующей шины 28 данных (обычно называемой шиной CAN (локальная сеть контроллеров, от английского - Controller Area Network)). Хотя в описании упоминается конкретный контроллер, в том или ином блоке управления могут быть реализованы различные управляющие команды. Кроме того, блок 25 управления двигателя и блок 30 управления трансмиссии могут быть объединены в один блок управления. Помимо этого, блок 25 управления двигателя и блок 30 управления трансмиссии также могут состоять из нескольких блоков управления, таких как блок управления переключением передач и блок управления выбором передач, заменяющих блок 30 управления трансмиссии и поддерживающих связь друг с другом.
Дополнительно предусмотрены педаль 32 акселератора и переключатель 34 передач, позволяющие водителю передавать команды блоку 25 управления двигателя, а также блоку 30 управления трансмиссии. Переключатель 34 передач предпочтительно имеет положения для ручного переключения, автоматического переключения, низшие передачи и передачу заднего хода. Объемом настоящего изобретения также предусмотрен выбор других передач; перечисленные выше передачи приведены в качестве примеров возможного выбора передач.
Когда двигатель 15 создает крутящий момент заданной величины, трансмиссия 20 увеличивает величину крутящего момента, создаваемую двигателем 15. Как пояснено выше, низшая передача автоматической механической трансмиссии 20 способна создавать передаточное отношение вплоть до приблизительно 19:1, при котором на каждые 19 оборотов двигателя 15 приходится только один оборот выходного вала трансмиссии. Хотя частота вращения выходного вала снижается, доступный выходной крутящий момент на валу увеличивается приблизительно во столько же раз, т.е. в 19 раз. При этом типичный двигатель 15 внутреннего сгорания может быть способен создавать крутящий момент около 2000 Нм. Таким образом, крутящий момент, доступный на выходном валу трансмиссии 20, если двигателю 15 дают возможность достигнуть максимального уровня своей мощности, составил бы 38000 Нм. Большинство компонентов цепи привода не рассчитано на крутящий момент такого уровня. Например, задний мост 87 может быть рассчитан только на 9500 Нм. Таким образом, крутящий момент, создаваемый двигателем 15, должен быть ограничен 500 Нм (9500÷19=500). Эта величина приведена лишь в порядке примера, и специалисты в данной области техники поймут, как рассчитываются и применяются аналогичные ограничения.
Кроме того, при кратковременных нагрузках предельно допустимые параметры компонентов моста могут быть более высокими, чем в режимах более длительных нагрузок. Так, при быстром переключении передач, как, например, при трогании автомобиля 10 с места, допустимая нагрузка, создаваемая крутящим моментом на мост 87, может составлять 14000 Нм. При быстром переключении с одной низшей передачи на другую уровень крутящего момента, передаваемый на задний мост 87 или другие компоненты цепи привода, может быть более высоким, чем в случае, когда компоненты испытывают нагрузку в течение длительных периодов времени, как, например, при движении при определенной включенной передаче. Предложенные в изобретении решения в основном сосредоточены на ограничениях при подаче двигателем 15 крутящего момента в течение более длительного периода времени. Тем не менее, при желании аналогичные ограничения могут применяться к другим номинальным крутящим моментам компонентов цепи привода.
На фиг.2 проиллюстрирован ряд типичных кривых зависимости крутящего момента и частоты вращения двигателя для двигателя 15 внутреннего сгорания, предпочтительно дизельного двигателя. Верхней линией 105 обозначен максимальный крутящий момент, который способен создавать двигатель 15. Так, когда двигатель 15 соответствующим образом снабжается топливом, крутящий момент не превысит эту величину. Уровень крутящего момента L3, создаваемого двигателем 15 в рассматриваемом примере, составляет 2000 Нм, но может иметь другие величины в зависимости от конкретного двигателя 15. Вместе с тем, когда цепь привода не способна воспринимать крутящий момент, превышающий определенный заданный предел, в отношении двигателя могут быть применены ограничения, чтобы предотвратить превышение крутящего момента в упомянутых конкретных элементах.
С целью обеспечения соответствующего использования мощности двигателя 15 могут быть установлены диапазоны максимального допустимого крутящего момента, как это описано выше. Например, для трансмиссии 20 с двенадцатью передачами могут быть выделены три следующих диапазона. Первым является диапазон низших передач, обычно 1, 2 и 3 передачи. Их передаточные отношения могут составлять 19,0, 14,0 и 11,5, соответственно. Аналогичным образом вторым является диапазон средних передач 4, 5 и 6 с передаточными отношениями 9,0, 7,0 и 5,5, соответственно. Наконец, при максимальном уровне крутящего момента двигателя используются высшие передачи; они имеют передаточные отношения менее приблизительно 5,00. Если использовать указанные передаточные отношения в качестве примера, первый диапазон ограничивает максимальный крутящий момент двигателя величиной в 500 Нм.
Как было упомянуто ранее, на фиг.2 показан максимальный доступный крутящий момент двигателя 15, обозначенный как L3. Когда мост 87 рассчитан на более высокий крутящий момент, чем максимальный крутящий момент, который способен создать двигатель 15, умноженный на передаточное отношение трансмиссии, может использоваться максимальный крутящий момент, создаваемый двигателем 15. Описанный выше первый диапазон используется для низших передач. Хотя на этих передачах желательны большие величины крутящего момента, величина крутящего момента, создаваемого двигателем 15, не должна быть настолько большой с учетом коэффициент умножения, вводимого трансмиссией 20. Так, величина крутящего момента, создаваемого двигателем 15, должна быть ограничена линией 115, которая соответствует создаваемому двигателем 15 максимальному крутящему моменту, обозначенному как L1. Аналогичным образом на средних передачах необходимо, чтобы крутящий момент, создаваемый двигателем 15, не превышал уровень, обозначенный как L2 и отображенный линией 110. В зависимости от применения указанные выше уровни крутящего момента могут быть изменены с поправкой на возрастающую потребность в максимальном увеличении крутящего момента на конкретных передачах. В некоторых вариантах осуществления может быть создана специализированная кривая изменения крутящего момента на каждой передаче. Число специализированных диапазонов зависит от применения и может быть по желанию запрограммировано в блоке 25 управления двигателя.
В другом варианте осуществления двигатель 15 может быть запрограммирован на создание альтернативных кривых изменения крутящего момента, показанных на фиг.3, на основании кривых уменьшенного масштаба для нижних предельных значений крутящего момента. Кривая 125 изменения максимального крутящего момента двигателя аналогична кривой, показанной на фиг.2, при этом максимальный крутящий момент, создаваемый двигателем, обозначен как L6. Подобно предельным значениям крутящего момента, показанным на фиг.2, предельное значение максимального крутящего момента на низших передачах обозначено линией 135, при этом максимальный крутящий момент обозначен как L4. Аналогичным образом крутящий момент на средних передачах ограничен линией 130, при этом максимальный крутящий момент обозначен как L5. Тем не менее, показанные на фиг.3 ограничения крутящего момента смещены от линий максимального крутящего момента двигателя, если сравнить с максимальными ограничениями, показанными на фиг.2. Так, показанный на фиг.3 крутящий момент, создаваемый двигателем на средних и низших передачах, всегда меньше крутящего момента, который способен создавать двигатель. Показанное на фиг.2 ограничение крутящего момента соответствует стандартной кривой 105 изменения крутящего момента двигателя до достижения заданного максимального предельного значения. Это можно описать как потолок крутящего момента, создаваемого двигателем. Эти ограничения крутящего момента, представленные на фиг.2 и 3, приведены в качестве примеров возможных ограничений, которые могут применяться в двигателе, а специалисты в данной области техники предложили бы другие способы реализации ограничений крутящего момента.
Блок 30 управления автоматической механической трансмиссии способен выбирать конкретное передаточное отношение, исходя из условий эксплуатации транспортного средства 10, включая крутящий момент, создаваемый двигателем 15. При переключении передач блок 30 управления трансмиссии сообщает двигателю 15 желаемое обеспечение топливом для конкретного переключения передачи. Тем не менее, ограничения крутящего момента двигателя 15, налагаемые блоком 25 управления двигателя, могут помешать блоку 30 управления трансмиссии правильно выбрать соответствующую передачу для включения. Когда блоку 30 управления трансмиссии известны налагаемые ограничения крутящего момента двигателя 15, может быть выбрана соответствующая передача с целью обеспечения верной величины крутящего момента, подаваемого на ведущие колеса 90 транспортного средства 10.
В случае установки изготовителем блок 30 управления трансмиссии и блок 25 управления двигателя обычно будут запрограммированы на одинаковые предельные значения максимального крутящего момента двигателя для каждого диапазона. Тем не менее, как описано выше, несущая способность двигателя по крутящему моменту может быть скорректирована, например, при смене владельца путем перепрограммирования блока 25 управления двигателя.
При перепрограммировании двигателя с целью повлиять на его различные эксплуатационные характеристики также обычно меняется выходной крутящий момент двигателя 15. Тем не менее, блок 30 управления трансмиссии может не "знать" об изменении и запрашивать снабжение топливом двигателя 15 согласно значениям, ранее сохраненным в блоке 30 управления трансмиссии. Это может привести к ситуации, в которой двигатель 15 подает более высокий крутящий момент, чем тот, на который рассчитана система, или не подает достаточный крутящий момент.
Например, когда автомобиль 10 большой грузоподъемности преодолевает подъем, используются низшие передачи с высокими величинами крутящего момента. При некоторых обстоятельствах невозможно инициировать переключение трансмиссии 20 на более высокую передачу из-за ограничения числа оборотов двигателя 15 согласно ограничениям крутящего момента. Если трансмиссии 20 не известно об ограничении крутящего момента, она будет исходить из того, что крутящий момент ограничен максимальным крутящим моментом, который способен создавать двигатель 15. Если применить приведенный выше пример к низшим передачам, когда текущей включенной передачей является 2 передача, и трансмиссия 20 инициирует переключение на более высокую передачу, крутящий момент, доступный на колесах 90 при максимальной несущей способности двигателя 15 по крутящему моменту, снижается с 7000 Нм до 5750 Нм. Если исходить из того, что крутящий момент, необходимый на колесах 90, составляет 6000 Нм, такое переключение на более высокую передачу создало бы сложности во время преодоления подъема. В случае отсутствия ограничения крутящего момента в результате переключения на более высокую передачу не возникло бы сложностей, поскольку доступный крутящий момент на ведущих колесах 90 составлял бы 23000 Нм. Таким образом, "не зная" о заново запрограммированных ограничениях крутящего момента двигателя, блок 30 управления трансмиссии осуществит неверный выбор передачи. Если бы блок 30 управления трансмиссии был перепрограммирован информацией о новых ограничениях крутящего момента, трансмиссия 20 оставалась бы на 2 передаче и не пыталась бы осуществить переключение на более высокую передачу.
Показанный на фиг.1 канал 28 связи между блоком 30 управления трансмиссии и блоком 25 управления двигателя может использоваться для двунаправленного обмена данными между двумя контроллерами 25, 30. В случае автомобиля 10 большой грузоподъемности этой шиной 28 данных может являться шина CAN или специальный канал связи между двумя контроллерами 25, 30. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в блоке 25 управления двигателя задана специальная связная программа, и при поступлении в блок 25 управления двигателя обновленной информации об ограничениях крутящего момента двигателя эта информация используется совместно с блоком 30 управления трансмиссии. В качестве альтернативы, для передачи новых ограничений крутящего момента блоку 25 управления двигателя и тем самым одновременного предоставления этой информации блоку 30 управления трансмиссии может использоваться порт шины 28 данных.
Кроме того, когда блок 25 управления двигателя принимает обновленную информацию о налагаемых ограничениях крутящего момента, он может передавать эти новые ограничения крутящего момента блоку 30 управления трансмиссии при очередном запуске двигателя автомобиля. Так, информация об ограничениях крутящего момента может быть передана блоку 30 управления трансмиссии при запуске, если ограничения крутящего момента были изменены после последнего по времени запуска. В качестве альтернативы, блок 25 управления двигателя может быть запрограммирован таким образом, что при поступлении в блок 25 управления двигателя обновленной информации она передавалась блоку 30 управления трансмиссии.
Описанная выше связная программа может быть реализована с целью совместного использования блоком 25 управления двигателя и блоком 30 управления трансмиссии информации, содержащей другие данные, которые полезно иметь блоку 30 управления трансмиссии для более эффективного выполнения своей задачи. Одним из примеров является случай, когда двигатель 15 модернизируют с целью оснащения новыми инжекторами, увеличивающими доступное быстродействие или мощность в лошадиных силах двигателя 15. Если двигатель 15 имеет более высокое доступное быстродействие, блок 30 управления трансмиссии может использовать эту информацию также для более быстрых переключений передач. Аналогичным образом, если двигатель 15 оснащают турбокомпрессором, характеристики двигателя могут измениться. Если блоку 30 управления трансмиссии известно об этом изменении, он может адаптировать программы переключения и выбора передач с учетом этой модернизации. В случае установки системы доочистки или ее модернизации блок 30 управления трансмиссии может использовать специальные программы для системы доочистки. Хотя это приведено в качестве примеров, специалист в данной области техники смог бы предложить дополнительные системы, которые могут быть установлены соответствующим образом, и информацию об изменениях, которая потребовалась бы для программ управления трансмиссии.
Хотя изложенное выше описание в целом относится к модернизации/изменению некоторых характеристик или деталей двигателя 15, связная программа в равной мере применима в исходном состоянии после изготовления. Тем самым изготовителю гарантируется, что информация будет всегда соответствующим образом совместно использоваться блоком 25 управления двигателя и блоком 30 управления трансмиссии. Аналогичным образом информация, сначала принимаемая блоком 30 управления трансмиссии, может сообщаться блоку 25 управления двигателя с использованием подобной программы.
На фиг.4 показано устройство 500 согласно одному из вариантов осуществления изобретения, имеющее энергонезависимую память 520, процессор 510 и память 560 с оперативной записью и считыванием. Память 520 имеет первую область 530, в которой хранится компьютерная программа для управления устройством 500. Хранящейся в части 530 памяти компьютерной программой для управления устройством 500 может являться операционная система.
Устройство 500 может помещаться, например, в блоке управления, таком как контроллер 25 или 30. Блок 510 обработки данных может представлять собой, например, микрокомпьютер.
Память 520 также имеет вторую область 540, в которой хранится программа, обеспечивающая синхронизацию между блоком управления двигателя и блоком управления трансмиссии согласно изобретению. В одном из альтернативных вариантов осуществления программа, обеспечивающая синхронизацию между блоком управления двигателя и блоком управления трансмиссии, хранится в отдельной энергонезависимой запоминающей среде 550, такой как, например, компакт-диск (CD) или полупроводниковая память со сменными дисками. Программа может храниться в выполнимой форме или в сжатом виде.
Когда далее указано, что блок 510 обработки данных выполняет конкретную функцию, должно быть ясно, что блок 510 обработки данных выполняет конкретную часть программы, хранящейся в памяти 540, или конкретную часть программы, хранящейся в энергонезависимой среде 550 для записи.
Блок 510 обработки данных рассчитан на обмен данными с памятью 550 посредством шина 514 данных. Блок 510 обработки данных также рассчитан на обмен данными с памятью 520 посредством шины 512 данных. Кроме того, блок 510 обработки данных рассчитан на обмен данными с памятью 560 посредством шины 511 данных. Блок 510 обработки данных также рассчитан на обмен данными с портом 590 данных путем использования шины 515 данных.
Предложенный в настоящем изобретении способ может быть осуществлен блоком 510 обработки данных, который выполняет программу, хранящуюся в памяти 540, или программу, хранящуюся в энергонезависимой среде 550 для записи.
Изобретение не следует считать ограниченным описанными выше вариантами осуществления, и предполагается ряд дополнительных вариантов и усовершенствований, входящих в объем следующей далее формулы изобретения.