УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОЦЕНКИ ВХОДНОГО ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА ТРАНСМИССИИ С ДВОЙНЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ
DEVICE AND METHOD FOR EVALUATING INPUT TORQUE OF DUAL CLUTCH TRANSMISSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, способу и компьютерной системе для оценки (определения) входного вращающего момента трансмиссии с двойным сцеплением для транспортного средства, содержащей внутренний входной вал и внешний входной вал, установленный концентрично с внутренним входным валом, а также узел двойного сцепления, соединяющий эти валы с выходным валом двигателя.
Уровень техники
Как известно, большегрузные транспортные средства могут быть снабжены трансмиссией с двойным сцеплением. В соответствии с известной технологией трансмиссия с двойным сцеплением содержит две однодисковые или многодисковые муфты сцепления, используемые для переключения передач. Например, муфты сцепления могут быть установлены концентрично, так что внешняя муфта сцепления обеспечивает переключение нечетных передач, а внутренняя муфта сцепления обеспечивает переключение четных передач трансмиссии.
Переключение передач в трансмиссии с двойным сцеплением может осуществляться путем передачи вращающего момента от двигателя транспортного средства на одну из муфт сцепления, в то время как на другую муфту сцепления вращающий момент не передается. Таким образом, переключение передач может осуществляться по существу без прерывания передачи вращающего момента на ведущие колеса. Кроме того, в этом случае переключение передач может осуществляться быстрее, чем в трансмиссиях с одной муфтой сцепления.
Как уже было указано, трансмиссия с двойным сцеплением может быть снабжена двумя входными валами, каждый из которых соединяется с фрикционной муфтой сцепления, а также с выходным валом двигателя транспортного средства. Функционально узел двойного сцепления коробки передач эквивалентен двум традиционным муфтам сцепления, соединенным параллельно, причем для передачи мощности в любой момент времени используется только одна муфта сцепления. Два входных вала установлены концентрично, в частности, первый входной вал является внутренним входным валом, который проходит внутри внешнего входного вала.
Входной вал, который в данный момент не используется, вращается вхолостую, и соответствующие шестерни на его валу могут находиться в зацеплении в готовности для переключения коробки передач на следующую передачу. Такое переключение осуществляется одновременным выключением одной фрикционной муфты сцепления и включением другой фрикционной муфты сцепления.
Для осуществления работы трансмиссии с двойным сцеплением в оптимальном режиме необходимо использовать компьютеризованный блок управления трансмиссией. Такой блок использует информацию, получаемую от нескольких датчиков, а также от блока управления двигателем для определения моментов времени переключения передач и других параметров, которые влияют на переключение передач. Этот процесс оптимизируется для обеспечения, например, высоких эксплуатационных характеристик транспортного средства и экономии горючего.
Для оптимизации процесса переключения передач в трансмиссии с двойным сцеплением необходимо использовать входную информацию, содержащую величину входного вращающего момента, который может подаваться на два входных вала. Обычно используемый датчик вращающего момента является дорогостоящим компонентом, который к тому же имеет сравнительно большие размеры, и его трудно разместить внутри блока трансмиссии. По этой причине вместо непосредственного измерения вращающего момента с помощью датчика может осуществляться его расчет с использованием некоторых параметров, таких как количество топлива, подаваемого в двигатель транспортного средства, число оборотов двигателя, температура и другие параметры. В результате может быть определена величина входного вращающего момента, которая имеет достаточную точность для осуществления работы трансмиссии надлежащим образом.
Информация, содержащая непосредственно измеренную величину входного вращающего момента, действующего на трансмиссию, обеспечивает возможность выполнения различных функций, таких как, например, регулирование с обратной связью вращающего момента, передаваемого на муфту сцепления трансмиссии; диагностика муфт сцепления; диагностика двигателя; а также позволяет повысить надежность управления трансмиссией (в части переключения передач, выбора передач и т.п.).
Как уже указывалось, в трансмиссии с двойным сцеплением для транспортных средств используются два концентрических входных вала. Для оптимального управления трансмиссией с помощью датчика может быть обеспечена информация, содержащая величину вращающего момента, действующего на каждый из входных валов. Альтернативное решение представляет собой расчет вращающего момента на основе некоторых параметров.
Реализация датчика вращающего момента для традиционной трансмиссии с одним входным валом достаточно проста. Однако для трансмиссии с двумя концентрическими входными валами очень трудно измерить вращающий момент на внутреннем входном валу. Это связано со сложностью установки датчика на внутреннем входном валу, то есть внутри внешнего входного вала. Известные технические решения слишком дороги или не обеспечивают достаточной точности.
В ЕР 2272729 раскрывается пример системы уровня техники, содержащей трансмиссию с двойным сцеплением и датчик (22) вращающего момента, установленный на одном из двух валов трансмиссии, как это заявляется в независимых пунктах формулы изобретения.
В DE 102008026509 раскрывается способ определения или оценки посредством измерений вращающего момента на валу трансмиссии без использования датчика вращающего момента.
Известны способы оценки вращающего момента, передаваемого на входные валы. Однако такие способы не обеспечивают точности, необходимой для осуществления различных функций, например для диагностики двигателя. Таким образом, проблема известных технических решений заключается в том, что они не обеспечивают достаточно точного определения вращающего момента. Кроме того, отсутствует возможность использования устройств, содержащих два отдельных датчика, то есть по одному датчику для каждого входного вала.
Таким образом, известные технические решения не обеспечивают точных измерений датчиками вращающего момента, действующего на два входных вала трансмиссии с двойным сцеплением большегрузных транспортных средств.
Раскрытие изобретения
Соответственно, целью настоящего изобретения является решение вышеуказанной проблемы и обеспечения устройства и способа оценки входного вращающего момента трансмиссии с двойным сцеплением, которые позволяют надежно и экономично получить точные величины входного вращающего момента, действующего на входные валы трансмиссии с двойным сцеплением.
В соответствии с изобретением вышеуказанные цели достигаются с помощью устройства для оценки входного вращающего момента трансмиссии с двойным сцеплением для транспортного средства, содержащей внутренний входной вал и внешний входной вал, установленный концентрично относительно внутреннего входного вала, узел двойного сцепления, соединяющий указанные валы с выходным валом двигателя, датчик вращающего момента, установленный на внешнем входном валу и соединенный с блоком управления трансмиссией, причем устройство выполнено с возможностью получения посредством датчика вращающего момента измеренной величины вращающего момента во время работы внешнего входного вала, и предлагаемое в изобретении устройство отличается тем, что в нем обеспечивается получение расчетной величины вращающего момента для внутреннего входного вала во время его работы посредством ее определения в блоке управления трансмиссией, выполненного с возможностью калибровки указанной расчетной величины вращающего момента по измеренной величине (Tm) во время работы внешнего входного вала.
Настоящее изобретение обеспечивает способ получения точной расчетной величины вращающего момента, действующего на внутренний входной вал, с использованием датчика вращающего момента, который измеряет величину вращающего момента только на внешнем входном валу, и использования расчетной величины вращающего момента во время работы внутреннего входного вала.
Таким образом, в трансмиссии с двойным сцеплением может быть реализован ряд функций, относящихся к управлению трансмиссией и к диагностике двигателя, с использованием лишь одного датчика вращающего момента.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения блок управления трансмиссией выполнен с возможностью вычисления расчетной величины вращающего момента с использованием функции наблюдателя, которая активируется во время работы внешнего входного вала. В качестве функции наблюдателя может использоваться, например, фильтр Калмана, однако изобретение не ограничивается только такой функцией наблюдателя.
В соответствии с другим вариантом датчик вращающего момента также соединен с блоком управления двигателем. Блок управления двигателем может также обеспечивать диагностику работы двигателя.
Настоящее изобретение относится также к способу и компьютерной системе, как они заявлены в соответствующих независимых пунктах.
Краткое описание чертежей
Изображение будет описано ниже на примере одного из вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж с блок-схемой трансмиссии транспортного средства, в которой может использоваться настоящее изобретение.
Осуществление изобретения
На чертеже приведена упрощенная блок-схема устройства по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Изобретение предназначено для использования в связи с трансмиссией 1 с двойным сцеплением, которая может использоваться на большегрузных коммерческих транспортных средствах.
Принцип действия трансмиссии с двойным сцеплением хорошо известен и уже был здесь вкратце рассмотрен, так что ее работа ниже подробно не описывается.
Трансмиссия 1 снабжена первым входным валом 2 и вторым входным валом 3. В соответствии с рассматриваемым вариантом и в соответствие с известной технологией входные валы 2, 3 расположены концентрично, так что первый входной вал 2 является внутренним входным валом, второй входной вал 3 является внешним входным валом, и первый входной вал 2 проходит внутри второго входного вала 3.
Концы валов 2, 3 соединены с узлом 4 двойного сцепления, содержащим первую муфту 5 сцепления, соединенную с внутренним входным валом 2, и вторую муфту 6 сцепления, соединенную с внешним входным валом 3.
Узел 4 двойного сцепления соединен с выходным валом 7 двигателя 8 транспортного средства, который является обычным дизельным двигателем, подходящим для большегрузного транспортного средства, но возможно использование также и других первичных двигателей, например электрических двигателей. Как обычно, двигатель 8 предназначен для передачи мощности в трансмиссию 1 через узел 4 сцепления, внутренний входной вал 2 и внешний входной вал 3.
Для управления работой трансмиссии, например для обеспечения надлежащего переключения передач, используется блок 9 управления трансмиссией, соединенный с трансмиссией 1. Для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик, экономии топлива и четкой синхронизации процесса переключения передач в блок 9 управления трансмиссией передаются входные сообщения, относящиеся к трансмиссии 1. Блок 9 управления трансмиссией также формирует выходные сообщения для управления трансмиссией 1 по командам водителя транспортного средства, обеспечивая при этом оптимизацию процесса переключения передач в части потребления топлива, эффективности и рабочих характеристик трансмиссии 1. Передача таких входных и выходных сообщений показана схематически на чертеже ссылочным номером 10, который указывает первую линию передачи информации.
Такие входные сообщения, передаваемые из трансмиссии 1 в блок 9 управления трансмиссией, могут содержать следующую информацию: скорость транспортного средства (используется для определения момента переключения передачи), скорость вращения колес, положения и скорости вращения приводов, используемых в трансмиссии, требуемый вращающий момент, температура трансмиссионной жидкости, положение переключателя фонаря тормозов и состояние системы управления тягой транспортного средства. Такие сообщения и соответствующие датчики известны специалистам и поэтому здесь подробно не описываются.
Из блока 9 управления трансмиссией могут передаваться следующие выходные сигналы: сигналы на соленоиды приводов (обеспечивают переключение передач в заданные моменты времени), сигналы на соленоиды управления давлением, а также сообщения в другие электронные контроллеры. Блок 9 управления трансмиссией может быть также выполнен для управления соленоидом блокировки переключения передачи, который обеспечивает блокировку включения передачи демультипликатора, если не нажата педаль тормоза, а также управления соленоидами регулирования давления в гидравлической системе.
Аналогичным образом двигатель 8 транспортного средства соединен с блоком 11 управления двигателем (вторая линия передачи информации, указанная ссылочным номером 12 на чертеже). Блок 11 управления двигателем выполнен для приема входных сообщений от датчиков (на фиг. 1 не показаны), таких как, например, датчик положения педали акселератора, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик соотношения компонентов горючей смеси, датчик положения коленчатого вала и другие датчики величин параметров, имеющих отношение к работе двигателя 8. Кроме того, блок 11 управления двигателем обеспечивает управление различными приводными механизмами для регулирования таких параметров, как соотношение компонентов горючей смеси, установка момента зажигания, установка моментов открытия/закрытия клапанов и других параметров двигателя 8. Как показано на чертеже, сообщения между блоком 11 управления и двигателем 8 передаются по второй линии 12 передачи информации.
Кроме того, в рассматриваемом варианте используется также третья линия 13 передачи информации между блоком 9 управления трансмиссией и блоком 11 управления двигателем. Например, блок 9 управления трансмиссией может передавать выходные сообщения в блок 11 управления двигателем в отношении регулирования момента зажигания или количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя.
Кроме того, блок 9 управления трансмиссией может использовать сообщения, передаваемые датчиками, установленными на двигателе 8, для определения момента переключения передачи.
Основная идея изобретения заключается в использовании датчика 14 вращающего момента, обеспечивающего измеренную величину Tm вращающего момента, то есть величину, соответствующую вращающему моменту, действующему на внешний входной вал 3. В соответствии с рассматриваемым вариантом датчик 14 вращающего момента связан с внешним входным валом 3, и сообщение, содержащее измеренную величину Tm вращающего момента, передается в блок 9 управления трансмиссией. Датчик 14 вращающего момента может использовать, например, характеристики магнитоупругости ферромагнитных материалов, то есть взаимосвязь между интенсивностью намагничивания и деформацией магнитного материала. Это явление хорошо известно. Соответственно, вращающий момент, действующий на внешний входной вал 3, приводит к изменениям магнитного потока, которые, в свою очередь, могут быть использованы для генерирования выходного сигнала, пропорционального действующему вращающему моменту. Этот выходной сигнал передается в блок 9 управления трансмиссией, как показано на чертеже.
Измерения датчика 14 вращающего момента, отражающие величину вращающего момента, действующего на внешний входной вал 3, также могут использоваться для оценки вращающего момента, действующего на внутренний входной вал 2. Как уже указывалось, возникают трудности при попытке установить датчик вращающего момента на внутренний входной вал трансмиссии, и по этой причине в соответствии с настоящим изобретением датчик 14 вращающего момента устанавливают лишь на внешнем входном валу 3 и используют его также и для оценки величины вращающего момента, действующего на внутренний входной вал 2. Ниже приведено подробное описание предлагаемого в настоящем изобретении устройства и способа.
Как уже указывалось, датчик 14 вращающего момента измеряет величину Tm вращающего момента, действующего на внешний входной вал 3. Блок 1 трансмиссии выполнен таким образом, что в процессе переключения передач вращающий момент, создаваемый двигателем 8, передается на одну из муфт сцепления и не передается на другую муфту (на нее вообще не действует вращающий момент). Соответственно, переключение передач может осуществляться по существу без прерывания передачи вращающего момента на колеса транспортного средства. Это означает также, что внутренний входной вал 2 будет работать в некоторых интервалах времени, а внешний входной вал 3 будет работать в других интервалах времени.
Можно считать, что вращающий момент, создаваемый двигателем 8, будет передаваться на внешний входной вал 3 в течение примерно 50% всего времени работы транспортного средства. Это происходит потому, что можно ожидать, что передачи трансмиссии 1, связанные с внешним входным валом 3, будут работать в течение примерно 50% всего времени работы транспортного средства.
Важной особенностью изобретения является обеспечение измеренной величины Tm вращающего момента во время работы внешнего входного вала 3 и расчетной величины Te вращающего момента во время работы внутреннего входного вала 2. Величина Tm вращающего момента передается в блок 9 управления трансмиссией из датчика 14 вращающего момента в форме текущей измеренной величины Tm, в то время как расчетная величина Te вычисляется в соответствии с определенными принципами, как это будет описано ниже.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения блок 9 управления трансмиссией выполнен для вычисления расчетной величины Te с использованием процесса калибровки в так называемой функции наблюдателя.
Функция наблюдения - это средство, которое позволяет получить расчетную величину вращающего момента, действующего на внутренний входной вал 2, на котором нет установленного датчика вращающего момента. Эта расчетная величина определяется на основе измеренной величины Tm вращающего момента на внешнем входном валу 3.
Известной функцией наблюдателя является фильтр Калмана, представляющий собой алгоритм, который может использоваться для получения оценок неизвестной переменной с использованием способа рекурсии. Точнее, фильтр Калмана предназначен для вычисления оценок величин действительных измерений с использованием способа рекурсии во времени с использованием поступающих измерений и математической модели процесса.
Иначе говоря, фильтр Калмана обеспечивает получение оценки переменной в форме величины вращающего момента на основе измерения этой переменной (которое, в свою очередь, состоит из измеренной величины вращающего момента вместе с шумами и неизвестными помехами), которая обновляется с использованием взвешенной средней величины, так что обеспечивается статистически обработанный выходной сигнал.
В настоящем изобретении может использоваться функция наблюдателя, такая как фильтр Калмана, вместе с входным сигналом в режиме реального времени в форме вышеописанной измеренной величины Tm вращающего момента. Входной сигнал доступен для использования в течение примерно 50% всего времени работы транспортного средства. Расчетная величина Te используется в качестве оценки вращающего момента, действующего на внутренний входной вал 2 в те интервалы времени, когда этот вал работает. Даже если измерения вращающего момента, действующего на внутренний входной вал 2, не осуществляются в режиме реального времени, расчетная величина Te вращающего момента, получаемая в соответствии с изобретением, все же достаточно точна, чтобы ее можно было использовать для управления переключением передач в трансмиссии и для других функций, то есть даже в том случае, когда внешний входной вал 3 отсоединен от выходного вала двигателя.
Таким образом, блок 9 управления трансмиссией выполнен для вычисления расчетной величины Te вращающего момента с использованием функции наблюдателя, которая включается во время работы внешнего входного вала 3, то есть когда выходной вращающий момент двигателя передается только через внешний входной вал 3.
Вообще говоря, изобретение не ограничивается функцией наблюдателя, реализованной в форме фильтра Калмана. По существу изобретение может быть реализовано с использованием различных типов функций наблюдателя или оценивателя для использования измеренной величины Tm вращающего момента, действующего на внешний входной вал 3, для получения достаточно точной оценки величины Te вращающего момента, действующего на внутренний входной вал 2. Иначе говоря, изобретение может быть осуществлено разными способами путем обеспечения возможности калибровки расчетной величины Te вращающего момента с использованием подходящего способа в блоке управления на тех временных интервалах, когда работает только внешний входной вал 3.
В соответствии с одним из вариантов расчетная величина Te вращающего момента определяется в блоке управления, таком как блок управления трансмиссией, и калибруется относительно измеренной величины Tm вращающего момента, когда она имеется, то есть когда работает внешний входной вал 3.
Таким образом, блок 9 управления содержит вычислительную модель, которая обеспечивает расчетную величину Te вращающего момента. На внешнем входном валу 3 установлен датчик 14 вращающего момента, так что когда внешний входной вал 3 работает, будут получены как расчетные величины Те, так и измеренные величины Tm вращающего момента На тех временных интервалах, на которых обеспечиваются измеренные величины Tm вращающего момента, его можно сравнивать с расчетной величиной Те вращающего момента. На таких временных интервалах вычислительная модель может быть откалибрована, так чтобы расчетные величины Те сближались с измеренными величинами Tm вращающего момента. Такой процесс калибровки может обеспечиваться средствами наблюдателя, например, фильтром Калмана. На тех интервалах времени, на которых отсутствуют измеренные величины Tm вращающего момента, то есть когда работает внутренний входной вал 2, используются расчетные величины Те вращающего момента. Такой способ обеспечивает очень точную оценку величины Te вращающего момента. Соответственно, в процессе работы транспортного средства будут использоваться два нижеуказанных режима работы:
а) используется внешний входной вал 3, то есть режим калибровки:
- активируются функции, требующие высокой точности измерений вращающего момента, например некоторые диагностические функции;
- калибруется вычислительная модель оценки величины вращающего момента; и
- измеренная величина вращающего момента передается для осуществления различных функций управления;
б) используется внутренний входной вал 2, то есть режим расчета:
- деактивируются функции, требующие высокой точности величины вращающего момента;
- с помощью вычислительной модели определяется величина вращающего момента;
- расчетная величина вращающего момента передается для осуществления некоторых функций.
В другом варианте датчик 14 вращающего момента может быть также подсоединен к блоку 11 управления двигателем. Еще в одном варианте датчик 14 вращающего момента может быть подсоединен как к блоку 11 управления двигателем, так и к блоку 9 управления трансмиссией. Общим признаком всех этих вариантов является передача величин вращающего момента в блок 11 управления двигателем.
Предлагаемое в изобретении техническое решение обладает следующими достоинствами. Измерение величины действующего вращающего момента и использование измеренной величины для получения расчетной величины обеспечивают более точную величину вращающего момента с гораздо более высоким разрешением как по времени, так и по величине вращающего момента, что обеспечивает возможность выполнения ряда функций: регулирование с обратной связью вращающего момента, передаваемого муфтой сцепления; диагностика муфт сцепления; диагностика двигателя и повышение надежности управления трансмиссией (в части переключения переда, выбора передач и т.п.).
Особенность изобретения связана с тем, что блок 11 управления двигателем выполнен с возможностью осуществления диагностики работы двигателя 8. Для осуществления диагностики двигателя необходимы измерения величины вращающего момента, действующего на трансмиссию 1. Например, в процессе диагностики двигателя важно обнаружить тенденции изменения в работе двигателя, которые возникают в процессе длительной эксплуатации. Например, для двигателя необходимо знать изменение во времени характеристик отдельных цилиндров, определять пропуски зажигания в цилиндрах, осуществлять оптимизацию расхода топлива и т.п.
Настоящее изобретение обеспечивает следующие преимущества. Во-первых, можно отметить, что в изобретении предлагается упрощенное решение по сравнению со схемой, в которой используются два отдельных датчика вращающего момента. Соответственно, расходы на реализацию изобретения с одним датчиком вращающего момента будут ниже. Кроме того, на трансмиссиях с двойным сцеплением может быть реализован широкий диапазон функций диагностики и управления трансмиссией, который обеспечивается измерениями вращающего момента на входном валу.
Идея изобретения заключается в обеспечении измеренной величины Tm вращающего момента на временных интервалах работы внешнего входного вала 3 и расчетной величины Te вращающего момента на временных интервалах работы внутреннего входного вала 2, причем вычислительная модель для оценки величины Те калибруется на временных интервалах получения измеренной величины Tm вращающего момента. Изобретение может быть реализовано с помощью компьютерной программы, обеспечивающей выполнение стадий, необходимых для осуществления вышеописанного способа. Изобретение может быть реализовано также в форме компьютерного программного продукта, содержащего программные коды, записанные на машиночитаемом носителе, для выполнения всех стадий способа, когда этот программный продукт выполняется компьютером. Изобретение также может быть реализовано в компьютерной системе для осуществления способа оценки входного вращающего момента для трансмиссии с двойным сцеплением, как это было описано.
Изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами, в которые могут быть внесены различные модификации в пределах объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой.