СИСТЕМА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE ENGINE OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе и способу эксплуатации транспортного средства.
Уровень техники
2
В WO 2009060241 А1 описана система транспортного средства, содержащая контроллер, который в зависимости от измеренной скорости транспортного средства и информации о маршруте инициирует режим свободного хода коробки передач. Двигатель внутреннего сгорания может выключаться с целью экономии топлива для всех функций за исключением системы рулевого управления и тормозов транспортного средства. За счет экономии топлива в конкретных режимах работы двигателя можно уменьшаться выбросы CO из транспортного средства.
В DE 102005003608 А1 описан способ эксплуатации двигателя транспортного средства для коммерческих перевозок, у которого трансмиссия, связанная с двигателем, имеет режим свободного хода. Двигатель выключается путем перевода трансмиссия в режим свободного хода и прерывания подачи топлива в двигатель при нахождении в режиме свободного хода. При действующем режиме свободного хода установка передач адаптирована к текущей скорости транспортного средства.
Раскрытие изобретения
2
В основу изобретения положена задача создания способа эксплуатации (управления) двигателя транспортного средства (далее - автомобиля), позволяющего улучшить баланс выбросов CO из автомобиля.
Другой задачей является создание надежной системы осуществления такого способа.
Решение задач изобретения обеспечивается за счет признаков независимых пунктов. В остальных пунктах, на чертежах и в описании раскрыты выгодные варианты осуществления изобретения.
Предложен способ эксплуатации двигателя автомобиля, в частности, автомобиля для коммерческих перевозок, у которого трансмиссия, связанная с двигателем, имеет режим свободного хода. При установленном режиме свободного хода трансмиссии двигатель выключается, и в него прерывается подача топлива в зависимости от одного или нескольких условий эксплуатации автомобиля, при этом, когда двигатель выключен, упреждающе выбирается передача трансмиссии в зависимости от одной или нескольких эксплуатационных операций автомобиля, которые предположительно потребуются в заданный или в течение заданного предельного срока после повторного запуска двигателя.
Может выгодно экономиться топливо, и сокращаться выбросы, при этом могут максимально быстро восстанавливаться необходимые функции поддержки, обеспечиваемые работающим двигателем. Автомобиль может эксплуатироваться безопасно и экономично. Способ может осуществляться с существующим аппаратным оборудованием автомобиля, которое может легко использоваться или адаптироваться для осуществления способа, например, путем адаптации программного обеспечения системы управления аппаратным оборудованием. В частности, двигатель может выключаться, когда определяется, что рулевое управление не потребуется в течение заданного промежутка времени, достаточного для выключения и повторного включения двигателя. Двигатель может выключаться, когда определяется, что функции поддержки, для которых необходим двигатель, такие как, например, управление с усилителем или торможение с усилителем, не потребуются в течение заданного промежутка времени, например, в течение нескольких десятков секунд или более, обычно по меньшей мере 20 секунд или по меньшей мере 30 секунд. Может использоваться доступная в автомобиле информация всех типов, обеспечиваемая, например, информационными системами и/или системами управления и/или системами поддержки, которая позволяет предвидеть будущую потребность в рулевом управлении или торможении в течение разумного периода времени.
Одним из конкретных условий эксплуатации может являться движение автомобиля вперед вниз по склону, когда в течение определенного промежутка времени не требуется торможение двигателем или поддержка рулевого управления, такая как функция торможения с усилителем или функция управления с усилителем, при этом трансмиссия до некоторой степени подготовлена (путем выбора надлежащей передачи) к тому, что двигатель будет способен обеспечивать необходимую поддержку таких функций через несколько или в течение нескольких секунд после повторного запуска двигателя. В режиме свободного хода способные вращаться зубчатые колеса трансмиссия вращаются, чтобы обеспечить достаточную смазку компонентов трансмиссии.
Трансмиссией может являться автоматическая механическая трансмиссия, автоматическая трансмиссия или бесступенчатая трансмиссия (CVT).
В другом конкретном условии эксплуатации автомобиль может двигаться вниз по склону, на котором находится или согласно электронным картам или системе навигации и т.п. прогнозируется некрутой поворот, при этом автомобиль может двигаться преимущественно прямо и ему в течение определенного промежутка времени не требуется торможение двигателем или поддержка рулевого управления, такая как торможение с усилителем управление с усилителем, а трансмиссия до некоторой степени подготовлена (путем выбора надлежащей передачи) к тому, что двигатель будет способен обеспечивать необходимую поддержку таких функций через несколько или в течение нескольких секунд после повторного запуска двигателя. Вместо нормальной поддержки управления с усилителем может использоваться управление тормозом, т.е. привод рулевого управления (такой как рулевое колесо) генерирует небольшие повороты управляемых колес, что позволяет тормозить колеса с одной стороны автомобиля больше, чем с другой стороны, в результате чего автомобиль может совершить некрутой поворот. Такое управление путем (избирательного) торможения возможно при малых углах поворота колес, не превышающих 10°, предпочтительно 5° и при умеренных усилиях на ободе рулевого колеса.
В другом конкретном условии эксплуатации автомобиль может двигаться по ровной местности или вниз по склону, и водитель может пожелать начать торможение заблаговременно из-за приближающегося ограничения скорости или места парковки или заправочной станции. Автомобиль может медленно снижать скорость, при этом трансмиссия до некоторой степени подготовлена (путем выбора надлежащей передачи) к тому, что двигатель будет способен обеспечивать необходимую поддержку таких функций через несколько или в течение нескольких секунд после повторного запуска двигателя.
Согласно одному из предпочтительных шагов способа в первом случае, когда во время или после повторного запуска двигателя предполагается применение рулевого управления, может выбираться передача трансмиссии, обеспечивающая более высокую частоту вращения двигателя, чем когда не предполагается применение рулевого управления. В качестве альтернативы, во втором случае, когда во время или после повторного запуска двигателя не предполагается применение рулевого управления, может выбираться передача трансмиссии, обеспечивающая меньшую частоту вращения двигателя, чем та, которая была бы выбрана, если предполагается применение рулевого управления.
Обычно в режиме свободного хода выбирается низкая частота вращения двигателя. Например, может выбираться двенадцатая передача с частотой вращения составляет приблизительно 1200 об/мин. При выборе одиннадцатой передачи частота вращения увеличивается и составляет приблизительно 1500 об/мин. В результате, поддержка рулевого управления становится доступной быстрее, чем при меньшей частоте вращения. В критической ситуации, когда требуется очень быстрое срабатывание рулевого управления, может выбираться даже десятая передача с частотой вращения приблизительно 2000 об/мин.
Один из предпочтительных шагов способа может дополнительно включать приспособление передачи к скорости автомобиля. Если скорость автомобиля изменяется при выключенном двигателе, может выбираться соответствующая передача трансмиссии для подготовки к быстрому повторному запуску двигателю и быстрому обеспечению сервопривода для таких компонентов, как рулевое управление и тормозные устройства.
Один из предпочтительных шагов способа может дополнительно включать повторный запуск двигателя при наступлении одного или нескольких условий, включающих
фактическую или предполагаемую в течение заданного промежутка времени необходимость применения рулевого управления с превышением заданного угла поворота и/или заданного усилия на ободе рулевого колеса,
фактическую или предполагаемую в течение заданного промежутка времени необходимость торможения путем приведения в действие тормозного привода,
обнаружение приближающегося объекта системой, реагирующей на приближающиеся объекты,
применение рулевого управления в течение заданного промежутка времени и/или в пределах участка дороги впереди автомобиля по требованию или согласно предположению системы обнаружения полосы движения,
давление воздуха в системе сжатого воздуха на уровне предельного давления или ниже,
заряд аккумуляторной батареи в системе аккумуляторных батарей автомобиля на уровне предельного заряда аккумуляторной батареи или ниже.
Режим свободного хода трансмиссии с прерыванием подачи топлива выгодно поддерживать максимально долго, и разумная продолжительность таких промежутков времени, составляет, например, несколько секунд, в частности, от 1 до 10 секунд до начала какого-либо действия, такого как торможение, применение рулевого управления.
Возможна безопасная эксплуатация автомобиля. Двигатель целесообразно не выключать при наступлении или предполагаемом наступлении одного или нескольких из этих условий в течение заданного промежутка времени.
Один из предпочтительных шагов способа может дополнительно предусматривать выключение двигателя только при наступлении одного или нескольких условий, включающих
отсутствие фактической или предполагаемой в течение заданного промежутка времени необходимости применять рулевое управление с превышением заданного угла поворота,
отсутствие фактической или предполагаемой в течение заданного промежутка времени необходимости торможения,
давление воздуха в системе сжатого воздуха на уровне выше предельного давления воздуха,
заряд аккумуляторной батареи в системе аккумуляторных батарей автомобиля на уровне выше предельного заряда аккумуляторной батареи, что обеспечивает безопасную эксплуатацию автомобиля.
Режим свободного хода трансмиссии с прерыванием подачи топлива выгодно поддерживать максимально долго, и разумная продолжительность таких промежутков времени, составляет, например, несколько секунд, в частности, от 1 до 10 секунд до начала какого-либо действия, такого как торможение, применение рулевого управления.
Один из предпочтительных шагов способа может дополнительно предусматривать запрет выключения двигателя, если система обнаружения полосы движения требует применения рулевого управления в течение заданного промежутка времени и/или на участке дороги впереди автомобиля. Например, может использоваться информация, предоставляемая системой адаптивного автоматического поддержания скорости движения.
Один из предпочтительных шагов способа может дополнительно предусматривать повторный запуск двигатель, если предполагаемый угол поворота во время или после повторного запуска двигателя составляет по меньшей мере 5°, предпочтительно 10°. При больших углах поворота водитель может предпочесть поддержку управления с усилителем.
Согласно другой особенности изобретения предложена система управления двигателя автомобиля, в частности, автомобиля для коммерческих перевозок путем применения описанного выше способа, содержащая средства
выключения двигателя путем установки режима свободного хода трансмиссии и прерывания подачи топлива в двигатель в режиме свободного хода в зависимости от одного или нескольких условий эксплуатации автомобиля,
упреждающего выбора передачи трансмиссии в зависимости от одной или нескольких эксплуатационных операций автомобиля, которые предположительно потребуются в заданный или в течение заданного предельного срока после повторного запуска двигателя.
Средства могут содержать блок управления, инициирующий выключение и включение двигателя и выбор надлежащей передачи в зависимости от условия эксплуатации и маневров, соответственно.
В одном из вариантов выгодных осуществления средства могут быть связаны с системой, реагирующей на приближающиеся объекты. Например, может использоваться система помощи водителю, которая предупреждает его в случае приближения препятствий к автомобилю или наоборот, например, системы на основе радаров или лидаров, осматривающие пространство впереди автомобиля.
В одном из вариантов выгодных осуществления средства могут быть связаны с системой обнаружения полосы движения. Система обнаружения полосы движения способна без труда предоставлять информацию о типе дороги впереди автомобиля и, в частности, может обнаруживать, приближается ли автомобиль к повороту, перекрестку и т.п.
В одном из вариантов выгодных осуществления средства могут реагировать на угол а поворота и/или усилие на ободе рулевого колеса SF и/или тормозное усилие BF.
Согласно другой особенности изобретения предложено транспортное средство, в частности, автомобиль для коммерческих перевозок, содержащий описанную выше систему управления. Автомобиль рассчитан на экономичное и безопасное вождение.
Согласно другой особенности изобретения предложена компьютерная программа, содержащая компьютерный программный код, приспособленный выполнять способ или для применения в описанном выше способе при выполнении упомянутой программы в программируемом микрокомпьютере. Компьютерная программа может загружаться в соответствующую считываемую и/или перезаписываемую память блока управления, который инициирует выключение двигателя и режим свободного хода трансмиссия при наступлении определенных условий эксплуатации автомобиля. Компьютерная программа может загружаться в блок управления с использованием диска, USB-модуля памяти, CD, DVD или любого другого соответствующего носителя данных. Компьютерная программа может быть приспособлена для загрузки в блок управления или один из его компонентов при выполнении в компьютере, подключенном к сети Интернет. В этом случае компьютерная программа может дистанционно загружаться в блок управления.
Согласно другой особенности изобретения предложен хранящийся на машиночитаемом носителе компьютерный программный продукт, содержащий программный код для использования в компьютере при выполнении описанного выше способа. Машиночитаемым носителем может являться применимый носитель данных любого рода.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение и его упомянутые выше и другие задачи и преимущества могут быть лучше поняты из следующего далее подробного описания не ограничивающих их вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан один из примеров осуществления автомобиля с установленным блоком управления согласно изобретению,
на фиг. 2 - схематическое изображение одного из примеров осуществления блока двигатель-трансмиссия, связанного с блоком управления для выключения и включения двигателя при выборе соответствующей передачи трансмиссии,
на фиг. 3 - схематическое изображение автомобиля на дороге с другим автомобилем и поворотом впереди автомобиля, и
на фиг. 4 - блок-схема, иллюстрирующая один из примеров осуществления способа эксплуатации автомобиля согласно изобретению.
Подробное описание осуществления изобретения
Одинаковые или сходные элементы обозначены на чертежах одинаковыми позициями. Чертежи являются лишь схематическими представлениями, не имеющими целью отобразить конкретные параметры изобретения. Кроме того, поскольку чертежи предназначены для иллюстрации только типичных вариантов осуществления, они не должны считаться ограничивающими объем изобретения.
На фиг. 1 схематически показан один из примеров осуществления автомобиля 10, представляющего собой тягач, в котором установлена система управления с блоком 50 управления, который способен инициировать выключение двигателя 20 автомобиля и устанавливать режим свободного хода трансмиссии 22, связанной с двигателем 20. Трансмиссией предпочтительно может являться автоматическая механическая трансмиссия.
Например, автомобилем 10 может являться грузовой автомобиль, тягач с прицепом, тягач с полуприцепом.
В соответствии со способом двигатель 20 выключается путем установки режима свободного хода трансмиссии 22 и прерывания подачи топлива в двигатель 20 в режиме свободного хода в зависимости от одного или нескольких рабочих параметров автомобиля 10. При выключенном двигателе 20 упреждающе выбирается передача трансмиссии 22 в зависимости от одной или нескольких эксплуатационных операций/маневров автомобиля 10, которые предположительно потребуются в заданный или в течение заданного промежутка времени после повторного запуска двигателя 20.
Чтобы быть способным упреждать будущую потребность, блок 50 управления предпочтительно связан с устройствами управления системами поддержки и/или предупреждения водителя, установленными в автомобиле 10. Например, блок 50 управления может быть связан с системой 100 помощи водителю, которая предупреждает его о приближении автомобиля 10 к препятствию, системой 110 обнаружения полосы движения, такой как система АСС (адаптивного автоматического поддержания скорости). Кроме того, целесообразно, чтобы блок 50 управления был связан с системой 120 управления давлением воздуха, такой как пневматическая подвеска автомобиля 10, а также с системой 130 управления аккумуляторной батареей автомобиля 10. В последних двух случаях может обеспечиваться работоспособность пневматической подвески, а также аккумуляторной батареи автомобиля 10.
На фиг. 2 схематически представлен один из примеров осуществления блока двигатель-трансмиссия, связанного с блоком 50 управления для выключения и включения двигателя 20 при выборе соответствующей передачи трансмиссии 22. В режиме свободного хода выходной вал 30 блока двигатель-трансмиссия отсоединен от двигателя 20.
Блок 50 управления способен инициировать прерывание подачи 12 топлива в двигатель 20, например, путем перекрывания вентиля 40, а также инициировать режим свободного хода трансмиссии 22 и выбор надлежащей передачи трансмиссии для повторного запуска, например, путем поддержания связи с контроллером (не показанным) трансмиссии. В качестве альтернативы, подача 12 топлива может прерываться путем перекрывания топливных инжекторов для впрыска топлива в двигатель.
В блок 50 управления поступают значения различных рабочих параметров автомобиля 10, а также информация от систем управления 100, 110, 120, 130 автомобиля.
В первом случае, когда во время или после повторного запуска двигателя 20 предполагается применение рулевого управления, выбирается передача трансмиссии 22, обеспечивающая более высокую частоту вращения двигателя, чем в холостом режиме, когда двигатель 20 не находится в режиме свободного хода.
Во втором случае, когда во время или после повторного запуска двигателя 20 не предполагается применение рулевого управления, выбирается передача трансмиссии 22, обеспечивающая меньшую частоту вращения двигателя, чем та, которая была бы выбрана, если предполагается применение рулевого управления.
В каждом случае передача выгодно приспосабливается к скорости автомобиля. Так, при выборе надлежащей передачи вскоре после выключения двигателя 20, когда трансмиссия 22 находится в режиме свободного хода, изменение скорости автомобиля до повторного включения двигателя 20 и трансмиссии 22 может компенсироваться путем переключения передач, в результате чего двигатель 20 может работать при включенной надлежащей передаче трансмиссии 22. Когда требуется поддержка рулевого управления, трансмиссия 22 подготовлена обеспечивать более высокую частоту вращения на должной передаче, в результате чего обеспечивается быстрая доступность усилия на ободе рулевого колеса для управления с усилителем (первый случай). Когда приведен в действие тормозной привод 16, такой как тормозная педаль, или предполагается торможение, выбирается более высокая передача, чтобы обеспечить более экономный расход топлива. В этом последнем случае не требуется высокий крутящий момент.
Повторный запуск двигатель 20 может осуществляться в случае фактической или предполагаемой необходимости применять в течение заданного промежутка времени привод 14 рулевого управления, такой как рулевое колесо, с превышением заданного угла α поворота управляемых колес автомобиля и/или заданного усилия SF на ободе рулевого колеса, прилагаемого приводом 14 рулевого управления; и/или в случае фактической или предполагаемой необходимости торможения в течение заданного промежутка времени путем приведения в действие тормозного привода 16; и/или в случае обнаружения приближающегося объекта системой 100, реагирующей на приближающиеся объекты; и/или в случае применения рулевого управления в течение заданного промежутка времени и/или на участке дороги впереди автомобиля 10 по требованию системы 110 обнаружения полосы движения 10; и/или в случае давление Р воздуха в системе 120 сжатого воздуха на уровне предельного давления воздуха или ниже; и/или в случае заряда аккумуляторной батареи (САР на чертежах) в системе 130 аккумуляторных батарей автомобиля 10 на уровне предельного заряда аккумуляторной батареи или ниже.
Выключение двигателя 20 осуществляет только при отсутствии фактической или предполагаемой в течение заданного предельного срока необходимости применять рулевое управление с превышением заданного угла поворота и/или при отсутствии фактической или предполагаемой в течение заданного предельного срока необходимости торможения и/или при доступном давлении Р воздуха в системе 120 сжатого воздуха выше предельного давления воздуха и/или при заряде аккумуляторной батареи в системе 120 аккумуляторных батарей автомобиля 10 выше предельного заряда аккумуляторной батареи. Соответственно, автомобиль 10 может безопасно эксплуатироваться.
Выключение двигателя 20 также целесообразно запрещать в случае применения рулевого управления в течение заданного предельного срока и/или на участке дороги впереди автомобиля 10 по требованию системы 110 обнаружения полосы движения.
Двигатель 20 может повторно запускаться, и может выбираться надлежащая передача трансмиссии 22, если предполагаемый угол а поворота, т.е. отклонения управляемых колес от их положения при движении вперед по прямой во время или после повторного запуска двигателя 20 составляет по меньшей мере 5°, предпочтительно по меньшей мере 10°.
На фиг. 3 показан проиллюстрированный на фиг. 2 автомобиль 10, движущийся вниз по склону на прямом участке 62 дороги 60. Система 120 обнаружения полосы движения (фиг. 1) установила, что дорога имеет прямой участок 62 и что в течение определенного времени не потребуется применение ни рулевого управления, ни торможения. Трансмиссия 22 находится в режиме свободного хода, а двигатель 20 (фиг. 1, 2) выключен путем прекращения подачи топлива. Система помощи водителю обнаруживает объект 70 впереди автомобиля, а навигационная система информирует водителя автомобиля 10 о приближении поворота. Выбирается передача трансмиссии для подготовки к применению рулевого управления автомобиля, т.е. передача, которая обеспечивает высокую частоту вращения двигатель, и вскоре после повторного запуска двигатель 20 и задолго до достижения поворота 64 становится доступна поддержка управления с усилителем для безопасного прохождения поворота автомобилем 10.
В случае обнаружения препятствия или объекта 70 (обозначенного пунктирным прямоугольником) впереди автомобиля, например, системой предупреждения на основе радара выбирается передача трансмиссии 22 для подготовки к торможению автомобиля, т.е. передача, которая обеспечивает низкую частоту вращения в целях экономии расхода топлива.
На фиг. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая возможный способ эксплуатации автомобиля 10. Осуществление способа начинается на шаге S10. Это может происходить, например, при запуске автомобиля 10 или при ручном выборе режима эксплуатации водителем. На шаге S12 проверяется, позволяют ли фактические условия движения автомобиля 10 выключить двигатель 20 (фиг. 2). Если условия движения не позволяют выключить двигатель 20 (позиция "n" на блок-схеме), осуществление способа возвращается к шагу S10. Такими условиями движения могут являться фактическое или предполагаемое применение рулевого управления, фактическое или предполагаемое торможение, низкий заряд аккумуляторной батареи, низкое давление воздуха в пневматической подвески и т.п.
Если условия движения позволяют выключить двигатель 20 (фиг. 2) (позиция "y" на блок-схеме) осуществление способа продолжается на шаге S14. На шаге S14 устанавливается режим свободного хода трансмиссии 22 (фиг. 2), и прекращается подача топлива в двигатель 20. В качестве меры сохранения работоспособности, необязательно уже может быть выбрана передача трансмиссии 22, обеспечивающая высокую частоту вращения при повторном запуске двигателя 20.
На шаге S16 блок 50 управления (на фиг. 2) собирает или принимает информацию, отображающую текущие условия движения автомобиля 10 (фиг. 1), скорость автомобиля, а также предполагаемые маневры автомобиля 10 (фиг. 1, фиг. 3) с определенным упреждением. На шаге S18 проверяется, требуется ли повторный запуск автомобиля 10 (фиг. 1). Если требуется повторный запуск (позиция "y" на блок-схеме), осуществление способа продолжается на шаге S20. Если повторный запуск не требуется (позиция "n" на блок-схеме), осуществление способа возвращается к шагу S16.
Если требуется повторный запуск (позиция "y" на блок-схеме), осуществление способа продолжается на шаге S20. На шаге S20 выбирается надлежащая передача, которая необязательно приспосабливается к изменению скорости, которое могло произойти за то время, когда двигатель был выключен. В двигатель 20 (фиг. 2) возобновляется подача топлива, и трансмиссия 22 (на фиг.2) выходит из режима свободного хода на выбранной передаче. Осуществление способа завершается на шаге S22.