СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE GEARSHIFT DEVICE AND METHOD OF GEAR SHIFTING

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу переключения передач в транспортном средстве, содержащем двигатель и автоматизированную механическую трансмиссию, содержащую муфту сцепления и коробку передач. Настоящее изобретение также относится к компьютерной программе и компьютерному программному продукту, содержащему программный код для компьютера для реализации способа по настоящему изобретению. Изобретение также относится к устройству для переключения передач в транспортном средстве и к транспортному средству, оборудованному таким устройством.
Предпосылки создания изобретения
В некоторых современных транспортных средствах передачи переключаются путем автоматического управления крутящим моментом двигателя транспортного средства так, чтобы транспортное средство достигало заданной скорости при соответствующем крутящем моменте. Крутящим моментом двигателя управляют на основе хранящейся информации, которая указывает, как следует поднимать крутящий момент двигателя для включения конкретных передач. Муфта сцепления транспортного средства во время процедуры переключения передач обычно сомкнута. Когда достигнута заданная скорость, может происходить переключение передач. Таким образом, крутящим моментом двигателя транспортного средства управляют на протяжении всей процедуры переключения передач.
Недостатком указанного выше способа переключения передач в транспортном средстве является относительно длительное время, за которое достигается заданная скорость, в частности, когда выполняется большое количество переключений передач. Время, которое занимает процедура переключения передач с момента, когда обороты двигателя начинают изменяться, и до момента, когда заданная скорость достигнута и в коробке передач включается новая передача, является критическим, поскольку слишком длительное время может привести к нежелательным последствиям, например к замедлению транспортного средства на подъеме или к ускорению на спуске.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является создание нового и преимущественного способа переключения передач в трансмиссии транспортного средства.
Другой целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа, устройства и компьютерной программы для переключения передач в трансмиссии транспортного средства.
Еще одной целью изобретения является создание способа, устройства и компьютерной программы для получения более устойчивой к ошибкам процедуры переключения передач в трансмиссии транспортного средства.
Другой целью настоящего изобретения является создание способа, устройства и компьютерной программы для получения более эффективной в отношении времени процедуры переключения передач в трансмиссии транспортного средства.
Эти цели достигаются способом переключения передач в транспортном средстве, содержащем двигатель и автоматизированную механическую трансмиссию, содержащую муфту сцепления по пункту 1 формулы изобретения.
Согласно одному аспекту изобретения предлагается способ переключения передач в транспортном средстве, содержащем двигатель и автоматизированную механическую трансмиссию, содержащую муфту сцепления и коробку передач. Способ содержит этапы процедуры переключения передач, на которых:
управляют крутящим моментом на муфте сцепления для обеспечения возможности переключения передач до того, как будут достигнуты заданные обороты двигателя; и
когда муфта сцепления перестанет пробуксовывать, управляют крутящим моментом двигателя на основе крутящего момента на муфте сцепления.
Появляется возможность жестко регулировать обороты двигателя после включения новой передачи в коробке передач до того, как в ней прекратится пробуксовка. После соединения муфта сцепления смыкается полностью, тем самым предотвращая нежелательную пробуксовку сцепления. Таким образом, согласно настоящему изобретению во время процедуры переключения передач управляют оборотами двигателя, а не крутящим моментом, как это осуществляется в настоящее время согласно предшествующему уровню техники.
Управление оборотами двигателя во время процедуры переключения передач с одновременным управлением крутящим моментом на муфте сцепления вместо управления крутящим моментом двигателя позволяет ускорить процедуру переключения передач.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения управление крутящим моментом двигателя начинается по существу тогда, когда муфта сцепления перестает пробуксовывать после переключения передачи. После того как муфта сцепления сомкнется, рассчитывают величину, которая представляет превалирующий крутящий момент в коробке передач. Крутящим моментом двигателя управляют на основе этой расчетной величины, которая представляет превалирующий крутящий момент в коробке передач.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения достигается надежный алгоритм переключения передач в трансмиссии транспортного средства.
Способ несложен в реализации в существующих транспортных средствах. Программные средства для переключения передач в трансмиссии транспортного средства по настоящему изобретению можно установить в блоке управления транспортного средства во время изготовления транспортного средства. Покупатель транспортного средства, таким образом, может получить возможность выбирать работу такого способа как опцию. Альтернативно, программное средство, содержащее программный код для выполнения инновационного способа переключения передач в трансмиссии транспортного средства, может быть установлено в блок управления транспортным средством в порядке модернизации на станции технического обслуживания, и в этом случае программное средство может быть загружено в запоминающее устройство блока управления. Таким образом, реализация этого инновационного способа экономически эффективна, в частности, поскольку не требует установки на транспортном средстве дополнительных датчиков или оперативных средств. Необходимые аппаратные средства в транспортном средстве уже имеются. Таким образом, согласно настоящему изобретению предлагается экономически эффективное решение указанных выше проблем.
Программное средство, содержащее программный код для переключения передач в трансмиссии транспортного средства, можно легко адаптировать или заменить. Кроме того, различные части программного средства, которое содержит программный код для осуществления переключения передач в трансмиссии транспортного средства, можно заменять независимо друг от друга. Такая модульная конфигурация является преимущественной с точки зрения технического обслуживания.
Способ может содержать этап, на котором управляют крутящим моментом муфты сцепления заранее определенным способом. Крутящим моментом на муфте сцепления можно управлять косвенно, управляя положением муфты сцепления. Следует отметить, что согласно одному варианту регулировки управления крутящим моментом муфты сцепления заранее определенным способом можно осуществлять в реальном масштабе времени.
Способ может содержать этап, на котором управляют крутящим моментом двигателя так, что управление этим крутящим моментом двигателя начинается на уровне, соответствующем превалирующему крутящему моменту в муфте сцепления, когда пробуксовка муфты сцепления прекратилась после включения новой передачи в коробке передач.
Способ может содержать этап, на котором после прекращения пробуксовки муфты сцепления управляют крутящим моментом двигателя заранее определенным способом. Следует отметить, что согласно одному варианту регулировки управления крутящим моментом муфты сцепления заранее определенным способом можно осуществлять в реальном масштабе времени.
Согласно одному аспекту изобретения предлагается устройство для переключения передач в автоматизированной механической трансмиссии, содержащей муфту сцепления и коробку передач, при этом устройство содержит двигатель для привода ведущих колес через указанную трансмиссию. Устройство содержит средство для управления крутящим моментом на муфте сцепления во время процедуры переключения передач, чтобы обеспечить возможность переключения передачи до того, как будут достигнуты заданные обороты двигателя (220). Устройство также содержит средство для управления крутящим моментом двигателя, когда муфта сцепления прекратила пробуксовку, на основе крутящего момента на муфте сцепления.
Преимущественные варианты описаны в зависимых пунктах 6-8 формулы изобретения.
Вышеописанные цели также достигаются с помощью транспортного средства, содержащего устройство для переключения передач по пункту 9. Транспортным средством может быть грузовой автомобиль, легковой автомобиль или автобус.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, компьютерная программа, предлагаемая для выполнения переключения передач в трансмиссии транспортного средства, содержит программный код, хранящийся на машиночитаемом носителе для того, чтобы электронный блок управления выполнял этапы по одному из пунктов 1-4 формулы изобретения. Согласно одному аспекту изобретения предлагается компьютерный программный продукт, содержащий программный код, хранящийся на машиночитаемом носителе для выполнения этапов способа по любому из пунктов 1-4 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает на электронном блоке управления.
Другие цели, преимущества и новые признаки настоящего изобретения будут очевидны специалистам из нижеследующего подробного описания и из реализации изобретения на практике. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено конкретными деталями нижеследующего описания. Специалистам, имеющим доступ к настоящему описанию, понятны другие варианты применения, модификации и применение в других областях, которые входят в объем настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания настоящего изобретения и других его целей и преимуществ в нижеследующем описании приводятся ссылки на приложенные чертежи, на которых одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями и где:
Фиг.1 - схематическая иллюстрация транспортного средства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематическая иллюстрация подсистемы для транспортного средства по фиг.1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - схематическая диаграмма, представляющая процедуру переключения передач согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4а - диаграмма последовательности способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4b - более подробная диаграмма последовательности способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - схематическая иллюстрация компьютера согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан вид сбоку транспортного средства 100. Показанное для примера транспортное средство 100 содержит тягач 110 и полуприцеп 112. Транспортное средство может быть тяжелым транспортным средством, например грузовиком или автобусом. Альтернативно, транспортное средство может быть легковым автомобилем.
Термин "канал" в настоящем описании означает канал связи, который может быть физическим соединением, например оптоэлектронной линией связи, или нефизическим каналом, например беспроводным соединением, например радиоканалом или микроволновым каналом.
На фиг.2 показана подсистема 299 транспортного средства 100. Подсистема 299 расположена на тягаче 110. Подсистема 299 имеет двигатель 220, соединенный с муфтой 230 сцепления. Двигатель 220 может быть двигателем внутреннего сгорания с любым количеством цилиндров, например с 5 или 6 цилиндрами. Муфта 230 сцепления может быть двухдисковой муфтой. Муфта 230 сцепления также соединена с коробкой 240 передач через вал 227. Коробка 240 передач имеет выходной вал 245, соединенный с главной передачей 250. Главная передача 250 соединена с первым ведущим колесом 260а первой полуосью 255а. Главная передача соединена со вторым ведущим колесом 260b второй полуосью 255b. Двигатель 220 выполнен с возможностью передавать мощность на соответствующие ведущие колеса 260а и 260b через трансмиссию, содержащую вал 225, муфту 230 сцепления, коробку 240 передач, вал 245, главную передачу 250 и полуоси 255а и 255b.
Блок 210 управления трансмиссией выполнен с возможностью управлять коробкой 240 передач по каналу 218. Блок 210 управления трансмиссией выполнен с возможностью, например, выполнять любое требуемое переключение передач в коробке 240 передач. Переключение может осуществляться, например, между второй передачей и третьей передачей коробки 240 передач. Другое переключение передач может осуществляться между третьей передачей и пятой передачей коробки 240 передач. Еще одно переключение может осуществляться, например, между шестой передачей и третьей передачей коробки 240 передач. Операция переключения передач может включать переключение между любыми двумя передачами коробки 240 передач.
Блок 210 управления трансмиссией также выполнен с возможностью управлять муфтой 230 сцепления по каналу 27. Блок 210 управления трансмиссией выполнен с возможностью управлять крутящим моментом на муфте 230 сцепления с помощью исполнительного механизма, такого как пневматическое средство (не показано).
На коробке 240 передач установлен один или более датчиков и исполнительных механизмов 242. По меньшей мере один датчик 242 выполнен с возможностью измерять превалирующую частоту вращения в коробке 240 передач и непрерывно посылать сигналы, содержащие информацию о превалирующей частоте вращения в коробке 240 передач, на блок 210 управления трансмиссией по каналу 243. По меньшей мере один исполнительный механизм 242 выполнен с возможностью выводить из зацепления и вводить в зацепление различные шестерни в коробке передач для выполнения переключений передач в соответствии с желанием водителя или в ответ на команды управляющих программ, хранящихся в блоке 210 управления трансмиссией.
Блок 200 управления двигателем выполнен с возможностью поддерживать связь с блоком 210 управления трансмиссией по каналу 215. Блок 200 управления двигателем может быть разъемно соединен с первым блоком 210 управления. Блок 200 управления двигателем альтернативно может быть выполнен с возможностью поддерживать связь с блоком 210 управления трансмиссией по внутренней сети транспортного средства.
Блок 200 управления двигателем выполнен с возможностью управлять крутящим моментом Te двигателя 220. Согласно варианту изобретения, крутящий момент Те - это крутящий момент на маховике (не показан) двигателя 220. Блок 200 управления двигателем выполнен с возможностью управлять крутящим моментом Те двигателя 220 на основе запросов водителя. Альтернативно, блок 200 управления двигателем выполнен с возможностью управлять крутящим моментом Те двигателя 220 на основе, например, автоматически запрашиваемого крутящего момента.
Один или более датчиков 222 выполнены с возможностью измерять превалирующую частоту вращения двигателя 220 и непрерывно посылать сигналы, содержащие информацию о превалирующей частоте вращения двигателя, на блок 220 управления двигателем по каналу 223.
На фиг.3 представлена схематическая диаграмма, представляющая процедуру переключения передач согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На диаграмме показаны три кривые, представляющие, как крутящий момент Те двигателя 220, частота вращения в об/мин. двигателя 220 и крутящий момент Тс на муфте 240 сцепления, изменяются во времени.
В момент t3a во время процедуры переключения передач начинается операция переключения передач в трансмиссии транспортного средства 100. Между моментом t3a и моментом t3b крутящий момент изменяется по линейному закону заранее определенным образом с первого уровня Те1 до второго уровня Те2. Согласно этому примеру Те2 равен 0 Нм.
В любой желаемый момент между t3a и t3b крутящий момент Тс также изменяется заранее определенным способом с первого уровня Тс1 до второго уровня Тс2. На первом уровне Тс1 муфта 230 сцепления полностью включена. На втором уровне Тс2 муфта 230 сцепления полностью выключена, и в муфте 230 сцепления пробуксовки не происходит.
Между моментами t3b и t3c происходит изменение частоты вращения двигателя 220 на базе крутящего момента Те двигателя 220. Момент t3c является любым желаемым моментом. Момент t3c предпочтительно расположен рядом с моментом t3b, поэтому период времени между моментами t3b и t3c должен быть относительно коротким. Таким способом согласно настоящему изобретению осуществляется эффективная по времени процедура переключения передач.
В момент t3c в коробке передач включается новая передача. В момент t3c крутящим моментом Тс на муфте 230 сцепления управляют согласно настоящему изобретению, так, что муфта 230 сцепления начинает пробуксовывать. Процесс пробуксовки в муфте 230 происходит между моментом t3c и моментом t3d. В промежутке между моментами t3c и t3d осуществляют управление частотой вращения двигателя 220.
Согласно одному примеру частота вращения двигателя в момент t3d достигает заранее определенной целевой частоты вращения rpm*, которая связана с операцией переключения передач, которую следует выполнить в процедуре переключения передач. В момент t3d муфта 230 сцепления прекращает пробуксовывать. Согласно одному аспекту настоящего изобретения крутящий момент Тс на муфте 230 сцепления линейно изменяется так же, как изменился бы крутящий момент Те на двигателе 220 согласно известному уровню техники, после включения новой передачи.
В момент t3d определяют превалирующий крутящий момент Тс на муфте 230 сцепления. Это можно делать с помощью программ, записанных в блоке 210 управления трансмиссией. Превалирующий крутящий момент Тс на муфте 230 сцепления моделируют, чтобы можно было его оценить. В момент t3d начинают управлять крутящим моментом Те двигателя 220. Сразу после момента t3d муфта 230 сцепления включается, тем самым устраняя возможность пробуксовки муфты 230 сцепления.
В момент t3d частота вращения двигателя 220 начинает меняться в нужную сторону в ответ на управление крутящим моментом Те двигателя 220. В соответствии с примером крутящий момент Тс на муфте 230 сцепления в момент t3d составляет по существу 500 Нм. В соответствии с этим примером управлять крутящим моментом Те двигателя начинают в момент t3d с по существу соответствующего момента, т.е. 500 Нм.
Между моментом t3d и моментом t3e крутящий момент Те двигателя изменяется заранее определенным образом. В момент t3d муфтой 230 сцепления управляют так, чтобы муфта 230 сцепления передавала максимальный крутящий момент Тс. После момента t3d муфта 230 сцепления передает максимальный крутящий момент Тс. В момент t3e крутящий момент Те двигателя 220 достигает максимально возможной величины.
Следует отметить, что передача в коробке 240 передач включается до того, как частота вращения двигателя 220 достигнет заданной величины rpm*. Это возможно в автоматизированных механических трансмиссиях, где муфта сцепления является управляемой.
Вышеприведенное описание является примером варианта, в котором передача включается, когда частота вращения двигателя была понижена до заданной величины. Превалирующая частота вращения rpm затем превышает эту заданную величину после включения новой передачи. Специалистам понятно, что изобретение может применяться во время процедуры переключения передач, где передача включается, когда частота вращения двигателя увеличивается до заданной величины. Превалирующая частота вращения rpm после включения новой передачи будет ниже заданной частоты вращения.
На фиг.4а представлена диаграмма последовательности способа переключения передач в транспортном средстве 100, содержащем двигатель 220 и автоматизированную механическую трансмиссию, включающую коробку 240 передач и муфту 230 сцепления, согласно варианту осуществления изобретения. Способ содержит первый этап s401, содержащий этапы процедуры переключения передач, на которых:
- управляют крутящим моментом муфты сцепления для создания возможности переключения передачи до того, как частота вращения двигателя достигнет заданной величины; и
- когда муфта сцепления прекратит пробуксовку, управляют крутящим моментом двигателя на основе крутящего момента муфты сцепления. После этапа s401 способ заканчивается.
На фиг.4b приведена диаграмма последовательности способа переключения передачи в транспортном средстве 100, содержащем двигатель 220 и автоматизированную механическую трансмиссию, включающую коробку 240 передач и муфту 230 сцепления, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Способ содержит первый этап s410, содержащий этап на котором в любое желаемое время во время процедуры переключения передач включают новую передачу, когда частота rpm вращения двигателя еще не достигла заранее определенной заданной величины rpm*. После этапа s410 следует этап s420.
На этапе s420 управляют частотой вращения двигателя так, чтобы она достигла заданной величины, и одновременно управляют крутящим моментом Тс на муфте 230 сцепления. После этапа s420 следует этап s430.
На этапе s430, когда пробуксовка муфты сцепления во время процедуры переключения передач закончилась, определяют превалирующий крутящий момент Тс на муфте 230 сцепления. За этапом s430 следует этап s440.
На этапе s440 смыкают муфту 230 сцепления. За этапом s440 следует этап s450.
На этапе s450 начинают управлять частотой вращения двигателя 220, управляя крутящим моментом, а не частотой вращения, на основе найденного превалирующего крутящего момента Тс на муфте 230 сцепления. За этапом s450 следует этап s460.
На этапе s460 управляют крутящим моментом Тс двигателя 220 заранее определенным способом по линейному закону. После этапа s460 способ завершается.
На фиг.5 приведена схема варианта устройства 500. Блоки 200 и 210 управления, описанные выше со ссылками на фиг.2, в варианте настоящего изобретения содержат устройство 500. Устройство 500 содержит энергонезависимое запоминающее устройство 520, блок 510 обработки данных и оперативное запоминающее устройство 550. Энергонезависимое запоминающее устройство 520 содержит первый запоминающий элемент 530, в котором хранится компьютерная программа, например операционная система, для управления функциями блоков 200, 210 управления. Устройство 500 далее содержит контроллер шины, последовательный коммуникационный порт, средства ввода/вывода, аналого-цифровой преобразователь, блок ввода и передачи даты и времени, счетчик событий и контроллер прерывания (не показаны). Энергонезависимое запоминающее устройство 520 также имеет второй запоминающий элемент 540.
Предлагается компьютерная программа Р, которая содержит подпрограммы для выполнения переключения передач в транспортном средстве 100, содержащем двигатель 220 и автоматизированную механическую трансмиссию, включающую муфту 230 сцепления и коробку 240 передач. Программа Р содержит подпрограммы для управления двигателем 220, поднимая его частоту вращения до заданной величины rpm*. Этот этап способа может быть любым требуемым этапом. Программа Р содержит подпрограммы для управления крутящим моментом Тс на муфте 230 сцепления, чтобы обеспечить возможность переключения передач до того, как будет достигнута заданная частота вращения, и, когда пробуксовка муфты 230 сцепления завершится, для управления крутящим моментом Те двигателя 220 на основе крутящего момента Тс на муфте 230 сцепления. Программа Р может храниться в исполнимом формате или в архивированном формате в запоминающем устройстве 560 и/или в оперативном запоминающем устройстве 550.
Если указано, что блок 510 обработки данных выполняет определенную функцию, это значит, что он выполняет определенную часть программы, которая хранится в запоминающем устройстве 560, или определенную часть программы, которая хранится в оперативном запоминающем устройстве 550.
Устройство 510 обработки данных может поддерживать связь с информационным портом 599 по шине 515 данных. Энергонезависимое запоминающее устройство 520 предназначено для связи с устройством 510 обработки данных по шине 512 данных. Отдельное запоминающее устройство 560 выполнено с возможностью поддерживать связь с устройством 510 обработки данных по шине 511 данных. Оперативное запоминающее устройство 550 поддерживает связь с устройством 510 обработки данных по шине 514 данных. Например, каналы 215, 217 и 243 могут быть подключены к порту 599 (см. фиг.2).
Когда порт 599 получает данные, они временно хранятся во втором запоминающем элементе 540. Когда полученные данные введены в запоминающее устройство, блок 510 обработки данных готов выполнить коды в форме, описанной выше. Согласно варианту изобретения сигналы, принятые портом 599, содержат информацию о превалирующем крутящем моменте на муфте 230 сцепления, когда пробуксовка муфты 230 сцепления закончилась после включения передачи в коробке 240 передач. В одном варианте сигналы, принятые портом 599, содержат информацию о превалирующей частоте вращения двигателя 220 и/или превалирующей частоте вращения в коробке 240 передач. Сигналы, принятые портом 599, могут использоваться устройством 500 для выполнения инновационного способа.
Части способа, описанного выше, могут выполняться устройством 500 с помощью блока 510 обработки данных, который работает по программе, хранящейся в запоминающем устройстве 560 и/или в оперативном запоминающем устройстве 550. Когда устройство 500 выполняет программу, выполняются описанные выше процедуры.
Вышеприведенное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения приведено для иллюстрации и описания изобретения. Описание не является исчерпывающим и не ограничивает настоящее изобретение описанными вариантами. Для специалистов очевидны многие возможные модификации и варианты. Описанные варианты подбирались в первую очередь для пояснения принципов настоящего изобретения и его практического применения и, следовательно, для того, чтобы специалисты могли понять настоящее изобретение в его различных вариантах и модификациях.