СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИЛИ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ АВТОМОБИЛЯ БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ В РЕЖИМЕ ХОЛОСТОГО ХОДА
METHOD TO CONTROL AUTOMATIC OR SEMIAUTOMATIC TRANSMISSION OF HEAVY-DUTY VEHICLE IN IDLE MODE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к коммерческим транспортным средствам, более точно к стратегиям управления силовым приводом таких транспортных средств, как тяжелые грузовые автомобили, автобусы и т.п.
Предпосылки создания изобретения
В процессе управления транспортными средствами (далее - автомобилями) большой грузоподъемности, такими как грузовые автомобили для сухопутных перевозок и автобусы (которые следует считать взаимозаменяемыми терминами с точки зрения настоящего описания), обычно требуется двигаться с относительно низкой скоростью, часто в течение длительных периодов времени. Примерами таких ситуаций служит медленное движение в условиях транспортного затора и маневрирование в районе погрузочно-разгрузочных площадок, где невозможно движение с высокой скоростью. Современные автомобили большой грузоподъемности обычно оснащают полуавтоматическими трансмиссиями или автоматическими механическими трансмиссиями (АМТ), или автоматическими трансмиссиями с силовым переключением. В любом из упомянутых случаев при выборе передач, а также стратегий перехода между различными передачами трансмиссии используют стратегии компьютерного управления. Кроме того, некоторые шестерни и валы ступенчатой трансмиссии, которые используются для передачи крутящего момента в различных передаточных механизмах, жестко соединены друг с другом посредством соединительных устройств, например сцеплений. В жестком соединительном устройстве, таком как кулачковая муфта, крутящий момент передается преимущественно нормальными силами в отличие от фрикционного соединительного устройства, такого как дисковое сцепление, в котором крутящий момент передается преимущественно силами трения. Различие между существующими ступенчатыми трансмиссиями различных типов можно охарактеризовать срабатыванием сцепления, переключением передачи и осуществлением переключения передачи. Срабатывание сцепления, переключение передачи и осуществление переключения передачи в автоматической механической трансмиссии осуществляется автоматически без вмешательства водителя. В механической трансмиссии необходимо, чтобы срабатывание сцепления, переключение передачи и осуществление переключения передачи обеспечивал водитель. Механические трансмиссии обычно в целом имеют зацепление механического типа. В полуавтоматической трансмиссии одну или несколько операций, включающих срабатывание сцепления, переключение передачи, осуществление переключения передачи, выполняет водитель грузового автомобиля. Полуавтоматическая трансмиссия также может являться трансмиссией механического типа. В трансмиссии с зацеплением механического типа имеются жесткие соединительные устройства. Во время переключения передач в трансмиссии с зацеплением механического типа обычно происходит прерывание передачи крутящего момента. В трансмиссиях с силовым переключением, в которых крутящий момент также передается во время переключения передач, обычно используются фрикционные соединительные устройства. Трансмиссии с силовым переключением обычно являются автоматическими или полуавтоматическими. Автоматические трансмиссии с зацеплением механического типа называют автоматическими механическими трансмиссиями. В такой трансмиссии может использоваться механическая трансмиссия с контроллерами для автоматизации работы трансмиссии. Она также может быть специально сконструирована как автоматическая трансмиссия и не иметь в своей основе механическую трансмиссию. Далее автоматическая механическая трансмиссия и автоматическая трансмиссия с силовым переключением называются автоматической трансмиссией.
Что касается ситуаций, в которых желательно, чтобы автомобиль большой грузоподъемности двигался по курсу на малой, но преимущественно постоянной скорости, у водителей формируется привычка включать соответствующую низкую передачу, на которой автомобиль движется вперед или назад за счет работы двигателя в режиме холостого хода. Так, водитель ведет автомобиль в режиме холостого хода, т.е. не нажимая на педаль акселератора или любого другого устройства регулирования крутящего момента на валу привода, установленного на автомобиле. В зависимости, среди прочих факторов, от желаемой скорости и нагруженности автомобиля большой грузоподъемности имеется возможность выбора различных низких передач. Тем не менее выбор доступных низких передач ограничен крутящим моментом, который способен развивать на каждой передаче двигатель, работающий с предварительно заданным числом оборотов холостого хода, а диапазон передач, доступных для использования в любой конкретный момент, будет определяться условиями работы автомобиля, а также условиями окружающей среды, в которой работает автомобиль. Двумя основными условиями, от которых зависит диапазон доступных передач, является масса автомобиля (включая массу любого груза) и уклон местности. В зависимости по меньшей мере частично от каждого из этих двух факторов можно определить наиболее высокую передачу трансмиссии, на которой при работе в режиме холостого хода двигатель способен поддерживать преимущественно постоянную скорость автомобиля без потери скорости вследствие недостаточной способности развивать крутящий момент. До настоящего времени водителям приходилось полагаться на собственный опыт выбора начальной передачи для такого движения на холостом ходу и корректировать ее в сторону повышения или понижения, чтобы включить передачу, обеспечивающую желаемую скорость движения, а также способную поддерживать эту скорость с использованием крутящего момента, который развивает двигатель при предварительно заданном числе оборотов холостого хода, например 650 оборотов в минуту.
Следует учесть, что, если известны текущие условия, которые касаются выбора наивысшей передачи, на которой при работе в режиме холостого хода двигатель способен поддерживать постоянную скорость автомобиля, эта передача может быть определена, включена и использована для обеспечения движения автомобиля. Тем не менее часто передаточное число обеспечивает движение автомобиля с меньшей путевой скоростью, чем это желательно. Например, скорость движения тяжелого грузового автомобиля может превышать скорость, которую способен в существующих условиях обеспечивать двигатель при работе в режиме холостого хода. Как описано выше, до настоящего времени выбор соответствующей передачи, позволяющей двигателю работать на холостом ходу и обеспечивать желаемую более высокую скорость движения автомобиля, осуществлял сам водитель на основе прошлого опыта и методом проб и ошибок путем выбора в пределах типичного диапазона низких передач и выбора положения педали акселератора для достижения нужного ускорения автомобиля и, в конечном итоге, нужной скорости автомобиля.
Такой осуществляемый водителем выбор передачи и положения педали акселератора методом проб или ошибок или методом "тыка" имеет недостатки; так, если грузовой автомобиль движется с невысокой скоростью, процесс выбора может чрезмерно утомлять водителя. Кроме того, из-за неэффективности постоянного переключения передач и регулирования положения педали акселератора, а также, если не выбрана оптимальная передача, позволяющая использовать предварительно заданное число оборотов холостого хода двигателя для поддержания желаемой скорости автомобиля, может страдать экономичность в эксплуатации. В связи с этим существует потребность в системе управления цепью привода, в которой такие переключения передач и выбор положения педали акселератора осуществляются по меньшей мере на полуавтоматической основе лишь с минимальным прямым участием водителя или без его прямого участия.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предложен способ управления полуавтоматической или автоматической трансмиссией транспортного средства (автомобиля) большой грузоподъемности во время движения на холостом ходу. Предложенный в изобретении способ включает стадию (но необязательно ограничен ей), на которой в двигатель тяжелого грузового автомобиля подают топливо с расходом, который обеспечивает работу двигателя в режиме холостого хода. На другой стадии осуществления способа переключают полуавтоматическую или автоматическую трансмиссию на более высокую передачу, чем низшая передача трансмиссии, и позволяют автомобилю двигаться с первой по существу равномерной скоростью при работе двигателя в режиме холостого хода. В зависимости от условий движения и окружающей среды, которые требуют более высокой скорости, водитель повышает передачу полуавтоматической или автоматической трансмиссии путем ручного воздействия на средство управления для ручного переключения передачи и затем управляет автомобилем на второй по существу равномерной скорости при работе двигателя в режиме холостого хода. Вторая по существу равномерная скорость движения заведомо превышает первую по существу равномерную скорость движения. Предложенный в изобретении способ обеспечивает повышенный комфорт вождения и экономию топлива. Способ также уменьшает излишнюю пробуксовку сцепления.
В другом варианте осуществления изобретения автоматически увеличивают число оборотов двигателя вплоть до достижения предварительно заданной скорости движения автомобиля путем регулирования числа оборотов двигателя автомобиля до повышения передачи. В еще одном варианте осуществления изобретения автоматически увеличивают скорость движения автомобиля путем повторного включения сцепления после повышения передачи. Тем самым с помощью сцепления осуществляется синхронизация числа холостых оборотов двигателя с новой передачей. В другом варианте осуществления изобретения увеличивают скорость движения автомобиля путем сочетания управления двигателем и управления сцеплением. В еще одном варианте осуществления изобретения увеличение скорости движения автомобиля зависит от текущего сопротивления автомобиля движению и адаптировано к нему. Функция повышения передачи согласно изобретению также может быть доступна только, когда сопротивление движению упомянутого автомобиля находится ниже предварительно заданной величины. Она также может включать прогнозируемое будущее сопротивление движению. В другом варианте осуществления изобретения в результате ручного воздействия со стороны водителя на средство управления происходит повышение на одну передачу, а в еще одном варианте осуществления в результате более длительного воздействия (такого как, например, нажатие) на средство управления может происходить повышение по меньшей мере на две передачи. В еще одном варианте осуществления изобретения в результате определенного числа ручных воздействий на средство управления происходит повышение на соответствующее число передач. Дополнительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет более полно описано в качестве примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 схематически показано соединение средства управления, установленного на рычаге переключения передач, с двигателем и трансмиссией,
на фиг.2 показана блок-схема одного из способов предложенного в изобретении повышения передачи полуавтоматической или автоматической трансмиссии в режиме холостого хода,
на фиг.3 показана блок-схема одного из способов повышения передачи полуавтоматической или автоматической трансмиссии в режиме холостого хода согласно второму варианту осуществления изобретения,
на фиг.4 показана блок-схема одного из способов повышения передачи полуавтоматической или автоматической трансмиссии в режиме холостого хода согласно третьему варианту осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Такие коммерческие транспортные средства, как тяжелые грузовые автомобили и автобусы, обычно оснащают управляемыми компьютером подсистемами. Эти подсистемы, в том числе, обычно включают по меньшей мере двигатель 300 и в настоящее время в той или иной степени трансмиссию 310, как это показано на фиг.1. С внедрением компьютеризованных систем управления двигателем 300 и трансмиссией 310 с возможностью обмена данными между ними стало возможно автоматизировать координирование обеих подсистем с выгодой для экономии топлива и ускорения, а также для водительского комфорта и общей характеристики управляемости. За счет применения таких компьютеризованных систем управления можно значительно уменьшить утомление водителя, а также позволить менее опытному водителю почти профессионально управлять автомобилем. В рассмотренных далее вариантах осуществления изобретения упомянутая трансмиссия 310 содержит сцепление 360 и коробку 370 передач. Рычаг 340 переключения передач позволяет водителю выбирать соответствующий режим движения, включая без ограничения автоматический режим, ручной режим и режим малой скорости. Ручной режим позволяет водителю осуществлять ручное переключение передач посредством средства 350 управления для ручного переключения передач, установленного на рычаге 340 переключения передач. На фиг.1 это средство 350 управления показано в виде тумблера с плюсовым концом и минусовым концом для выбора повышающих передач и понижающих передач соответственно. Средство 350 управления также может быть выполнено в виде раздельных кнопок плюс/минус или средства прокрутки. Средство 350 управления также может представлять собой рычаг или координатную ручку, расположенную поблизости от водителя, например вблизи рулевого колеса, рычага переключения передач или водительского места.
Как описано далее, часто возникают условия вождения, в которых желательно, чтобы автомобиль двигался преимущественно с постоянной, хотя и относительно низкой скоростью, как, например, в условиях интенсивного транспортного потока или маневрирования в районе погрузочно-разгрузочных площадок. Может требоваться такое движение с низкой скоростью вперед или назад, хотя следует учитывать потребность в выборе большего числа передач для движения вперед.
В стратегии управления двигателем автомобиля большой грузоподъемности, такого как грузовой автомобиль для сухопутных перевозок, который приводит в движение первичный двигатель 300, обычно запрограммировано предварительно заданное число оборотов холостого хода. Первичным двигателем предпочтительно является дизельный двигатель, но он может включать другие устройства, рассчитанные на приведение автомобиля в движение, такие как электродвигатель, бензиновый двигатель или гибридный двигатель, сочетающий два или более из упомянутых выше устройств. Что касается стандартной кривой крутящего момента, специалистам в данной области техники ясно, что на холостых оборотах двигатель будет иметь максимальную способность развивать крутящий момент. На сопротивление автомобиля движению влияют переменные характеристики автомобиля, а также меняющиеся дорожные условия. Хотя в каждую категорию (характеристики автомобиля и дорожные условия) входит несколько переменных, которые способны влиять на сопротивление автомобиля движению, двумя основными переменными являются масса автомобиля и уклон местности. Поскольку в настоящее время в автомобилях, оснащенных надлежащим образом, можно измерять обе эти характеристики, они становятся известными входными величинами для осуществления расчетов и переключения передач согласно настоящему изобретению. Типичным примером дорожной ситуации, в которой водитель желает увеличить число холостых оборотов двигателя, является ситуация, когда режим интенсивного движения транспорта вокруг автомобиля меняется в сторону увеличения скорости. Когда водитель предвидит такую ситуацию, его первая реакция состоит в том, чтобы нажать на педаль 330 акселератора (поставить ногу на педаль газа) и начать ускорение в попытке соответствовать более быстрому режиму или участку движения транспорта. В соответствии с настоящим изобретением водителю не потребуется ускорять автомобиль путем нажатия на педаль акселератора. В настоящем изобретении водителю потребовалось бы лишь нажать на плюсовой конец средства 350 управления для ручного выбора более высокой передачи. В результате нажатия на средство 350 управления при нахождении автомобиля в режиме холостого хода приводится в действие блок управления автомобиля, который выбирает (если это возможно) более высокую передачу холостого хода и принимает меры к тому, чтобы автомобиль автоматически достигал нового, большего числа оборотов холостого хода и включалась новая, более высокая передача, и автомобиль мог продолжать движение при новом числе оборотов холостого хода.
На фиг.2 проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором на первом шаге 20 блок управления управляет автомобилем таким образом, чтобы он двигался на первой скорости S1 холостого хода. Таким образом, автомобиль движется вперед без нажатия водителем ни на педаль 330 акселератора, ни на педаль 320 тормоза автомобиля. На шаге 21 блок управления запрограммирован определять, желает ли водитель автомобиля повысить передачу путем нажатия на плюсовой конец упомянутого средства 350 управления для ручного переключения передач. Если получен ответ "Нет", блок управления продолжает обеспечивать движение с текущей включенной передачей и на скорости S1 холостого хода согласно шагу 10 на фиг.2. Если получен ответ "Да", т.е., если водитель желает увеличить скорость холостого хода путем нажатия на упомянутое средство 350 управления, блок управления запрограммирован увеличивать крутящий момент на выходе двигателя 300, чтобы довести скорость движения автомобиля до новой скорости S2, которая соответствует числу оборотов коробки 370 передач на следующей более высокой выбранной передаче для включения и преимущественно синхронна включенным холостым оборотам двигателя. Это обозначено шагом 22 на фиг.2. Ускорением автомобиля до более высокой скорости S2 можно управлять высоко оптимизированным способом по сравнению с тем, когда водитель управляет ускорением автомобиля вручную путем нажатия на педаль акселератора. Оптимизированное ускорение обеспечивает экономию топлива. После того, как достигнута новая скорость S2, блок управления запрограммирован выключать сцепление 360, расположенное между двигателем 300 и коробкой 370 передач. Сцепление 360 служит для передачи крутящего момента двигателя на коробку передач и ведомые колеса автомобиля, с возможностью вращения жестко соединенные с ней. После того, как включена новая более высокая передача, повторно включается сцепление для передачи крутящего момента на валу привода и осуществления движения на новой скорости S2. На шаге 23 включается новая передача, повторно включается сцепление, и регулируется крутящий момент на выходе двигателя с целью поддержания новой скорости S2.
На фиг.3 показан другой вариант осуществления изобретения. Шаги 30, 31 и 33 идентичны соответствующим шагам варианта осуществления, показанного на фиг.2. На шаге 32 блок управления запрограммирован выключать сцепление и текущую включенную передачу в коробке передач без ускорения автомобиля с помощью двигателя. Блок управления включает новую более высокую передачу в коробке передач и затем ускоряет автомобиль до скорости S2 путем повторного включения сцепления. Разность между числом холостых оборотов двигателя и числом оборотов на новой передаче синхронизируют посредством включения сцепления. Управление крутящим моментом на выходе двигателя во время включения сцепления оптимизируют и согласуют с преобладающим сопротивлением автомобиля движению, чтобы двигатель по меньшей мере сохранял число оборотов холостого хода. Само управление включением сцепления также согласуют с преобладающим сопротивлением автомобиля движению. Включение сцепления согласно варианту осуществления, показанному на фиг.3, обычно является более медленным, т.е. требует больше времени по сравнению с включением сцепления согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2. Более медленное или мягкое включение сцепления обеспечивает лучший комфорт в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.3.
На фиг.4 показан другой вариант осуществления изобретения. Шаги 40, 41 и 43 идентичны соответствующим шагам варианта осуществления, показанного на фиг.2. На шаге 42 блок управления запрограммирован сначала увеличивать крутящий момент на выходе двигателя 300, чтобы довести скорость автомобиля до скорости, являющейся промежуточной между S1 и S2 и более близкой к целевой скорости S2 (скорости холостого хода на новой, более высокой передаче). После того, как достигнута промежуточная скорость, блок управления инициирует выключение сцепления и выключение передачи. Затем блок управления включает новую, более высокую передачу и доводит скорость автомобиль до скорости S2 путем повторного включения сцепления. Таким образом, последнюю разность между числом холостых оборотов двигателя и числом оборотов на новой передаче синхронизируют посредством повторного включения сцепления.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения блок управления также запрограммирован сначала определять, будет ли автомобиль способен двигаться с новой, более высокой скоростью холостого хода. Это предпочтительно делается путем определения по меньшей мере текущего сопротивления автомобиля движению. В одном из предпочтительных вариантов осуществления блок управления может быть запрограммирован на прогнозирование будущего сопротивления автомобиля движению. Это может делаться известными способами, как, например, с помощью GPS-устройства в сочетании с электронными картами или различными методами интерполяции. Блок управления также может быть запрограммирован на использование текущего или текущего и будущего прогнозируемого сопротивления автомобиля движению, чтобы оптимизировать увеличение числа оборотов двигателя до переключения на новую, более высокую передачу. Это в особенности применимо в вариантах осуществления, показанных на фиг.2 и 4.
В другом варианте осуществления предложен способ, посредством которого обеспечивают переключение трансмиссия на множество повышающих передач. Нажатие или воздействие на средство 350 управления с целью повышения передачи может осуществляться несколькими различными способами, при этом далее описаны два варианта осуществления. Если непрерывно нажимать на средство 350 управления, оно инициирует передачу трансмиссии команды повышения передачи и повышает передачу, при этом соответствующее ускорение автомобиля будет продолжаться до тех пор, пока трансмиссия не переключилась на наиболее высокую передачу, на которой возможен холостой ход. В другом варианте осуществления быстро нажимают на средство 350 управления, отпускают и снова быстро нажимают. При каждом таком быстром нажатии трансмиссия будет повышать передачу, и автомобиль будет достигать более высокой скорости холостого хода. Эта процедура может повторяться, пока не будет достигнута наиболее высокая передача, на которой возможен холостой ход. Таким образом, быстрое нажатие на средство 350 управления эффективно обеспечивает прерывание нормальной автоматической работы трансмиссии и водительское управление повышением передач. Это допустимо, когда автомобиль работает в режиме холостого хода. Разумеется, часто случается так, что нужда в относительно медленном движении на холостом ходу впоследствии отпадает, и водителю требуется увеличить скорость движения автомобиля. Для этого нажимают на педаль 330 акселератора, и в зависимости от степени нажатия на педаль при нормальном программировании трансмиссии может произойти понижение передачи с целью увеличения крутящего момента на более высоких оборотах двигателя. По некоторым соображениям, таким как комфорт водителя и экономия, желательно, чтобы при выходе автомобиля из режима холостого хода такое понижение передачи было запрещено, и оставалась включенной та же передача, что и при движении на холостом ходу. По мере набора скорости автомобилем возобновляется действие обычных стратегий управления трансмиссией.
Если водителю требуется остановить или затормозить автомобиль в режиме холостого хода, режим холостого хода будет прекращен при нажатии на педаль 320 тормоза. Со снижением скорости автомобиля возобновляется действие обычных стратегий управления трансмиссией.
Компьютеризованное управление трансмиссией описанным выше способом способствует более легкому и более эффективному движению на холостом ходу коммерческого автомобиля большой грузоподъемности, а также обеспечивает водителя простой в применении процедурой ступенчатого увеличения скорости холостого хода после его установления и плавного экономичного возврата к движению с нормальной скоростью. Изобретение не следует считать ограниченным описанными вариантами осуществления, и предполагается возможность ряда дополнительных вариантов и усовершенствований, входящих в объем следующей далее формулы изобретения.