СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СТУПЕНЧАТОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
METHOD OF CONTROLLING AUTOMATED STEP GEARBOX SHIFTING

Изобретение относится к способу управления переключением автоматизированной ступенчатой коробки передач транспортного средства, при котором постоянно регистрируют рабочие параметры транспортного средства и соответственно анализируют для включения и осуществления переключения с фактической передачи на заданную передачу, причем перед переключением определяют соответственно число оборотов переключения для включения переключения и заданную передачу.
Для включения и осуществления переключения коробки передач предварительно должны быть определены число оборотов приводного двигателя, обозначенное числом оборотов переключения, при котором должно начинаться переключение, и заданная передача, на которую должно быть произведено переключение с включенной фактической передачи. Для этого рабочие параметры транспортного средства, такие как текущая скорость движения, текущее ускорение или замедление транспортного средства, текущее число оборотов приводного двигателя (число оборотов двигателя), состояние нагрузки или крутящий момент приводного двигателя, положение педали акселератора, изменение и скорость изменения положения педали акселератора, приведение в действие датчика предельного положения педали акселератора, при необходимости также приведение в действие тормоза транспортного средства, текущее сопротивление движению, прежде всего для грузовых автомобилей также состояние загрузки или масса транспортного средства и уклон дорожного полотна, обычно либо непосредственно регистрируются соответствующими сенсорами, либо рассчитываются путем анализа управляющих величин, прежде всего приводного двигателя и/или зарегистрированных значений измерения других рабочих параметров.
При определении числа оборотов переключения и заданной передачи в общем различают «переключение, ориентированное на число оборотов переключения» и «переключение, ориентированное на заданное число оборотов».
При «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» в зависимости от релевантных рабочих параметров сначала определяется число оборотов переключения, то есть то число оборотов, при котором должно происходить или включаться переключение. Затем определяется подходящее к текущей ситуации движения, прежде всего к текущему ускорению транспортного средства, смена передачи, а тем самым, исходя из текущей включенной передачи, и заданная передача, на которую должно быть произведено переключение путем переключения передачи.
Преимущество «переключения, ориентированного на число оборотов переключения» заключается в относительно спонтанной реакции автоматизированной ступенчатой коробки передач на изменение рабочих условий и на ввод команд водителем. Так, при съезде с равнины на наклонный участок с соответствующим увеличением сопротивления движению и при известных условиях замедления транспортного средства относительно быстро включается переключение на пониженную передачу. Также при приведении в действие датчика предельного положения педали акселератора (Kick down - датчика) посредством педали акселератора для включения функции резкого предельного выжимания педали акселератора (функции Kick down) происходит, как того ожидает водитель, непосредственное переключение на пониженную передачу, так как в этом случае текущее число оборотов двигателя рассматривается как число оборотов переключения. В транспортных средствах, коробки переключения передач которых имеют несколько программ переключения, например, такие как экономичный и спортивный режим, на число оборотов переключения и заданную передачу также оказывает влияние текущая активная программа переключения. Например, число оборотов переключения при активированном экономичном режиме для достижения низкого расхода топлива всегда ниже, чем в спортивном режиме, в котором основное значение придается достижению высокой динамики движения.
Напротив, при «переключении, ориентированном на заданное число оборотов», сначала определяется заданное число оборотов, то есть то число оборотов двигателя, которое должно быть достигнуто после переключения. Исходя из него, в зависимости от текущих рабочих параметров, прежде всего от ускорения транспортного средства, определяется подходящая смена передачи с включенной на данный момент фактической передачи, а тем самым заданная передача и число оборотов переключения. Преимущество «переключения, ориентированного на заданное число оборотов» заключается в возможности работы при любых рабочих условиях в оптимальном диапазоне числа оборотов, прежде всего с выгодным расходом топлива.
Способ для «переключения, ориентированного на заданное число оборотов» описан в DE 19638064 С2. Там для переключения на следующую повышающую передачу предусмотрено, что для достижения того же заданного числа оборотов переключение включается при движении с малой загрузкой и высокой скоростью при меньшем числе оборотов переключения, а при движении с большой загрузкой и низким ускорением - при более высоком числе оборотов переключения.
В каждом из двух режимов переключения следует соблюдать пороги чисел оборотов; при «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» - порог заданного числа оборотов, а при «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» - порог числа оборотов переключения для того, чтобы удерживать число оборотов двигателя, а тем самым и необходимые рабочие характеристики приводного двигателя, в необходимом диапазоне, например, с низким расходом топлива и высоким тяговым усилием приводного двигателя. Эти границы числа оборотов в экстремальном случае могут быть идентичны порогу числа оборотов двигателя, то есть допустимому минимальному числу оборотов и допустимому максимальному числу оборотов приводного двигателя; но в большинстве случаев они находятся в порогах этого диапазона числа оборотов двигателя.
Так как в каждом из известных способов управления переключением автоматизированной ступенчатой коробки передач предусматривают только один тип переключения, возможности согласования с соответствующей имеющейся ситуацией движения или рабочей ситуацией используются лишь недостаточно. В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ указанного выше типа, с помощью которого можно лучше согласовывать переключение, прежде всего определение числа оборотов переключения и заданной передачи, с соответствующей ситуацией движения и рабочей ситуацией.
Поэтому согласно признакам независимого пункта формулы изобретение относится к способу управления переключением автоматизированной ступенчатой коробки передач транспортного средства, при котором постоянно регистрируют рабочие параметры транспортного средства и соответственно анализируют для включения и осуществления переключения с фактической передачи на заданную передачу, при этом перед переключением соответственно определяются число оборотов переключения для включения переключения и заданную передачу.
Кроме того, в этом способе предусмотрено, что предусматривают типы переключения «переключение, ориентированное на число оборотов переключения» и «переключение, ориентированное на заданное число оборотов», и что непосредственно перед переключением в зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра принимают решение, по какому из этих двух вариантов переключения будет осуществляться переключение.
Благодаря доступности обоих типов переключения можно лучше согласовывать соответствующее переключение с имеющимися рабочими условиями, прежде всего с текущим сопротивлением движению, текущим состоянием нагрузки приводного двигателя и с текущими запросами мощности водителем. Тем самым, в зависимости от ситуации движения и запросов мощности водителем можно, например, достичь оптимальной динамики движения или меньшего расхода топлива транспортного средства.
Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования предлагаемого способа указаны в пунктах с 2 по 13 формулы изобретения.
Для регистрации текущей ситуации движения и оптимального согласования переключения целесообразно предусмотрено, что во время движения постоянно измеряют сопротивление движению транспортного средства, и что переключение выполняют при наличии низкого сопротивления движению как «переключение, ориентированное на заданное число оборотов», а при наличии высокого сопротивления движению - как «переключение, ориентированное на число оборотов переключения». Благодаря этому учитывается то обстоятельство, что при наличии высокого сопротивления движению основное внимание придается динамике движения, то есть быстрой реакции на изменившиеся условия - рабочие условия, что выполняется за счет «переключения, ориентированного на число оборотов переключения». Например, в этом случае при съезде с ровного участка на наклонный быстрая реакция на возрастающее сопротивление движению выполняется в виде переключения на пониженную передачу, ориентированного на число оборотов переключения, а тем самым предотвращается нежелательное замедление транспортного средства.
В отличие от этой ситуации при наличии низкого сопротивления движению имеется достаточно возможностей для преследования приоритетной стратегии движения, что лучше всего достигается за счет «переключения, ориентированного на заданное число оборотов». Благодаря соответствующему управлению переключениями можно, например, удерживать приводной двигатель в основном в диапазоне числа оборотов с низким удельным потреблением топлива, а тем самым достигать особенно экономичной эксплуатации транспортного средства.
Так как на сопротивление транспортного средства, прежде всего грузового транспортного средства, движению решительным образом влияет наклон дорожного полотна по направлению движения и состояние загрузки или масса транспортного средства, целесообразно предусмотрено, что во время движения постоянно определяют уклон дорожного полотна, и что переключение выполняют при движении по ровному участку или под уклон как «переключение, ориентированное на заданное число оборотов», а при движении по участку на подъеме - как «переключение, ориентированное на число оборотов переключения».
К тому же обеспечивается преимущество, если во время движения постоянно определяют состояние загрузки или массу транспортного средства, и что переключение выполняют при наличии малой загрузки или малой массы транспортного средства как «переключение, ориентированное на заданное число оборотов», а при наличии большой загрузки или большой массы транспортного средства - как «переключение, ориентированное на число оборотов переключения».
Точно также текущее состояние нагрузки приводного двигателя влияет на динамику движения и расход топлива транспортным средством. Следовательно, целесообразно также предусмотрено, что во время движения постоянно определяют состояние нагрузки приводного двигателя, и что переключение выполняют при текущем режиме частичной нагрузки приводного двигателя как «переключение, ориентированное на заданное число оборотов», а при текущем режиме полной нагрузки приводного двигателя - как «переключение, ориентированное на число оборотов переключения».
Наконец, на доступный диапазон управления коробки передач также оказывают влияние соответствующие запросы мощности водителем. Поэтому преимущественным образом предусмотрено, что во время движения также постоянно определяют запрос мощности водителем, и что переключение выполняется при наличии низких запросов мощности водителем как «переключение, ориентированное на заданное число оборотов», а при наличии высоких запросов мощности водителем - как «переключение, ориентированное на число оборотов переключения». При этом прежде всего может быть предусмотрено, что переключение на пониженную передачу, включенное за счет приведения в действие датчика предельного положения педали акселератора, выполняется как «переключение, ориентированное на число оборотов переключения» для того, чтобы это переключение на пониженную передачу выполнялось спонтанно, как того ожидает водитель.
Преимущественно, что при по меньшей мере одном из типов переключения, предпочтительно при обоих типах переключения, предусматривают режим переключения «соблюдение заданных параметров смены передач» или режим переключения «использование доступного диапазона числа оборотов», и что непосредственно перед переключением в зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра принимают решение, по какому режиму переключения будет производиться переключение.
При этом режим переключения «соблюдение заданных параметров переключения передач» означает, что заданное для определенной ситуации движения переключение передачи по возможности соблюдается. Например, для грузового транспортного средства, оснащенного ступенчатой коробкой передач с частыми передачами, для движения по ровному участку с низкой загрузкой могут быть заданы следующие параметры переключения передачи G3 - G6 - G8 - G11 - G12 для третьей передачи G3, шестой передачи G6 и т.д., так как расположенные ниже передачи G1 и G2 необходимы только для трогания с места, а промежуточные передачи G4, G5, G7, G9, G10 - только для движения на участках в гору и под уклон или при движении с большой загрузкой.
При этом целесообразно, что перед выполнением переключения в режиме переключения «соблюдение заданных параметров переключения передач» проверяют, превышается ли соответствующий порог числа оборотов, то есть при «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» - порог заданного числа оборотов, а при «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» - порог числа оборотов переключения. При превышении порога числа оборотов предусмотренную смену передачи постепенно снижают до тех пор, пока не будет соблюдаться соответствующий порог числа оборотов. На основании заданной смены передачи смена передачи может быть также меньше, чем ограниченная порогом числа оборотов максимально возможная смена передачи.
В режиме переключения «использование доступного диапазона числа оборотов» соответствующее переключение напротив всегда выполняется с максимально возможной сменой передачи, ограниченной порогом числа оборотов.
Определение режима переключения выполняется независимо от типа переключения предпочтительно в зависимости от состояния нагрузки и числа оборотов приводного двигателя. Для этого целесообразно предусмотрено, что во время движения постоянно определяют состояние нагрузки и число оборотов приводного двигателя, и что переключение при наличии режима полной нагрузки приводного двигателя и низкого числа оборотов двигателя или при наличии высокого числа оборотов приводного двигателя выполняется в режиме переключения «использование доступного диапазона числа оборотов», и что переключение при наличии среднего числа оборотов двигателя выполняется в режиме переключения «соблюдение заданной смены передач».
За счет этого обеспечивается, что можно выйти из неблагоприятных рабочих состояний приводного двигателя, такие как наличие полной нагрузки при экстремально низком числе оборотов двигателя или наличие экстремально высокого числа оборотов двигателя за счет соответственно максимально возможной смены передачи. С другой стороны, за счет этого также достигается, что при наличии среднего числа оборотов двигателя соблюдается за счет заданной смены передач имплицитно заданная стратегия движения, которая может быть, например, направлена на низкое потребление топлива.
В простых автоматизированных ступенчатых коробках передач переключение принудительно связано с прерыванием тягового усилия, в то время как в приводной тяге со стороны привода возникает изменение числа оборотов, которое при положительном, то есть тормозящем транспортное средство сопротивлении движению, отрицательно, а при отрицательном, то есть приводящем транспортное средство сопротивлении движению, положительно. В ослабленной форме подобное изменение числа оборотов, обусловленное переключением, возникает также в автоматизированных коробках передач, переключаемых под нагрузкой, таких как коробка передач с двухдисковым сцеплением и автоматы планетарной коробки передач, так как в этих ступенчатых коробках передач по причине напряжений и потерь на трение внутри коробки передач во время переключения, как правило, отмечается падение крутящего момента на выходе.
Для учета этого эффекта при определении заданной передачи и числа оборотов переключения целесообразно предусмотрено, что перед переключением определяют действующее во время переключения сопротивление движению и рассчитывают получаемое на его основе изменение числа оборотов со стороны привода, и что посредством изменения числа оборотов со стороны привода при «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» корректируют заданное число оборотов, а при «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» корректируют число оборотов переключения.
Следовательно, при «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» заданное число оборотов при высоком сопротивлении движению, например, при движении по поднимающемуся участку, снижается, а при низком сопротивлении движению как, например, при движении под гору - увеличивается.
В отличие от этой ситуации при «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» соответствующим образом увеличивается число оборотов переключения при высоком сопротивлении движению и снижается при низком сопротивлении движению.
Если при этом превышается релевантный порог числа оборотов, при «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» - порог заданного числа оборотов, а при «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» - порог числа оборотов переключения, то предусмотренное переключение передачи должно быть снижено по меньшей мере на одну передачу, то есть при переключении на повышенную передачу - на более низкую передачу, а при переключении на пониженную передачу - на более высокую передачу.
Для наглядного представления изобретения к описанию прилагаются чертежи. На чертежах показаны:
фиг.1 - обзор для представления степеней свободы предлагаемого способа,
фиг.2 - диаграмма числа оборотов для наглядного представления чисел оборота, релевантных для переключения, на примере переключения на пониженную передачу,
фиг.3 - диаграмма числа оборотов для представления двух типов переключения на примере переключения на повышенную передачу; и
фиг.4 - диаграмма числа оборотов для наглядного представления чисел оборота двух типов переключения на примере переключения на пониженную передачу.
Как видно из фиг.1, в предлагаемом способе доступны два типа переключения и соответственно два режима переключения, за счет чего переключение за счет соответствующего определения числа оборотов переключения, то есть числа оборотов двигателя, при котором включается переключение заданной передачи, на которую осуществляется переключение, и заданного числа оборотов, то есть числа оборотов двигателя, которое должно быть достигнуто в конце переключения, может согласовываться лучше, чем в прежних способах управления переключением с текущими условиями движения и работы.
При «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» сначала определяется число оборотов переключения n_schalt. Затем, исходя из числа оборотов переключения n_schalt, определяется переключение передачи, а тем самым и заданная передача и заданное число оборотов n_ziel. При этом число оборотов переключения n_schalt и заданное число оборотов n_ziel должны находиться в границах диапазона числа оборотов, который ограничен порогом числа оборотов переключения n_schalt_grenz и порогом заданного числа оборотов n_ziel_grenz. Этот диапазон числа оборотов задается программой управления ступенчатой коробки переключения передач в качестве допустимого рабочего диапазона приводного двигателя. При этом в экстремальном случае это может быть диапазон числа оборотов между допустимым минимальным числом оборотов и допустимым максимальным числом оборотов приводного двигателя. Однако в большинстве случаев этот диапазон числа оборотов устанавливают уже, и он может, например, соответствовать диапазону числа оборотов с низким удельным расходом топлива приводного двигателя или диапазоном числа оборотов с высоким крутящим моментом приводного двигателя.
При «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» число оборотов переключения n_schalt обычно идентично порогу числа оборотов переключения n_schalt_grenz, но также может и отличаться от него. По причине дискретных скачков передаточного соотношения между передачами при определенной заданной передаче, как правило, порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz не достигается, а заданное число оборотов n_ziel обычно при переключении на повышенную передачу выше, а при переключении на пониженную передачу ниже порога заданного числа оборотов n_ziel_grenz.
На фиг.2 наглядно представлено «переключение, ориентированное на число оборотов переключения» на примере переключения на пониженную передачу. Она показывает кривую числа оборотов двигателя n в течение времени t для переключения на пониженную передачу с восьмой передачи G8 на шестую передачу G6. Переключение включается при достижении числа оборотов переключения n_schalt, причем число оборотов переключения n_schalt может соответствовать порогу числа оборотов переключения n_schalt_grenz, действующему для этого одного переключения или для нескольких подобных переключений. По причине дискретного скачка передаточного соотношения между G8 и G6 порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz не достигается, а заданное число оборотов n_ziel, устанавливающееся на шестой передаче G6, ниже, чем порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz.
При «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» напротив сначала определяется заданное число оборотов n_ziel, и, исходя из него, соответствующим образом определяется смена передачи, и тем самым заданная передача и число оборотов переключения n_schalt, при этом точно также должны соблюдаться соответствующие порог числа оборотов переключения n_schalt_grenz и порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz, то есть не должны превышаться.
При «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» заданное число оборотов n_ziel идентично порогу заданного числа оборотов n_ziel_grenz, но оно также может и отличаться от него. По причине распределения передач заданное число оборотов n_ziel при определенной заданной передаче исходя из порога числа оборотов переключения n_schalt_grenz, как правило, не достигается, а число оборотов переключения n_schalt необходимо изменять в направлении к порогу заданного числа оборотов n_ziel_grenz для того, чтобы получить в конце переключения заданное число оборотов n_ziel.
В обоих типах переключения дополнительно доступны соответственно два режима переключения «соблюдение заданной смены передачи» и «использование доступного диапазона числа оборотов» (см. также фиг.1). В режиме переключения «соблюдение заданной смены передачи» соблюдается установленные для определенной ситуации движения заданная смена передач, если соблюдается соответствующий порог числа оборотов, то есть при «переключении, ориентированном на число оборотов переключения» - порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz, а при «переключении, ориентированном на заданное число оборотов» - порог числа оборотов переключения n_schalt_grenz. При превышении соответствующего порога числа оборотов предусмотренная смена передачи постепенно снижается до тех пор, пока не будет соблюдаться порог числа оборотов. В режиме переключения «использование доступного диапазона числа оборотов» соответствующее переключение напротив выполняется с определенным порогом числа оборотов максимально возможным переключением передачи.
Так как выбор как типа переключения, так и режима переключения осуществляется перед выполнением переключения в зависимости от текущих рабочих параметров, то переключение оптимально согласовано с текущей ситуацией движения.
Это в качестве примера наглядно представлено в отношении влияния наклона дорожного полотна на фиг.3 для переключения на повышенную передачу и на фиг.4 для переключения на пониженную передачу, соответственно для «переключения, ориентированного на заданное число оборотов» и для «переключения, ориентированного на число оборотов переключения».
В представленном на фиг.3 переключении, ориентированном на заданное число оборотов, на повышенную передачу число оборотов переключения n_schalt находится по причине доступных дискретных скачков передаточного соотношения ниже порога числа оборотов переключения n_schalt_grenz для того, чтобы на заданной передачи без влияния топографии (участка движения) получить порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz. Но так как транспортное средство во время фазы переключения без тягового усилия при въезде на подъем притормаживает, а при въезде на склон ускоряется, и отмечается соответствующее изменение числа оборотов на выходном валу ступенчатой коробки переключения передач, то для корректировки, то есть для того, чтобы все-таки получить порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz при том же переключении, необходимо увеличить число оборотов переключения n_schalt при въезде на подъем и снизить при въезде на склон. В экстремальном случае для этого при въезде на подъем может потребоваться предварительное переключение на пониженную передачу, а при въезде на склон - предварительное переключение на повышенную передачу.
Такая же по смыслу связь представлена на фиг.4 для переключения, ориентированного на заданное число оборотов, на пониженную передачу.
В представленном на фиг.3 переключении, ориентированном на число оборотов переключения, на повышенную передачу заданное число оборотов n_ziel находится по причине доступных дискретных скачков передаточного соотношения выше порога заданного числа оборотов n_ziel_grenz, по причине чего без влияния топографии участка движения порог заданного числа оборотов n_ziel_grenz не достигается. При въезде на подъем заданное число оборотов n_ziel уменьшается по причине замедления транспортного средства во время переключения. При въезде на склон заданное число оборотов nziel увеличивается по причине ускорения транспортного средства во время переключения. При этом при въезде на крутой подъем предварительно может потребоваться переключение на пониженную передачу, чтобы на заданной передаче предотвратить снижение ниже порога заданного числа оборотов n_ziel_grenz. Также при въезде на сильный уклон предварительно может потребоваться переключение на повышенную передачу, чтобы не допустить слишком высокого числа оборотов на заданной передаче.
Такая же по смыслу связь представлена на фиг.4 для переключения, ориентированного на число оборотов переключения, на пониженную передачу.