СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF VEHICLE BRAKING

Предпосылки создания изобретения и известный уровень техники
Данное изобретение относится к способу торможения транспортного средства, движущегося вперед, соответствующему преамбуле п. 1 прилагаемой формулы изобретения.
В частности, но не исключительно, изобретение направлено на осуществление такого способа для автомобилей в виде колесных грузопассажирских транспортных средств, в частности таких большегрузных транспортных средств, например грузовых автомобилей и автобусов.
Соответственно изобретение относится к способу ускорения гибридного транспортного средства, движущегося вперед, причем такое транспортное средство в общем случае является транспортным средством, привод которого могут осуществлять главный двигатель, в данном случае - двигатель внутреннего сгорания, и вспомогательный двигатель, в данном случае - электрическая машина. Электрическая машина соответственно снабжена, по меньшей мере, одним гибридным средством аккумулирования энергии, таким как аккумуляторная батарея или конденсатор для аккумулирования электрической энергии, и регулирующим оборудованием для регулирования потока электрической энергии между упомянутым средством и электрической машиной. Вследствие этого электрическая машина может работать как электродвигатель и генератор в зависимости от рабочего состояния транспортного средства. Когда транспортное средство тормозят, электрическая машина генерирует электрическую энергию, которую можно аккумулировать, и эту электрическую энергию можно впоследствии использовать, например, для приведения транспортного средства в движение.
Использование обычного механизма сцепления, разъединяющего входной вал коробки передач c двигателем внутреннего сгорания во время процесса переключения передач в коробке передач, влечет за собой недостатки, такие как нагревание дисков механизма сцепления, что приводит к возрастающему расходу горючего и износу дисков сцепления. Тогда обуславливаются также значительные потери, когда транспортное средство трогается с места. Кроме того, обычный механизм сцепления является относительно массивным и дорогостоящим. Он также занимает относительно большое пространство в транспортном средстве. При использовании гидравлического преобразователя - трансформатора крутящего момента, обычно применяемого в автоматических коробках передач, также возникают потери на трение. Обычного механизма сцепления, а также гидравлического преобразователя и упомянутых недостатков, связанных с ними, можно избежать, предусматривая для такого транспортного средства наличие движительной системы, в которой выходной вал двигателя внутреннего сгорания, ротор электрической машины и входной вал коробки передач взаимосвязаны планетарной передачей. Транспортное средство, имеющее движительную систему этого типа, известно из документа EP 1319546.
Конечно же, постоянно предпринимаются попытки усовершенствовать способы приведения в движение транспортного средства, имеющего такую движительную систему, в контексте энергетического КПД, а также способы рекуперации как можно большей энергии торможения при торможении транспортного средства.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать способ того типа, который характеризуется во введении как предусматривающий вышеупомянутые попытки. Эта задача в соответствии с изобретением решается путем разработки способа по п. 1 прилагаемой формулы изобретения.
Это торможение используют тогда, когда движение происходит с так называемой разблокированной планетарной передачей (блокирующие средства находятся в положении разблокировки) на менее высоких скоростях. Наиболее распространенной причиной движения с разблокированной планетарной передачей на более высоких скоростях является экономия горючего при малых крутящих моментах движительной системы за счет предоставления двигателю внутреннего сгорания возможности работать на низких скоростях вращения. Когда посредством электрической машины прикладывают тормозной крутящий момент, превышающий упомянутое произведение, скорость вращения двигателя внутреннего сгорания будет увеличиваться, что в соответствии с изобретением используется для получения плавного торможения, увеличивающего скорость вращения двигателя внутреннего сгорания таким образом, что первый компонент приобретает скорость вращения, синхронную по отношению к третьему компоненту и входному валу коробки передач, без какой-либо необходимости использовать горючее. Когда планетарную передачу затем блокируют (блокирующие средства переводятся в положение блокировки), появляется возможность торможения электрической машины посредством прикладываемого по выбору крутящего момента, который, при желании, можно выбрать высоким. Торможение с одновременной рекуперацией энергии торможения можно провести с большим энергетическим КПД. Подчеркнем, что торможение транспортного средства проводят с помощью требуемого крутящего момента, и его можно прикладывать, не планируя заранее, посредством тормозного крутящего момента, превышающего упомянутое произведение. В случае торможения при так называемой разблокированной планетарной передаче возникает проблема, заключающаяся в том, что можно приложить лишь ограниченный тормозной крутящий момент, поскольку если он превышает упомянутое произведение, скорость вращения двигателя внутреннего сгорания растет. Вместе с тем этот факт используется здесь для того, чтобы получить состояние, в котором планетарную передачу можно перевести в блокированное состояние, и тогда продолжаемое торможение может иметь место за счет произвольно высокого крутящего момента.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, способ осуществляется для транспортного средства, имеющего движительную систему с солнечным зубчатым колесом в качестве упомянутого первого компонента и кольцевым зубчатым колесом в качестве упомянутого третьего компонента, и такая движительная система уже описана в еще не опубликованном документе SE 1051384-4 и обладает рядом преимуществ по отношению к движительной системе, соответствующей вышеупомянутому документу EP 1319546, которая имеет кольцевое зубчатое колесо в качестве первого компонента и солнечное зубчатое колесо в качестве третьего компонента. За счет соединения электрической машины с кольцевым зубчатым колесом, а выходного вала двигателя внутреннего сгорания с солнечным зубчатым колесом получается компактная конструкция, являющаяся легковстраиваемой в пространства, уже существующие для кинематических цепей (движительных систем), имеющих механизмы сцепления вместо планетарных передач. Вследствие этого гибридизированной коробке передач можно придать размеры и массу, совместимые со стандартной коробкой передач, и можно поддерживать стандартизированные сопряжения. Это значит, что увеличение массы, обычно связанное с гибридизацией, можно значительно снизить. Еще одно преимущество заключается в том, что соединение электрической машины c кольцевым зубчатым колесом дает больший возможный тормозной крутящий момент, связанный с электрической машиной, чем тот, который имел бы место в случае соединения с солнечным зубчатым колесом.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, сравнивают скорости вращения солнечного зубчатого колеса и кольцевого зубчатого колеса на этапе b), который является уместным.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, солнечное зубчатое колесо и водило планетарной шестерни взаимно блокируют на этапе c), и это означает, что взаимную блокировку можно воплотить надежно и с помощью простых средств. Вследствие этого посредством зубчатых колес планетарной передачи передается меньший крутящий момент. Потом посредством этих зубчатых колес планетарной передачи передается только крутящий момент электрической машины.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, на этапе а) управляют электрической машиной (9) посредством третьего компонента для приложения к входному валу (3а) коробки передач тормозного крутящего момента, превышающего упомянутое произведение, по меньшей мере, на 1%, по меньшей мере, на 10% или, по меньшей мере, на 30%. Именно посредством этого гарантируется, что скорость вращения первого компонента, соединенного с выходным валом двигателя внутреннего сгорания, увеличивается во время торможения, чтобы приблизить ее к скорости вращения третьего компонента.
Изобретение также относится к компьютерной программе, имеющей признаки, перечисленные в п. 6 формулы изобретения, компьютерному программному продукту, имеющему признаки, перечисленные в п. 7 формулы изобретения, электронному блоку управления, имеющему признаки, перечисленные в п. 8 формулы изобретения, и транспортному средству, имеющему признаки, перечисленные в п. 9 формулы изобретения.
Другие преимущественные признаки и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания.
Краткое описание чертежей
Ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, приводится в качестве примера подробное описание варианта осуществления изобретения.
На чертежах:
фиг. 1 - весьма упрощенный вид кинематической цепи транспортного средства, для которого можно осуществить способ в соответствии с изобретением;
фиг. 2 - тоже упрощенный, но более подробный вид части упомянутой движительной системы;
фиг. 3 - принципиальная схема электронного блока управления для воплощения способа в соответствии с изобретением;
на фиг. 4 показано, как скорость вращения вала двигателя внутреннего сгорания и ротора электрической машины движительной системы в соответствии с фиг. 2, а также скорость транспортного средства и крутящий момент электрической машины могут изменяться во времени, когда осуществляют способ торможения транспортного средства, движущегося вперед, в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и
на фиг. 5 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показана кинематическая цепь для большегрузного транспортного средства 1. Кинематическая цепь содержит двигатель 2 внутреннего сгорания, коробку 3 передач, некоторое количество ведущих валов 4 и ведущих колес 5. Между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач кинематическая цепь содержит промежуточный участок 6. На фиг. 2 показан более подробный вид компонентов на промежуточном участке 6. Двигатель 2 внутреннего сгорания снабжен выходным валом 2a, а коробка 3 передач - входным валом 3a на промежуточном участке 6. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания расположен соосно по отношению к входному валу 3a коробки передач. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3a коробки передач расположены с возможностью вращения вокруг общей оси 7 вращения. Промежуточный участок 6 содержит кожух 8, окружающий электрическую машину 9 и планетарную передачу. Электрическая машина 9 содержит, как обычно, статор 9a и ротор 9b. Статор 9a содержит сердечник статора, закрепленный должным образом внутри кожуха 8. Сердечник статора содержит обмотки статора. Электрическая машина 9 адаптирована к использованию - в определенных рабочих ситуациях - аккумулированной электрической энергии для приложения движущей силы к входному валу 3а коробки передач и к использованию - в других рабочих ситуациях - кинетической энергии входного вала 3a коробки передач для отбора и аккумулирования электрической энергии.
1
2
3
Планетарная передача расположена, по существу, радиально внутри статора 9a и ротора 9b электрической машины. Планетарная передача содержит, как обычно, солнечное зубчатое колесо 10, кольцевое зубчатое колесо 11 и водило 12 планетарной шестерни. Водило 12 планетарной шестерни несет некоторое количество зубчатых колес - сателлитов 13, расположенных с возможностью вращения в радиальном пространстве между зубьями солнечного зубчатого колеса 10 и кольцевого зубчатого колеса 11. Солнечное зубчатое колесо 10 крепится к окружной поверхности выходного вала 2a двигателя внутреннего сгорания. Солнечное зубчатое колесо 10 и выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания вращаются как единое целое с первой скоростью n вращения. Водило 12 планетарной шестерни содержит крепежный участок 12a, крепящийся к окружной поверхности входного вала 3а коробки передач посредством шпоночного соединения 14. Посредством этого соединения водило 12 планетарной шестерни и входной вал 3а коробки передач могут вращаться как единое целое со второй скоростью n вращения. Кольцевое зубчатое колесо 11 содержит внешнюю окружную поверхность, на которую в этом варианте осуществления крепится ротор 9b. Ротор 9b и кольцевое зубчатое колесо 11 в данном случае образуют вращающийся узел, выполненный с возможностью вращения с третьей скоростью n вращения.
Движительная система содержит блокирующие средства за счет того, что на выходном валу 2a двигателя внутреннего сгорания предусмотрен сочленяющий элемент 15. Сочленяющий элемент 15 крепится к выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания посредством шпоночного соединения 16. Сочленяющий элемент 15 в этом случае крепится к выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания, не имея возможности вращения с этим валом, и выполнен перемещаемым в осевом направлении по выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания. Сочленяющий элемент 15 содержит сочленяющий участок 15a, соединяемый с сочленяющим участком 12b водила 12 планетарной шестерни. Схематически изображенный перемещающий элемент 17 адаптирован к перемещению сочленяющего элемента 15 между первым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b не введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению разблокировки блокирующих средств, и вторым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению блокировки блокирующих средств. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3а коробки передач будут в этом положении блокировки взаимно блокированы, так что они и ротор электрической машины будут вследствие этого вращаться с одной и той же скоростью вращения. Это состояние можно назвать «блокированной планетарной передачей». Блокирующий механизм может также содержать втулку, снабженную первыми шпонками, которые в положении разблокировки вводятся в зацепление со вторыми шпонками на первом компоненте планетарной передачи, а в положении блокировки вводятся в зацепление с третьими шпонками на втором компоненте планетарной передачи. Первым компонентом в этом случае предпочтительно является водило планетарной шестерни, а вторым компонентом - солнечное зубчатое колесо. Тогда блокирующий механизм можно выполнить в виде втулки кольцевой формы, по существу, концентрично охватывающей водило планетарной шестерни.
1
Электрический блок 18 управления выполнен с возможностью управления перемещающим элементом 17. Конфигурация блока 18 управления также обеспечивает принятие решения о том, в каких случаях электрическая машина должна работать как электродвигатель, а в каких случаях она должна работать как генератор. Чтобы принять это решение, блок 18 управления может принимать текущую информацию о подходящих рабочих параметрах. Блок 18 управления может быть компьютером с программным обеспечением, пригодным для этой задачи. Блок 18 управления управляет схематически показанным регулирующим оборудованием 19, которое регулирует поток электрической энергии между гибридной аккумуляторной батареей 20 и обмотками 9a статора электрической машины. В случаях, в которых электрическая машина работает как электродвигатель, аккумулированная электрическая энергия подается от гибридной аккумуляторной батареи 20 к статору 9a. В случаях, в которых электрическая машина работает как генератор, электрическая энергия подается от статора 9a к гибридной аккумуляторной батарее 20. Гибридная аккумуляторная батарея 20 подает и аккумулирует электрическую энергию с напряжением порядка 200-800 вольт. Поскольку промежуточный участок 6 между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач в транспортном средстве ограничен, требуется, чтобы электрическая машина 9 и планетарная передача составляли компактный узел. Компоненты 10, 11, 12 планетарной передачи в данном случае расположены, по существу, радиально внутри статора 9a электрической машины. Ротор 9b электрической машины, кольцевое зубчатое колесо 11 планетарной передачи, выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3а коробки передач в данном случае расположены с возможностью вращения вокруг общей оси 7 вращения. За счет такой конструкции электрическая машина 9 и планетарная передача занимают сравнительно небольшое пространство. Транспортное средство 1 снабжено функциональным блоком 21 управления электродвигателем, и посредством этого блока можно регулировать скорость n вращения двигателя внутреннего сгорания. Тем самым, блок 18 управления имеет возможность активировать функциональный блок 21 управления электродвигателем и создавать состояние нулевого крутящего момента в коробке передач при введении в зацепление и выведении из зацепления зубчатых колес в коробке 3 передач. Конечно же, вместо управления движительной системой с помощью одного-единственного блока 18 управления ею можно управлять с помощью нескольких разных блоков управления.
1
3
На фиг. 5 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, причем это транспортное средство имеет движительную систему того типа, которая показана на фиг. 2. Обратимся при этом и к фиг. 4, где графики скоростей n и n вращения выходного вала двигателя внутреннего сгорания и входного вала коробки передач, соответственно скорости v транспортного средства и крутящего момента M электрической машины, построены как функции времени t для осуществления этого способа.
В начале осуществления способа транспортное средство движется вперед, и блокирующие средства при этом находятся в положении разблокировки, а в начале осуществления способа включена передача переднего хода. Скорость транспортного средства является сравнительно высокой, составляя, по меньшей мере, 10 км/ч, а двигатель внутреннего сгорания работает на низкой скорости вращения, так что при этом экономится горючее. Кольцевое зубчатое колесо вращается с более высокой скоростью вращения, чем солнечное зубчатое колесо. Тогда выявляют потребность в торможении транспортного средства.
1
1
3
2
Потом начинают торможение посредством блока 18 управления, который в момент t управляет электрической машиной 9, чтобы та прикладывала требуемый тормозной крутящий момент M к входному валу 3a коробки передач, и если этот момент превышает произведение, с одной стороны, крутящего момента, необходимого для приведения двигателя внутреннего сгорания во вращение (крутящего момента, необходимого на холостом ходу для преодоления потерь на трение и приведения двигателя внутреннего сгорания во вращение), а с другой стороны - передаточного отношения планетарной передачи (между солнечным зубчатым колесом и водилом планетарной шестерни), способ в соответствии с изобретением осуществим. Передаточное отношение планетарной передачи в этом случае определяется как частное от деления количества зубьев кольцевого зубчатого колеса на сумму количества зубьев солнечного зубчатого колеса и количества зубьев кольцевого зубчатого колеса. Это означает, что скорость n вращения выходного вала двигателя внутреннего сгорания будет увеличиваться и приближаться к скорости n вращения кольцевого зубчатого колеса, соединенного с ротором электрической машины. Скорости вращения солнечного зубчатого колеса и кольцевого зубчатого колеса контролируются и сравниваются во время процедуры торможения, и когда они оказываются, по существу, равными, что происходит в момент t, сочленяющий элемент 15 перемещается, и за счет этого блокирующие средства переводятся в положение блокировки. Выражение «по существу равные» в данном случае означает, что разница между этими скоростями вращения настолько мала, что может иметь место взаимная блокировка. После этого планетарную передачу блокируют, и тогда тормозной крутящий момент, прикладываемый на входном валу коробки передач, можно максимизировать, если это желательно. Этот метод перехода от неблокированной планетарной передачи к блокированной приводит к плавно изменяющемуся и равномерно распределяемому тормозному крутящему моменту и означает, что во время процедуры торможения и блокировки не приходится тратить горючее.
В считываемую компьютерную программу, которая занесена с возможностью считывания во внутреннюю память компьютера, такую как внутренняя память электронного блока управления автомобиля, надлежащим образом введен код компьютерной программы для воплощения способа в соответствии с изобретением. Такая компьютерная программа должным образом поставляется посредством компьютерного программного продукта, содержащего носитель данных, считываемый электронным блоком управления, причем этот носитель данных имеет хранимую на нем компьютерную программу. Упомянутый носитель данных является, например, оптическим носителем данных в виде диска CD-ROM, диска DVD и т.д., магнитным носителем данных в виде жесткого диска, дискеты, ленты и т.д., или флэш-памятью или памятью типа ROM, PROM, EPROM или EEPROM.
Фиг. 3 весьма схематично иллюстрирует электронный блок 40 управления, содержащий исполнительное средство 41, такое как центральный процессор (ЦП), для исполнения компьютерной программы. Исполнительное средство 41 осуществляет связь с памятью 42, например, типа RAM, посредством шины 43 данных. Блок 40 управления содержит также носитель 44 данных, например, в виде флэш-памяти или памяти типа ROM, PROM, EPROM или EEPROM. Исполнительное средство 41 осуществляет связь с носителем 44 данных посредством шины 43 данных. На этом носителе 44 данных хранится компьютерная программа, содержащая код компьютерной программы для воплощения способа в соответствии с изобретением, например, в соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 5.
Конечно же, изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, а многие возможности его модификаций в рамках объема притязаний изобретения, охарактеризованного предлагаемой формулой изобретения, будут очевидны специалисту в данной области техники.
Блокирующие средства могут быть выполнены с возможностью блокировки двух из упомянутых трех компонентов.
Трансмиссию можно расположить между ротором и кольцевым зубчатым колесом, а также между выходным валом двигателя внутреннего сгорания и солнечным зубчатым колесом, например, в кинематической цепи перед валом, показанным на чертежах как соединенный с солнечным зубчатым колесом. Трансмиссия, упомянутая в последнем случае, также может быть образована зубчатой передачей с переменным передаточным отношением.
Также можно предложить осуществление способа для транспортного средства, имеющего кольцевое зубчатое колесо в качестве первого компонента, а солнечное зубчатое колесо - в качестве третьего компонента, хотя из-за вышеупомянутых преимуществ предпочтительным, вероятно, зачастую является противоположный вариант.