СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD FOR GEAR SHIFTING IN HYBRID VEHICLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к способу переключения передач в коробке передач во время движения транспортного средства, соответствующему преамбуле п. 1 прилагаемой формулы изобретения.
В частности, но не исключительно, изобретение направлено на осуществление такого способа для моторных транспортных средств в виде колесных транспортных средств общего назначения, в частности большегрузных транспортных средств, таких как, например, грузовые автомобили и автобусы.
Соответственно, изобретение относится к способу переключения передач в коробке передач во время движения гибридного транспортного средства, в общем случае являющегося транспортным средством, привод которого могут осуществлять главный двигатель, в данном случае - двигатель внутреннего сгорания, и вспомогательный двигатель, в данном случае - электрическая машина. Электрическая машина должным образом снабжена 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 двигатель 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 топлива и износу дисков сцепления. Тогда создаются 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 и упомянутых недостатков, связанных с ним, 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 энергетической эффективности, а также рекуперировать как можно больше энергии торможения при торможении транспортного средства.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА 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.
Посредством способа в соответствии с изобретением можно эффективно осуществлять переключение передач, когда планетарная передача находится в положении блокировки. Это означает пониженный износ упомянутого блокирующего средства по отношению к случаю, в котором блокирующее средство приводится в действие в связи с переключением передач. Переключение передач с помощью блокированной планетарной передачи удобнее всего выбирать, когда нет большой потребности в быстром переключении передач, например при существенно более высоких постоянных скоростях.
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 с внутренним зацеплением 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 документу EP 1319546, которая имеет кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением в качестве первого компонента и солнечное зубчатое колесо в качестве третьего компонента. За счет соединения электрической машины с кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением, а выходного вала двигателя внутреннего сгорания - с солнечным зубчатым колесом, получается компактная конструкция, являющаяся легко встраиваемой 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 с внутренним зацеплением 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, выполняя этап с), вычисляют время, остающееся до получения упомянутой синхронизированной скорости вращения входного вала коробки передач, и сравнивают это время с ожидаемой затратой времени для упомянутой процедуры переключения передач, и начинают процедуру переключения передач на этапе d), когда упомянутое время равно упомянутой затрате времени или стало меньше нее. Посредством этого способ может быть сокращен по времени, поскольку включение новой передачи может быть достигнуто без какой-либо существенной задержки в момент получения упомянутой синхронизированной скорости вращения. Это позволяет избежать толчков во время переключения передач и является выгодным с точки зрения потребления энергии.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения на этапе с) к входному валу коробки передач прикладывают постоянный крутящий момент посредством электрической машины и/или прикладывают постоянный крутящий момент посредством двигателя внутреннего сгорания. Способ значительно упрощается за счет приложения постоянного крутящего момента подходящей величины с тем, чтобы получить синхронизированную скорость вращения входного вала коробки передач.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, когда на этапе d) в коробке передач включают передачу, более высокую, чем та, которая была включена до начала осуществления способа, на этапе с) управляют двигателем внутреннего сгорания для приложения отрицательного крутящего момента, т.е. тормозного крутящего момента, к входному валу коробки передач посредством активации моторного тормоза-замедлителя транспортного средства и/или посредством активации так называемого средства турбонаддува с изменяемой геометрией для приложения отрицательного крутящего момента к входному валу коробки передач.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения способ осуществляют для транспортного средства, имеющего солнечное зубчатое колесо и водило планетарной передачи, взаимно блокированные с помощью упомянутого блокирующего средства, что дает возможность простого и надежного воплощения блокирующего средства. Поэтому посредством зубчатых колес планетарной передачи возможна передача меньшего крутящего момента. Тогда посредством этих зубчатых колес передается только крутящий момент электрической машины.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения этап с) включает в себя вычисление скорости вращения, которую при существующей скорости транспортного средства имел бы входной вал коробки передач, если бы передача, подлежащая включению, уже была бы включена в коробке передач, и вычисление скорости вращения третьего компонента и скорости вращения выходного вала двигателя внутреннего сгорания, которые вместе придают входному валу коробки передач упомянутую скорость вращения, вычисленную для передачи, подлежащей включению.
Изобретение также относится к компьютерной программе, имеющей признаки, перечисленные в п. 8 формулы изобретения, компьютерному программному продукту, имеющему признаки, перечисленные в п. 9 формулы изобретения, электронному блоку управления, имеющему признаки, перечисленные в п. 10 формулы изобретения, и транспортному средству, имеющему признаки, перечисленные в п. 11 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; и
на фиг. 4 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 3 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 выполнена с возможностью использования - в определенных рабочих ситуациях - аккумулированной электрической энергии для приложения движущей силы к входному валу 3а коробки передач и использования - в других рабочих ситуациях - кинетической энергии входного вала 3a коробки передач для генерирования 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 с внутренним зацеплением и водило 12 планетарной передачи. Водило 12 планетарной передачи 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 с внутренним зацеплением. 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 передачи содержит крепежный участок 12a, крепящийся к окружной поверхности входного вала 3а коробки передач посредством шпоночного соединения 14. Посредством этого соединения водило 12 планетарной передачи и входной вал 3а коробки передач могут вращаться как единое целое со второй скоростью n вращения. Кольцевое зубчатое колесо 11 с внутренним зацеплением содержит внешнюю окружную поверхность, на которую в этом варианте осуществления крепится ротор 9b. Ротор 9b и кольцевое зубчатое колесо 11 с внутренним зацеплением в данном случае образуют вращающийся узел, выполненный с возможностью вращения с третьей скоростью n вращения.
Движительная система содержит блокирующее средство 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 передачи. Схематически изображенный перемещающий элемент 17 выполнен с возможностью перемещения сочленяющего элемента 15 между первым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b не введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению расцепления блокирующего средства, и вторым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению блокировки блокирующего средства. 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 расцепления 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 передачи, а вторым компонентом - солнечное зубчатое колесо. Тогда блокирующий механизм можно выполнить в виде втулки кольцевой формы, по существу, концентрично охватывающей водило планетарной передачи.
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 9 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 9 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 с внутренним зацеплением 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.
На фиг. 4 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ переключения передач в коробке передач во время движения транспортного средства, имеющего движительную систему того типа, которая показана на фиг. 2, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
В начале осуществления способа, транспортное средство движется, а блокирующее средство при этом находится в положении блокировки. Это означает, что все три компонента планетарной передачи вращаются с одной и той же скоростью вращения. Тогда выявляют потребность в переключении передач в транспортном средстве, например в связи с достижением высокой скорости и надлежащей экономией топлива за счет движения на более высокой передаче, чем прежде.
Осуществление способа начинают посредством блоков 18 и 21 управления электрической машины 9 и двигателя 2 внутреннего сгорания, соответственно, переводя их в состояние, в котором они совместно прикладывает нулевой крутящий момент к входному валу 3а коробки передач. Тогда распределение крутящего момента между двигателем внутреннего сгорания и электрической машиной может быть любым. Один из этих агрегатов может даже подавать отрицательный крутящий момент на входной вал коробки передач, когда начинают осуществлять способ. Когда получен нулевой крутящий момент в двигателе внутреннего сгорания и электрической машине, передачу выключают, т.е. в коробке передач переводят рычаг в нейтральное положение. После этого управляют электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания таким образом, что каждый из этих агрегатов прикладывает постоянный крутящий момент к входному валу коробки передач для ускорения или торможения этих агрегатов с целью достижения скорости вращения, совпадающей со скоростью вращения соответствующего вала для передачи, подлежащей включению в коробке передач. Когда переключение является переключением с повышением передачи, можно активировать моторный тормоз-замедлитель транспортного средства и/или так называемое средство турбонаддува с изменяемой геометрией для приложения отрицательного крутящего момента к входному валу коробки передач посредством двигателя внутреннего сгорания, тогда как управление двигателем внутреннего сгорания в случае понижения передачи осуществляют для приложения положительного крутящего момента посредством впрыска топлива. Одновременно с этим вычисляют время, остающееся до получения упомянутой синхронизированной скорости вращения, и это время сравнивают с ожидаемой затратой времени для процедуры переключения передач, которую начинают, когда упомянутое время равно упомянутой затрате времени или стало меньше, чем она.
Когда процедура переключения передач начата, электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания управляют для получения нулевого крутящего момента, прикладываемого к входному валу коробки передач по окончании процедуры переключения передач, т.е. когда упомянутая передача включена. Для этого оценивают крутящий момент трения и, зная другие параметры, управляют крутящими моментами электрической машины и двигателя внутреннего сгорания, прикладываемыми для получения нулевого крутящего момента в момент включения упомянутой передачи.
В заключение, управляют электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания для приложения крутящего момента, требуемого для продолжения движения транспортного средства после осуществления способа переключения передач, завершающегося, когда этот крутящий момент получен.
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 (CPU), 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. 4.
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.
Блокирующее средство может быть выполнено с возможностью блокировки двух из упомянутых трех компонентов.
Трансмиссию можно расположить между ротором и кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением, 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 с внутренним зацеплением в качестве первого компонента, а солнечное зубчатое колесо - в качестве третьего компонента, хотя из-за вышеупомянутых преимуществ предпочтительным, вероятно, зачастую является противоположный вариант.