СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА СОЕДИНЕНИЯ ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ КОЛЕСНЫХ ОСЕЙ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DIAGNOSTICS OF MECHANICAL ENGAGEMENT BETWEEN VEHICLE FIRST AND SECOND WHEEL AXLES

Настоящее изобретение относится к способу диагностики и управления системой трансмиссии с четырьмя ведущими колесами автотранспортного средства и, в частности, управления механическим средством соединения первой колесной оси с второй колесной осью системы трансмиссии с четырьмя ведущими колесами автотранспортного средства. Объектом изобретения является также система управления механическим средством соединения. Оно касается также системы трансмиссии, содержащей такую систему управления. Его объектом является также транспортное средство, содержащее такую систему управления.
Изобретение находит свое применение для транспортного средства, оборудованного системой с четырьмя управляемыми ведущими колесами. Задачей, которая ставится перед транспортным средством этого типа, является улучшение характеристик, таких как эффективность и безопасность. В частности, задачей изобретения является повышение надежности работы механического средства соединения, предупреждение его повреждения в экстремальных условиях эксплуатации.
В документе US 2003/0981 93 описан способ распределения крутящего момента между передним и задним мостами транспортного средства в зависимости от разности скоростей вращения переднего и заднего мостов. Этот способ позволяет улучшить характеристики транспортного средства за счет оптимизации буксования, но не определяет компромисса между надежностью и эффективностью.
В документе US 5247443 описан способ распределения крутящего момента между передним и задним мостами транспортного средства в зависимости от разности скоростей вращения переднего и заднего мостов, который изменяет порог обнаружения буксования, если стояночный тормоз активирован. Этот способ позволяет улучшить характеристики транспортного средства с одновременной оптимизацией буксования, но не определяет компромисса между надежностью и эффективностью.
Настоящее изобретение призвано предложить решение управления механическим средством соединения колесных осей, позволяющее решить вышеупомянутые проблемы и усовершенствовать известные способы управления.
Согласно изобретению, способ позволяет производить диагностику системы трансмиссии автотранспортного средства с четырьмя ведущими колесами. Способ содержит этап оценки состояния износа системы трансмиссии на основании учета экстремальных событий, произошедших с ней во время ее работы.
Способ может содержать этап измерения или оценки температуры муфты системы трансмиссии и может учитывать экстремальные события, произошедшие с ней при работе в состоянии перегрева, то есть сверх заранее определенной пороговой температуры.
Этап оценки состояния износа системы трансмиссии, в которой муфтой является электромеханическое сцепление, может содержать два следующих подэтапа:
- сохранение в памяти случаев наступления перегрева привода муфты системы трансмиссии посредством инкрементации первого счетчика каждый раз, когда температура муфты превышает заранее определенную пороговую температуру; и/или
- сохранение в памяти оборотов вращения, осуществленных электромеханическим сцеплением муфты в ситуации перегрева.
Способ может содержать этап индикации результата способа диагностики при помощи интерфейса человек-машина автотранспортного средства.
Согласно изобретению, способ управления муфтой соединения первой и второй колесных осей системы трансмиссии автотранспортного средства содержит применение вышеуказанного способа диагностики и определение управления муфтой в зависимости от этого способа диагностики.
Определение управления муфтой в зависимости от способа диагностики может содержать определение режима работы муфты среди трех следующих состояний:
- первый режим трансмиссии, когда только часть (переменная) максимальной мощности крутящего момента, поступающая от источника момента и предназначенная для заднего моста, действительно передается на задний мост;
- второй режим трансмиссии, когда вся максимальная мощность крутящего момента, поступающая от источника момента и предназначенная для заднего моста, действительно передается на задний мост;
- третий режим трансмиссии, когда на задний мост не передается (или передается лишь в незначительной степени) крутящий момент от источника момента.
Способ управления может содержать определение трех разных состояний муфты в зависимости от трех температурных порогов.
Способ управления может содержать этап определения режима работы муфты в зависимости от ее состояния.
Объектом изобретения является также носитель для записи данных, считываемый вычислительным устройством, на котором записана компьютерная программа, содержащая программные коды для осуществления этапов вышеуказанного способа.
Согласно изобретению, система управляет состоянием муфты соединения первой и второй колесных осей системы трансмиссии автотранспортного средства. Первая ось приводится во вращение по умолчанию, а вторая ось приводится во вращение факультативно в зависимости от состояния средства соединения. Система содержит материальные и/или программные средства для применения описанного выше способа.
Система управления может содержать вычислительное устройство, одно или несколько запоминающих устройств типа EEPROM, средство оценки температуры муфты или средство связи для получения измерения температуры муфты от измерительного датчика.
Муфта может быть фрикционной муфтой типа электромеханического сцепления. Согласно изобретению, автотранспортное средство содержит вышеуказанную систему управления.
Объектом изобретения является также компьютерная программа, содержащая программный код, предназначенный для реализации этапов вышеуказанного способа.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - схема автотранспортного средства, содержащего систему трансмиссии с четырьмя ведущими колесами согласно изобретению;
фиг.2 - изменение температуры муфты системы трансмиссии автотранспортного средства согласно варианту выполнения в зависимости от времени и в соответствии с заранее определенным сценарием;
фиг.3 - изменение состояния температурных порогов муфты в зависимости от времени и в соответствии с заранее определенным сценарием;
фиг.4 - первое изменение режима работы муфты в зависимости от времени и в соответствии с заранее определенным сценарием;
фиг.5 - второе изменение режима работы муфты в зависимости от времени и в соответствии с заранее определенным сценарием;
фиг.6-8 - функциональные схемы системы трансмиссии автотранспортного средства согласно варианту выполнения изобретения.
Автотранспортное средство 10, показанное на фиг.1, содержит систему 18 трансмиссии с четырьмя ведущими колесами, в частности с четырьмя управляемыми ведущими колесами.
Система 18 трансмиссии механически связана с двигателем 13 (или источником крутящего момента) транспортного средства. Система 18 трансмиссии в основном содержит первую ось 17 колес 21, 22, соединенных между собой дифференциалом 15, который, в свою очередь, соединен с двигателем 13 через коробку передач 14, и вторую ось 19 колес 23,24, соединенных между собой дифференциалом 16, при этом дифференциал 16 соединен с дифференциалом 15 через раздаточную коробку 25 и механическое средство соединения (муфта) 11. Система трансмиссии содержит также систему 12 управления состоянием механического средства соединения. Система управления содержит средство выбора режима работы системы трансмиссии и вычислительное устройство.
Хотя на чертежах это и не показано, система трансмиссии содержит средства определения переменных состояния транспортного средства, например, такие как средства получения скорости вращения каждого колеса, средства получения данных, связанных с торможением (датчик действия на педаль тормоза, датчик действия на орган управления стояночным тормозом, датчики активации системы контроля устойчивости, и/или приемистости, и/или сцепления с дорогой транспортного средства), и электронные или автоматические вычислительные средства. Система трансмиссии содержит средство выбора пользователем (например, на приборном щитке) режима работы системы, в частности первого режима «AWD Auto», второго режима «AWD Lock» или третьего режима «2AWD», средство отслеживания - на основании переменных состояния транспортного средства и/или системы - намерения водителя и условий движения (ускорение, торможение, буксование…) и средство управления для переключения системы в определенный режим в зависимости от режима, выбранного водителем, от намерения водителя и от условий движения транспортного средства. Система трансмиссии, в частности система управления средством соединения, содержит также материальные и/или программные средства, позволяющие осуществлять способы в соответствии с изобретением. В частности, система и, конкретно, вычислительное устройство могут содержать компьютерную программу, содержащую программный код, предназначенный для реализации этапов способов в соответствии с изобретением.
В системе трансмиссии первая ось (например, передняя ось, соответственно задняя ось) приводится во вращение по умолчанию от источника крутящего момента. С другой стороны, вторая ось (например, задняя ось, соответственно передняя ось) приводится во вращение только факультативно в зависимости от состояния муфты. Для этого механическое средство (муфта) соединения передней оси с задней осью согласно варианту выполнения изобретения может работать в соответствии с тремя режимами работы системы трансмиссии:
- первый режим трансмиссии, когда только часть (переменная) максимальной мощности крутящего момента, поступающая от источника момента (двигатель автотранспортного средства) и предназначенная для заднего моста, действительно передается на задний мост; этот первый режим, называемый режимом «AWD Auto», соответствует так называемой «управляемой» муфте, то есть система управления муфтой автоматически управляет ее работой, в частности величиной переданного или передаваемого крутящего момента,
- второй режим трансмиссии, когда вся максимальная мощность крутящего момента, поступающая от источника момента и предназначенная для заднего моста, действительно передается на задний мост; этот второй режим, называемый «AWD Lock», соответствует так называемой «замкнутой» муфте, то есть она блокируется в состоянии, определяющем фиксированное значение передаваемого максимального крутящего момента,
- третий режим трансмиссии, когда на задний мост не передается (или передается лишь в незначительной степени) крутящий момент от источника момента; этот третий режим, называемый «2AWD», соответствует так называемой «разомкнутой» муфте, то есть муфта деактивирована или передает только крутящий момент ничтожной величины.
С точки зрения технологии муфта может быть фрикционной, то есть содержит фрикционные диски, предназначенные для введения в контакт друг с другом с целью передачи крутящего момента, и приводное средство для разъединения или для приведения этих дисков во взаимный контакт. Приводным средством управляет система 12 управления. Муфта представляет собой, например, электромагнитное сцепление, управляемое током.
Управление крутящим моментом, передаваемым муфтой, должно предотвращать чрезмерное воздействие на механические элементы кинематической цепи, чтобы избежать их механической поломки. Следовательно, необходимо устанавливать компромисс между эффективностью преодоления препятствий (что требует точечной передачи мощного крутящего момента) и надежностью механических элементов (опасность для них возникает при частом использовании больших крутящих моментов).
В случае муфты типа сцепления, когда эта муфта пробуксовывает (проскальзывает), создается трение и, следовательно, сцепление нагревается. Трение возникает за счет разности скорости между входом и выходом муфты, которые соответствуют передачам в направлении переднего и заднего мостов.
Система трансмиссии применяет способ диагностики механического средства соединения или муфты, который основан на ее температуре и, в частности, на рабочей температуре ее привода. Эту температуру можно оценить на основании данных крутящего момента (ETC) (оценочного или измеренного) и данных скорости колес. В предпочтительном варианте температуру муфты можно также измерять при помощи температурного датчика.
Согласно варианту выполнения изобретения, способ управления муфтой основан на определении трех температурных порогов T0, Т1 и Т2. На основании значений этих трех температурных порогов способ управления муфтой определяет три разных состояния. Первое состояние, называемое "NormalTemperature", соответствует нормальной рабочей температуре. Второй состояние, называемое "WarningLeveM", соответствует первому уровню тревоги, при котором температура муфты является высокой, но позволяет продолжать работу. Наконец, третье состояние, называемое "WarningLevel2", соответствует второму уровню тревоги, при котором муфты находятся в состоянии перегрева.
Управление вышеупомянутыми тремя разными состояниями муфты, показанное на фиг.2 и 3, осуществляют в зависимости от трех температурных порогов T0, T1 и T2. Температура Т0 характеризует первый порог, ниже которого муфта работает нормально и находится в состоянии "NormalTemperature". Когда температура превышает температуру T1 (T1>T0) в момент t1, муфта оказывается в состоянии "WarningLeveM". Когда температура превышает температуру Т2 (Т2>Т1) в момент t2, муфта оказывается в состоянии "WarningLevel2". Таким образом, когда температура муфты повышается, муфта переходит в состояние "WarningLeveM" между значениями температур Т1 и Т2, затем в состояние "WarningLevel2" сверх температуры Т2. Затем, когда температура понижается, она опять переходит из состояния "WamingLevel2" в состояние "NormalTemperature", если температура становится ниже порога Т0 в момент t3.
Способ управления муфтой автотранспортного средства использует вышеуказанные три состояния для определения режима работы среди трех описанных выше режимов. Это управление режимом работы муфты представлено на фиг.4 и 5.
Если предположить, что первоначально муфта находится в режиме работы "AWD Auto", находясь при этом в состоянии "NormalTemperature", как показано на фиг.4, при ее переходе в состояние "WarningLeveM" средство управления изменяет режим ее работы на режим "4WD Lock", затем при ее переходе в состояние "WarningLevel2" средство управления изменяет режим ее работы на режим "2WD", в котором на задний мост совсем не передается крутящий момент, чтобы обеспечить охлаждение ее привода. Когда ее температура понижается и становится ниже порога Т0, то есть муфта возвращается в состояние "NormalTemperature", средство управления восстанавливает ее первоначальный режим работы "AWD Auto".
Если предположить теперь, что первоначально муфта находится в режиме "4WD Lock", находясь при этом в состоянии "NormalTemperature", как показано на фиг.5, при ее переходе в состояние "WarningLeveM" ее режим работы не меняется и остается "4WD Lock". Когда муфта переходит в состояние "WarningLevel2", средство управления изменяет режим ее работы на режим "2WD". Когда ее температура понижается и становится ниже порога Т0, то есть муфта возвращается в состояние "NormalTemperature", средство управления позволяет ей перейти в режим работы "AWD Auto".
Вместе с тем, несмотря на описанное выше управление средством соединения автотранспортного средства, происходит неизбежное запаздывание между командой, направляемой на привод, и реальным исполнением этой команды, то есть размыканием муфты. На практике оказывается, что на заднюю ось в ситуациях перегрева передается определенный крутящий момент. Такие события приводят к износу и преждевременному старению системы трансмиссии автотранспортного средства.
Согласно изобретению, применяют способ диагностики, который учитывает эти особые события перегрева системы трансмиссии автотранспортного средства.
Для этого способ диагностики использует первый счетчик для сохранения в памяти наступлений перегрева привода муфты. Этот счетчик, называемый "OverHeatFrequencCounter", инкрементируют на единицу каждый раз, когда температура муфты "Temperature Clutch" превышает пороговую температуру Т2 или ThermalStressMaxTemp на заранее определенное значение, например 10°C (то есть достигает Т2+10°C). В данном случае Т2 представлено переменной ThermalStressMaxTemp.Значение счетчика может при этом меняться, например, в диапазоне от 0 до 255. В конечном итоге, когда счетчик достигает своего максимального значения, он оказывается насыщенным на этом последнем значении. Блок 60 на фиг.7 является функциональной схемой этого первого счетчика.
Кроме того, согласно варианту выполнения изобретения, способ диагностики применяет второй счетчик, который запоминает обороты вращения электромеханического сцепления в ситуации пробуксовки и перегрева. Для этого подсчет оборотов вращения производится, пока муфта остается в состоянии перегрева, то есть в состоянии "WarningLevel2". Блок 40 на фиг.6 показывает функционально это изменение перегрева, передаваемое в виде переменной "OverheatStatus".
Для осуществления этого второго подсчета можно использовать два подсчетчика, показанные на фиг.8. Первый подсчетчик 70, называемый "OverheatClutchRev", подсчитывает число оборотов, осуществляемых электромеханическим сцеплением в ситуации пробуксовки "deltaNClutch", в диапазоне, например, от 0 до 50. Второй подсчетчик 80, называемый "OverheatClutchRevCounter", подсчитывает число наступлений 50 оборотов в диапазоне, например, от 0 до 255 оборотов. Как только счетчик достигает своего максимального значения, он оказывается насыщенным этим последним значением. Его инкрементируют, как только первый подсчетчик достигает значения 50, и этот первый подсчетчик возвращают на ноль.
Показания этих различных счетчиков сохраняют в памяти системы 12 управления, например в запоминающем устройстве EEPROM. Таким образом, при выключении вычислительного устройства значения этих счетчиков остаются в памяти, и их можно использовать при его следующем включении, как функционально показано на фиг.7 и 8.
Естественно, вышеупомянутые счетчики были указаны только в качестве неограничительного примера. Изобретение можно применять с использованием любого другого средства, учитывающего особые события, приводящие в преждевременному износу системы трансмиссии автотранспортного средства. Вместе с тем, подсчет числа состояний перегрева является предпочтительным, так как он характеризует тепловые удары, действующие на систему трансмиссии, и подсчет числа оборотов в состоянии перегрева является предпочтительным, так как он характеризует износ от теплового стресса задействованных механических органов. Все эти счетчики позволяют, с одной стороны, идентифицировать, например, возможные отклонения в работе муфты и особенно характеризовать ее эксплуатацию и встречаемые воздействия, то есть иметь в некотором роде хронологию событий в транспортном средстве через ее систему трансмиссии с четырьмя ведущими колесами. Индивидуально система управления может адаптировать стратегии работы в зависимости от уровней этих счетчиков. Коллективно за счет возможной дальнейшей диагностики транспортного средства эти счетчики могут представлять собой статистическую базу данных, позволяющую усовершенствовать будущие разработки транспортных средств.
Таким образом, изобретение относится к способу диагностики системы трансмиссии автотранспортного средства с четырьмя ведущими колесами, содержащему этап оценки состояния износа системы трансмиссии на основании экстремальных событий, произошедших за время ее работы.
Предпочтительно способ дополнительно содержит этап предоставления водителю автотранспортного средства информации о результате способа диагностики через интерфейс человек-машина автотранспортного средства.
Согласно изобретению, этот способ диагностики можно применять по-разному. Во время любой операции технического обслуживания автотранспортного средства можно вывести точную оценку состояния системы трансмиссии, в частности привода ее муфты. Кроме того, он позволяет определить оптимизированный способ управления системой трансмиссии автотранспортного средства. На основании результата способа диагностики можно изменить способ управления приводом автотранспортного средства. Для этого можно изменять температурные пороги в зависимости от степени износа системы трансмиссии, при этом можно облегчить режимы работы муфты, если ее износ оказывается значительным, и т.д.
В зависимости от состояния способа диагностики система 12 управления может изменять свою работу, чтобы адаптироваться к состоянию износа или к степени воздействия. Система управления может даже задавать работу в аварийном режиме. При этом изменения могут полностью или частично быть следующими:
- Понижение всех или части температурных порогов T0, T1 и T2, как было указано выше.
- Уменьшение максимального крутящего момента, передаваемого муфтой, в зависимости от некоторых режимов трансмиссии 4×4.
- Запрещение перехода в режим 4WD Auto и/или 4WD Lock.
- Адаптация заданных значений при буксовании между колесами в режиме 4WD Auto.
Описанные выше способы диагностики и управления системой трансмиссии автотранспортного средства применяют при помощи технических средств (hardware) и программных средств (software) системы 12 управления, в основном при помощи ее вычислительного устройства и одного или нескольких соответствующих запоминающих устройств.